桥梁钻孔灌注桩施工处理技术研究

　　摘要：根据笔者从事公路工程管理多年经验，现就对钻孔灌注桩施工技术及灌短桩头处理的具体方法和步骤进行了探讨与分析。
　　关键词：桥梁建筑，钻孔灌注桩，混凝土，施工技术
　　
　　随着我国的公路桥梁快速发展,对桩基的要求越来越高,我们金华市辖区内的桥梁基础形式大多采用灌注桩基础。为了满足设计要求,灌注桩的持力层要求是较为完整的岩石层,但由于地质条件复杂多变，桩长和桩径尺寸往往很大,使得下部结构的造价在整个工程总造价中占较大的比例;同时,由于桩长很长,也给施工造成很大的困难。钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法，在土中形成一定直径的孔，达到设计标高后，将钢筋骨架吊入井孔中，再灌注砼。由于钻孔灌注桩对地质状况的适应性强、承载力高、施工方便，已成为大中型桥梁基础的首选形式。但在施工过程中，由于对施工管理的重视不够或者施工人员操作失误又恰好钻到两种不同地质条件的结合部，发生坍孔、扩孔等现象，造成了灌短桩头等缺陷。根据笔者多年经验，现就对钻孔灌注桩施工技术及灌短桩头处理的具体方法和步骤进行了探讨与分析。
　　一、钻孔灌注桩的施工控制
　　根据大直径灌注桩的荷载传递特性可知，基桩承载力除了与桩身混凝土强度、桩径、桩长、长径比等内在因素有关外，还与孔壁、泥皮、清孔、水下混凝土灌注等诸多外部因素有关。另外桩穿越的各土层的层厚、力学性质、嵌岩段的长度及地基强度等因素的影响也较大。对于这些外部因素，在施工过程中必须注意并严格控制。
　　1、钻孔
　　安排钻孔是灌注桩施工的关键环节。在钻机就位前，检查钻机和各项准备工作，包括场地布置与钻机坐落处的平整和加固，主要机具的检查与安装，配套设备的就位及水电供应的接通、造泥浆的黏土是否足够等，钻孔就位后，底座和顶端平稳。开孔时必须以主动钻杆自由对中转盘中心的办法来调平钻机底座。开钻时应轻压慢转，及时加入重块，降低钻具重心，防止倾斜。钻孔时采用三班连续作业制度，每班必须及时填写钻孔施工记录，包括本班进尺、地层情况、停钻原因及处理情况等多项内容，交接班时交代钻进情况及下一班应注意的问题。钻进时，应保持孔内有足够的水头高度和合理的泥浆技术指标，平衡土层压力，防止缩孔及坍孔。施工时，可以专门配一位技术人员经常测定泥浆比重，定期测定粘度、含砂量和胶体率，及时调整泥浆技术指标，必要时使用泥浆添加剂。优质泥浆对孔壁既有良好的保护作用，又不产生泥皮效应，也不影响桩周摩阻力。在土层变化处捞取渣样，判明土层，并记入记录表中，以便采取相应措施对钻孔中泥浆的性能随时控制。
　　2、钻孔施工中遇到的问题及处理办法
　　2.1坍孔的原因分析
　　坍孔是施工中常见的事故，一般表现为孔内水位突然下降或出渣量显著增加而不见进尺或进尺很慢而钻机的负荷明显增加，发生异响，甚至钻头被埋住等，这些都说明孔内已有坍塌。分析坍孔的原因主要有：土层松软；孔内水头高度不够或水头太高；护筒周围填土不密实；附加于孔口附近的荷载增大；清孔时间过长或操作不当，或清孔时空压机扰动孔壁；泥浆比重不够，护壁不可靠等。
　　2.2坍孔的处理
　　在基桩施工中，曾有一例较严重的坍孔现象，孔中埋有钢板、方木等杂物，我们在打捞出杂物后，用砂和黏土混合物回填坍孔，等回填沉积稳定后，重新埋设护筒，再开始钻孔，经过实施，达到了预期的效果。
　　3、终孔鉴定及孔底沉渣控制
　　终孔时应采用探笼器检测孔径，利用钻孔的钢丝绳把探笼器放入孔内，如上下顺畅即符合要求，否则进行扫孔。终孔鉴定中，泥浆循环的观察是重要的辅助手段，孔底沉渣必须进行严格控制。下钢筋笼导管后、灌注混凝土前，进行二次清孔，同时调制优质泥浆，使其能降低颗粒下沉速度；采用先进的反循环清孔工艺，沉渣测定符合要求后，立即灌注混凝土，保证二次清孔后至第一盘混凝土剪球时间不超过30min，防止土渣回落；尽量加大混凝土初灌量，利用初灌量的冲力，冲开残余孔底的少量沉渣。
　　4、水下混凝土灌注控制
　　水下混凝土灌注是成桩的最后一道工序，也是保证桩身质量的最关键的工序。灌注混凝土时,着灌注高度的不断上升，要及时提升导管，提升时要保证导管底端埋入管外混凝土以下的深度不少于4-6m，但也不宜大于8m，严禁将导管底端提出混凝土面，造成断桩或局部离析。混凝土灌注时应经常测量混凝土面高度，控制导管在混凝土内的埋深，避免出现质量事故。
　　二、钻孔灌注桩的桩身质量检测
　　根据大直径灌注桩荷载传递原理，桩身质量是制约基桩承载力的一个主要因素，对桩身完整性、桩底沉渣等情况进行检测是必不可少的一项工作。一般检测桩身的结构完整性用无破损法进行检测，包括超声波检测和低应变动力检测等。设计有规定时或不能保证成桩质量时，采用钻取芯样法对桩进行检测，对柱桩应钻到0.5m以下。检测后，成桩质量不符合要求时，应进行处理。
　　1、灌短桩头及处理方法
　　在灌注混凝土的施工过程中，孔壁断续发生小塌方，施工人员未发觉未处理，探测捶达不到混凝土表面造成。灌注结束后，桩头高程低于设计高程，出现桩头灌短现象。的处理方法：
　　1.1导管已经拔出井孔，间隔时间较短，混凝土还未初凝，导管还能插入混凝土中时。处理方法如下：仔细测量井孔内断桩处混凝土面的深度，计算导管长度及充满导管所需的混凝土体积数，将导管检查拼接合格后下入井中。将球栓置于漏斗颈口处，球下设一层塑料布或若干水泥袋纸垫层，用细钢丝引出，连接于钻机副吊钩或其他提升设备上，当达到混凝土初存量后(即灌注混凝土的第一盘料数量)，迅速将球向上拔出，这种方法称为拔球法。混凝土压着塑料布垫层与水隔绝的状态，排出导管内的泥浆而至口底，球栓多用混凝土或木料制成，球径直径可大于导管直径1.5-2.5cm。当储料斗中的混凝土表面达到制作的标志位置时，即混凝土已到达导管底口位置，导管中的泥浆已被排到口底，此时应迅速将储料斗和导管一起下放，使导管底口插入井孔内断桩处混凝土面以下50cm，储料斗内的剩余混凝土继续下灌。导管底口混凝土外翻和井孔内断桩位置以下的混凝土结合，推动井孔内混凝土上升，直至第一盘料灌注完毕。为了提高桩的质量，在灌注第二盘料时，将储料斗和导管继续缓慢下放，使导管底口插入断桩位置以下100-200cm的混凝土中，按正常灌注方法灌注混凝土。从断桩到二次开盘灌注混凝土所需时间不能超过30min，否则混凝土初凝，即使导管重新插入混凝土中，二次灌注的混凝土也不能冲破井孔内的原有混凝土，导致失败。
　　1.2导管已经拔出井孔，间隔时间较长，混凝土已经初凝，导管插入混凝土中困难或无法插入混凝土中。处理方法如下：清理施工现场，加固护筒，防止护筒坍落井中。将钢筋骨架的主筋上端焊接在护筒壁上，避免钻头扰动弯曲、钢筋骨架中的主筋无法提降钻头。如果钢筋骨架位于护筒之下，应将泥浆排至钢筋骨架顶面以下30-50cm，将主筋接长并焊于护筒壁上。当钢筋骨架顶和护筒底部的距离相差较大时，为防止泥浆过多而导致坍孔，可采用其它方法，如加长护筒等，更换小钻头(小钻头的直径较成孔钻头的直径小约30-40cm)进行造浆，泥浆指标符合钻孔要求即可。开动钻机进行二次钻孔，由于时间较短，井孔内的混凝土强度还较低，钻头进尺较快，混凝土中的碎石被泥浆浮出井孔外，保证了二次钻孔的成功性，但应注意二次钻孔不可倾斜，以免钻头被钢筋骨架挂住。当钻至桩的设计标高时，提出钻头，用钻机或其他提升设备，或用千斤顶和反力架配合，将钢筋骨架中的主筋单根单根抽拔出来。由于混凝土强度不高，钻孔桩的内孔已经形成，整个钻孔灌注桩成为一个壁厚为15-20cm管柱，当第一根主筋被拔出时，管柱已出现破碎，其他主筋的抽拔就比较简单容易。钢筋骨架中的螺旋筋可用有关的打捞器打捞出来，更换成孔时的钻头，开动钻机将管柱破碎在井孔内的混凝土块进行粉碎，利用泥浆将其浮出井孔外。当碎块被清除后，该桩孔重新形成，可按灌注混凝土的步骤进行施工成桩。
　　2、注意事项
　　2.1钢筋骨架中的螺旋筋采用点焊而非扎丝绑扎方式固定在主筋上，而点焊间距较小时不得使用该法。因为整个钢筋骨架成为一体，不能单根抽拔，使井孔中钢筋骨架无法清除。
　　2.2孔中钢筋骨架长度大于30m时，不能使用该法。因为虽然管柱的壁厚为15-20cm，但主筋被混凝土握裹长度较长，握裹力很大，单根抽拔主筋的力不能克服其握裹力，有时即使将主筋拔断也不能将其抽拔出来，无法清除孔内钢筋骨架。以上两种方法实际应用中成功率接近100%，关键在于分析处理好每个细节。这两种方法处理的断桩，必须经过检测后，确定无质量问题时，方可使用，否则应按断桩处理。检测时可先进行无破损检测，无质量问题时，再进行取芯检测，合格后即可使用。
　　三、结束语
　　本文在对钻孔灌注桩施工技术的研究基础上，重点提出了灌短桩头处理的具体方法、步骤，在许多实例中取得很好的效果，为钻孔灌注桩的设计和施工提供了有益的帮助和指导。