港口工程钻孔灌注桩施工技术的几点探讨

张宇海



港口工程钻孔灌注桩施工技术的几点探讨

张宇海

（海防工程设计研究所，北京 100070）

我国对外贸易的迅猛发展，推动了港口工程建设的不断升级。在港口工程建设中，因为操作简单、成本低廉等优点，钻孔灌注桩施工技术一直被广泛应用。提高钻孔灌注桩施工技术水平，可以提高港口工程建设的经济效益。结合工程实际，对港口工程建设中钻孔灌注施工技术相关问题进行了分析，可为其他工程建设提供参考。

港口工程；钻孔灌柱桩；施工技术；钻孔坍塌

近几年，我国对外贸易的需求不断走高，推动了港口建设的升级，促进了经济的发展。在港口工程建设中，因为施工环境比较复杂，成本很高，所以需要我们采用科学的建设方法来提高工程质量。钻孔灌注桩施工技术是我们经常采用的施工技术之一，具备诸多优点，例如稳定传递上部结构荷载至深层土层中，工期较短、施工便捷、成本合理及较强的适应性等，在以往新建、扩建和改造项目中被大量应用，并取得了很好的效益。

1 港口工程中钻孔灌注桩施工技术研究

水下钻孔灌注桩施工是隐蔽工程，施工时因为环境复杂，质量易受多方因素影响，所以在开展施工之前，应该对设备和场地进行细致检查，熟悉现场水文与气象环境等施工要素，做好施工组织设计，确保施工质量。

钻孔灌注桩是指通过机械钻孔在水下地基土中形成桩孔，达到强度标准后把钢筋笼（钢筋骨架）放置在桩孔中。钻孔灌注桩在承载力、适应性等方面都具有较大优势。

2 港口工程中钻孔灌注桩施工技术分析

钻孔施工技术包括正循环施工技术和反循环施工技术。正循环钻孔施工的工作原理是利用回转装置的带动作用，带动钻杆与钻头切削破碎的岩石，通过泥浆泵把泥浆输入到钻杆内腔之后喷入孔底，之后带着残渣上升到孔口进入沉淀池，经过净化后再次投放使用。

反循环钻孔施工的工作原理是在桩顶设置护筒，泥浆由泥浆池流入钻孔内，同钻渣混合。在真空泵抽吸力作用下，混合物进入钻头的进渣口，经过钻杆内腔，泥石泵和出浆控制筏排泄到沉淀池中净化，供再使用。

2.1 设置施工平台

施工平台是钻孔灌注桩施工作业的基本场地，其性能关系到工程能否顺利开展、按时完成。水上施工平台由于影响因素多，要求高，所以更应高度重视。平台设置要综合考虑现场地质、水文条件和施工环境，满足施工水位、潮位、波浪、平台受力和钻孔工艺，以及便于后期拆除等使用要求。平台的位移、倾斜和沉降要满足安全使用要求。

桩位处于深水区时，可采用桩基平台；桩位处于浅水区且地质较好时，可采用筑岛平台；水深、风浪较大时，可采用导管架平台。

2.2 埋设护筒

埋设护筒在港口建设中有严格的要求。首先护筒要坚固耐用，建议采用钢板焊接，具有一定的刚度和强度。为控制桩基上部结构尺寸，护筒内径不大于桩径300 mm。水域护筒可采用锤击打入方式埋设，并设立定位和导向措施。护筒顶高程要考虑波浪影响，高于施工水位1.5～2.0 m。钻头在起落时要防止钻头和护筒之间的碰撞，如果在工作中护筒有冒水现象，要马上停止钻孔工作，防止护筒的移动，如果移动必须进行再次安装。

2.3 清孔换浆

终孔检查后达到设计要求时，应立即进行孔底清理，防止沉淀过厚降低桩基承载力，同时避免间隔时间过长导致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。根据土层性质、沉渣厚度要求和机具设备条件选择清孔换浆。

清孔换浆工作需要进行两次才能开展下一步的混凝土浇筑工作。在各个方位活动导管，利用泥浆流动冲击桩孔底和四周沉渣，沉渣悬浮后被泥浆黏结力带出钻孔。检查泥浆性能指标及孔底沉淀厚度，如果泥浆性能不符合要求，即使沉渣达标也要继续清孔换浆。

2.4 钢筋笼的制作和安装

钢筋笼选用的钢筋要经过除锈、截断以及机械连接或电焊连接等多个流程处理，并满足《水运工程混凝土施工规范》。根据运输、安装条件和施工能力可采用整体制作方式，也可分段制作。搬运和吊装时，要采取施工措施防止过大变形。可以在钢筋笼的内侧设置加劲箍筋，进行预制焊接，每隔2 m焊接一个，在内部每间隔3～4 m设置一个能自由拆卸的临时加强架。在钢筋笼的各个主筋上，间隔一定距离设置混凝土垫块，最后用导向钢管进行固定。

对准孔位安放钢筋笼，保证钢筋笼能竖直进入，避免碰撞孔壁。下放困难时，要立即查找和分析原因，不得强行下放，否则会造成孔壁坍塌。可利用水泥和砂子制成轮形保护块，中间穿钢筋焊接于主筋外侧，形成“轮子”，在钢筋笼放入钻孔时起到引导作用。斜桩钢筋笼可采用在钢筋笼内部增设下放混凝土导管的纵向导轨。

2.5 坍落度

混凝土配置要符合规范要求，严格把控坍落度。混凝土拌合物具备良好的和易性，通常情况下坍落度值控制在180～220 mm之间。水下灌注混凝土对材质具有较高的要求。在用砂方面，要做好过筛、去除杂质和冲洗等准备工作。用水量方面，也要做到精确控制，水量小，流动性差，坍落度低，灌注难度大；水量大，则会降低桩身的强度，易发生离析，甚至会导致断桩现象。

2.6 导管的提拉

导管提拉主要是为了保障混凝土在灌注过程中的顺畅度。导管外的混凝土面伴随着导管的上下提拉而变化，随着灌注时间增加，搅拌质量下降等情况发生，浇筑过程中混凝土的流动性是逐渐降低的，需根据现场实际情况对提拉幅度和速度进行动态调整。防止速度过快幅度过大，空气进入桩身，导致混凝土疏松，造成蜂窝和孔洞等施工质量问题。灌注工作开展时，提高搅拌质量，可有效缩短连续灌注时间。

3 港口工程中钻孔灌注桩施工常见问题以及解决措施

3.1 缩径

缩径产生原因一般为地质土层复杂，钻孔速度过快、成孔放置时间较长、护壁泥浆性能不足等。预防措施是选用带保径装置钻头，钻头直径满足成孔直径要求，经常检查及时修复，上下反复扫孔扩大孔径，成孔速度控制在2 m/h以内。

提高泥浆的黏度，合理安排工序，做到衔接有序。

3.2 卡管

卡管就是导管堵塞，导管渗水或者是出现裂缝导致卡管的情况。混凝土质量不达标，级配和搅拌等施工工艺不满足设计要求，均会导致卡管情况。防止卡管可通过两方面控制，一方面使用合格优质材料制作导管，导管平直，内壁光滑不漏水，在焊缝时注意防止裂缝；另一方面，选择优质混凝土，和易性、水灰比、坍落度及初凝时间满足设计或规范要求。

3.3 桩底沉碴多

清孔不干净或未进行二次清孔，以及吊装钢筋笼等工作都会造成桩底沉碴的增加。充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，直至孔口返浆比重持续小于1.1～1.2，孔底沉渣厚度小于50 mm时，即可放置钢筋笼和导管。安防完成后，在混凝土浇筑前利用导管进行第二次清孔。采用性能较好的泥浆，不要用清水进行置换。

4 港口工程中钻孔灌注桩施工技术需注意的问题

4.1 钻孔倾斜

港口工程的施工条件一般都较为恶劣，受到环境影响的因素较大。施工时，由于施工场地条件影响钻机安装，导致钻孔位置倾斜。此外，地基土层软硬分布不规律，或掺杂大孤石和其他硬物等，也可能导致钻孔位置的倾斜。施工前，分析施工环境，保证施工平台平整，平稳安装钻机，机架垂直减少位置偏差，并在成孔过程中定时检查和校正。施工至坚硬土层中，不强行加压，控制钻进速度。对已偏斜的钻孔，控制钻速慢速提升下降，多次扫孔纠偏。

4.2 钻孔坍塌

钻孔坍塌是容易出现的事故。一般在钻孔过程中，如发现排出泥浆不断出现气泡，或泥浆突然漏失，则表示有钻孔坍塌的迹象。松软地质易造成钻孔坍塌，为赶工期加快钻孔速度或者在钻孔形成后没有及时浇筑混凝土，也会造成钻孔坍塌。为了防止这一问题的发生，需采取必要的保护措施。通过泥浆护壁、护筒密封等方法进行保护。适当埋深护筒，使用优质泥浆，防止受外力影响出现变形。在施工中，一方面要注意钻孔速度，另一方面还要及时进行混凝土浇筑，避免因施工组织不当造成钻孔质量问题。

对于趁潮施工的钻孔，要做好充分的准备工作，留出富裕时间，对实施过程中易出现的问题做好预案。在浅滩与趁潮作业时，要指派专人完成水深检测以及报潮位的工作。

4.3 钢筋笼上浮

施工过程中，钢筋笼上浮现象发生频率非常高。此类事故一般不能纠正，所以要了解上浮原因，在施工过程中尽量降低事故发生频率。导管埋深过大可引起钢筋笼上浮。混凝土从导流管流出后冲击力很大，有一定的速度向上顶升，推动钢筋笼上浮。

解决方法是保证首批混凝土的埋管深度不得小于1 m，混凝土浇筑过程中，埋设深度应该保证在2～6 m之间。导管提升不宜过快，防止导管钩连钢筋笼。混凝土浇筑过快也可引起钢筋笼上浮。混凝土在孔内上升对钢筋笼产生摩擦力，同时泥浆上升产生摩擦力，而此时钢筋笼在导管底部以下混凝土埋深不够，引起钢筋笼上浮。解决方法是放缓混凝土浇筑速度，或可暂停10～15 min，待钢筋笼稳定后再继续浇筑。

5 总结

综上所述，港口工程建设施工难度大、周期长、造价高，一旦发生事故会造成比较严重的经济损失。所以在施工过程中，要尽量采用成熟的技术降低风险，控制成本。钻孔灌注桩施工技术是港口工程建设中广泛应用的技术之一，虽然适应性较强，成本合理，但也存在明显的缺点，如在施工中无法实时观察，对待工艺比较敏感，必须严格按照工艺要求开展每一道工序，任何一个环节漏洞都会造成施工事故或质量事故。所以在日常的施工中，分析该项技术本身特点和易出现的问题，梳理对策和措施，合理编制施工组织方案，确保各个环节质量，对港口工程建设具有重要的理论指导意义和应用价值。

［1］陈明.港口工程中的钻孔灌注桩施工技术分析［J］.居舍，2018（16）：44.

［2］黄新民，徐水泉.港口工程中的钻孔灌注桩施工技术［J］.中国水运，2017（9）：64-65.

［3］张辉.港口工程水下钻孔灌注桩施工技术的探讨［J］.建筑知识，2016，36（11）：78.

［4］胡华锋.港口工程中的钻孔灌注桩施工技术探讨［J］.工程技术研究，2017（7）：9-10.

2095－6835（2019）07－0098－02

U655.551

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.098

张宇海（1982—），男，山东昌邑人，毕业于海军工程大学，本科学历，工程师，研究方向为港口工程。

〔编辑：严丽琴〕