桥梁钻孔桩回填素混凝土防塌孔施工技术

樊立志

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西晋中 030600)

钻孔桩具有很大的竖向单桩强度和侧向单桩刚度，可确保上部结构的稳定且不产生过大的沉陷与倾斜，同时可抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证结构物的抗倾覆稳定性，现已被广泛的应用于各工程施工领域。在桥梁工程施工中，钻孔桩大多采用泥浆护壁冲击钻或旋挖钻成孔的方法，该方法可有效加快工程施工速度，确保工程施工质量，但常常易出现钻孔桩塌孔的问题，究其原因主要有:泥浆稠度小，护壁效果差;护筒埋置较浅，周围封堵不密实，护筒底部出现漏水，造成泥浆水头高度不足，对孔壁压力小;或在松软的砂层中进尺过快，泥浆护壁形成较慢，孔壁渗水。针对钻孔桩塌孔问题，目前主要采用以下三种方法:当塌孔轻微时，采取增大泥浆比重，提高泥浆水头，增大水头压力;当塌孔不深时，采用深埋护筒，夯实护筒周围，重新开钻的方法;当塌孔较严重时，采用片石、砂类土回填，或采用掺入水泥砂浆的黏土回填的方法。安九铁路花凉亭灌区总干渠特大桥74号～75号桥墩桩基处于粉砂地层，施工中塌孔现象较严重，经现场勘测护筒顶下10 m～12 m位置存有一层约2 m厚的砂夹层，项目部在加强钻孔桩施工技术要求的基础上，采用加长护筒、回填片石、水泥浆护壁等传统方法均不能有效遏制塌孔问题，为此，在粉砂地层桥梁钻孔桩施工中，探索采用了低标号素混凝土回填作为钻孔桩护壁的方法，在施工中取得了良好的应用效果，有效确保了钻孔桩安全快速施工。

图1 现场塌孔图

1 工程概况

安九铁路(安徽段)位于安徽省西南部的安庆地区，线路起于安徽省安庆市，经安庆市所辖怀宁县、潜山县、太湖县、宿松县至皖鄂交界。安九铁路安徽段AJSG-3标段花凉亭灌区总干渠特大桥共74个桥墩，桥墩桩基础分别采用8根1 m桩长34.5 m摩擦桩。桥梁桩基础施工地质情况复杂，原地面以下2 m～3 m为回填粗圆砾土，3 m～35 m为强风化片麻岩。在桩基施工过程中，74号～75号桩基塌孔现象严重，采用传统施工增加泥浆比重或增加护筒长度的方法无法顺利施工，经检查护筒顶下10 m～12 m位置有一层约2 m厚的砂夹层，施工过程中出现大塌孔问题，且处理此段塌孔后在18 m～20 m位置又出现砂层并有水流导致钻孔不能继续，现场塌孔见图1。

2 工艺原理

针对旋挖钻机在粉砂地层且富含流沙层施工时，钻孔桩常易出现塌孔问题。为提高钻孔桩护壁效果，利用素混凝土回填钻孔桩至塌方位置1 m以上，待混凝土初凝后，利用旋挖钻机继续施工，旋挖钻掏出素混凝土芯部，素混凝土剩余部分将形成一层坚固的混凝土护壁，继续施工钻孔桩，有效解决施工钻孔桩塌孔的问题。施工工艺原理见图2。

图2 钻孔桩防塌孔回填素混凝土施工原理图

3 施工工艺流程

3.1 浅层塌孔处理

测量放线→安装护筒→常规方法进行钻孔施工→钻孔至塌方位置下1 m～1.5 m后停止钻孔→清除孔内弃渣→回填低标号素混凝土至原地面→复测桩位→素混凝土初凝前拔出护筒(一般在1 h左右)→素混凝土自然养护(一般在24 h以后)→旋挖钻机重新就位→桩位及高程放样→重新安装护筒→旋挖钻机钻进至设计孔深。

3.2 深层或多层塌孔处理

测量放线→安装护筒→常规方法进行钻孔施工→钻孔至塌方位置下1 m～1.5 m后停止钻孔→清除孔内弃渣→安装导管→水下浇筑素混凝土至塌孔位置上方1 m～1.5 m→素混凝土自然养护(一般在24 h以后)→旋挖钻机继续钻进至设计孔深。

4 关键施工工艺

4.1 浅层塌孔处理

4.1.1 施工测量

按照导线复测成果布置花凉亭灌区总干渠特大桥施工测量控制网;施工前对花凉亭灌区总干渠特大桥各部位坐标及各标高进行复核，并与设计值进行对比无误后按设计值施工放样。

4.1.2 场地平整

钻孔前对墩位处进行场地平整，场地标高不低于桩顶标高+护筒长度，钻孔前对桩位进行精确放样，并复核桩基的相对位置关系，设置好“十字”护桩。

4.1.3 护筒设置

护筒顶面高出施工地面至少50 cm，其高度还应满足孔内泥浆面高度的要求。桩基护筒埋设采用挖埋法。埋设准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不大于50 mm，垂直度偏差不大于1%，保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。

4.1.4 泥浆的制备

根据现场实际情况，本桥桩基泥浆拟采用优质泥浆。各项指标如下:采用旋挖钻钻孔泥浆比重为1.05～1.15，采用冲击钻钻孔泥浆比重为1.1～1.3;粘度:一般地层16 s～22 s、松软地层19 s～28 s;含砂率:不大于4%;pH值:大于6.5;胶体率:不小于95%。

4.1.5 钻机钻孔

采用常规方法进行钻孔，钻孔中应尽量控制钻进速度，减少振动对孔壁失稳的影响。钻孔至塌方位置后停止钻孔，将钻机撤出钻孔场地。根据现场实际情况利用溜槽或者罐车直接放灰至孔内(见图3)，回填至原地面;回填后孔四周拉设警戒线，防止车辆或者行人践踏。混凝土回填后1 h内利用吊车拔出护筒;当素混凝土强度达到一定值后(一般在24 h以后)，重新放样桩位，埋设护筒继续钻进至设计位置。

图3 回填素混凝土施工现场图

4.2 深层或者多层塌孔处理

采用常规方法进行钻孔施工，钻孔至塌方位置后停止钻孔，将钻机撤出钻孔场地;安装导管，水下灌注混凝土至塌方位置(见图4)，混凝土高出塌方区不小于1 m;混凝土自然养护24 h后，重新放样桩位，埋设护筒继续钻进至设计位置，混凝土护壁效果见图5。

5 施工操作要点

1)护筒中心与桩孔中心线偏差不大于50 mm，垂直度不大于1%。

2)钻进速度要根据土层情况、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定，尤其是钻至水位以下，要“轻压、轻钻、慢上下”。

图4 水下混凝土回填现场施工图

图5 混凝土护壁效果图

3)C20混凝土适宜坍落度为180 mm～200 mm。

4)浇筑必须一次完成，高度控制在塌孔位置上下1 m～1.5 m，浇筑过程中随时进行测量。

6 质量保证措施

1)保证龄期、提高护壁质量。混凝土回填形成护壁法中C20混凝土必须自然养护24 h以上，再进行旋挖机钻进。

2)防止孔斜、保证桩孔垂直度。

a.在钻孔桩施工中钻机可能坐落在软硬不同的土层上，钻进中易发生位移和偏沉;钻孔时极可能遇到较大孤石、探头石或倾斜的岩层或在粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头所受阻力不匀。安装钻机时要使转盘底座平正。起重滑车缘与固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正。在有倾斜的软、硬地层钻进时，应吊住钻杆控制进尺或回填片、卵石冲平后再钻进。b.由于钻杆较长，转动时上部摆动过大，必须在钻架上增添导向架，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架向下钻进。钻杆接头应逐个检查及时调整，钻杆弯曲要用千斤顶调直。

7 工艺优越性

7.1 传统工艺弊端

采用加长护筒方法防止塌孔时，需要振动锤大型设备辅助安装及拔除护筒，对设备要求高成本较大，同时护筒的拔除时机一定要控制好，防止护筒不能拔出重复利用，不利于成本控制;采用回填片石等方法小范围内塌方可以适用，大面积的塌孔不适用，局限性太大，存在材料浪费的情况。

7.2 本工艺优点

采用回填混凝土控制塌孔方法具有施工功效高、质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强等特点。克服了旋挖钻机成孔时塌孔、泥浆排放、工期长等缺点，极大地提高了施工质量。针对特殊地质下的大面积塌孔以及塌孔位置在不同底层的多次塌孔，采用回填混凝土作为护壁在经济性和实用性方面是个很好的选择。

8 结语

按照此方法施工的安九铁路花凉亭灌区总干渠特大桥74号墩8根易塌孔的桩基，经第三方检测桩基均为Ⅰ类桩。证明此方法可行能有效保证施工质量。