钻孔灌注桩1.doc

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中铁五局（集团）路桥分公司京珠大道南项目技术总结－淤泥条件下钻孔灌注桩施工

淤泥条件下

钻孔灌注桩施工总结

（中铁五局路桥分公司京珠南项目陈建明、陈岳林）

摘要：

本文结合京珠大道南土建2标8#桥、13#桥的桩基施工实践，介绍了淤泥条件下钻孔前、钻孔过程中、成孔后、浇筑前和浇筑过程中的质量控制方法，并介绍了从保证质量、节约成本等方面进行施工方案比选的过程。

为沿海滩涂地带桥梁施工特别是水中桥施工提供了有益的经验。

关键词：

淤泥钻孔灌注桩质量控制方法施工方案比选

一、概述：

1、工程简介：

本工程位于广州市南沙开发区，地处珠江三角洲冲积平原前沿，其桥梁工程的采用灌注桩基础，桩基类型属于端承桩，要求嵌入岩层深度：

微风化岩不少于0.5m，弱风化岩不少于1m。

8#、13#桥为平行跨越南沙蕉门窖河桥梁，其钻孔灌注桩共有40根，平均桩长37.25m共计1490m，其中D=1.5m水中桩623m、D=1.5m陆上桩216米、D=1.2m陆上桩651m。

2、地质情况：

桩基穿越的地层主要有：

1、淤泥层（厚度为19到25m）、粗砂层（厚度为7到12m）、花岗岩岩层。

3、工程难度分析：

由于桩基要穿越淤泥层、砂层并进入岩层一定深度，这对于钻孔及灌注施工工艺要求都比较高，且大部分孔桩位于通航河道中，在钻孔施工机械、工艺选择及施工各项控制指标方面需根据实际施工情况进行比选确定。

在水下砼灌注工程中，由于淤泥层流塑性较大，导致容易发生塌孔和扩孔现象。

另外，潮涨潮退的水位变化对孔桩施工的影响也很大。

二、主要施工方案的比选

1、水上桩基施工方案比选

为在保证钻孔灌注桩的施工质量前提下选取有利于节约施工成本、方便施工的施工方案，我部在充分调查水中桩基位置及周边的地质及水纹状况后，根据实际情况对8#桥、13#桥的水中桩基施工提出了水中筑岛围堰及搭设水上平台两种施工方案，并从施工、安全、经济及环境影响等方面对两种方案作以下比选：

1）水中筑岛围堰施工由于河床为流塑性极大的厚淤泥层，围堰属于重力结构在淤泥中会产生挤淤下沉及侧移现象，施工极为困难，而且围堰及填土的方量较大不经济；采用水上平台经计算搭设一个能承受一台8吨冲击钻机施工的工作平台只需桩8吨（8根20m长管径为D=500mm）钢管桩及4吨拆装梁、2吨槽钢、1.5吨工字钢等可回收材料较为经济。

2）桩基施工所处流域位于海潮影响区，潮涨潮退水位差最大达2.5m，如采用筑岛围堰施工，围堰顶高必须比最高水位高出0.5m以上才能满足施工要求，而潮涨潮退造成的水压不稳定对高围堰有极大的危害，不能保证施工平台的安全；水上平台是利用钢管桩与淤泥的摩擦力提供支承力不受潮涨潮退水压力的影响。

3）桩基施工后，根据河道部门的有关规定必须清理河道使之回复原状，如采用筑岛围堰则清理河道的土方量较大，而拆除水上平台的工作量相对较少。

4）在河道中筑岛围堰必然引起压缩河道的流水截面面积，造成涌水现象，同时阻碍通航，水上平台方案可大大减少这两方面的影响。

结论：

通过比选无论从施工、安全、经济及环境影响等方面水上平台方案都比水中围堰施工方案较优，因此，最终采用水上平台作为水中桩基的施工平台。

2、冲击成孔与钻进成孔的方案比选

由于设计孔桩均为嵌岩桩，入岩深度为进入微风化不小于0.5米。

本工程在实施的过程中走了一步错着，在桩径1.2米的陆地桩施工中错误地采用了回旋钻机，低估了入岩难度，单桩施工周期达10天以上，钻头磨损严重，后果断改用重型冲击钻机，保证了桩底质量。

三、淤泥条件下钻孔灌注桩施工过程和工艺改进

1、护筒埋设施工：

1）陆上桩的护筒埋设采用以下施工方案：

桩位放样人工开挖护筒基坑安设2m钢护筒（护筒高出原地面0.3m）人工回填粘土并夯实。

2）水上平台的护筒埋设采用以下方案：

平台位置放样搭设水上平台（用Dz-60Y型振动锤打入钢管桩，工字钢、拆装梁、槽钢搭设施工平台）桩位放样10m（河中心为12m）钢护筒用Dz-60Y型振动锤振动下沉（护筒顶比最高水位高出1.5m）

2、冲击成孔施工（改进）和控制要点

1）成孔顺序安排：

由于同一排桩的相邻间距比较近，采用跳打施工顺序可消除顺序施工时因刚灌注完毕的混凝土对新钻孔壁产生侧压而导致孔壁不稳定甚至塌孔等情况的发生。

采用冲击钻施工时，要待邻近桩基的砼达到一定强度时才能开始施工。

2）造浆：

由于存在着很厚并具有流塑性的淤泥层，在钻孔和冲孔过程中淤泥受到扰动孔壁极不稳定，而且桩基地理位置位于河涌，地势较低而水位较高，水位也随海潮影响日水压差较大，所以泥浆护壁效果的好坏成为影响钻孔施工的钻孔施工的一大要因。

施工初期，造浆材料采用粘性较大的粘土，泥浆比重控制在1.35左右，有局部塌孔现象，效果不是很理想。

后来采用粘土和工业纯碱形成人工泥浆，泥浆比重控制在1.45左右，粘度为17—20s，效果基本可以。

泥浆比重用悬浮式专用的泥浆比重计测定，每2小时测一次，根据测定数据对泥浆比重进行调整。

2）桩位监测：

在钻机钻孔工程中需对空位进行全过程的监控，以保证成孔桩位及倾斜度的合符规范要求。

正循环回旋钻机主要是通过对钻盘水平度的测量控制倾斜度，通过十字护桩检查空位的水平位置；冲击钻是通过观察吊锤钢丝绳上下锤击时中心是否偏移来检验孔的倾斜度，通过十字护桩交叉点是否与吊锤钢丝绳中心重合检验空位的平行位置。

如发现空位偏差或垂直度不符合规范要求立即采取重新移机对位的纠正措施。

3）孔内水位的控制：

为了稳定孔内水压必须采取措施保证孔内静水压力。

在水中桩基的施工过程中，在退潮低水位时，容易出现泥浆泄漏现象，应立即停止施工一边在沿护筒四周一定深度范围内采取静压注浆措施加固地层堵漏，一边向孔内加泥浆稳住水头。

4）钻孔速度的控制：

为了保证成孔的质量在钻孔过程中应根据地层情况适当控制冲进速度，在淤泥层主要考虑保持孔壁的稳定性，在岩层主要考虑如何加快进岩速度，锤击次数在淤泥层控制在6次/分钟，避免提锤高度1m为宜以免扰动土层，在砂层、岩层控制在8次/分钟，钻锤提其高度为1m到2m。

5）进行地质取样：

在钻孔施工过程随时捞取渣样，每米不小于1组，尤其在地层变化过渡段及进岩时要加密取样的频率，以确定进岩标高为终孔提供准确的数据（以进入弱风化岩1m，或微风化岩0.5m为终孔标准），并作详细记录和留样保存以供施工参考。

6）验孔：

当钻孔达到设计终孔的标高，使用验孔器对桩孔进行检验，检验主要有3个指标：

终孔标高、孔径、倾斜度。

7）一次清孔：

清孔是钻孔桩施工保证成桩质量的重要环节，尤其是端承桩：

一方面通过清孔清除孔底沉渣使混凝土和基岩结合完好，提高桩底承载力；另一方面通过清孔把泥浆的含砂率降低到规范要求的范围和降低泥浆比重以利于水下混凝土的灌注质量，同时，清孔时孔内泥浆面控制在高于地下水位或河道水面1.5—2.0m防止塌孔，并尽量缩短清孔时间有利于保证孔壁的稳定性。

一次清孔的主要目的是为了清除孔底沉渣和降低泥浆的含砂率，清孔时让钻头在孔底空钻并不断的向孔底注浆，使沉渣和泥浆混合在一起随泥浆排出孔外。

由于砂层较厚的原因，泥浆里的含砂率较高最大达22%而规范要求要达到<2％，所以要尽快降低含砂率的最好方法是降低泥浆的浓度，减少砂在泥浆中的悬浮时间让砂和大土颗粒在沉淀池中沉淀下来，但同时容易造成泥浆未能提供足够大的悬浮力，较大的砂和碎石颗粒会沉淀在孔底难以排出，还有泥浆比重下降对护壁效果构成严重影响。

我部根据实际清孔设计了一个“两池一孔”的循环系统：

桩孔沉淀池拌浆池

泵送

沉淀池和拌浆池分开，在清孔阶段在沉淀池加清水加快颗粒`沉淀的速度，而在泵送池加工业纯碱粉状粘土增大被稀析的浆液的浓度，加快清孔的速度。

8）钢筋笼的安装及安装：

桩基施工的钢筋是由广州钢铁有限公司提供，进场有齐全的质量证明文件，并通过现场原材抽样检验合格，具有质量保证。

钢筋笼在钻孔施工的同时就进行分节制作，接头错开，在同一截面的接头数目不超过钢筋总数的50%，一般每节长度为12米以减小接头数目和便于吊装，声测管以等边三角形固定在钢筋笼内侧钢筋笼起吊时采用25T吊车双钩两端起吊，起吊到一定高度后一端徐徐下放，转换成单端垂直吊装，以减少钢筋笼在起吊时的变形。

钢筋笼下放时，采用圆环限位器进行对位下放，保证钢筋笼在孔内位置的正确。

每节钢筋之间采用单面搭接焊，保证焊接的长度及质量。

钢筋笼安装的时间宜控制在2个小时以内，以免孔底沉渣过厚难以清除。

9）安放导管：

在钢筋笼安装完毕后，立即组织人员下放导管。

导管在用于第一根桩前必须经过密闭试验，以保证在混凝土灌注过程中不漏水。

导管下放长度应根据实际孔深计算，一般要求导管悬空0.3到0.4m为宜，导管接口必须紧密。

10）二次清孔：

二次清孔是利用导管，把泥浆泵送到孔底，一方面是再次清理孔底沉渣，另一方面在泥浆里加水把泥浆比重降低到一个比较合理的水平。

11）水下混凝土灌注施工：

水下混凝土灌注施工前，对成孔、泥浆及导管等再作一次全检查。

根据孔径、孔深及导管内径等参数计算出首批混凝土封底的数量，保证导管埋深大于1m。

根据地质取样显示在灌注初期，灌注地层为岩层和砂层，其导管最大埋深宜控制在6m，在灌注层达到淤泥层后，应把导管的混凝土最大埋深控制在4m，因为淤泥层的淤泥具有流塑性和压缩性，如埋深加大，在导管口压力增大时混凝土上升的难度加大，混凝土向淤泥里扩散造成扩孔。

但在淤泥层灌注水下混凝土时要特别注意：

应把测量深度加2m才为混凝土的面的真实深度（导管长度－混凝土真实深度＝导管混凝土埋深），因为从灌注将要达到桩顶时观测，一般混凝土面以上一般有1.5到2m的淤泥覆盖层，所以灌注进入到淤泥层厚应加2m的测量误差以保险，以免造成提管过高造成断桩事故。

在水下混凝土灌注过程中必须每灌注6m3混凝土后用测锤测量混凝土面的上升高度，并做好记录，绘制单桩柱状图，据此监测灌孔情况，根据记录数据进行拆管，拆管长度要与混凝土上升高度相一致。

混凝土灌注顶标高应高出设计桩顶标高0.5m以上。

四、扩孔的问题

本标段的桩基所处的地层均存在较厚的流塑性淤泥层，其平均厚度达24m，正是由于淤泥层的存在孔桩的混凝土的扩孔系数很大，从13#、8#桥5#、6#墩台共14根孔桩及2#墩6根水中桩的实际灌注统计数据显示：

D=1.2m陆上孔桩共8根，护筒埋深2.5m，其平均灌注混凝土扩孔系数达1.35；D=1.5m陆上孔桩共6根，护筒埋深2.5m，其平均扩孔系数为更高达1.46；D=1.5m水中孔桩共6根，护筒埋深10m，其平均扩孔系数为1.25；。

根据灌注记录，绘出的深度与扩孔系数数曲线图如下：

首先，从D=1.2m桩基的标高与扩孔系数关系折线图中可以直观的看出:

C区（标高为－10到－35m）的扩孔率比较正常，B区（标高为0到－10m）扩孔系数开始大幅度增大，到C区（标高为6到0m）扩孔系数均大于2维持在较高水平；而D=1.5桩基的标高与扩孔系数关系折线图中可以直观的看出：

A区（7到-2.4m）和C区（－18.3到－35m）的扩孔系数比较正常，B区的扩孔系数偏大。

结合地层分布情况和护筒埋设情况分析：

1）C区：

为岩层、粗砂层及深埋淤泥层，岩层、粗砂层除在成孔过程中发生扩孔外在灌注过程中基本不会产生扩孔现象，而深层淤泥由于形成时间较长而且长期承受巨大的土压力已转变成土质较好的淤泥质土比较稳定，因此扩孔系数很小。

2）B区；一般只0到－15m标高范围，由于其形成时间相对较短，淤泥仍具有流塑性，在钻孔时由于钻头对原状土体的扰动加上侧向土压力较大都容易造成孔壁流塑状淤泥随泥浆流失而形成扩孔现象