1、2.5 米大直径嵌岩桩施工工艺与质量控制摘要：大直径嵌岩桩同时具有大直径和嵌岩桩的特点,施工难度较大,陕西神府高速窟野河大桥首次采用了 2.5 米大直径嵌岩桩桩基，本文结合本桥桩基施工实践,介绍了 2.5 米大直径嵌岩桩的施工工艺与质量控制,可以为以后工程提供参考。 关键词： 大直径；嵌岩桩；施工工艺；质量控制 中图分类号： O213 文献标识码： A 工程概况 窟野河大桥是陕西神木至府谷高速公路上的一座特大型桥梁，结构形式为2330+940+88+4165+88+69+4130+69+76+4140+76+343+50m 连续刚构，采用先整体后分离式断面，双幅布设，桥面宽度 15.9m,采用
2、单箱单室箱形截面，直腹板形式，并且全桥箱梁采用三向预应力体系,梁体采用 C55 号砼，主墩采用单薄壁空心墩,截面形式 4.57.9m,墩高最高达76.2m.，基础采用钻孔灌注桩基础，主桥钻孔桩为直径 2.5 大直径嵌岩桩,根据地质构造说明，地层上部为全新统、上更新统冲洪积层的砂土、砂粘土及砂砾土，下部为三叠统的粉砂岩及砂岩. 2.施工工艺 2.1 施工方法 2.1.1 测量放样 在钻孔桩施工之前，根据闭合好的导线控制网，测放出桩基位置，放出基桩桩位后，马上安排人员设置好护桩，每根桩基设置 4 颗护桩，采用对角交叉法进行桩位中心复核校正。并在施工过程中注意保护好护桩，并及时复核桩基桩位是否正确，
3、确保在整个钻孔桩施工过程中，桩基桩位的准确性。 2.1.2、护筒制作和埋设护筒 钢护筒采用 A3 厚 6mm 钢板卷制而成，直径 2.7m,长 3m。采用挖坑埋设护筒，护筒平面位置中心与桩设计中心一致，埋设护筒时，先将护筒底直接坐在基岩上，将护筒垂直放入坑中，并根据四周的护桩将护筒对中定位。护筒四周用粘土分层填筑夯实，以免钻孔过程中护筒发生偏移、下沉等现象。护筒顶高出地下水位或潜水压力 1.5m，高出原地面 30cm。护筒若桩基础位于水中时，护筒采用压重方式下沉护筒，护筒底应埋入局部冲刷线以下不小于 1.0m，埋入河床深度为 3m。埋设完护筒后，复核护筒的中心坐标位置和高程，护筒的平面位置应埋
4、设正确，偏差不大于50mm，护筒的倾斜偏差不得大于 1%。 2.1.3、成孔工艺 、钻机选型 我们选择江苏南通矿山机械厂生产的 JKL8A 型手控卷扬机，五瓣形冲击钻头，冲击钻头必须设置打捞环。主要技术参数见下表 表 1 卷扬机参数表 表 2 锤头尺寸表 图 1 五瓣式冲击钻头模型 图 2 五瓣式冲击钻头刃脚细部图 、钻孔顺序 窟野河大桥承台桩布置为 4 或 6 根，6 根布置墩桩中心之间距离5m，边缘距离为 2.5 m，相距较小，施工机具自重较大，施工中既要保证成桩质量又注意施工安全，所以需要确定合理的钻孔顺序，每个墩位布置 2 台钻机同时施工，为避免施工过程中相邻桩之间的影响，采取间隔作业
5、顺序，见下图 3 钻孔顺序示意图。 、钻孔就位图 3 钻孔顺序示意图 钻机稳定的安装在钻孔的一侧，钻机支撑垫木不得压在孔口钢护筒上，钻机安装就位后，应将底座和顶端调平稳，避免在钻进过程中产生位移和沉陷. 、泥浆池选位要合理，以免多余泥浆溢出而污染河道。 、成孔 开孔时采用小冲程开孔，使初成孔坚实、竖直、圆顺，能起导向作用，并防止坍孔，使钻进深度超过钻锥全部冲程后，方可以正常冲程施工(见下表 3)。 表 3 冲程参考表 、冲孔桩施工若遇下列情况之一时，应立即停钻处理。 、产生斜孔、弯孔时，应停钻抛粘土块夹片石至偏孔开始处以上0.51m，重新钻进、不得用冲孔钻头修孔，防止卡钻； 、沿护筒周围冒浆、
6、造成孔口坍塌地表沉陷时，应立刻停钻并防止钻机倾倒，及时在护筒外围回填粘土（用稻草拌和） ；并加以夯实，必要时压上一层泥、砂包后方可继续钻进。 、若遇卡钻、掉钻，应按下列方法处理： 、卡钻时应交替紧绳、松绳，将钻头缓缓吊起，不得硬提猛拉，必要时可使用打捞钩、千斤顶等铺助工具助提； 、掉钻时应立即打捞，用打捞钩钩住钻头预设的打捞环，把钻头提上来。 、在成孔过程中，如果出现地质情况差异变化较大，进尺困难可考虑分级成孔先用 2 米钻头施工至孔底标高，回填片石再用 2.5 米钻头施工。 2.1.4、清孔 表 4 泥浆泵主要参数 清孔采用 4PNL 型型大功率泥浆泵抽浆清孔法，在终孔后采用泥浆泵机循环抽浆
7、清渣，直至达到规范要求。经过一段时间间隔后，试验人员在现场用标准比重仪实测，达到要求且沉淀也满足要求后停止清孔， 2.1.5 钢筋笼制作及安装(同一般的桩基钢筋笼) 2.1.6 灌注 、导管采用内径为 30cm 的导管（每段长度为 2.6m 左右，导管连接采用法兰盘夹橡胶垫连接）进行灌注，在使用前，我部对导管进行必要的密水承压和接头抗拉等试验，试验合格后，对导管进行编号、下导管时按编号拼接，方可用于钻孔桩的施工，确保桩基质量。导管底口至孔底标高控制在 0.25-0.4m。 、二次清孔 灌注砼前，应探测孔底泥浆沉淀厚度，如果不符合设计要求，采用内风管吸泥法清孔进行二次清孔，但应随时注意孔壁的稳定
8、，防止塌孔。、灌注水下混凝土 首批砼灌注时应注意导管下口至孔底的距离宜在 2540cm 之间，为保证首批砼能使导管初次埋置1m，首批混泥土的数量应12m3，在“剪球”时罐车同时连续将砼送入储料斗，在首批混凝土灌注后，马上测量混凝土面标高，确保桩基的导管初次埋置深（1.0m）和填充导管底间隙的需要。 2.2 施工过程中可能出现的情况以及处理措施 2.2.1 砼堵管的原因及处理 砼堵管的原因主要有两种，第一种是导管底部被泥砂等物堵塞，第二种是砼离析使粗骨料过于集中而卡塞导管。 1） 、第一种情况多发生在首批砼下注时，由于导管底口距孔底的距离保持不够，因安装钢筋及导管时间过长，孔内钻渣淤积加深，处理
9、办法是用吊车将料斗连同导管一起吊起，待砼灌注畅通后再把导管放置回原位。为避免此类事故发生，当孔内沉淀较厚时，灌注前必须进行二次清孔。 2） 、第二种情况多发生在砼浇筑过程中。处理办法是把导管吊起，快速向井架冲击，应注意的是切不可把导管提出砼面以外。为避免此类事故发生，应严格要求做到：导管要牢固不漏水，砼和易性坍落度要好，砼浇注必须要在初凝前完成，导管埋深控制在 2-6m。 2.2.2 钢筋笼上浮处理措施 在砼浇注过程中，砼灌注速度过快，钢筋骨架受到砼从漏斗向下灌注时的位能而产生的冲击力，砼从导管流出来向上升起，其向下冲击力转变为向上顶托力，使钢筋笼上浮，顶托力大小与砼灌注时的位置、速度、流动性
10、、导管底口标高、首批的砼表面标高和钢筋骨架标高有关。 预防措施： 1） 、砼底面接近钢筋骨架时，放慢砼浇注速度。 2） 、砼底面接近钢筋骨架时，导管保持较大埋深，导管底口与钢筋骨架底端保持较大距离。 3） 、砼表面进入钢筋骨架一定深度后，提升导管使导管底口高于钢筋骨架底端一定距离。 4） 、在孔底设置环形筋，并以适当数量的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼的底部。 3.大直径嵌岩桩的关键质量控制点 在嵌岩桩特别是大直径施工过程中，易出现桩底周边砼存在软弱沉渣或沉渣夹砼等质量问题，是质量控制的关键必须对其进行原因分析，制定预防和处理措施。 3.1、影响桩底砼质量的因素 、清孔不彻底 桩底的沉渣一般有两种,
11、一种是在成孔过程中的土砂未及时排到地上滞留在孔底附近,待成孔后沉到孔底,这类颗粒直径较大.另一种是浮在循环水或孔内水的微细土粒,待成孔结束后,经过一段时间缓缓沉入桩底.对于直径在 2.5 米以上的嵌岩桩孔底周边是清孔的难点,易出现清孔不彻底. 、下钢筋笼时间长 大直径桩主筋数量多,焊接时间长,浮在孔内的微细土颗粒会沉到孔底,而且时间唱加上泥浆的压力,使得二次清孔的效果不明显.影响桩底砼的质量. 、砼储漏斗问题 就目前的施工现状来看,用于灌注的砼储漏斗都存在斗门偏小、斗门口形不利于卸料、人工开启不灵活的问题，会出现砼形拱形，造成施工过程堵塞导管，采用上、下漏斗时存在衔接不好的问题。这些因素都对桩
12、底砼质量有影响。 、首批砼灌注问题 当导管在砼内的插入深度不足 5060cm 时，砼拌合物会出现骤然下落，导管附近就会出现隆起现象，表面曲线有突然转折。说明砼拌合物不是在表面砼的保护层下流动，而是在灌注压力下顶穿了表面保护层，在已浇注的砼表面流动，破坏了砼的整体性和均匀性，造成砼夹沉渣。为保证首批砼浇注时导管的埋入深度符合要求，施工中也设置了上下漏斗，往往上下斗并不能保证连续灌注，施工中会造成导管埋入砼深度不足，而且由于孔深直径大，桩底超压，使桩底周边砼流动不畅快形成死角。 图 4 导管插入深度与浇注砼状态示意图 3.2、清孔方案 窟野河大桥桩基设计为 2.5 米大直径桩,桩长平均 30 米,
13、工期比较紧,必须在汛期(6 月底)施工完,我们经过方案比选,采用操作方便的大功率泥浆泵抽浆法.但此方法对泥浆泵有较高的要求,我们选择了 4PLN 型大功率泥浆泵,扬程 34 米,流量 200m3/h.同时对钢筋笼进行合理分节、机械连接钢筋方法缩短下钢筋笼时间。若桩长大于 50 米,则需考虑空气吸泥机清孔。3.3、首罐方案 导管采用 300，漏斗考虑了两种，一种是一个 4.5 m3 大漏斗和 8 m3 罐车满罐相配合,一种是上、下料斗.上边大集料斗容量 8m3, 下边大集料斗容量 1m3, 第一种操作方便,首罐压力偏小,第二种首罐压力大,但由于大料斗高达 5 米,砼需用砼输送泵或吊车吊小斗吊入,
14、工序较复杂.比选后采用第一种漏斗设置方法.采用钢板制作的外径略大于导管内径的饼状物（直径为 34.0cm、厚度为 1.0cm）用钢丝绳悬吊作合页型“剪球”装置。 3.4、 、桩基注浆补强方案 若成桩后经检测出现桩底砼软弱沉渣或沉渣夹砼芯，则需要对此桩进行桩基注浆补强，桩底注浆补强需满足以下要求： a、清除桩周边的沉渣。 b、在桩底存在缺陷的部位注满水泥浆，使桩与基岩胶结良好。 c、注浆补强后的桩基强度应满足设计要求。 、通孔及清孔 用地质钻机在直径 2 米的圆周上钻三个孔，用高压泵供水，在桩底有沉淀物缺陷段上下反复以 15Mpa 高压水平冲洗，在另两孔采取气举措施，加强水流循环，清除泥渣等杂物
15、，直至返出一段时间清水为止。 、压浆 用 525#水泥加入适量膨胀剂和减水剂，配置比重为 1.82.0 的水泥砂浆(水灰比 0.40.5),若三个孔相连通,将灌浆管下至孔底,用高压水泵将配好的浆灌入孔内,直到孔口返出的浆比重为 1.8 时,起出灌浆管,用压浆泵向孔内压入配好的水泥浆,直至另两孔返出比重为 1.8 的浆,则将其孔口先后关闭,而压浆泵继续向孔内慢慢压浆至孔口压力达 2Mpa.若三孔不能相通,则分别向各孔灌浆、压浆，关闭孔口加压。若压入大量水泥浆孔口压力仍不能升高，可能是水泥浆被压到桩体外，可采取暂停 1 小时，然后再次慢慢压浆，使孔口压力得以再次升高. 4、结束语 大直径嵌岩桩关键要控制好成孔、清孔、首灌三个关键工序，现行的公路工程质量检验评定标准 （JTJ0712004）对灌注桩成孔后的清孔要求是比较严格的，对孔底沉淀的检验应推广象 JJC-1D 型孔径检测系统等先进的量测仪器去量测。以保证在灌桩前及时发现问题及时处理，避免成桩经检测发现去钻孔注浆补强，既影响工程进度、又增加成本，所以我们在施工过程中要关键做好事前的预防措施，而避免事后的补救。在大直径嵌岩桩施工中，选择合理方法去认真清孔是保证桩底质量的一项重要环节，必须要加大清孔力度，彻底清除孔底沉渣，同时确保首罐
