浅析桥梁冲击钻孔灌注桩基础
施工质量控制要点
姓名：伍 文
单位：巢湖捷成监理公司
关键词 桥梁工程 冲击钻孔桩基础 施工质量 控制要点
摘 要 桥梁工程冲击钻孔灌注桩属于隐蔽工程，成桩环节多，施工过程容易出现质量事故，工程项目人员必须重视施工全过程质量监控。桥梁工程冲击钻孔灌注桩是桩基础中常见的一种基础形式，广泛应用于公路桥梁工程桥墩基础的施工，具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、承载力大等优点。钻孔灌注桩的施工既有测量工作，又有机械操作、钢筋加工、混凝土拌制和灌注等多种工作，可谓工程种类繁多，技术含量高，影响因素多。在施工过程中，容易出现桩位偏差过大、孔底沉渣偏多、钢筋笼上浮、桩体混凝土离析、断桩、夹泥等质量问题，这些质量问题往往使成桩难以满足设计要求，且补救困难，不能完全通过事后检查来判断存在的问题，必须加强施工准备、成孔、清孔、下钢筋笼、灌注水下混凝土等施工全过程中各环节的质量监控，采取各种有效预防措施，才能保证或提高钻孔灌注桩的成桩质量。本文就桥梁工程冲击钻孔灌注桩基础施工准备工作、成孔过程、灌注水下混凝土质量控制要点进行讨论和分析。
下面就以“合肥市X050高袁路官亭至高店公路刘圩桥改建工程”为例，对桥梁工程冲击钻孔灌注桩基础施工质量控制要点进行讨论和分析。
刘圩桥改建工程地点为安徽省合肥市肥西县X050高袁路官亭至高店公路上，跨越淠河干渠，新桥位于老桥上游约75m，全长95.5m，桥面全宽12m，桥梁起点桩号为K3+202.2，终点桩号为K3+297.7，桥梁中心桩号为K3+250.00,设计采用3×30m三跨T梁跨越淠河干渠；上部结构采用斜交5度的3×30简支预应力混凝土预制T梁；下部结构0 #桥台采用肋板式桥台下接承台接钻孔灌注桩基础；3 #桥台采用桩基接盖梁桥墩采用帽梁接双柱下接钻孔灌注桩基础。设计基准期：100年，设计荷载:公路-I级。桥面全宽：净-11m（行车道）+2×0.5m(护栏)，全宽12m。
1 质量控制依据和质量控制目标：
1.1质量控制依据：
1）、建设单位提供的合肥市X050高袁路官亭至高店公路刘圩桥改建工程设计图纸。
2）、合肥市X050高袁路官亭至高店公路刘圩桥改建工程招标文件及补充文件。
3）、执行国家及安徽省颁发的现行的有关建设工程的法律、法规；施工及验收规范；现行的质量检查、验收、评定标准。
4）、现场踏勘的施工环境及地理条件。
5）、合肥当地气象资料。
一般来说，应优先考虑合同文件的规定。
1.2质量控制目标：
钻孔灌注桩施工质量控制必须达到以下几个目标：①成桩过程各项指标，包括桩位、桩长、桩径、孔底沉渣、终孔垂直度及成桩材料质量等能满足设计要求；②预留混凝土试块强度满足规范要求；③桩身完整、匀质，连续性好，无夹泥、断桩等缺陷；④桩极限承载力满足规范规定的验收指标。
2 施工准备和施工工艺流程
2.1施工准备工作
刘圩桥为跨河桥，部分桩属于水中钻孔桩，施工提前筑好围堰，桥桩先修通便道，并搭设工作平台。做好施工场地平整，安设施工设备，准备各项工程用料，落实供电、供水，待准备就绪后，报监理工程师审验，批准后即开始施工。机械设备投入冲击钻机，配备泥浆泵， 25T汽车吊等设备。
2.2施工工艺
⑴机械就位、护筒埋设
施工场地平整处理，保证冲击钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。
护筒埋设：护筒由厚度4－6mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大100－150mm，每节护筒长度1.5-3.0m，护筒至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。
冲击钻机在埋设护筒时，应由人工进行辅助配合，护筒埋设利用冲击钻机的钻斗挤压作用做相应的调整。
⑵泥浆调制
因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。由于地基岩土中又夹有粉砂土层、细砂层，地面水位较高的特点，调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。
泥浆相对密度：1.02－1.10，粘度：18－22s，砂率≤4％，泥皮厚度：＜2mm，PH值：大于7。施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。
⑶钻孔
采用冲击钻机成孔，测量放线时，平台构筑完成后进行桩位放线,桩位放好后, 要采取护桩保护措施,护桩用Φ12的螺纹钢,外包C20砼。
钻机就位、对中整平,就位前将钻机底部基础再次进行夯实处理,再铺设枕木,防止基础下沉、钻机倾斜。就位时在护筒上拉出十字丝 ,用锤球对中,钻孔中心与设计桩基中心偏差小于10mm,钻机底盘用水平尺调平,以保证竖直度。
开钻时先在孔内灌注泥浆，孔内有水时，可直接投入粘土，用冲击锥以小冲程反复冲击造浆。钻机冲程应根据土层情况分别确定，坚硬基岩采用高冲程(1000mm)，卵石夹土层采用中冲程(750mm)。钻进过程中，始终保持孔内水位高出地下水位1.5～2.0m并低于护筒顶面0.3 m 以防溢出 ,同时要按时掏渣，掏渣后应及时向孔内添加泥浆或补水，以维持水头高度。 钻进中用检孔器检孔，据此调整钻机位置，保证成孔质量。
⑷清孔
终孔检查后，应迅速清孔，清孔的目的是使孔底沉碴、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量和孔壁厚度等指标符合规范要求，为灌注砼创造良好的条件。清孔方法采用抽浆清孔法，初步清孔可采用掏渣法。钻孔至设计高程后，经过孔深、孔径、钻孔倾斜度检查，符合要求后，用离心吸泥泵将孔底泥浆和钻渣抽出，清孔排渣时注意保持孔内水头，防止坍孔。达到规范要求的清孔标准后，即可停止清孔。
⑸安放钢筋笼
经监理工程师验孔全部合格后，即可进行钢筋笼的吊装工作。首先；按照图纸要求及分配长度对钢筋进行调直、切断、弯曲、绑扎，钢筋笼在钢筋加工场做成骨架后，用拖车运输至钻机旁，钢筋笼存放场地应平整，保证钢筋笼不受损变形，骨架长度由起吊设备的高度控制，一般每7～9米做成一节，骨架一般分段焊接，钢筋笼的接长，可采用搭接焊和挤压套管连接，焊接时注意焊条和电焊钢管的使用一定要符合规范要求。放置钢筋笼时必须严格控制其标高，根据护筒上口标高和钢筋笼总长度推算钢筋笼顶端离护筒顶的长度，并依据此长度制作四根钢筋吊环焊接在钢筋笼上口，用吊环把钢筋笼固定在钻机底盘上，使钢筋笼准确定位，又可防止在砼浇筑过程中钢筋笼浮起，钢筋笼周边要点焊钢筋保护层。焊接过程中应合理调整焊接工艺条件.
1. 焊接熔融温度240℃-250℃
2. 熔融时间25-30S
3. 夹紧压力0.5Mpa
4. 焊接压力0.2-0.3Mpa
5. 对接时间40-50S
⑹灌注砼
如孔内有水则采用水下砼灌注法施工；如孔内无水则采用干孔灌注法施工。砼采用导管法进行灌注，导管内径为25～35cm，导管使用前要进行闭水试验（水密、承压、接头抗拉），合格的导管才能使用，导管应居中稳步沉放，不能接触到钢筋笼，以免导管在提升中将钢筋笼提起，导管可吊挂在钻机顶部滑轮上或用卡具吊在孔口上，导管底部距桩底的距离应符合规范要求，一般0.25～0.4m，导管顶部的贮料斗内砼量，必须满足首次灌注剪球后导管底部能埋入砼中0.8～1.2m，施工前要仔细计算贮料斗容积，剪球后向导管内倾倒砼宜徐徐进行防止产生高压气囊。随着砼的不断浇入，及时用测绳测量砼顶面高度，根据砼顶面高度和导管剩余长度推算导管埋置深度，根据埋管深度，及时提拔拆除导管，使导管埋入砼中的深度始终保持2～6m之间。防止导管埋置过深或过浅，浇筑过程中要不断上下抽动导管，以保证导管周围砼的密实。在灌注混凝土时，套管应随桩体混凝土的灌入逐段拔出，严禁强行上拔。
⑺钢筋截面加工和施工
灌注桩施工顶面的钢筋笼为变截面，在施工中需对钢筋笼进行加工，当灌注桩混凝土浇至顶面标高加上需凿除的超灌部分后，待强度符合要求时将桩头混凝土松散层人工凿除至钢筋笼变截面处将钢筋表面清理干净驱除钢筋表面混凝土附着物，然后将钢筋扳制直顺，转变成立柱钢筋笼的直径。将立柱钢筋笼和桩钢筋笼进行绑扎搭接，注意搭接长度，并将钢筋搭接部分适当的进行单面或双面搭接焊，以确保搭接质量。
3 灌注过程主要环节质量控制
3.1混凝土坍落度控制
混凝土的坍落度对成桩质量有直接影响，坍落度合理的混凝土应是拌和均匀、和易性好、内阻小、初凝时间长、润滑性好且有较好的触变性能，坍落度合理的混凝土可有效地保证混凝土灌注性、连续性和密实性，一般应控制在18～22cm范围内。要配制出合理坍落度的混凝土来保证桩身质量，监理人员必须重视以下几点：
①制作混凝土的原材料必须符合使用要求，特别是水泥的质量必须保证，粗骨料尺寸级配要合理，所使用的材料要进行二次复检方可投入使用；②混凝土的配合比要通过试验确定；③做好混凝土在现场搅拌的质量控制工作，严格按配合比进行投料；④要设有专人对搅拌室的混凝土进行坍落度等指标的检验；⑤按设计要求做好混凝土的试块工作，并保证取样的真实性。
3.2导管埋深控制
导管底端在混凝土面以下的深度是否合理关系到成桩质量，必须予以严格控制。监理人员应要求施工单位在开浇时，料斗必须储足一次下料能保证导管埋入混凝土达1．0 m以上的混凝土初灌量，以免因导管下口未被埋入混凝土内造成管内反混浆现象，导致开浇失败；在浇注过程中，要经常探测混凝土面实际标高、计算混凝土面上升高度、导管下口与混凝土面相对位置，及时拆卸导管，保持导管合理埋深，严禁将导管拨出混凝土面，导管埋深一般应控制在2～6 m，过大或过小都会在不同外界条件下出现不同形式的质量问题，直接影响桩的质量。
3.3钢筋笼上浮控制
在灌注混凝土前，钢筋笼自重与悬吊力形成平衡状态，在混凝土灌注过程中，由于下列原因引起钢筋笼上浮：1）钢筋笼在孔口固定不牢固或提升导管用力过猛，将钢筋笼钩挂；2）混凝土面到达钢筋笼底面时，导管埋深过浅，灌注量过大或混凝土面超过钢筋笼底一定高度时，导管埋深过大；3）混凝土质量差，对于易离析、坍落度损失大的混凝土，都易使钢筋笼上浮，解决的办法是操作要正确、确保混凝土质量及加快混凝土灌注。另外，监理人员还应要求施工单位做好如下控制措施：①在钢筋笼上加压重物，并在上端加焊4根较粗钢筋（20以上）固定在钢护筒顶部施工平台上；②用细钢筋在钢筋笼上加焊防浮倒刺；③当混凝土上升至钢筋笼底部附近时，小步提升导管以保持较小的埋管深度并稍稍减缓混凝土的灌注速度。
3.4桩头质量控制
有关规范规定当凿除桩顶浮浆层后，应保证设计的桩顶标高及桩身混凝土质量。在钻孔灌注桩施工中，要想保证桩头的质量，必须控制好最后一次灌注量，桩顶不得偏低，凿出浮浆高度后必须保证暴露的桩顶混凝土达到设计强度值，这就要求灌注混凝土的高度要超过桩顶标高。在实际施工中，超灌量控制不当是经常存在的问题，超灌量过大，造成浪费，超灌量不足，桩质量不能得到满足。另外，在开挖桩头检测时发现，由于桩顶混凝土与孔内泥浆有直接接触，里面有时会裹有泥砂和浮浆等杂质，对桩头质量产生极大影响。监理人员必须重视影响桩头质量的因素，要求施工单位采取如下控制措施：①严格成孔工艺，清孔彻底，采用正确的水下混凝土灌注工艺，使钻渣、泥皮被顶起至桩顶，在桩头形成较厚的浮浆层；②施工中应测准混凝土上升面标高；③应确定合理的超灌量，根据浮浆层厚度及桩顶标高附近工程地质情况，宜取0．5～1．0 m的超灌高度；④清孔泥浆要满足要求，灌注混凝土前，要进行孔底泥浆取样，泥浆比重1.03 g/cm3-1．1 g/cm3、粘度17 s -20 s，含砂率小于2%；⑤在混凝土灌注过程中，导管埋深要控制在2m～6 m范围。
4 质量检测
4.1成桩完毕的检测程序
①检测桩位偏差是否满足设计与规范要求；
②随机无破损检测或钻探取芯试验结果是否满足设计与规范要求，并旁站对桩基质量检测的其它检测过程；
③检查试块混凝土强度是否满足设计与质量评定标准；
④分项工程完工验收，进入中间交工计量。
4.2质量检测
质量检测可检验钻孔灌注桩成桩后承载力能否达到设计要求，这是决定能否进行下一道工序施工的一个关键环节，往往会出现检验合格而实际却发生质量事故的情形，除人为因素弄虚作假外，客观来说是检验手段不当所致。
目前检测钻孔灌注桩合格与否的方法有静载荷法、动测法和取芯法，实际应用时常选用上述1～2种。静载荷法比较直观，得出的数据容易让人信服，但缺点是加载影响深度有限；动测法可通过波速检测出桩身的完整性及桩的长度，测出长度的误差一般在±300mm；取芯法通过取芯可看出桩身完整性，芯样还可做室内试验，但取芯深度也有限。
从上述几种方法的分析来看，如果仅选择静载荷试验，试验合格只能说承载力短期沉降满足设计要求，但施工后沉降并不能保证满足设计要求，实践证明，施工后沉降与桩长及下卧层土质关系密切，若桩长未达设计要求，虽然静载荷试验合格，并不能保证施工后沉降达到设计要求；如果仅采用动测法，目前动测还不能直接测出承载力值。因此，建议把静载荷法和动测法结合起来较为合理。
结语 工程项目人员要认真学习国家政策法规，正确应用有关桥梁工程规范，熟悉桥梁施工设计图纸文件，抓好事先指导，强化施工准备、成孔、清孔、水下混凝土灌注等施工全过程中各环节的质量监管，采取有效的预防措施，桥梁冲击钻孔灌注桩施工才能充分发挥出它的优点，达到安全、优质、经济、高效的预期目的，从而确保桥梁工程冲击钻孔灌注桩施工的质量。