浅谈水中钻孔灌注桩施工技术

浅谈水中钻孔灌注桩施工技术中铁十五局集团第二工程有限公司刘坤[内容提要]文章介绍了浙江省宁波市北仑区小港镇黄山路西延工程水中钻孔灌注桩施工技术，对水上钻孔平台设计与施工、钻孔泥浆的循环与回收等作了重点介绍。[关键词]水中钻孔灌注桩施工技术1概述黄山路西延（江南路—小浃江路）工程1#桥横跨小浃江支流，桥下设置人行通道，规划河道宽30m。1#桥总长86m。桥孔布置为：13+3×20+13m，桥梁与河道斜交35°，水中墩采用直径100cm桩基础，最大桩长约38m，其中2～4号为水中墩，最大水深约3米。2工程施工难点由于现场施工条件的限制，必须在水上施工，最大水深2m左右，另外有雨水、台风天气的影响，这就使得施工难度比较大，必须采取切实有效的施工方法及质量、安全保证措施，以确保灌注桩的质量及施工安全。主要难度有以下几点：⑴搭建打桩平台困难；⑵水中施工十分不便，难于确保施工安全，平台的安全性及平整度直接影响到桩的质量；⑶泥浆排放困难，施工环保措施复杂；⑷工程量大，作业面窄，工期较紧；⑸钢筋笼制作、运输及安装困难。因为工程沿线都有居民住宅区，若不采取有效的环保措施，施工废水、废渣将污染到河道，施工噪音、废气将影响到附近居民的正常生活和身体健康。要解决这些问题，都将给施工带来许多不便。3水上钻孔灌注桩施工经过对工程施工特性的认真分析，水中钻孔灌注桩施工采取了如下措施：⑴搭建灌注桩施工平台，为确保平台的稳定性，结合本工程的地质情况，我们采用φ89钢管桩作立柱，钢管桩打入采用简易式打桩机施工，钢管打入土层左右（实际打入土层根据地质的实际情况而定）。并对平台的单根承载力进行检测。⑵保证成孔质量及环境不受污染，采用长度5.0m左右的钢护筒，泥浆通过泵吸、胶管输送到泥浆池里，废弃泥浆由清淤单位直接运输到指定淤泥排放点排放。⑶灌注砼的拌制、运输根据现场施工条件，采用混凝土泵输送灌注浇筑。⑷因工程量较大，施工工期较紧，根据现场情况进行合理分段，根据总工期要求，进行合理计划，配置一定数量的钻机分段同时进行施工。⑸施工过程中对平台的稳定性进行观测，发现问题及时采取应急措施，以确保施工安全。3.1水上钻孔灌注桩施工工艺流程水中钻孔灌注桩施工工艺流程水上钻孔平台搭设水上钻孔平台搭设桩位放样(报验)埋设护筒(报验)钻机就位钻进(中风报验)制）制作护筒造浆泥浆池沉浆池终孔（报验）钢筋笼吊装(报验)安设浇筑导管二次清孔（报验）导管埋深检测与拆除管水下砼灌注砼灌注完毕后设备移位砼养护、护筒拆除、凿桩头成桩检测验收钢筋笼制作（报验）导管拼装、试压检验导管制作砼试块试块养生砼试块检测输送砼制备砼砼备料施工准备及桩线放样泥浆性能检测清孔（报验）砼试块检测资料整理灌注桩质量评定施工资料整理沉渣外运3.2主要施工方法水上施工平台设计与施工⑴平台结构根据我们搭设灌注桩工作平台的施工经验和了解桩基施工队的对平台的要求，结合本工程的地质情况，我们采用φ89钢管桩作立柱，钢管桩打入采用简易式打桩机施工，钢管打入土层左右（实际打入土层根据地质的实际情况而定）。因单根钢管桩底部受力面积小，为了扩大其沉降的有力面积，我们釆用钢管下端以上处设有帽顶，帽顶的材料采用4mm厚的钢板制作，帽顶与钢管焊接牢固，并用φ20钢筋和钢管和帽顶之间成斜拉式焊接，共焊4根，帽顶与钢管接触处用φ20钢筋进行平焊，这样帽顶受力时，不向上滑动。钢板帽顶的主要作用的钢管帽顶与地而的接触面大，达到一定的支撑能力，使上部作业时不沉降，从而达到其主要目的。钢管桩的间距一般为1m左右，灌注桩桩位旁边一般宜，但根据现场实际施工情况需要而定，待钢管村施工完后，上部采用16#槽钢进行连接,在连接16#槽钢时，其槽钢下部的搁置点釆CMX10mm的三角托块，三角托快焊在钢管上（双面焊接），其主要作用承受槽钢上部受力后，槽钢单独与钢管桩焊接的牢固程度不够，利用三角块支持上部荷载，起到不适槽钢往下滑的作用，从而保证灌注桩平台的安全可靠性。平台连接（见附图）附图：槽钢与钢管桩焊接时，应注意水平高程，应用水准仪控制槽钢焊接的高差，其水平高差不得超过5CM，槽钢焊接完成后，应将所有的网管连成一体，并用5*5角铁作剪力撑及水平撑，焊接时确保焊接的质量。⑵平台施工为提高平台搭设的整体性、保障工期的前提下，施工平台采用依次搭设，搭设好一个墩台施工一个墩台，在墩台施工的同时搭设另外一个墩台。钢管桩横向6排，搭设长度50米左右。本工程拟采用GPS-15型钻机，自重为6T，枕木和钻机基础重1T一只钢筋笼总重约3T，合计10T。单根钢管桩的竖向承载力（kN）Rh=qpAp+up∑qsili;根据地质资料和相关标准，在入土深度平均为1.5米时，土质均为淤泥质。其中：qp=淤泥质土的极限端阻力标准值，，取qp=40Kpa×U×Qsi=桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，参考JGJ94-2008规范表-1取值qsi=11Kpa,L则Rh=40×1000××11000×KN所以承载钻机静载需要10根钢管桩，考虑钻机工作时的晃动，灌注时主绳的提升和安全，风力等因素，取安全系数2.0，拟用20根钢管桩作为支承。为防止平台发生水平移动，纵横向排架之间用直径50钢管交叉焊接作为剪力撑，外侧排架还须间距5米在两侧设置八字撑。钻机作业及行走用枕木呈纵横向固定于钢管桩顶部。钻孔灌注桩工作平台搭设完成后，应经监理工程师验收，确认该平台符合要求后，方可上钻机施工。钻机施工时，如发现局部平台发生下沉现象时，应及时采取钢管加密或其他补救措施，确保工作平台的安全可靠。1号桥需搭设平台四处，面积为3.5(处)*5（单个宽）*52（单个长）=910平方米，连接道路2*5*50=500平方米，合计需平台1410平方米。3.2.2桩位放样（1）根据盖梁纵横轴线用钢尺测设各排的两根边桩桩位，并用钢尺复核这些桩的相对位置〔特别要复测四根边角桩的相对位置）无误后，根据这几个点用钢尺测设盖梁的其他桩位。（2）平台搭设好后，再把桩位放出，同时做到“三定三复”，即定出桩位并复检，护筒埋设二次复检，钻机就位三次复检，严格控制桩位偏差。3.2.3护筒制作与埋设护筒采用5mm钢板加工制作，大护筒内径大于桩径的一倍左右，内设小护筒（直径大于桩径20公分左右）以提高对河水的密封性和后期施工的方便。护筒必须坚固、不漏水，护筒内部平整光滑无突出物，护筒加工的长度根据水深和地质条件确定，本工程护筒长度一般为5～6m。护筒埋设施工平台搭设采用同一设备，同步施工。护筒埋设深度要求打入到河床下1～m，顶部高出施工时最高潮水位1.0m。护筒埋设后，用角钢与施工平台斜撑焊接成整体，避免邻近护筒的施工对已埋设好的护筒产生不良影响。护筒平面位置偏差要求不大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%。当沉管过程中发现钢护筒发生平面位置或偏斜超过设计要求时，应立即拔出重新对位纠偏施工。灌注桩施工完毕后可在低潮位时拆除内护筒护筒，重复利用。待破桩头完毕，接桩完成，拔出大护筒。3.2.4钻孔钻机安装要求平稳且对准孔位中心，做到钻头中心、卷盘中心、桩位中心三点一线。在钻孔灌注桩施工中，钻孔是关键工序，不仅决定施工速度，而且关系到施工的成败，因此稍有疏忽就会造成坍孔，使钻孔报废。因此施工过程中务必严格控制施工质量。在钻进过程中为防止坍孔，采用泥浆护壁。孔内泥浆始终高出孔外或地下水位0.5～1m。制浆池、沉淀池根据现场情况布设，制造和沉淀净化泥浆。钻孔采用泥浆泵直接泵送纯泥浆，泥浆泵抽吸孔中的浑泥浆到沉淀池进行循环。钻碴在沉淀池内沉淀后，用汽车运走，弃于弃碴场。（1）启动钻机，开始钻进作业。开孔时应先在护筒内注入泥浆，只空载转动，不进尺，使泥浆充分进入孔壁。开始钻进时使用小冲程，防止钻头撞击护筒。随着深度增加而适当增加压力和速度，在土质松散层时应采用比较浓的泥浆护壁，轻钻慢进以防止塌孔。施工中经常检查钢丝绳磨损情况，加强保护措施。（2）钻进必须连续作业，中途不得停钻，特殊情况需停钻时，必须提出钻头，避免坍孔埋钻。（3）钻进过程中经常检查孔的稳固、位移和倾斜情况，以防成孔倾斜等不良现象的出现，并注意观察土层变化，设专人做好钻进记录。（4）保持孔内水位稳定并经常检查泥浆比重，以防坍孔。在钻进过程中，始终保持孔内泥浆面高于地下水位或河水位1.5m左右。（5）钻进过程中，随时注意孔内水压差。孔中泥浆随时进行检查，保持各项指标符合要求，不因泥浆过浓影响进度，过稀易于塌孔。（6）钻孔施工要避免影响成桩的质量。在距成桩5m范围内，成桩的砼灌注完成24小时后，才能开始钻进。3.2.5清孔及成孔检查（1）在钻至设计深度后,根据岩碴判定桩底基岩是否符合设计要求。如符合，及时用检孔器对孔深、孔径、孔位、孔形和垂直度进行检查。在检查合格经监理工程师同意后，立即清孔。（2）采用换浆法两次清孔，将孔底钻渣清除干净，沉渣厚度＜15㎝，使孔内泥浆比重等技术参数符合规范要求。钻孔达到设计深度后，此时空转不进尺，加大泵量，以比重～的新泥浆替换孔内比重较大的泥浆。清孔后回淤厚度不得大于15cm，并不得用加深孔底深度的方法代替清孔。清孔后的泥浆指标符合规范要求。（3）若清孔后4小时以内不能开始灌注混凝土，或灌注混凝土前测得的沉渣厚度已超过规范允许值，则要再次清孔。表2成孔质量标准 序号项目质量标准1孔中心位置（mm）单排桩502孔径（mm）不小于设计桩径3孔深不小于设计规定4倾斜度钻孔<1.0%，挖孔<%5沉淀厚度（mm）符合设计要求，沉渣厚度小于15cm6清孔后的泥浆指标相对密度：1.03～1.1；粘度：17～20Pa.s；含砂率：<2%；胶体率：>98%。受施工场地限制，钢筋笼在现场钢筋笼加工场区加工。为减少吊装难度，钢筋笼分制作，每节钢筋笼长9m,最后一节根据孔深配置。钢筋笼制作时每米四周焊4个保护层耳环，钢筋笼采用钻机分节吊装，孔口焊接。为减少钢筋笼对接时间，采用2台焊机同时作业。吊放钢筋笼采用缓缓放入，人工扶正，严禁碰撞孔壁，以免坍孔和将泥土带入孔内。钢筋笼吊入孔内后先校正将笼顶加焊钢筋焊接在钢护筒上，使其垂直和定位。3.2.7混凝土浇筑混凝土由砼搅拌站统一拌合，有罐车运至现场，泵车输送至导管进料斗，利用钻机卷扬机进行灌注。水下混凝土采用导管法浇筑。4施工质量控制要点4.1施工准备阶段的质量控制：对业主提供的测量控制网进行校核，并在施工段加密测量控制网，将测量成果报监理批准。搭设钻孔灌注桩施工控制轴线测量平台等。：工程使用的钢筋、混凝土等材料，必须经送检合格后方能选用。混凝土配合比必须由具备相应资质的试验室出具。混凝土拌和场地要硬化处理，场地周围要设排水沟。各种地材分隔堆放。水泥仓库要有防雨防潮防台风的措施。：认真作好设计图纸资料会审；施工组织设计、水上施工平台设计及开工报告报监理审批；编写单项工程施工技术要求、安全施工作业指导书及施工前进行培训和交底。：进入工程施工的所有设备其技术性能指标必须满足设计施工要求，机况完好。：施工组织结构；劳动力配置计划安排（分项目、按进度）；特种施工作业人员及操作证。4.2施工过程的质量控制：①导线复测；②水准点复测；③桩孔位中心；④高程。：①平台搭设高度，保证钻孔水位；②受力钢管桩柱入土深度，保证受动、静载条件下不沉降；③结构合理，保证受动、静载条件下不变形；④横向铺设钢架板移动方便，设备、人员施工作业安全。：①制作钢护筒钢板厚度、直径、同心度；②焊接长度、质量；③护筒埋设孔位、垂直度、深度。：①钻机安装；②钻孔桩位及孔距；③钻头及成孔直径；④钻孔垂直度；⑤钻孔入岩及深度；⑥钻孔泥浆（一般检测相对密度、粘度（Pa•s）、含砂率（%）、）；⑦扩孔和缩孔；⑧孔内事故处理。：①孔内水位高程；②泥浆性能（比重、粘度）；③孔口返浆含砂量；④成孔后第一次清孔孔底沉渣厚度；⑤钢筋笼焊接、混凝土灌注导管安装后第二次清孔孔底沉渣厚度是否满足规范设计要求。:①钢筋材质（产品合格证、送检）；②钢筋笼加工尺寸（直径、间距、长度、接头错距长度、保护耳）：钢筋笼焊接（焊接长度、饱满度、缺陷控制）；③钢筋笼安装（钢筋笼吊放孔壁保护、焊接、长度、垂直度及定位）。：①原材料（产品合格证，原材料送检）；②混凝土搅拌（混凝土配合比及计量、搅拌时间、坍落度、扩散度、搅拌量）；③混凝土运输（运输道路、运输工具、运输时间、入仓方法）；④灌注浇筑导管（灌注浇筑导管的同心度、导管的密封性、安装导管距孔底高程）；⑤混凝土灌注（第一罐混凝土容量及导管埋深（不少于0.5m）、混凝土上升面标高及混凝土灌注过程导管埋深、终灌桩顶高程、灌注时间）；⑥混凝土试块。5质量检测5.1施工过程的质量检测钻孔灌注桩属地下隐蔽工程，对施工过程中各个施工环节进行验收是保证钻孔灌注桩质量的关键。本工程对每根桩的孔位、孔型、孔径、孔深、垂直度、孔底沉渣厚度及泥浆性能均进行了验收，先施工单位自检，再由监理验收。钢筋笼安装之前对钢筋笼的长度、直