松散土层大直径钻孔灌注桩施工技术

芮俊雄

(江苏雷威建设工程有限公司，江苏 南京 210003)

0 引言

当前，在桥梁的桩基础施工过程中，钻孔灌注桩施工技术的应用越来越广泛。在土层松散、孔隙率较大且地下水源丰富的特殊地层中进行桩基施工时，容易遇到塌孔、局部地表下沉等状况，影响桩基正常施工[1-3]。

目前应用较多的改善土层松散性状、阻断地下水的方法是密排高压旋喷桩，该施工工艺可以确保加固后桩机钻进施工时，密排高压旋喷桩外侧的建筑物、底面均不受沉降影响[4]。正循环水钻钻进过程中对土层的扰动较小，但是存在进尺慢、成孔周期长等问题。对孔隙率大、含水量高的松散土层、岩溶强发育区或者水中，可以采用钢护筒施工的方法，这不仅可以有效防止泥浆流失，确保成桩质量，而且对周围的土层扰动较小。但是，若桩基位于水位较深或者地质扰动较大的区域，钢护筒在施工过程中受冲击和干扰的影响较大，则钢护筒的定位以及对接坡口满焊的水密性都很难保证，影响成桩质量[5]。

因此，如何利用既有施工条件，经济高效地穿越不良地层是广大施工技术人员共同探索的方向[6]。

1 工程概况

本工程19#—21#桥墩主要位于仙宁铁路南侧。19#墩位于撇洪沟内，撇洪沟内淤泥深度为3 m，淤泥下的粉质黏土呈流塑性，深度为13.9 m。20#墩位于泄洪沟东侧岸边，21#墩距离既有河沟7 m。此处原为麒麟科技创新园区弃土场，其周边及地下有大量的生活垃圾及建筑垃圾，具体地质情况见表1。

表1 地质特征表

2 桩孔施工常规方法及存在问题

21#墩基础共4根桩，直径为1.8 m，单根桩长为30 m，桩基类型为端承桩，本工程桩基混凝土均采用C30水下混凝土。21#墩处杂填土深度约15.1 m，当钻进深度达到约18 m后进入岩层。

图1 21#-4钻进11.5 m时的孔口状况

最初采用SR280R旋挖钻机施工，21#-4桩从护筒顶标高往下钻进7.5 m仍然是回填土。继续钻进至11.5 m时，孔口开始下沉，局部地表出现开裂下陷(如图1所示)，并且孔内涌水过大，不得不停止钻进。

由于入岩后，仍需钻进15 m方可达到设计孔深，必须选择进尺速度快的施工机械。周边邻近撇洪沟，地下6 m处水源比较丰富，开挖过程中出现大量涌水现象且土质松散，孔隙率较大，泥浆流失较快，高压旋喷桩无法施工。若采用冲击钻施工，钻进过程中产生的震动会造成扩孔、塌孔等不利影响。由于该处存在大量的生活垃圾和建筑垃圾，钢护筒无法正常施工，施工成本增加[7]。因此排除了高压旋喷桩、冲击钻施工以及钢护筒施工的方案。为了确保钻进时震动较小、入岩后进尺速度快且经济高效，拟采用正循环水钻结合旋挖钻二次开孔的施工工艺。

3 正循环水钻与旋挖钻结合钻进施工工艺

21#-4桩采用GPS20正循环钻机结合SR280R旋挖钻机施工的方法。先采用大直径钻头的正循环钻机钻进施工，待钻头钻至岩层后，桩机停止钻进，灌入C20细石混凝土，待混凝土初凝形成护壁后，重新复核桩位，改用旋挖钻机钻进施工，21#-4桩基孔径平面图和立面图如图2所示。具体施工方法如下。

图2 21#-4桩基孔径平面图和立面图(单位：m)

1)21#-4桩施工时，先采用正循环水钻，用直径为2.4 m的钻头钻进施工，钻进过程中每小时测量进尺深度并冲洗检查渣样，做好记录。

2)在钻进过程中采用ANY-1型泥浆3件套测试仪按时检测泥浆比重、含砂率和黏度。为了防止钻孔侧壁塌方，采用高塑性黏土制备泥浆护壁[8]，泥浆比重适当加大，相对密度控制在1.2～1.4，含砂率不大于4%，黏度16～28 Pa·s。

3)当正循环钻机钻进至砂岩层后，继续钻进0.3 m，确保钻头以下泥岩平顺，并满足地质报告要求的不小于18.7 m深度时停止钻进，冲洗的渣样如图3所示。

图3 21#-4桩钻进砂岩层后冲洗的渣样

4)及时清理孔底的沉渣，同时控制泥浆比重不小于1.2。清孔后，浇筑C20细石混凝土。直径2.4 m的桩首灌量按式(1)计算，计算得C20细石混凝土首灌方量为6.2 m3。

(1)

(2)

式中：V为首灌方量；D为桩孔直径；H1为桩孔底至导管底端间距；H2为导管初次埋置深度；d为导管内径；h1为桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度，按式(2)计算；Hw为桩孔内水或泥浆的深度；γw为桩孔内水或泥浆的重度；γc为混凝土的重度[9]。

5)浇筑完C20细石混凝土，待混凝土初凝后，重新进行桩位复核，采用旋挖钻进行施工，钻头直径为1.8 m。直至挖到桩底设计标高以下0.5 m处停止钻进。

图4 21#-4桩成孔波形图

6)桩基成孔后，采用RSM-HGT(F)超声波成孔质量检测仪检测桩孔的孔深、孔径、垂直度等参数。成孔波形图见图4，桩孔孔壁垂直、光滑，无明显缩孔、扩孔现象，成孔质量很好。桩孔相关参数见表2，实测孔深大于设计值，最大孔径与最小孔径的偏差均小于±5 cm，桩孔垂直度为0.16%，各项参数均在设计标准范围内，可进行下一步工序。

表2 桩孔参数

7)采用25 t吊机下钢筋笼[10]，钢筋笼底部控制在距离孔底0.6 m，根据护筒标高至设计桩顶标高确定吊筋使用长度。

8)钢筋笼吊装结束后，进行二次清孔，测得泥浆比重为1.08、含砂率为1.6%、黏度为19.6 Pa·s，采用沉渣仪测得沉渣厚度为3.8 cm，均满足设计要求[11]。浇筑C30水下混凝土前，测得混凝土坍落度为195 mm。直径为1.8 m的钻孔灌注桩混凝土首灌量按式(1)计算，计算得到首灌方量为3.8 m3，灌注混凝土超过桩顶0.5 m。

4 结语

1)在土层松散、空隙率较大、地下水源丰富且含有大量生活垃圾和建筑垃圾的易塌孔土质下进行端承桩的桩基施工时，采用正循环水钻结合旋挖钻施工的方案，不仅节约成本，而且施工高效。

2)在二次钻进过程中，初凝的C20细石混凝土具有良好的孔壁支护效果，可以有效防止塌孔和局部地表下沉。

3)采用该工艺进行钻孔灌注桩施工，可以有效保障桩孔的孔径、垂直度满足设计要求。