桥梁桩基钻孔灌注桩施工技术

桥梁桩基钻孔灌注桩施工技术

刘凯

湖南路桥建设集团有限责任公司 湖南长沙 410004

摘要：对桥梁桩基钻孔灌注桩施工技术要点、特殊情况处理及预防措施、桩基施工成本和安全管控措施进行总结，以期为同类工程提供借鉴。

关键词：桥梁；桩基；钻孔灌注桩；泥浆

1 现场施工准备

（1）通电，根据下构施工进度需求结合当地供电情况，确定变压器大小与位置或发电机数量，临时用电纵向电杆安装，电缆线布置，三级配电箱安装。

（2）通水，根据现场水文地质情况，设置水泵或者打水井，水车送水，孔内抽水等措施，保证施工用水。

（3）通路，便道硬化或回填片石，保证混凝土供应，当地环保要求调查，弃土场选址，选择合理的弃渣路线，保证施工连续性。修建好通往平台的施工便道，以保证成孔后钢筋笼、混凝土的运输。

（4）场地平整，开工前，依据施工设计图纸测量粗放出桩基平面位置，根据现场实际情况修建施工工作平台，浅水区域采用土围堰平台面，应高出高水位1m；现场调查后确定没有水流经过的陆上桩场地整平或换填后直接做为工作平台；深水区域采用钢围堰与钢平台作为施工工作平台。

2 钻孔灌注桩施工技术要点

钻孔灌注桩施工的主要工序有：桩位放样、埋设护筒、制备泥浆、钻孔、成孔检查与清孔、钢筋笼制作与吊装、灌注水下混凝土等。工艺流程如图1所示。

图1 钻孔灌注桩施工工艺流程

2.1 桩位放样

（1）使用全站仪进行桩位放样，因为GPS相对来讲误差大些，在工地有些位置GPS信号较差，从而导致放样数据不准确。

（2）放样后要设置十字护桩，十字护桩首先要保证埋设稳固，另外十字护桩距离钢护筒要有一定距离，避免在钻孔过程中十字护桩遭到破坏。

（3）每根桩基至少要进行三次放样：开钻前第一次桩位放样、埋设护筒后复测一次并进行校正、第三次是下钢筋笼时再进行桩位中心点复测。

2.2 埋设护筒

（1）护筒能稳定孔壁、防止坍孔，还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和起到钻头导向作用等(稳、隔、护、定、导)。

（2）护筒顶宜高于地面0.3m或水面1.0~2.0m，同时应高于桩顶设计高程1.0m。

（3）在有潮汐影响的水域，护筒顶应高出施工期最高潮水位1.5~2.0m，并应在施工期间采取稳定孔内水头的措施。

（4）当桩孔内有承压水时，护筒顶应高于稳定后的承压水位2.0m以上。

（5）钻孔前设置坚实不漏水的护筒，钢护筒用8-12mm厚的钢板制造。

（6）护筒内径比钻孔桩孔径大200mm，具体数值可根据钻机类型适当调整，上部开设溢流缺口。

（7）在场地平整压实后，可采取挖埋法埋设钢护筒。黏性土、粉土不宜小于1m,砂类土不宜小于2m,当表层土松软时,宜将护筒埋置在较坚硬密实的土层中至少0.5m。埋设时应在护筒四周回填黏土并分层夯实。

（8）护筒顶面中心与设计桩位允许偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1%。

（9）山谷回填土、水中筑岛围堰、软弱地层等特殊地段应根据实际情况适当加长钢护筒，使护筒底部接触到较坚硬土层，防止护筒偏位或下沉。

2.3 制备泥浆

（1）造浆池、沉淀池、泥浆池布置。泥浆的排放采取集中设置，以每2个墩的墩位之间处开挖容积不少于200m³的集中排放坑，定期用泥浆车拉至指定地点，不得污染沿线农田及沟渠。灌注时一定要严防泥浆流入附近的农田和沟渠；在每个泥浆池四周应做出硬防护，并支立明显的标志牌，防止人或牲畜掉入。

（2）钻孔泥浆由水、黏土(或膨润土)和添加剂按适当配合比配制而成，贮存在泥浆池内，再用泥浆泵输入钻孔内。钻孔泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止塌孔的作用。(浮、冷、润、压、隔)。

（3）泥浆性能指标应符合下列规定（以冲击钻为例）：①比重：易坍地层泥浆比重为1.20～1.40；②黏度：松散易坍地层粘度为22～30s；③胶体率：不小于95％；④含砂率：新制泥浆含砂率不大于4%；

2.4 钻孔

常用的方法有：螺旋钻孔、正循环回转钻孔、反循环回转钻孔、潜水钻机钻孔、冲抓钻孔、冲击钻孔、旋挖钻机钻孔（本次主要以冲击钻和旋挖钻介绍为主）。

（1）冲击钻孔：①冲击钻机适用于厚砂层和地下水特别丰富的地质，在砂层较厚和地下水丰富的地质条件在钻孔时，如果不能有效的加固孔壁会很容易造成塌孔，所以优选冲击钻泥浆护壁的施工方案。另外尤其在卵石、漂石地质条件下具有明显的优点。②开始钻进宜慢不宜快，因为护筒刃脚周围岩层的密实有个过程，需反复冲击挤压，这个位置最容易穿孔。施工中注意垂直度校正，2~3m后立即校正，钻孔太深且偏差太大只有回填重来。如遇岩层是倾斜的，造成钻头偏孔，应通过回填片石反复冲钻，直到岩层平整，然后再继续钻进。③施工过程中护筒及时跟进，一定要保持护筒内的水头，泥浆指标随时检查控制，不可马虎。钻机随时检查，钢丝绳等随时检查，防止掉钻。每天根据钻渣判断地质情况，填写好钻孔记录表。钻至设计位置后通知监理一起验收，共同确定孔底地质与设计是否一致。

（2）旋挖钻机钻孔：①旋挖钻机适用于绝大部分地质条件下的施工，现在已经成为平常桩基施工中使用最广泛的设备，可以应付各种覆盖层直到极硬的岩层，但不适用直径大于2/3钻杆内径的松散卵石、漂石层。

②旋挖成孔方式一：筒钻、捞沙斗、取芯钻。旋挖成孔方式二：牙轮钻（适用于单轴抗压强度60 ~ 280兆帕岩层钻进）③旋挖钻桶分类：筒钻（1.2m、1.3m、1.5m、1.8m、2m、2.5m）、捞沙斗（1.2m、1.3m、1.5m、1.8m、2m、2.5m）、取芯钻（1.2m、1.5m）、牙轮钻（1.2m、1.3m、1.5m、1.8m、2m、2.5m）。

（3）填写原始钻孔记录表。①钻进施工时及时填写《钻孔记录表》，主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度及孔底标高。《钻孔记录表》由现场施工员负责填写，交接班时应有交接记录。②钻进过程中应每2小时或遇到地质变化时取一次渣样，入岩后每1~2m取一次渣样，并贴上标签，放到指定位置，对于嵌岩桩，当钻进至中风化岩层，应停止钻进，及时通知现场技术人员，通知监理到场，进行入岩申请，申请合格后确定最终孔深，及时作好记录，填写钻孔记录表。

2.5 成孔检查与清孔

（1）成孔检查

表1 钻孔桩成孔质量标准及检测方法

（2）在钻孔达到设计要求深度后，应进行成孔检查，符合设计及规范要求后，方可清孔。清孔的方法：有抽浆法、换浆法、掏渣法、喷射清孔法以及用砂浆置换钻渣清孔法等。清孔应符合下列要求：①钻孔深度达到设计高程后，应对孔径、孔深和孔的倾斜度进行检验，符合要求后方可清孔。②不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须保持孔内水头，防止坍孔。③清孔后，泥浆的相对密度宜控制在为1.03~1.10，对冲击成孔的桩可适当提高，但宜不超过1.15，黏度为17~20Pa·s，含砂率小于2%，胶体率大于98%。孔底沉淀厚度应符合设计规定，设计未规定时，对桩径小于或等于1.5m的摩擦桩，≤200mm；对桩径大于1.5m或桩长大于40m以及 土质较差的摩擦桩≤300mm。对支承桩≤50mm。④在吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土之前，应再次检查孔内泥浆的性能指标和孔底沉淀厚度，如超过上述规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。⑤不得采用加深钻孔深度的方式代替清孔（首先影响桩基质量，其次混凝土超方造成成本浪费）。

2.6 钢筋制作、运输、安装

（1）钢筋笼制作要符合设计要求的尺寸，另外确保焊接质量，不能出现焊伤、过焊、漏焊等现象，焊渣必须敲掉。

（2）长骨架应分段制作，分段长度应根据吊装条件确定,应确保不变形，接头应错开，钢筋笼的接头每截面≤50%。

（3）标准型接头连接套筒外要有有效螺纹外露，且连接套筒单边外露有效螺纹不得超过2倍螺距。

（4）钢筋丝头宜满足6f级精度要求，应用专用直螺纹通止规检验，通止规能顺利旋入并达到要求的拧入长度，通止规旋入不得超过3p。抽检数量10%，检验合格率不应小于95％。

（5）骨架外侧应设置控制保护层厚度的耳朵形钢筋或者圆形垫块，其间距竖向为2m，横向周围不少于4处，骨架顶端应设置吊环。

（6）钢筋笼在钢筋加工厂制作完毕后丝头需加盖保护套，防止运输和吊装过程中对丝头造成损害。

（7）声测管应严格按设计图纸进行设置。声测管接头及底部要密封好，顶部用盖子封闭，防止砂浆、杂物堵塞管道。检测管接头一般采用套管，套接后进行液压钳压紧密封，质量应符合规范要求。

（8）钢筋笼运输过程中,内侧要焊接三角形内撑应避免变形。

（9）钢筋笼安放要对准孔位,扶稳、缓放、顺直,防止碰撞孔壁,严禁墩笼、扭笼，根据桩顶设计标高精确计算吊筋的长度，不能随意将钢筋笼下放到孔底。

（10）两节钢筋笼对接时，按照长线法拼接的标记对位，使上下节中心线保持一致，各钢筋的对位准确。

（11）钢筋笼下好以后，顶部加强圈位置必须焊接三至四根钢筋顶住护筒，防止钢筋笼在浇筑混凝土的过程中发生偏位。

（12）采用珍珠棉保护套管包裹住钢筋笼顶部的每根主筋，使桩头钢筋笼主筋与混凝土隔离开，包裹长度为桩基钢筋笼伸入地系梁的长度（根据设计图纸确定），但是要注意绑扎时要确保珍珠棉套管的绑扎质量（防止施工过程中套管脱落）。珍珠棉保护套管包裹钢筋笼主筋的作用首先是有效减少桩头外露钢筋锈蚀，另外珍珠棉套管让钢筋和桩头混凝土隔离开，使得桩头破除时钢筋剥离更加快捷，另外减少了桩基主筋在破桩头的过程中受到损伤。

（13）沿钢筋笼顶部外围包裹一圈0.5mm厚铁皮（包裹长度为桩头破除时需要剥离混凝土的钢筋长度，一般为伸入地系梁的长度）。钢筋笼桩头位置包裹的铁皮使桩头钢筋笼和外围的混凝土之间形成一个隔离层，在使用风镐凿除钢筋笼外围的混凝土时，可以让混凝土成片脱落，大大提高了桩头破除的施工效率和质量。

2.7 灌注水下混凝土

（1）进行导管的水密性压力试验。水下混凝土宜采用钢导管灌注，导管内径宜为200~350mm。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁采用压气试压。进行水密试验的水压应不小于孔内水深1.3倍的压力，导管压至试验压力后检查有无渗漏情况，在无渗漏条件下持荷时间不少于5分钟）。

（2）水下混凝土的塌落度试验。①混凝土拌合物应具有良好的和易性，灌注时应能保持足够的流动性坍落度宜为180~220mm，且应充分考虑气温、运距及施工时间的影响导致的坍落度损失。②灌桩时实验室安排专人在拌和机出料口进行旁站，并在出料口和现场进行两次塌落度试验，确保混凝土的质量。

（3）灌桩前声测管注水。①检查声测管安装是否正确，有无漏水现象，如果有水渗出那说明你安装不密闭。②防止泥浆杂物进到声测管管道里面造成堵管一些现象，因为有水能稀释掉进入声测管的少量泥浆。③浇筑前加水还能防止声测管上浮。因为水能增加声测管重量，排出管内空气，在大长桩施工中避免因为密度相差过大而导致声测管上浮，防止在检测中引起不必要的麻烦。

（4）灌注水下混凝土。①水下混凝土的灌注时间不得超过首批混凝土的初凝时间。②混凝土运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度等，不符合要求时不得使用。③首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度1.0m以上的需要，所需混凝土数量可按式1计算。

V=πD2(H1+H2)/4+πd2h1/4     （1）

式（1）中：D为桩孔直径（m），d为导管内径（m）；H1为导管底部与桩孔底部的间距（m）；H2为导管初次预埋深度（m）；h1为桩孔内灌注混凝土达到H2时，导管内部混凝土柱为平衡导管外压力所需要的高度（m）。

④首批混凝土入孔后，应连续灌注，不得中断。⑤在灌注过程中，应保持孔内的水头高度。施工员要勤测砼面上升高度来计算导管埋深，从而确定拆管的长度，防止导管埋管过深或者拔出砼面导管的埋置深度宜控制在2~6m，最大埋深应不超过9m。⑥灌注时应采取措施防止钢筋骨架上浮。当灌注的混凝土顶面在钢筋骨架底部以下1m左右时，宜降低灌注速度；混凝土顶面土升到骨架底部4m以上时，宜提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上后再恢复正常灌注速度。⑦灌注桩桩顶高程应比设计高程高出不小于0.5m（0.8m左右）。

3 特殊情况处理及预防措施

3.1 混凝土流动性差，导管只能上不能下

（1）原因分析：①混凝土有质量问题，和易性差。②混凝土运输和等待的时间过长，已经灌注的混凝土开始初凝。

（2）处置措施：混凝土同时加水和减水剂搅拌1-2分钟，提取导管上下振击，过程中考虑把混凝土协调到其他部位或者废弃，通知实验室和拌合站重新调整配合比后再继续浇筑。

（3）预防措施：①必须把控好混凝土的质量，提高混凝土和易性。②合理组织安排，快速连续浇注，使砼和泥浆一直保持流动状态。

3.2 供料和设备故障使灌注停工

（1）原因分析：由于设备故障，混凝土材料供应问题造成停工较长时间，使混凝土凝结而断桩。

（2）处置措施：①如断桩距离地面较深，考虑重新成孔。②如断桩距离地面较浅，可采用接桩。

（3）预防措施：①施工前应做好设备的鉴定，对于部分设备考虑备用。②对于发生的事故应有应急预案。

3.3 掉钻落物

（1）原因分析：①卡钻时强提强扭，操作不当，使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂。②钻杆接头不良或滑丝。③转向环、转向套等焊接处断开。④操作不慎，落入扳手、撬棍等物。

（2）处置措施：①零星铁件可用电磁铁吸取。②较大落物和钻具掉落应及时摸清情况，若被沉淀物或坍孔土石埋住应首先清孔，再使打捞工具进行打捞。

（3）预防措施：经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。

3.4 导管被堵，混凝土不下

（1）原因分析：①由于各种原因使混凝土离析，粗骨料集中而造成倒挂堵塞。②由于灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已初凝，增大了管内混凝土下落的阻力，使混凝土堵在管内。

（2）处置措施：灌注开始不久发生堵管时，如发生堵管在导管上部可用钢筋疏通，在下部提取导管上下振击。若无效果，拔出导管，换新导管，准备足够储量混凝土，采用反插法重新灌注。

（3）预防措施：①灌注混凝土的坍落度易在180-220mm之间，并保证具有良好的和易性。在运输和灌注过程中不发生显著离析和泌水。②保证混凝土的连续灌注，中断灌注不应超过30分钟。③导管使用后应及时冲洗。

3.5 导管拔出混凝土面

（1）原因分析：下管或拆管时导管长度计算错误。

（2）处置措施：测绳重新测量孔深，加长导管，准备足够储量混凝土，采用反插法重新浇筑混凝土。

（3）预防措施：下管或拆管时精确计算导管长度。

3.6 导管从已灌入孔内的混凝土中提升费劲，甚至拔不出，造成埋管事故

（1）原因分析：①灌注过程中，由于导管埋入混凝土过深，一般往往大于6m。②由于各种原因，导管超过混凝土初凝时间未提升，部分混凝土初凝，抱住导管。

（2）处置措施：若埋管事故已发生，应立即用大吨位的吊车进行提升导管，若仍无法拔出导管，应采取措施将导管强力拔断，然后按照处理断桩的办法处理。

（3）预防措施：①保证混凝土的连续灌注。②灌注水下混凝土时，要派专人经常测定导管在混凝土内的埋置深度，一般宜控制在2.0m～6.0m内，并且灌注混凝土时要经常小幅度的抖动导管以防止导管与混凝土粘结，并且要尽可能的缩短混凝土的灌注时间，如必须间歇时应将导管拔到最小埋置深度。

3.7 导管破损进水

（1）原因分析：灌注前未对导管进行检查，使用了不合格的导管。

（2）处置措施：拔出导管，更换破损导管，采用反插法重新浇筑。

（3）预防措施：导管使用前须做密封试验，灌注前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷，发现问题要及时更换。

3.8 钢筋笼上浮

（1）原因分析：①钢筋笼未采取固定措施。②钢筋在安装过程中，骨架扭曲、箍筋变形、脱焊脱落或者导管倾斜，使得钢筋与导管外壁紧密接触。③浇砼速度过快，砼面升至钢筋笼底，产生向上“浮力”，导致钢筋笼浮上来。

（2）处置措施：①当上浮的高度较小时可以通过相应措施控制它继续上浮，然后提拔导管使导管的埋深控制在1米左右，但是不能提得过多，以防导管进水，接着可以按照正常的速度灌注。②当上浮的高度过大时，应立即拔除导管，吊起钢筋笼重新清孔。

（3）预防措施：①灌注中，除认真清孔外，当混凝土灌注至钢筋笼底部1m左右时，应降低灌注速度。②混凝土进入钢筋笼一定深度后，应适当提升导管，使钢筋笼在导管下口有一定深度。但注意导管埋入混凝土表面应不小于2m。③钢筋笼上端的吊筋焊固在护筒上，可以承受部分顶托力，具有防止其上升的作用。④钢筋笼运输、吊装过程中要有相应的防止变形的措施。

3.9 夹渣、断桩

（1）原因分析：①首批混凝土灌注量不足，造成初灌后埋管深度太小或导管根本没有进入混凝土，以致泥浆被压入导管内。②混凝土灌注过程中拔管控制不准，导管拔出混凝土液面或导管埋深不足，导致泥浆进入管内。③导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂,泥浆从接头或焊缝进入管内。④混凝土初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使上部混凝土结块，造成桩身混凝土夹渣。⑤清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒沉积，在混凝土面上形成较密实的砂层，阻碍混凝土的正常上升，当混凝土冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被裹入混凝土。

（2）处置措施：①断桩或夹泥发生在桩顶部时，抽水、除渣，进行接桩处理。②用地质钻机钻芯取样，证明有蜂窝、松散、裹浆等情况（取芯率小于40%时）、桩身混凝土有局部混凝土松散或夹泥、局部断桩时，应采用压浆补强法处理。③对于严重夹泥、断桩情况，要与设计单位协商，出具处理方案后处理。

（3）预防措施：①混凝土配合比应通过试验确定，采用高强度水泥时，应考虑混凝土的初凝和终凝时间与单桩灌注时间的关系，必要时添加缓凝剂。若无特殊原因，钢筋骨架安装并完成二次清孔后应立即灌注混凝土，若因故推迟灌注混凝土，应重新进行清孔。②灌注混凝土前，检查导管、混凝土罐车、搅拌机等设备是否正常，并有备用的设备、导管，确保混凝土能连续灌注。③实现选择好混凝土供应路线和备用路线，通过电台、对讲机统一调度，发现道路拥堵及时变更路线，保证砼供应及时、迅速。④首批混凝土量应经计算确定，保持足够的数量和下冲力，使泥浆排出导管外。⑤灌注导管在安装前应有专人负责检查，可用肉眼观察和敲打听声相结合的方法，检查灌注导管是否存在孔洞和裂缝、接头是否严密、厚度是否满足要求。灌注导管使用前还应进行水密承压试验和接头抗拉试验。⑥随灌混凝土、随提升导管，做到连灌、勤测、勤拔管，随时掌握导管埋入深度，避免导管埋入过深、过浅及拔出混凝土面。

4 桩基施工成本管控措施

（1）根据施工图纸以及详细的地质勘察报告选择节约成本的最优施工方案。

（2）合同管理：为了避免扯皮，减少项目部机械台班的费用，在合同中将一些需要耗费机械台班的零星工程明确包含到合同单价的施工内容里去。比如：

①钻碴外弃装车的挖机费用；②泥浆处理的机械费用；③施工便道及操作平台修建以及维护的机械费用；④桩检时，有疑问的桩基的钻芯费用由分包队伍负责。

（3）制定相关规章制度：项目部制定桩基施工成本控制的相关制度以及工作流程（比如：奖罚制度）。

（4）控制钻孔深度和孔径：钻孔前丈量钻头的尺寸，禁止使用直径过大的钻头（控制锤头直径比设计桩径小3-5cm）。钻孔过程中严格控制钻孔深度，避免孔底超深。通过控制钻孔深度和孔径来控制混凝土消耗量，避免混凝土浪费。

（5）严控桩头超灌高度：超灌高度控制在0.5-0.8米，避免因超灌过高造成混凝土浪费。

（6）施工员准确申报混凝土量：在桩基灌注的过程中，尤其是还差一两车混凝土就将浇灌完毕时，要求施工员勤测砼面和孔口的深度，准确计算剩余混凝土的需求量，禁止随意多报混凝土造成浪费，如果一旦发现有随意倾倒多余混凝土的情况，对施工员进行严厉处罚。

（7）严控施工质量：施工过程中严格控制桩基质量，避免出现废桩的质量问题而返工，造成成本损失。

（8）及时收集原始数据：在施工过程中，每根桩基要求施工员在施工日志上详细记录旋挖机的实际有效工作时间（通过旋挖机的实际有效工作时间来折算柴油消耗量）和每天更换子弹头的数量，为后期成本分析提供真实的原始数据做好准备。

（9）桩基钢筋笼内的内撑回收后重复利用，桩基施工完毕后余料用作他用，比如：最后焊接成钢筋板放在梁板架设时的连续段与张拉槽口位置，方便梁车通行，钢筋板的重量也能采用人工搬移，减少使用钢板时的设备转场；

5 桩基施工安全管控措施

（1）桩基队伍进场时，项目部要对桩基队伍进行安全教育。（2）严格落实“一会三卡”制度。（3）桩基施工现场进行孔口围护、放置防坠网片、泥浆池围护。（4）旋挖钻机操作平台须平整密实，对于地质松软的施工场地应按规定进行换填、压实和平整处理，达到旋挖钻机施工对地面承载能力的要求。现场条件差的地方需垫钢板或者路基箱板。（5）经常性对吊装用钢丝绳进行检查，达不到安全要求的钢丝绳严禁使用。（6）吊车支腿检查（每次吊装作业时，施工员须发现场支腿情况、条件核查表、吊车的操作电脑屏幕三张到群里）。（7）注意临时用电安全。①破损的电缆器必须更换或者用电胶布包好。②电缆线不能随意摆放在地上，要用支架架空。③一、二级配电箱电缆线架空、配置灭火器。三级配电箱派专人每天进行临时用电巡查并及时更新记录表，箱门上的扁铜线要完好无损，不能断裂，避免漏电的风险。