SUTLEJ大桥砂性地质旋挖钻孔灌注桩施工技术研究

中国电建市政建设集团有限公司，天津 300384

1 工程概况

PKM高速公路是巴基斯坦贯通南北的骨架高速公路，北起白沙瓦，连接木尔坦、苏库尔，终点至卡拉奇，苏库尔—木尔坦段全长为392km。PKM高速公路中的SUTLEJ大桥横跨SUTLEJ河，下部构造采用三圆柱式桥墩作为桩基础，其中最大桩基直径为2m，桩长为58m。桥位地质为第四系河流沉积砂性地质，桥址地层由粉砂、粉土、细砂、砾石等组成。粉土松散、稍密，手捏有砂感，不能搓成条，约含5%的粉砂，深度约2m。细砂饱水、密实，含少量云母，偶尔可见少量砂砾，局部可见少量泥质黏土团块。

2 钻孔工艺选择

为保证大直径砂性地质钻孔摩擦桩施工的可靠性，结合验证钻孔提供的技术参数和以往施工经验，桩基采用旋挖钻机成孔方式，静态泥浆护壁水下灌注法施工。

3 施工工艺

3.1 桩位放样

采用全站仪运用坐标法准确放出桩位中心点，然后沿桩中心呈十字形引出4个桩位点用来控制桩位，作为单桩护桩。钻孔前要进行桩位复测，保证误差符合要求。

3.2 护筒埋设

护筒用8～10mm的钢板制作，其直径为2200mm。护筒上部设置1～2个溢流孔。护筒的埋设采用旋挖钻机静压法完成，护筒埋设完毕，在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。

3.3 泥浆制备

泥浆池按钻孔灌注桩施工平面布置图进行开挖和防护，分为膨化池、储浆池、回浆池，并用循环槽连接，采用泥浆搅拌机制浆。泥浆造浆材料选用膨润土，泥浆提前24h制备好，制备泥浆的配合比为水（m3）∶膨润土（kg）∶碳酸钠（kg）∶羧甲基纤维素（kg)∶铁铬木质素磺酸钠盐（kg）=100∶8000∶320∶24∶16。施工时可根据施工工序对泥浆性能指标进行调整，泥浆控制指标如表1所示。泥浆质量应由专人负责。在钻孔过程中每进尺5～10m时测定一次泥浆技术指标，不满足要求要及时调整。

表1 泥浆控制指标

3.4 钻机就位

桩位、护筒埋设符合要求后，钻机钻头中心对准桩位，确保钻机导杆中心线、回旋盘中心线和护筒中心线在同一条直线上。

3.5 钻孔

采用徐工XR260D旋挖钻机，钻进钻头采用双开门截齿钻头，钻进参数的选用如表2所示。

表2 钻进参数表

钻进前应调整桅杆的垂直度，保证桩位准确。初钻时，先启动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后进行钻孔。开始钻进时，适当控制进尺，低挡慢速钻进，并及时进行泥浆补给，以保持泥浆面的稳定。钻至护筒底以下1m时，参照拟定的钻进参数钻进。在钻进的过程中需经常注意地层变化，每进尺2m或在地层变化处捞渣取样，判断地质变化情况，做好记录，并与验证钻孔地质柱状图核对，根据地质变化调整钻进参数。

3.6 成孔检测

孔径检测在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行。检孔器采用钢筋笼孔径器，其形似小型钢筋笼，采用直径φ13mm和φ22mm的钢筋制作，其尺寸根据检测桩的设计桩径大小设计，外径D（外径不大于钻头直径）取1970mm，长度宜为桩径的4～6倍。检测时，将检孔器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅表明孔径大于给定的笼径。孔深采用专用测量绳，测量绳距孔壁100～200mm，垂球缓慢沉入孔内，接触孔底时，轻轻拉起锤球并放下，判断孔底位置，然后读取读数。每孔沿孔壁均匀间隔布置不少于3个测点，取其最小值为终孔孔深H。成孔倾斜度检测采用钻杆测斜法。

3.7 首次清孔和沉渣厚度检测

终孔后，经对孔位、孔径、孔深、倾斜度进行检查，确认钻孔合格后，进行第一次清孔。采用钻机（换成平底钻头）进行清孔。孔底沉渣采用标准锤检测。测锤一般采用平底锥形锤，锤底直径约150mm，高约220mm，质量约5kg，测锤顶端系上测绳，测绳宜采用钢制（可采用测终孔专用测量绳），测时靠近孔壁，利用测锤自重慢慢沉入孔内，当有较强的震颤感时，可判断测锤已至孔底，读取测绳上的深度值h，每孔沿孔壁均匀间隔布置不少于3个测点，取其最小值为测锤测量深度h。则桩孔深度H与测锤测量深度h之差即为沉渣厚度，孔底沉渣厚度小于300mm。

3.8 运输、吊装钢筋笼骨架

钢筋笼按照设计图纸、相关规范和吊装条件，分节在钢筋加工场进行制作，用平车运至现场。保护层采用滚轴式砼定位垫块，厚度为60mm，直径为160mm，每隔3m均匀设置4块定位挡块保证保护层厚度。按设计图纸要求，在钢筋笼骨架内侧等间距、平行设置，将声测管牢固绑扎在主筋上。吊放钢筋笼采用人工配合吊车方式，采取双滑轮、多点位、吊点加固等方式将钢筋笼吊到孔位上方，对准孔位，扶稳，保持垂直缓慢下落。分节连续下放钢筋笼直至安装到位，对其进行桩中心矫正并固定，并复核钢筋笼顶高程。钢筋笼安装到位后，沿护筒内侧增设钢筋笼加强筋顶筋，即在钢筋笼最上端加强筋四周焊接4根顶筋顶住护筒，防止造成桩基偏位。

3.9 安放导管

混凝土浇筑导管采用快速丝扣连接的钢管，直径为300mm，使用导管前按要求进行拼接、水密、承压、抗拉等相关试验，且将导管自上而下进行编号。导管安放应在钢筋笼安装后及时进行，导管由吊车吊入，保持位置居中，缓慢下放，导管底部距离孔底300mm。二次清孔后和混凝土浇筑前，在导管内部放置隔离球，安装浇筑大料斗并放置隔离盖板。

3.10 二次清孔

导管安装完成后进行二次清孔，二次清孔采用换浆法，即借助浇筑导管用高压泥浆泵正循环清孔。由泥浆泵泵送的新制泥浆通过胶管与桩孔中的导管连接，将新制泥浆注入孔底，孔内待净化泥浆自护筒溢流口流出，经过泥浆净化机净化后返回回浆池。清孔过程中，根据清渣效果适时上下提放、左右移动导管，加快扰动孔底沉渣，以达到快速清渣的效果。

3.11 灌注水下混凝土

混凝土运至浇筑地点，应检查其均匀性和坍落度，坍落度宜为180～200mm。

（1）首批混凝土的数量应能满足导管首次埋置的深度≥1.5m的要求，所需混凝土的数量可参照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）。①导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度h1≥Hw,w/c=24.1m。Hw为井孔内水或泥浆的深度，m；w为井孔泥浆的重度，kN/m3，取10.3；c为混凝土拌和物的重度，kN/m3，取24。②首批混凝土用量计算公式如下：

式中：D为桩孔直径，m，取2；H1为桩孔底至导管底端间距，m，取0.3；H2为导管初次埋置深度，m，取1.5；d为导管内径，m，取0.3。首批混凝土用量为7.4m3，导管下口埋入混凝土的深度不少于1.5m。施工时必须采用大料斗。

（2）开浇时将大料斗装满混凝土，提升隔离盖板，同时加大砼罐车放料速度，使混凝土瞬间压球封锁导管底部，有效保证桩底混凝土质量。混凝土灌注时要连续进行，设专人经常测量混凝土面上升高度，做好记录和计算，及时拆卸导管以调整导管埋深，保证导管埋深在2～6m。混凝土灌注至桩顶部位5m以下时，坍落度宜控制在160～170mm，并停止提升导管，待灌注至规定高程后一次性提升导管。

4 桩基检验

在工程桩基施工前，需要先进行试验桩基的施工，以判断设计参数、施工效果和地质水文是否与设计相符，鉴于SUTLEJ大桥的重要性，同时需要验证钻孔。试验桩基检测要求进行荷载试验和桩身完整性检测，合格后才允许进行工程桩基的施工，工程桩基完整性检测采用声波透射法。从后期检测结果来看，90个桩基混凝土均匀性良好，桩身完整，为Ⅰ类桩基，均满足规范要求。

5 结论

首先，桩基施工要重视前期地质和水文资料的收集和验证，熟悉当地施工规范，以明确钻孔设备选择；其次，在砂性地质中，重点在于对泥浆技术参数、钻孔过程成孔质量检测、清孔和水下混凝土灌注等重点工序的控制；最后，要有针对性地对砂性地质钻孔灌注桩施工中常见的施工问题和解决方法进行预判和总结，这样才能不断提高桩基施工质量，并为同类地质条件下的桩基施工提供借鉴和经验。