大直径超深钻孔灌注桩的施工关键技术*

昆山中环主线高架及匝道、立交桥、金鸡河大桥等均以钻孔灌注桩基础为主，灌注桩桩径为1.0～1.8 m不等，桩长为30～85 m。

1.2 工程地质条件

昆山属苏州市，地处湖沼积低洼平原区，属于太湖流域堆积平原地貌区之低洼湖荡平原地貌亚区，地层起伏较大，地层中含砂率极高，自地面以下约10 m范围内为黏土和粉质黏土层，自10 m左右范围以下，多为粉砂层，砂粒含量极高，并局部夹有块状砂岩，泥浆自造能力很差。

2 关键施工技术

2.1 施工工艺控制[1-3]

研究设计和地质资料→施工方案、质安保体系制定→测量放线→场地处理→护筒埋设→钻机就位→钻孔→随钻进随检孔至孔底→一次清孔→钢筋笼沉放→安装导管→二次清孔→灌注水下混凝土→混凝土试件制作

2.2 施工机械选型

本工程成孔深度较深、桩径较大、施工工艺要求较高，且深层地质较差，要确保钻孔桩垂直度要求及成孔质量，一般扭矩较小的钻机的机械性能很难达到施工要求。例如在刚开始施工桩基时，周市立交C匝道20#桥台2#桩（φ1 500 mm，桩长40 m）采用的是GPS-15型钻机，但在钻孔时，尤其是进入粉砂层后，由于地质条件较差（有块状砂岩），加之钻速过快，配套钻杆因为抗扭性能不强，发生了钻杆断裂、掉钻事故。结合本工程地质情况，回转钻正循环成孔应选择扭矩大、稳定性好的GPS-20型或GPS-30型钻机施工。

2.3 施工垂直度控制

2.3.1 平面定位控制

1）测量放样工作。根据业主移交的测量控制点在施工场地利于保护和放样的地方设置地面导线点和高程控制点，根据设计图纸提供的坐标计算轴线坐标，采用地面导线控制法逐一放出轴线。这是控制平面位置准确的关键。

2）护筒埋设。护筒内径比桩径大200～400 mm，长度一般为2 m，埋入原土20 cm，河道处局部埋深长4 m。以施工桩位为中心，用十字交叉法沿桩位四周测放4 个控制桩，以埋设护筒时控制桩不受影响为原则，再将钻头中心对准桩位中心，用钻头挖出桩直径大小的圆孔，再用扩孔钻头扩到钢护筒外径大的圆孔，复核桩中心线，桩中心有偏差则进行修正，桩位中心准确后将底部整平夯实，然后用钻机安放护筒。安放护筒时，保证钢护筒的圆心和桩的中心重合，护筒壁垂直。护筒安放完成后应复核护筒中心与桩中心的偏差，一般平面允许误差50 mm，竖直线倾斜不大于1%。干处可实测定位，水域可依靠导向架定位。

3）钻机就位。钻机安装前，应检查钻机平台是否符合平台的设计要求，确保平整、稳固。钻机平台、钻机及钻架稳定牢固，以确保钻机在钻进过程中不会发生倾斜、位移及沉陷。钻架垂直及机身水平，钻架上的起吊滑轮组与转盘中心应在同一铅垂线上。应对钢护筒的位置及直径进行复查，钻头、钻杆中心与护筒中心的偏差≤5 cm。钻机就位后，应测量护筒顶、平台标高，用于钻孔过程中进行孔深测量参考。

2.3.2 施工垂直度控制

钻机就位并调平，钻机塔架头部滑轮、转盘中心和桩位三点应在同一铅直线上。钻机机身必须牢固，保证施工过程中不位移、不倾斜。在开钻前必须进行满负荷运转。

根据不同的地质特点，合理控制钻进参数（钻速、钻压、钻进速度要求）。一般土层（主要指黏土层）使用Ⅱ挡（70 r/min），适当减小钻压，加快钻进速度；在特殊情况下（主要指砂层土），实用Ⅰ挡（40 r/min），适当增加钻压，减慢钻进速度。

钻孔中的钻进快与慢，护壁泥浆的性能、指标要根据实际地层的土质情况而变化。

本工序的重点为：钻进时密切注意桩架的稳定情况，护筒、土体是否有下陷情况，接、拆钻杆时要小心谨慎，每次应仔细检查钻杆接头是否连接紧密。在钻孔前应检查钻头直径，并随时对磨损的钻头进行修补，同时确保钻头直径。

根据地质勘察报告及钻出渣样辨别是否达到持力层，当桩孔深度达到设计要求的持力层和深度时，须请监理方进行桩底土层验槽，以确认达到设计要求的持力层。采用的钢筋检孔器直径等于钻孔桩钢筋笼直径加100 mm，但不得大于钻头直径，长度为4D～6D（D为钻孔直径），吊入钻孔内进行孔深、孔径（≥设计桩径）、孔型和垂直度的检测。检测结果报监理工程师复检，合格后进行下道工序。

2.4 不同阶段孔壁稳定的泥浆指标控制[4-7]

本工程上部基本为淤泥质黏土和粉质黏土，具备原土造浆条件，在钻孔前先制备好泥浆，以备在钻进过程中使用。稳定泥浆必须具有良好的物理性能、流变性能和稳定性能。主要指标为泥浆的密度、黏度、和含砂量等。泥浆的配合比根据现场试钻情况确定，在施工过程中根据测孔情况和混凝土灌注方量及时调整泥浆的施工参数。在施工过程中必须定期监测泥浆指标，及时调整，严防坍孔事故，泥浆性能指标见表1。

泥浆相对密度：上部孔段1.20左右，中下部砂层孔段1.25～1.30。

钻进过程中，确保施工桩径不小于设计桩径，对易颈缩及坍塌的土层，除必须保持泥浆具有良好的性能指标外，还应控制好钻进速度，同时适当上下提钻扫孔扩径，做好施工保径工作。

泥浆护壁，泥浆采用钻进土层过程自然造浆法造浆。根据以往类似施工经验及地质特性，⑦层有大量砂层粉砂黏土互层，地质情况复杂，成孔必然造成泥浆相对密度大黏度小，因此必须采取相应措施保证孔壁稳定性。首先应保证泥浆池储存一定量的优质泥浆；至⑤层以下成孔施工时把成孔的泥浆排放到废浆池，将储存的优质泥浆用泥浆泵抽至孔内，以保证孔壁稳定性及孔内沉渣满足设计要求。

钻孔泥浆相对密度控制在1.20～1.3之间（泥浆比重仪测定），泥浆的黏度控制在18～26 s（黏度计测定）；在杂填土、粉质粉土层夹砂、砂层钻进时必须使用较浓泥浆，使之能在孔壁上形成致密泥皮，维护孔壁稳定和清孔冲渣，确保成孔质量。

2.5 沉渣厚度的控制

成孔后，钻头提高孔底10～20 cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间≥30 min。采用性能较好的泥浆，控制泥浆的相对密度和黏度，不要用清水进行置换。钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔四壁。开始浇筑混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30～40 mm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下的深度＞1.0 m，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。

2.6 影响施工速度的因素分析及对策

1）机械故障。针对这一问题，还是加强施工前的检查及日常保养维修，并配备专职机修工，备好备用零件，以应突发情况。

2）施工时，钢筋工操作不熟练，互相配合不默契，钢筋笼制作效率较低。应提高工人操作技能，加大配合力度。钢筋笼焊接至少配备3 台焊机焊接，缩短焊接时间，但晚间的焊接质量须加强监督并保障。

3）混凝土浇筑时，与搅拌站沟通联系缺乏针对性和及时性，导致浇筑中等待时间较长，混凝土计划性方面考虑不全。应事先制定混凝土供应方案和现场踏勘运输路线，并制定应急预案；现场在得知混凝土供应不上时，应放慢浇筑速度，并经常提放导管，防止导管被混凝土固结。

4）泥浆池较小。泥浆池需根据桩身体积调整，泥浆池总容量最好不小于单桩体积3 倍，并设三级（分仓）沉淀池，确保泥浆沉淀充分。另外施工时考虑一清、二清采取泵吸反循环工艺，确保清孔质量和时间。配备除砂器（除砂网加密），二次清孔后，如果泥浆黏度已经达到下限17 s左右，而相对密度仍然较大达到1.2以上，则考虑采用除砂器，去除泥浆中的砂粒和泥土颗粒。

3 工程实施效果

从工程施工实际情况来看，各项指标均在设计及规范标准内，单桩施工时间也基本控制在1 d，随着工程的进展，单桩施工时间基本在20 h。

桩基工程实施后，检测桩基Ⅰ类桩合格率99.9%，仅1根Ⅱ类桩。应该说，对于回转钻正循环施工工艺，上述关键点把握住后，桩基施工的工艺稳定性和质量是可以保证的。

4 结语

以上几点是桥梁桩基在施工过程中对大直径钻孔桩成孔、成桩比较有影响的因素，也是在施工中最常规、最容易出问题的环节。

当然，地下作业施工不可预计的影响因素众多，但只有掌握了这些容易出现问题的原因之所在以及出现这些问题后的处理措施，才能在桩基施工过程中有针对性地做到事先预防和控制，才能做到发生了其中的某种故障后能从容地进行处理，才能确保桩基的工程质量，确保工程进度。

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