浅谈怀沟大桥钻孔灌注桩施工
2017-09-04
怀沟大桥位于固原市原州区附近的怀沟上，中心桩号K1+910，轴线与怀沟交角105度。桥梁起点桩号K1+825.5，终点桩号为K1+944.5，怀沟大桥为4-40米装配式预应力混凝土T梁桥，桥墩柱式墩、空心薄壁墩，最大墩高47.9米，基础为钻孔灌注桩基础。桥台为肋式台，钻孔灌注桩基础，桥梁全长169米，桥梁宽20米；桥墩采用圆柱墩和空心薄壁墩。
本桥钻孔灌注桩基础桩径有Φ1.5、Φ1.8两种，均按拄桩设计。共有Φ1.5钻孔灌注桩544m，Φ1.8钻孔灌注桩2840m，拟采用旋挖钻机成孔，导管法灌注水下混凝土。
钻孔灌注桩施工工艺流程为：平整场地→设立工作台→桩位放样→埋设护筒→钻机就位→钻进→成孔→清孔→提钻→下放钢筋笼→下导管→灌注水下砼→拔除护筒→凿除桩头→验收
1 施工准备
平整墩台位置施工场地，用全站仪测设桩位并放出十字护桩，以方便随时检查桩位。制作钢护筒，加工钻孔桩钢筋笼，储备粘土，用于灌注水下混凝土的导管检查其密封性，准备泥浆池、沉淀池并做好泥浆排放措施，防止污染环境。
（1）埋设护筒。护筒一律采用钢护筒，内径比桩径大20～30cm，节长2.0～2.5m。护筒埋设深度2.0～3.0m，其顶端高出地面至少0.3m，高出地下水位1.5m以上。旱地护筒采用挖埋法，护筒周围用粘土夯实。护筒节间焊接要严密，谨防漏水。
（2）护筒埋设要求准确竖直，护筒顶面中心和护筒底面中心位置与设计偏差小于2cm，护筒竖向的倾斜度不得大于1%。
（3）泥浆制备。用于护壁的粘土，其性能指标需符合规范要求。为保证泥浆的供应质量，施工时设置制浆池、贮浆池及沉淀池。泥浆传送采用泥浆槽和泥浆泵。在钻孔作业中随时检验泥浆比重、粘稠度、含砂率、胶体率等，及时调整，确保护壁良好，钻进顺利，一般情况下泥浆指标保持在相对相对密度1.20～1.40，粘度保持在22-23 Pa.s，含砂率≤4，胶体率≥95，并及时填写泥浆试验记录。泥浆循环使用，废弃泥浆沉淀后妥善处理。
（4）钻机就位。采用旋挖钻机。钻机就位后，调平机座，量测检查钻头中心与护筒中心是否在一条铅垂线上，与孔位中心的偏差是否在规范允许范围之内。检查钻杆的垂直度是否满足要求及钻杆、钻头等部位连接是否牢固、运转是否良好。
2 钻孔作业
开钻前应纵横调平钻机，安装导向套，将钻机缓慢放下，使钻头对准孔位。当电源指针偏向无负荷状态时即开始下钻，在钻孔过程中，应经常观察电流表，如超过额定电流时应放慢下钻速度。操作的过程中，需要改变钻杆的回旋方向时，须等钻杆完全停止转动后再重新启动。
在开始钻进或穿过软硬土层交界处时，为保持钻杆竖直，宜缓慢进尺。在含圆砾、角砾的土层或含水量较大的软塑粘性土层中钻进时，应尽量减少钻杆晃动，以免扩大孔径。
钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土。遇到孔内渗水、塌孔、缩颈等异常情况时，应将钻具从孔内提出，研究妥善处理。
在硬夹层中钻进时可采取以下方法：对于直径小于10cm的石块，可采用普通螺旋钻头钻进；对于直径大于成孔直径1/4的石块，宜用镶焊硬质合金的耙齿钻头慢速钻进，石块一部分可挤进孔壁，一部分沿螺旋钻杆输出钻孔。
几种常见钻孔事故的预防及处理：
坍孔：坍孔多发生于松散砂层中，多数原因是泥浆粘度不够，头压力不足，护壁情况不好造成，也有操作上的原因。处理方法：坍孔较少的可以改善泥浆的指标，加大泥浆比重，继续钻进，重者则孔内回填粘土，待恢复密实后重钻。
斜孔：在钻孔时，由于钻孔方向偏斜产生斜孔，严重者影响钢筋笼的安装和桩的质量。斜孔的原因主要是钻机、安装的不正、不稳及钻杆的弯曲、操作不良等，也有钻进中如遇到较大岩石块时而引起弯孔的现象。斜孔不严重时，可重新调整钻机继续钻进；较严重时，可采用上、下反复孔的办法加以处理，使钻孔正直；严重时，要在孔内回填粘土，待恢复密实后重钻。
3 清孔及成孔检查
终孔后，会同监理工程师检孔，报验审批。合格后迅速清孔，清孔采用掏渣法和换浆法，严禁用加深钻孔的方法代替清孔。测量孔径、孔深、孔位和沉淀厚度，确认满足设计和施工要求后，方可灌注砼。清孔后从孔底提出泥浆试样，进行性能指标试验，泥浆应达标准：相对密度1.03—1.1；粘度17—20Pa.s；含砂率<2%；胶体率>98%。测量孔底沉淀厚度，要求小于5cm，清孔完毕后，由质检人员对孔径、倾斜度进行测量并认真填写纪录，检测合格后报请监理工程师进行检测，报验审批后，方可进行下道工序。
4 钢筋骨架制作、运输和起吊就位
4.1 制作
钢筋、机械、焊条等的品种、规格和技术性能应符合国家现行标准规定和设计要求。冷拉钢筋的机械性能必须符合规范要求，钢筋平直，表面不应有裂皮和油污。钢筋骨架制作采用加劲筋成型法。钢筋笼分段制作，孔口焊接，每段长8-10m。同时，根据保护层要求，焊接钢筋“耳朵”，焊在骨架主筋外侧，布置间距以沿孔径竖向每隔2.0m左右设一道，每道沿周围对称设置4-6个。
4.2 骨架的运输
骨架的运输，采用在平车上加托架的方法运输，保证钢筋骨架运输过程中不变形。
4.3 骨架的起吊和就位
钢筋骨架起吊和就位利用吊车起吊，为了保证骨架起吊时不变形，采用两点法，中点到三分之一点之间，绑扎两根杉木杆，起吊时，先提第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊，提起至设计标高为止，骨架通过槽钢或钢管固定于临时设于孔口的井字架上，即可松开吊点，骨架上下节连接要保证主筋轴线同心，同时测量钢筋骨架的标高是否与设计相符，偏差不得大于±5cm，质检人员应做详细的标记，请监理工程师进行检测，检测合格后可以进入下道工序钢筋安装的检查项目.
5 浇注水下砼
灌注用砼采用商砼和搅拌站集中供应砼，罐车运输砼至施工现场，要由质检人员和试验人员对进场商砼的坍落度、温度逐车进行检测，并由监理工程师旁站控制坍落度，检测结果符合规范及施工要求后，可以进行砼灌注。
灌注水下砼采用导管法。导管用无缝钢管制成，壁厚3mm，内径为300mm，中间节长2m，底节长4m，导管采用丝扣连接，导管使用前要调直，并试拼组装进行拉力和水密试验，以保证导管在灌注水下砼的过程中不漏水、漏浆，并防止拉断。水密压力计算公式如下； P=rChC-rWHW
P—导管可能受到的最大内压力（KPa）
rC—混凝土拌和物的重度（取24kN/m3）
hC—导管内混凝土柱最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；
rW—井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）
HW—井孔内或泥浆的深度（m）。
2）安装导管时应注意如下事项
①导管的长度必须精确丈量，并做好记录，以作为安装和拆除导管的依据；
②导管吊入孔内以前，应用测绳对孔深进行测量，导管底应保持距孔底0.4m左右，避免导管下口被沉淀物堵塞，造成卡管事故；
③吊装导管时，要保持导管的垂直状态，防止倾斜挂卡钢筋骨架；
④导管下放受阻时，应查明原因并采取徐起徐落和正反旋转来加以解除，不得用高起猛落的方法；
⑤导管下放时，要逐节检查丝扣有否松动。
6 凿除桩头
砼灌完24小时后在不影响其它桩施工的情况下，开挖并凿除桩头。此时凿除桩头需保留10～20cm，在桩头砼达到设计强度时再次截除，以保证桩头段砼质量符合规范。
7 结语
通过对以上关键工序进行了严格的技术控制，怀沟大桥钻孔灌桩施工合格率100%，完全满足了设计要求。
