摘要：随着我国公路事业的快速发展，在大江大河修建公路桥梁的工程日益增多。本文对桥梁工程中深水钻孔灌注桩的施工技术进行分析和研究，具有较强的价值和意义，供参考。
关键词：公路桥梁;深水基础施工;钻孔灌注桩
Abstract: along with the rapid development of the cause of the highway, in big rivers and build highway bridge engineering is increasing. In this paper, the bridge engineering, deep water bored piles construction technology are analyzed and studied, has strong value and significance, for reference.
Keywords: highway bridge; Deep foundation construction; Cast-in-place pile
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
当桥梁跨越较大静深水区域时，需进行多个深水桩基群施工，而且施工水深较深，各墩位地质情况变化也相当大，施工难度很大。一般采用双壁钢围堰进行桩基和承台施工，再在平台进行桩基钻孔，并结合钢吊箱进行承台施工的工艺。这一施工工序复杂，影响因素较多。我国通常采用钻孔桩基础、管柱基础和沉井基础等形式。文中结合工程实例讨论并研究深水情况下的钻孔桩施工技术。
1常见的钻孔灌注桩施工工艺流程
钻孔灌注桩是采用就地成孔的方法来完成的一种深水基础施工方法之一。其施工方法是先用钻孔机做成桩孔，然后在孔内放入钢筋笼骨架，再灌注桩身混凝土而形成桩身，最后在桩顶浇筑承台(或盖梁)。
因桥梁施工现场情况各异，施工工艺流程不会完全相同。在施工前，需要进行各项准备工作，如施工放样、确定成孔方法及设备、材料场地布置等;而首要的任务是要安排好施工计划，编制具体的工艺流程图，作为安排各工序施工操作和进度的依据。钻孔灌注桩施工的主要工序是：埋设护筒、制备泥浆、钻孔、清底、钢筋笼制作与吊装，以及灌注水下混凝土等。
2工程概述
该深水桥桥墩基础采用钻孔灌注桩群桩基础。钻孔灌注桩采用钻孔平台进行施工。钻孔灌注桩施工包括钻孔平台搭设、钻孔桩施工、钢筋笼安装、混凝土浇筑及钻孔灌注桩桩底注浆等内容。钻孔平台采用浮吊配合打桩船或振动沉桩机进行搭设;钻孔桩采用大直径、大扭矩回旋钻机进行钻孔施工;钢筋笼采用布置在钻孔平台上的动臂吊机进行安装。成桩后利用预埋在桩身的注浆管进行桩底压浆。该深水桥主桥基础设计复杂，规模庞大，施工难度很大，这主要体现在：基岩埋置深度达到270 m以上，主塔基础设计为深水群桩基础，桩身长、直径大、规模大，桩基施工难度大;桩长达到120 m以上，穿越地层地质条件较为复杂，施工风险大，对泥浆的悬渣及护理性能要求高;桩基规模大(D2.5～2.8 m钻孔桩100余根)、工期紧，质量要求高。如钻孔桩孔底沉淀要求≤10 cm、桩位偏差≤10 cm，倾斜度≤1/200，因此，施工中必须在工艺及施工管理上采取相应的措施，保证工程质量。
3钻孔灌注桩的施工
钻孔灌注桩是一项质量要求高、施工工序多、并需在一个短时间内连续完成的地下隐蔽工程。要保证施工有序进行，就必须在开工前做好施工设计编审;施工场地的清理规划;孔口护筒的制作和埋设;泥浆配置和循环设施的安设;工序施工管理制度，岗位责任制，交接班制，质量检查验收制、设备机具的检修保养等施工准备工作，文中对此就不再赘叙。
3.1泥浆循环系统选择
钻孔灌注桩施工中，泥浆好坏决定了钻孔施工的成败。泥浆质量不好，钻孔施工中易引发坍孔、缩颈、成孔后孔底沉淀厚等情况，严重时还可能引起断桩。该工程施工过程中采用了PHP优质泥浆，并采用集中造浆、分散净化的施工工艺。
施工实践证明，集中制浆、分散净化的工艺，确实提高了泥浆质量，加快了施工进度，保证了成孔施工质量，降低了施工各环节的交叉影响，有效地解决了大直径、超长桩钻孔施工过程中可能出现的问题。
3.2钻进施工
钻孔灌注桩因其施工情况的特殊性，钻孔时可能遇到的不确定因素较多，因此开钻前制定详细可行的基桩施工作业指导书，并要备有可靠的自发电系统和满足要求的混凝土供应。因该桥桩地质情况较为复杂，每钻进一定距离或是钻进地层变化时，应在泥浆池中捞取钻渣样品，进行检测并记录，再与地质剖面图进行核对。当钻孔到易塌地层(砂层等)时，应采取增加泥浆的黏度或加大泥浆比重，并降低钻孔速度等方法通过该地层。
3.2.1钻进参数选择
依据钻孔前绘制的钻孔地质剖面图，根据钻进土层的不同选择与其相应的进尺与转速。对砂砾层，采用轻压、低档慢速、优质浓泥浆钻进，确保护壁厚度以及充分浮渣;对于砂层，采用轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进，以免孔壁不稳定，发生局部扩孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋钻现象;钻至淤泥质土层时，应加大泵量，采用稠泥浆钻进，低档减慢钻进速度，防止发生先扩孔后缩孔的现象;对于黏土层采用中等钻速、大泵量、稀泥浆钻进;对于亚黏土层，采用低档慢速、优质泥浆、大泵量钻进的方法钻进;对不同的地层采用相应的钻进工艺参数(详见表1)。
表1不同地层钻进参数表
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地层 钻压/kN 转速/rpm 钻速/ m·h-1 |
淤泥、淤泥质黏土 <150 10~20 <2
粉细砂 200~400 10~20 1~2
粗砂层 200~400 5~10 0.5~2
护筒底口地层 <150 5~10 0.5~1 |
3.2.2钻进需注意的问题
钻进过程还中需注意以下问题：钻井安装完成后，要调整底座使之保持平稳，防止钻进和运行中产生位移与沉陷;距钢护筒底口位置上下各2 m左右的钻进，为保证护筒底口部位地层稳定，应控制进尺，并采用低转速、低钻压钻进;钻进时要保持孔内的水头高度，随时补充孔内浆液，使泥浆面总是保持在高于施工水面2 m以上;当钻头处于护筒底口位置时，钻具升降必须谨慎操作，保持平稳，以防钻头钩挂护筒、冲撞钢护筒、扰动钻孔孔壁;钻孔作业分班连续作业，应经常对钻孔泥浆进行试验，不合要求时，要及时调整;钻孔过程中，钻孔施工记录要及时填写，交班过程中要对钻进情况进行说明随时捞取渣样，检查土层是否有变化，当土层变化时要及时报监理工程师并进行相应记录，且要与地质剖面图核对。
3.2.3成孔检测及清孔
成孔检测设备采用超声波探测仪进行检测，检验合格且经监理工程师验收认可后，要立即进行清孔。清孔时将钻头提至距孔底0.20 m高左右，钻机保持低速空转，使泥浆保持正常循环，并转换泥浆。当泥浆的相对密度达到1.05～1.10;含砂率<0.5%;黏度17～20 Pa·s后，可停止清孔。严禁使用超钻加深钻孔的方法代替清孔。
3.3钢筋笼的制作及安装
该工程钻孔灌注桩钢筋笼长度为117.4 m。钢筋笼分4节进行加工，分节长度为36 m+36 m+24 m+21.4 m。桩基钢筋笼在驳船上制作，为防止钢筋笼在加工和吊装过程中的变形，在制作钢筋笼时钢筋笼用长线胎模固定，加劲骨架加强，钢筋笼胎模及加劲骨架如图1、图2所示。
钢筋笼制作采取岸上配料，经过镦粗，再运至钻孔平台上完成加工过程。制作钢筋笼时要严格按设计要求布置声测管与注浆管，采用定位钢筋定位。在焊接时，为避免影响混凝土浇筑质量，声测管与注浆管的位置和主筋不能重叠。钢筋笼接头的镦粗直螺纹工艺要求主筋的加工精度必须得到保证，因此其加工必须与试拼同时进行，即以长线法施工。
钢筋笼安装直接采用安装在钻孔平台上的动臂吊机进行吊装。在施工高峰期，为减小钢筋笼的安装时间，采取了在施工桩位周边已完成扫孔的护筒内预拼钢筋笼，这时钢筋笼安装仅需完成3次对接，这样节省了安装时间，保证了工期内完工。
3.4导管安装
下放钢筋笼后就应安装导管。导管要进行水密承压和接头抗拉试验，以及长度测量标码等工作，并经监理工程师检查合格待用。导管由驳船运抵墩位旁，在平台上接长，然后浮吊吊起并在孔内下放至设计位置，连接过程中要避免使用已损坏的导管及接头，以确保连接处的完好。在灌注混凝土前再次检查孔底沉渣厚度，如不满足沉淀<10 cm的要求，则利用导管进行二次清孔直到合格。为减小孔底沉淀，终孔前后的泥浆含砂率必须控制在0.5%以内，实际施工中，有60%以上的孔位，清孔泥浆含砂率控制在0.3%以内，钢筋笼安装完毕后，孔底沉淀均在50 mm以内，避免了二次清孔，加快了施工进度，提高了钻孔质量。
3.5混凝土浇筑
该工程采用刚性导管法灌注钻孔桩水下混凝土。导管、混凝土储料斗(15 m3)、漏斗(1 m3)等组成了主要的灌注设备。采用卡口式接头导管，导管外直径为准325 mm，管壁厚度12 mm，提拔和拆除刚性导管时使用动臂吊机。开始灌注首批混凝土时，应使导管埋入混凝土≥2 m的深度，并且控制导管下口与孔底间至适宜距离，同时保证混凝土储量。
首批混凝土灌注完成后，应尽可能连续灌注，以缩短导管拆除的时间间隔。灌注过程中要定时探测孔内混凝土面高程，以及时调整导管埋深，混凝土导管不宜埋置过深，通常情况下埋深应控制在2～6 m。拆除导管要及时，拆除后的导管要及时检查密封圈好坏，对有问题的要加以更换。施工中要采取有效措施保证混凝土上升高度测算的准确性，以确保导管埋深在合理范围内。
灌注混凝土过程中，必须严格控制混凝土质量，如:根据规范要求抽样制作混凝土试件，以检验桩基混凝土质量，并随时检测混凝土坍落度。桩顶应加灌0.8～1.0 m高度以确保成桩质量。灌注过程中要填写水下混凝土灌注记录。基桩施工完成且混凝土达到检测要求后，要及时联系检测单位进行检测。
3.6桩底的注浆
结合施工区域的地质资料与钻孔桩结构，选用桩底后压浆技术在桩底高压注浆，以提高钻孔桩底承载能力。钻孔桩施工时，在桩内预埋注浆管。当桩身达到一定强度后，通过高压注浆泵，浆液依靠注浆压力将原来无缝隙的桩底土层劈裂成脉状缝，再经劈裂、渗扩、填充、压出、固结等作用，改善桩端土的物理力学性能和达到扩底效应;同时高压浆液作用于桩端沉渣夹层，两相混合，结合后形成了强度较高的混凝土，消除了桩底沉渣对桩端承载力的影响，减小桩的沉降。
3.6.1注浆技术参数的选择
3.6.1.1注浆压力
注浆压力按下式计算，即：
P=(2~4)P0=2.5~4.8
式中P---注浆压力，MPa;
P0---静水压力，MPa。
根据计算值并结合该工程的具体情况和以往的施工经验，注浆压力按4～4.5 MPa控制。具体值待注浆工艺试验和桩承载性能试验结束后确定。注浆时桩顶的上升量不得大于设计要求。
3.6.1.2注浆浆液
根据该工程所在地层情况，结合类似工程施工经验，注浆浆液选用单液水泥浆，如遇水泥浆用量多，注浆压力又不上升，或吸浆量减少等特殊情况时，则配制水玻璃-水泥浆。
注浆浆液本着高压稀浆、先稀后浓的原则，水灰比按1：1，0.8：1，0.5：1逐级调配，水泥选用32.5普通硅酸盐双检水泥，水泥浆搅拌时间不少于2min;外加剂为U型膨胀剂，正常掺入量3%;水玻璃为模数2.5～3.4，浓度30～45Be。
3.6.1.3进浆流量
进浆流量单孔按50 L/min控制，具体根据实际情况调整。
3.6.2注浆施工工艺流程
注浆施工工艺流程如图3所示。
3.6.3压浆施工注意事项
(1)压浆管下放过程中，每下完1节钢笼后，必须在压浆管内注入清水检查其密封性，若压浆管渗漏必须返工处理，直至达到密封要求。
(2)压浆管接头可采用丝扣或接箍套节焊。必须保证管路密封，以防泥浆进入管内。
(3)压水开塞时，若水压突然下降，表明单向阀门已打开，此时应停泵封闭阀门10～20 min，以消散压力。当管内存在压力时不能打开闸阀，以防止承压水回流。
(4)进浆口压浆时，打开回路的出浆口阀门，先排出注浆管内的清水，当出浆口流出的浆液质量浓度与进口质量浓度基本相同时，关闭出浆口阀门，开始注浆;每循环压浆完成后立即用清水彻底冲洗干净，再关闭阀门;U型回路在压浆每一循环过程中，必须保证压浆施工的连续性，压浆停顿时间超过30 min，应对管路进行清洗。
(5)水泥浆制配时，严格按配合比进行配料，不得随意更改。
(6)在压浆过程中，若发生不正常现象，如出现注浆泵压力表越来越高或突然掉压，地面冒浆等情况时，应暂停压浆，查明原因后再继续压浆。
结语
采用平台钻孔灌注柱施工,加快了施工进度，而且还减少了施工船舶及机械设备的投入。实践表明，采用钻孔灌注桩进行桥梁深水基础施工切实可行，并对类似工程具有参考和借鉴作用。
参考文献：
[1]徐伟，郭征红，骆艳斌.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2008.
[2]欧阳效勇，任回兴，徐伟.桥梁深水桩基础施工关键技术[M].北京：人民交通出版社，2006.
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公路桥梁深水钻孔灌注桩的施工技术探究
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