．７８０・《工程力学》增刊２００２年大直径超长钻孔灌注桩施工综合技术胡振文（石家庄铁路工程职业技术学院．石家庄。５００４１）提要通过黄河大桥北引桥超百米混凝土钻孔灌注桩的施工实例，简要介绍黄河河滩不良地质情况下钻孔灌注桩成孔成桩的主要施工技术和现场测试结果分析。关健词超百米溯注桩施工下 入＼工程概况国道２０５线滨州黄河公路大桥北引桥一Ｂ合同为一联６孔４２ｍＰＣ连续箱梁，桥全宽２７． ５ｍ．基础为５２根摩擦桩：其中０＃台为１２根，直径２ｍ： １－５墩各为８根，直径１．５ｍ，深度大１００－１１０ｍ不等。主要地质条件：自地表（标高＋＋１５．０ｍ）向下依次为粘土层（厚２２．５ｍ左右）、中细砂层（厚１５ｍ左右）、亚粘土粘土层（厚２３ｍ左右）、细砂层（厚２ｍ左右）、亚枯土粘土层（厚ｌｏｍ左右）、粉砂层（厚４ｍ左右）、老亚粘土粘土层（厚２７ｍ以上）。该处地表常年积水，主要地段地下水与自然地平相对高差较小，春夏两季在ｌｍ以内，秋冬两季在１．Ｓｍ左右。地下水位相对较高，冬季常有冰凌汇集，夏季则受黄河上游洪水影响，常常造成漫流。２主要施工技术 由于本工程桩长超过ｌｏｏｍ，孔径较大，孔底沉淀物厚度要求不大于１５ｃｍ，桩身垂直度允许最大偏差不得大于ｗｏｏ。在成孔和硷浇注等工序施工中，清孔排渣、钢筋笼制作放里及桩身垂直度的控制是保证施工质ｔ的关键。２．１护筒埋设由于桩墓设计时考虑了负摩阻，并采取了降低负摩阻的措施，即采用双层护简．为防止钻机钻进细 砂层引起坍孔，护筒长度按通过中细砂层设计为准。内护筒采用３ｍｍ厚钥板卷制而成，内径２１０ｃｍ，全长３０ｍ，外护筒采用ｌＯｍｍ厚钢板卷制而成，内径２２０ｃｍ，全长２９．５ｍ．内护筒外侧涂厚度２ｍｍ厚沥青，内外护简之间的缝隙应在外护筒顶部级上２０ｃｍ深度范围内用沥青玛蹄脂坡充，以防进土。为加强钢护筒的整体刚度，外护简的焊接接头处均在外加设ｌｏｍｍ厚、１５ｃｍ宽的钢带，护简底加设１２ｍｍ厚、５０ｃｍ宽的钢带作为刃脚。护筒在加工场分段制作，一般每段长约５－６ｍ．焊接采用坡口双面焊，所有焊缝连续，以保证不漏水。下护筒时首先精确定出桩位，安装好护筒导向架，导向架的内空比护筒外径大３ｃ ｍ。由于护筒太长分两次下沉。用吊机将第一节拼装好的护筒吊起通过导向架内空下放着地，并用９Ｔ的振动沉拔桩锤下沉‘当第一节埋设到位后，用回旋钻清除护筒内土芯，然后第二次再接长和振动下沉。钢护筒定位用两台经纬仪成９０。夹角方向控制，并用一台全站仪与之成１３５“夹角方向控制里程。这样在钢护筒现场接长中能精密控制其顺直度，在钥护简下沉过程中，能精密定位并及时调整其竖直度．钢护筒安装后，经检测所有护筒中心与桩位偏差均为１－３ｃｍ，倾斜度均小于１／３００。护筒埋设完毕，护筒周围地表下３０－５０ｃｍ用粘土夯实。２．２成孔作老简介：胡报文．１９５０．１０男．离级工扭哪《工程力学》增刊２００２年７８１ 由于本设计要求桩的垂直度偏差不大于１／３００，因而钻机顶部起吊滑轮中心、转盘中心和桩孔中心二者应在同一铅垂线上，其偏差不大于ｌ Ｏｍｍ，同时为确保钻机钻进的稳定，在钻机就位前必须进行地基处理，夯实填土，以防钻孔过程中发生漏浆现象。本工程采用ＧＷ－ ２５００型钻机正循环成孔、反循环清孔。导管回顶法进行水下混凝土灌注。２．２．１泥浆制作与应用枯卜复合泥浆护壁。泥浆制备和清孔是确保钻孔桩工程质量的关键环节。根据所采用的施工机械、工 艺及地质进行了配合比设计，所调制的泥浆比例：膨润土：水：粘土：碱＝１： １２．５： ５．４： ０．０３７５，泥浆密度为１．２５－１．３５妙ｍ３，含砂率４．５％左右，胶体率％．５％， ＰＨ值为９．１；清孔时泥浆密度控制在１．１５－１．２０ｇ／ｃｍ３；钻孔时，护筒内水头高出施工水位２０ｃｍ．２．２．２成孔工艺要点采取隔孔施工工序。钻孔灌注桩是先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。 在成桩初始，由于桩身混凝土强度较低，且桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，所以为防止坍孔和缩径采取隔孔施［工序来满足对桩距的要求。确保桩身成孔垂直精度。成孔的垂直度精确与否是控制灌注桩质量的一个重要条件。为了保证成孔垂 直精度满足设计要求，采取了扩大桩机支承面积使桩机稳定，并在钻进过程中经常校核钻架钻杆的垂直度，以保证垂直度达到设计精度。钻孔进尺速度控制。在粘土、亚粘土层进尺速度控制在０． ５－１．Ｏｍ／ｈ；亚砂土层、砂层进尺速度控制在１．５－２．０ｍ／ｈ。实际每孔钻孔时间一般为７０－７８小时。确保成孔深度。为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复合底梁的水平和桩具的总长度并作好记 录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔深度。由于坍孔、沉渣过厚都将影响成孔实际深度。因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要重新下钻杆复钻并消孔。为提高测绳的精确精度，在使用前要预湿后重新标定并在使用中经常复核。确保成孔孔径。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过Ｉ Ｏｍｍ就要及时调换钻头以确保成孔孔径。成孔后，用直径比设计桩径小５ｃｍ的钢筋圈放入孔内验收桩径。其中０＃台１２根桩的检测数据分别如表１． ２． ３所示。表１ ０＃台１２根桩孔径的检测数据桩号１２２．１１２．１０３４５２．０３６７８２．１０２．０９２． １０２． １１９１０１１１２２．０６ｌｏｍ处孔径２０ｍ处孔径３０ｍ处孔径４０ｍ处孔径５０ｍ处孔径６０ｍ处孔径７０ｍ处孔径８０ｍ处孔径９０ｍ处孔径ｌｏｏｍ处孔径Ｉｌｏｍ处孔径２．０６２．０８２．０７２．０７２．０６２．０８２．０８２． １０２．１２２． １２２．１０２． １０２．０９２．０９２．１０２．０６２．０７２．０７２．１０２．０８２．０６２． １２２．０５２．０６２．１０２．０７２．０８２．１２２．０８２． １０２． １１２．１０２． １０２．１１２．０９２．０７２．１２２．０６２．０７２．０８２．０６２．０５２．０５２．０４２．０４２．０４２．０５２．０８２． １２２．１０２． １１２． １０２．０６２．０８２．０５２．０９２．０８２． １２２．１６２． １５２．０８２．０４２．０５２．０７２．０５２．０５２．１０２．１０２．０８２．吟２．０８２．０７２．０３２．０５２．０５２．０４２．０３２．０４２．０６２．０８２．０７２．０７２．０７２．０５２．０６２．０７２．０８２．１０２．０８２．０９２．０９２．０８２．０６２．０６２． １２２．１０２．１０２．１１２． １２２． １３２．０８２．１０２．０９２．０７２．０６２．０４２．０６２．０８２．１２２． １０２．０９２．０６２．０６２．０６２．帕２．１１２． １０２．０８２．１２２．０８２．１６２．１０２．０９２．０３表２ ０＃台１２根桩成孔垂直度检测数据桩号垂直度１１／３１２２３１／５０４４５１／３９７６７１／４０３８９１／３６５１０１／４１２１１１２１／３４３１／４７６１／３５１１／５４２１／３８７１／３４８７８２一《工程力学》增刊２００２年表３成孔深度检测数据（单位：ｍ）２．２．３清孔 当钻机进尺深度达到设计要求以后，即可开始清孔。由于本工程钻机采用泵举反循环出渣，大部分钻渣在钻进过程中从孔底直接经砂泵排出。 同时由于工程设计沉渣厚度不大于１５ｃｍ，终孔时采取二次清孔的方法，二次清孔是在钢筋笼、导管安放完毕后，硅浇注前用导管进行。２．３钢筋笼加工、安放钢筋笼骨架的绑扎、焊接成型要严格按照设计图和施工规范的要求在现场加工棚内完成，计划每节 钢筋笼约９ｍ，现场在孔口采用挤压连接器连接下放，缩短孔口操作时间，避免塌孔事故的发生。当吊放受阻时，不能强行下放，这样会造成坍孔和钢筋笼变形等事故。接长钢筋笼采用吊车、钻机、卷扬机配合的方法，当底节骨架下降到孔口上只有一个箍圈时，用钢 管将骨架临时支撑于孔口，此时可吊来第二节骨架进行连接，连接完毕后，稍提骨架，抽去临时支撑，将骨架缓慢下放。如此循环，直到全部连接完毕。注意不能碰撞孔壁（在钢筋笼四周每间隔２－３米放置一个混凝土轮型垫块，垫块厚２．５厘米，直径８厘米，轮型垫块可绕穿过其中间的钢筋旋转，并通过该钢筋固定在钢筋笼主钢筋上）。钢筋笼接长时要加快焊接时间。尽可能缩短沉放时间以减少沉降量并逐节验收钢筋笼的焊接质盈，确保焊接质ｔ符合规范要求。２．４二次清孔由于在吊放钢筋笼和沉放导管时使孔内处于悬俘状态的沉渣再次沉到桩孔底部，最终不能被混凝土 冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩荃质量。因此，必须在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。钢筋笼安装好后，即下放已拼装好的硷导管和供气管至孔底。在浇注硷前２０ｍｉｎ开动空压机向孔底送风。采用气举法通过导管将孔底沉渣吸出，以达到设计孔底沉渣厚度不大于１５ｃｍ的要求。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。于１５ｃｍ，满足设计要求。其检测数据如表４．２．ｓ水下硷的灌注工艺要点导管采用直径３０ｃ ｍ，壁厚ｌ Ｏｍｍ的无缝钢管。浇注前要复核导管长度，进行必要的水密、承压和接头抗拉试验。导管用高密封快插接头连接，用卡子固定好后，安设漏斗，一切准备就绪后即开盘灌注硅。为确保成桩质ｔ．要严格检脸各种材料，对试验不合格的材料，杜绝用于施工。导管灌注混凝土也 会存在离析现象，选择良好的配合比以减少离析程度，为保证成桩质量、每批材料进场都根据试验进行调整配合比，严格计ｔ和测试管理．混凝土搅拌时间不足会影响其强度，严格控制混凝土的搅拌时间。为防止发生断桩、夹泥、堵管等事故，灌注时，先向漏斗内灌一盘１： ２的水泥沙浆，再用硷将漏斗装满，使下去的硅确保能埋住导管至少］ｍ以上，然后拔球，在导管内硷顺管下落的同时，随即迅速将漏斗内硷注入导管，以增加导管的埋深，防止导管内进水。导管埋深控制在２－－４ｍ，最浅不得少于Ｉ ｍ，最深不得超过６ｍ。为防止钢筋笼被佐顶托上升，在灌注下段硷时应尽量加快，当孔内硷面接近钢筋笼时，应保持较深的埋管，放慢速度，当硷进入钢筋笼１－２ｍ后，应减少埋入深度。灌注过程中不得停顿，一气呵桩号－孔深１１３． ３５ １１１３． ２６ １１１３． ４６ １１１３． ４１１１３．３６１１３．２８ １１１３． １９１ １１３．２５ １ １１３．３３ １ １１３．２８ １ １１３．２５｛１１３．３０二次清孔泥浆比重控制在１ ．０５－１．１０ｇｌｃｍ＇，采用ＪＮＣ－１型沉渣测定仪检测孔底沉淀，其沉渣厚度均小表４沉渣厚度检测数据（单位：ｃｍ）４桩号１８２５３６５１０６８７７８６９６１０１０Ｉｌ１２１２４沉渣厚度３——一一一一一一一一一二卫墅进型・７８３・成，以保证桩的质量。灌注硷宜超出桩顶设计标高不少于５０ｃｍ，最后灌注时导管不要急于拆卸，要尽量加大长度，增加硷压力，确保硷质量。灌注完毕后，清除桩头浮渣，拆卸导管．待硅达到设计强度后，凿除桩项多余硅，使桩顶标高满足设计要求。３试桩测试结果和分析 质量检测采用Ｊｉｍ－１高精度测斜仪、ＪＪＣ－ＩＡ型灌注桩孔径检测系统和ＪＮＣ－１型沉渣测定仪对其桩径、孔深、垂直度及孔底沉淀等进行检测；检测结果为：桩径、孔深满足设计要求，垂直度不大于１／３００，孔底沉淀厚度不大于１５ｃｍ，竖向静载试桩结果分析，３根试桩在竖向荷载作用下，沉降量较小，稳定很快。对３根试桩的Ｐ－ Ｓ曲线进行分析，单桩垂直承载力不小于８０００ｋＮ。水平荷载试验结果分析，在地面下１．２ｍ处，分别对３根试桩进行水平单向多循环加卸载试验，３根试桩的水平荷载和位移梯度关系曲线表明，单桩水平极限荷载为３８０ｋＮ。小应变测试波形图表明：桩底反射清楚，实测桩长与设计相符，波速３２００－３６００Ｍ／Ｓ，混凝土质量良好，桩身完整性好，无缩径、离析现象。４结语 钻孔灌注桩的质里控制，首先要从成桩的各道工序入手．从严控制，才能保证成桩质ｔ，避免各种事故的发生。（１）钢护筒。钢护筒不宜太长，在软弱地层可采用优质泥浆护壁及控制进尺速度来防止坍孔；钢护筒下沉时用导向架及仪器控制里程和垂直度。（２）泥浆指标。泥浆指标是影响钻孔桩质１ｔ的主要因素。泥浆尽量采用优质泥浆，并且严格控制泥浆指标；加大泥浆检测频率，及时调整泥浆指标。（３）桩径。粘土、亚粘土地层以及成孔停滞时间过长是影响孔径的主要原因。桩径控制采用每进尺１０米检测一次的频率进行监控；加接钻杆时按要求提升钻头，及时更换磨损钻头；对易缩径的地层采取保护措施，合理选用钻进参数，调整钻压，钻头要保证一定的充盈系数：成孔时安放钢筋笼要求迅速、熟练，尽量减少从成孔到成桩的停滞时间．（４）垂直度．部分钻杆局部弯曲、钻头磨损、钻机磨盘变形、钻机底座下沉、钻杆法兰加工精度不够是影响垂直度的主要原因。开钻前检查钻杆的垂直度，对于弯曲的钻杆停止使用，对钻机磨盘进行整修，对钻机底座的土质夯实；每进尺１０米进行一次垂直度检测，安装导向装置；加接钻杆按要求提升钻头。（５）钢筋笼。钢筋笼的加工、安装精度是影响钻孔桩质量的原因之一。加工精度要严格控制；吊车吊装严防变形：采用导向装置防止中心偏移：熟练掌握挤压机操作技术，尽量缩短钢筋笼安放时间。（６）沉渣厚度。采用反循环清孔，尽量减少导管、钢筋笼安放时间，进行二次清孔。（７）硷灌注。集中拌制，运输车运输，连续浇注。施工管理应加强．大直径超长灌注桩施工工艺流程同一般灌注桩，但直径大，孔深，作业复杂，时 间长，尤其是试桩工程，锚桩采用通长钢筋笼，且在施工过程中，还需检测桩径、垂直度等，所以施工应加强管理，注意各工种的配合。大直径超长灌注桩混凝土灌注质量、成桩质量若仅沿用一般灌注桩的小应变检测等方法，结果相差 很大，可结合超声波埋管等其他方法检测。参考文献［１７王泽辉等．大直径超长钻孔灌注桩在无锡软土地基中的应用．施工技术，１９９９；（９）：６－８［２１刘金砺．袁振隆，张国平．钻孔群桩的工作机理和承载能力的研究．建筑科学研究报告，１９８４