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浅析深长钻孔灌注桩的施工
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[论文关键词]深长 钻孔桩 施工
[论文摘要]介绍深长桩的特点、施工方法及施工注意事项。
甬台温高速公路平苍段第一合同段，位于瑞安飞云江江南岸海滨相软土地基上，其桩基所承地基各层全部为淤泥或粘土地层，经过勘测单位钻探验证，地层深达原地表下97米仍然为粘土层，属不良工程地质。为此，设计单位对桥梁桩基大部分都设计了深长桩（指孔径比＞60），最深的桩深达94米。设计桩径为ф1.0m，ф1.2m两种形式。
我公司中标承建这一工程，是第一次施工超长桩。为了保证桩基顺利施工，我们参考了有关资料，详细阅读研究设计文件，结合以往在温州地区70米左右桩基施工的成功经验，制订了一套深长桩施工办法，以便于科学施工管理。
一、根据各层地质情况，选择成孔桩机
超长桩基础所在地层的地质大都为淤泥或粘土，偶有少量卵砾石或强风化岩层，地质条件极差，施工时由于为深长桩，成孔时间较长，很容易造成坍孔现象。因此，从孔深、孔垂直度、孔内水头保持等因素考虑，我部选择了大扭矩的回旋钻机来施工；对于直径ф1.0m的桩基础，采用了15型以上扭矩的回旋钻机；对于直径ф1.2m深长桩，采用了20型以上扭矩的回旋钻机。
回旋钻机施工，根据桩基地质各层情况，分别采用正循环或反循环施工办法。对于进入卵砾石层较厚，且采用卵砾石颗粒粒径较大者，我们采用反循环施工方法，而且采用钨钢钻头。对于地质层比较软弱，且下伏的卵砾石层含砾石为主，采用正循环施工方法。因为正循环施工的优点是在钻孔过程能够保持较高的泥浆比重，从而保证成孔过程孔壁不宜坍塌，而且较大泥浆比重便于排除孔内较大颗粒浮渣，对首次清孔排渣有利，加上淤泥与粘土层容易自动产生较大比重的泥浆，不需要外购粘土材料。同时，正循环施工与反循环施工比较，对场地依赖较小，对环境影响也小。
二、选择大产量搅拌机
大生产量搅拌机是保证桩砼在水泥凝固前浇筑完毕的必要条件之一。要保证砼成桩砼的质量，砼浇筑时间越短，桩孔越不容易产生孔壁坍塌、桩身缩劲、导管卡管、埋管等施工事故，而且是顶面沉渣越少；反之，混凝土浇筑时间越长，由于初期浇筑上涌混凝土已经凝固，这样桩顶混凝土的流动性减低，混凝土下灌就越困难，也越容易产生卡管、埋管等到施工事故，进一步说，容易造成断桩等质量事故。所以，足够产量的混凝土是保证混凝土下灌连续作业的一个重要因素。
根据施工经验，砼下灌时间在6-8小时以内（掺加缓凝剂来延长水泥凝固时间），基本可以保证成桩连续作业量。超长桩砼设计数量为106立方米（94米桩）750型搅拌机每小时产量为25立方米，8小时为200立方米，考虑拆导管等时间影响以机械突发性故障，我们采用了2台750型搅拌机，或1台750型搅拌机加1台500型搅拌机来搅拌钻孔桩用砼，以保证混凝土生产满足施工需要。
三、混凝土运输机械满足桩砼连续施工需要
砼运输是否及时可靠也是保证混凝土在水泥凝固前浇筑完毕的必要条件。传统的、小型号的、人工的运输机具在高等级高速公路施工中早已退出市场，因此，选择混凝土搅拌车或混凝土输送泵来运输混凝土半成品，是我公司首选混凝土机械。其中，混凝土搅拌车可以直接运输到桩位，而输送泵可以保证水上混凝土的输送下灌。
而且采用3立方米的混凝土搅拌车，每次下灌1搅拌车混凝土，正好可以拆除1节2.5米长的混凝土导管，使混凝土搅拌运输时间与拆导管时间同步，使机械设备得到充分利用，混凝土下灌时间最短，最科学。
四、钻孔（排渣）与灌注时选择合理的泥浆稠度
钻孔过程中，较大容重的泥浆是保证成孔不易坍塌的必要条件。由于本工程地质为淤泥与粘土，这两种土本身就是造泥浆的材料，因此，钻孔时加清水自动造浆。而保证成孔最佳泥浆比重为1.4，所以成孔施工时基本不排除泥浆。
本工程淤泥与粘土各层天然孔内土方平均容重约为1.65，要将土方自动造成比重1.4的泥浆，需要加清水的数量与泥浆关系如下：
V水 V土=V浆（土中空隙忽略不计）
1.0V水 ∑R土V土=1.4V浆
式中：
V——水用水量
V——浆泥浆体积
V——土孔内可成浆天然土方量（含空隙及土中含水量）
R——土孔内可成浆天然土方容重，平均为1.65
根据上述公式计算，每钻进1米D1.2米的桩孔，形成保持比重为1.4的浮渣护壁泥浆，需要加水0.7立方米，产生泥浆1.8立方米。
桩成孔后，在浇筑混凝土前，须将泥浆稀释到1.2(因较深，需要量保持较高护壁水头，便于浇筑混凝土时保护孔壁，泥浆清孔后比重采取较大规范在1.1左右，但对这么深的孔，按照规范规定很难保证孔壁不缩劲；但是，如果采用更大比重的泥浆，势必降低短期内桩周摩擦系数，影响桩上后续工程施工，否则，基桩承载力要降低）。泥浆比重从1.4稀释到1.2，每米桩孔需要加水按照下式计算：1.0V水 1.4V浆=1.2(V水 V浆）
直径1.2的桩孔，每米泥浆数量V浆为1.13立方米，泥浆比重从1.4稀释到1.2，须加V水1.13立方米。
合计起来，从钻孔到浇筑混凝土，每延米桩长产生的泥浆数量为：1.8 1.13=2.93(立方米）。
因此，对于本合同94米的桩，每根桩施工产生的泥浆为275立方米。根据桥下红线宽28米，跨径20米，考虑机械工作操作空间桥下周转泥浆池体积为：20*10*1.5=300，基本满足1根桩施工泥浆周转。
这里，为加速沉渣在沉定池中过滤下沉，泥浆池以每2个同时使用为佳，其中1个作为泥浆池，另外1个作为沉定池，通过桩孔→沉定池→泥浆池→桩孔的循环流动，可以加速排除孔内浮渣。
五、钻孔及清孔
由于深长桩所处的地质一般都夹着深厚的淤泥层，而淤泥层中间往往又夹着几米深的流砂层，淤泥层特别是流砂层是造成坍孔的主要地质层，再加上由于桩身很长，成孔、清孔、灌注等时间均较长，这样就更容易造成坍孔。因此在钻孔过程中要注意以下事项： 始终要保持孔外既定的水位差和泥浆浓度以起到护壁固壁作用而防止坍孔，若发现有漏水（漏浆）现象，应找出原因及时处理。如为护筒本身发生漏水，应堵塞洞或用粘土在护筒周围夯实加固，或重埋护筒；若因孔壁土质松散，泥浆加固孔壁作用较差，应在孔内重新回填粘土，待沉淀后再钻进，加强泥浆护壁。
在钻孔过程中，应根据土质等到情况控制区钻进速度、调整泥浆稠度、密度，以防止坍孔、钻孔偏斜、卡钻和旋转钻机负荷超载等施工事故发生。在淤泥层特别在流砂层中不能因为好钻，就使劲加快钻进速度，而应该放慢钻头旋转速度，使钻头有更多的时间接触孔壁，使泥浆能充分地糊在孔壁四周起着护壁的作用。对于地质资料中显示流砂层较厚的桩基，钻至流砂层时还应该往孔里抛粘土或水泥以加稠泥浆，更好地起到护壁作用。
钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以避免坍孔，若坍孔严重应回填重钻。
清孔时每台钻机均要配务一台空压机，第一次清孔时首先用空压机接上管子先冲击孔底和钻机空钻的方法相结合清孔，但仅清孔内浮渣与含砂率，不降低泥浆比重。待导管下放后进行二次清孔才开始稀释泥浆。
六、加强混凝土灌注导管及增大初罐量
一般15型、20型回旋钻机出厂所配导管设计桩长在80米以内。但本工程超长桩到94米，所以导管耐压受力较大；而且；桩超长后，导管及管内含混凝土本身自重也增加，为此，我们另外设计加工了导管，将导管管壁从一般8mm增加到10mm，相应加长螺丝接口。
因导管的增长增厚，其重量也增大，因则，对下灌混凝土的起重设备也相应增大---采用桩机下灌混凝土，将起重用钢丝绳加粗，滑轮组增多；采用大吨位汽车起重机下灌混凝土，汽车起重机要求20吨以上。
砼灌注时，首先要计算好初罐量，由于为深长桩，孔底水头高度较大，砼初罐量也相应较大，所以灌注时要配备足够容量的料斗以确保砼初罐量。
七、钢筋笼制作及安装
超长桩设计采用超长钢筋笼，而且本设计要求埋置超声波检测管，所以钢筋笼操作时间过长不可避免，对成孔影响很大，虽然能够通过二次清孔可以保证桩底沉定厚度，但过长操作时间难以保证孔壁不发生缩劲等影响。为此我们采用以下两种方法：
[论文摘要]介绍深长桩的特点、施工方法及施工注意事项。
甬台温高速公路平苍段第一合同段，位于瑞安飞云江江南岸海滨相软土地基上，其桩基所承地基各层全部为淤泥或粘土地层，经过勘测单位钻探验证，地层深达原地表下97米仍然为粘土层，属不良工程地质。为此，设计单位对桥梁桩基大部分都设计了深长桩（指孔径比＞60），最深的桩深达94米。设计桩径为ф1.0m，ф1.2m两种形式。
我公司中标承建这一工程，是第一次施工超长桩。为了保证桩基顺利施工，我们参考了有关资料，详细阅读研究设计文件，结合以往在温州地区70米左右桩基施工的成功经验，制订了一套深长桩施工办法，以便于科学施工管理。
一、根据各层地质情况，选择成孔桩机
超长桩基础所在地层的地质大都为淤泥或粘土，偶有少量卵砾石或强风化岩层，地质条件极差，施工时由于为深长桩，成孔时间较长，很容易造成坍孔现象。因此，从孔深、孔垂直度、孔内水头保持等因素考虑，我部选择了大扭矩的回旋钻机来施工；对于直径ф1.0m的桩基础，采用了15型以上扭矩的回旋钻机；对于直径ф1.2m深长桩，采用了20型以上扭矩的回旋钻机。
回旋钻机施工，根据桩基地质各层情况，分别采用正循环或反循环施工办法。对于进入卵砾石层较厚，且采用卵砾石颗粒粒径较大者，我们采用反循环施工方法，而且采用钨钢钻头。对于地质层比较软弱，且下伏的卵砾石层含砾石为主，采用正循环施工方法。因为正循环施工的优点是在钻孔过程能够保持较高的泥浆比重，从而保证成孔过程孔壁不宜坍塌，而且较大泥浆比重便于排除孔内较大颗粒浮渣，对首次清孔排渣有利，加上淤泥与粘土层容易自动产生较大比重的泥浆，不需要外购粘土材料。同时，正循环施工与反循环施工比较，对场地依赖较小，对环境影响也小。
二、选择大产量搅拌机
大生产量搅拌机是保证桩砼在水泥凝固前浇筑完毕的必要条件之一。要保证砼成桩砼的质量，砼浇筑时间越短，桩孔越不容易产生孔壁坍塌、桩身缩劲、导管卡管、埋管等施工事故，而且是顶面沉渣越少；反之，混凝土浇筑时间越长，由于初期浇筑上涌混凝土已经凝固，这样桩顶混凝土的流动性减低，混凝土下灌就越困难，也越容易产生卡管、埋管等到施工事故，进一步说，容易造成断桩等质量事故。所以，足够产量的混凝土是保证混凝土下灌连续作业的一个重要因素。
根据施工经验，砼下灌时间在6-8小时以内（掺加缓凝剂来延长水泥凝固时间），基本可以保证成桩连续作业量。超长桩砼设计数量为106立方米（94米桩）750型搅拌机每小时产量为25立方米，8小时为200立方米，考虑拆导管等时间影响以机械突发性故障，我们采用了2台750型搅拌机，或1台750型搅拌机加1台500型搅拌机来搅拌钻孔桩用砼，以保证混凝土生产满足施工需要。
三、混凝土运输机械满足桩砼连续施工需要
砼运输是否及时可靠也是保证混凝土在水泥凝固前浇筑完毕的必要条件。传统的、小型号的、人工的运输机具在高等级高速公路施工中早已退出市场，因此，选择混凝土搅拌车或混凝土输送泵来运输混凝土半成品，是我公司首选混凝土机械。其中，混凝土搅拌车可以直接运输到桩位，而输送泵可以保证水上混凝土的输送下灌。
而且采用3立方米的混凝土搅拌车，每次下灌1搅拌车混凝土，正好可以拆除1节2.5米长的混凝土导管，使混凝土搅拌运输时间与拆导管时间同步，使机械设备得到充分利用，混凝土下灌时间最短，最科学。
四、钻孔（排渣）与灌注时选择合理的泥浆稠度
钻孔过程中，较大容重的泥浆是保证成孔不易坍塌的必要条件。由于本工程地质为淤泥与粘土，这两种土本身就是造泥浆的材料，因此，钻孔时加清水自动造浆。而保证成孔最佳泥浆比重为1.4，所以成孔施工时基本不排除泥浆。
本工程淤泥与粘土各层天然孔内土方平均容重约为1.65，要将土方自动造成比重1.4的泥浆，需要加清水的数量与泥浆关系如下：
V水 V土=V浆（土中空隙忽略不计）
1.0V水 ∑R土V土=1.4V浆
式中：
V——水用水量
V——浆泥浆体积
V——土孔内可成浆天然土方量（含空隙及土中含水量）
R——土孔内可成浆天然土方容重，平均为1.65
根据上述公式计算，每钻进1米D1.2米的桩孔，形成保持比重为1.4的浮渣护壁泥浆，需要加水0.7立方米，产生泥浆1.8立方米。
桩成孔后，在浇筑混凝土前，须将泥浆稀释到1.2(因较深，需要量保持较高护壁水头，便于浇筑混凝土时保护孔壁，泥浆清孔后比重采取较大规范在1.1左右，但对这么深的孔，按照规范规定很难保证孔壁不缩劲；但是，如果采用更大比重的泥浆，势必降低短期内桩周摩擦系数，影响桩上后续工程施工，否则，基桩承载力要降低）。泥浆比重从1.4稀释到1.2，每米桩孔需要加水按照下式计算：1.0V水 1.4V浆=1.2(V水 V浆）
直径1.2的桩孔，每米泥浆数量V浆为1.13立方米，泥浆比重从1.4稀释到1.2，须加V水1.13立方米。
合计起来，从钻孔到浇筑混凝土，每延米桩长产生的泥浆数量为：1.8 1.13=2.93(立方米）。
因此，对于本合同94米的桩，每根桩施工产生的泥浆为275立方米。根据桥下红线宽28米，跨径20米，考虑机械工作操作空间桥下周转泥浆池体积为：20*10*1.5=300，基本满足1根桩施工泥浆周转。
这里，为加速沉渣在沉定池中过滤下沉，泥浆池以每2个同时使用为佳，其中1个作为泥浆池，另外1个作为沉定池，通过桩孔→沉定池→泥浆池→桩孔的循环流动，可以加速排除孔内浮渣。
五、钻孔及清孔
由于深长桩所处的地质一般都夹着深厚的淤泥层，而淤泥层中间往往又夹着几米深的流砂层，淤泥层特别是流砂层是造成坍孔的主要地质层，再加上由于桩身很长，成孔、清孔、灌注等时间均较长，这样就更容易造成坍孔。因此在钻孔过程中要注意以下事项： 始终要保持孔外既定的水位差和泥浆浓度以起到护壁固壁作用而防止坍孔，若发现有漏水（漏浆）现象，应找出原因及时处理。如为护筒本身发生漏水，应堵塞洞或用粘土在护筒周围夯实加固，或重埋护筒；若因孔壁土质松散，泥浆加固孔壁作用较差，应在孔内重新回填粘土，待沉淀后再钻进，加强泥浆护壁。
在钻孔过程中，应根据土质等到情况控制区钻进速度、调整泥浆稠度、密度，以防止坍孔、钻孔偏斜、卡钻和旋转钻机负荷超载等施工事故发生。在淤泥层特别在流砂层中不能因为好钻，就使劲加快钻进速度，而应该放慢钻头旋转速度，使钻头有更多的时间接触孔壁，使泥浆能充分地糊在孔壁四周起着护壁的作用。对于地质资料中显示流砂层较厚的桩基，钻至流砂层时还应该往孔里抛粘土或水泥以加稠泥浆，更好地起到护壁作用。
钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以避免坍孔，若坍孔严重应回填重钻。
清孔时每台钻机均要配务一台空压机，第一次清孔时首先用空压机接上管子先冲击孔底和钻机空钻的方法相结合清孔，但仅清孔内浮渣与含砂率，不降低泥浆比重。待导管下放后进行二次清孔才开始稀释泥浆。
六、加强混凝土灌注导管及增大初罐量
一般15型、20型回旋钻机出厂所配导管设计桩长在80米以内。但本工程超长桩到94米，所以导管耐压受力较大；而且；桩超长后，导管及管内含混凝土本身自重也增加，为此，我们另外设计加工了导管，将导管管壁从一般8mm增加到10mm，相应加长螺丝接口。
因导管的增长增厚，其重量也增大，因则，对下灌混凝土的起重设备也相应增大---采用桩机下灌混凝土，将起重用钢丝绳加粗，滑轮组增多；采用大吨位汽车起重机下灌混凝土，汽车起重机要求20吨以上。
砼灌注时，首先要计算好初罐量，由于为深长桩，孔底水头高度较大，砼初罐量也相应较大，所以灌注时要配备足够容量的料斗以确保砼初罐量。
七、钢筋笼制作及安装
超长桩设计采用超长钢筋笼，而且本设计要求埋置超声波检测管，所以钢筋笼操作时间过长不可避免，对成孔影响很大，虽然能够通过二次清孔可以保证桩底沉定厚度，但过长操作时间难以保证孔壁不发生缩劲等影响。为此我们采用以下两种方法：
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200905/12561.htm
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