复杂地质情况下超深大孔径桩基施工技术及质量控制
关键词：铁路工程,复杂地质,钻孔桩,施工技术,质量控制
一、桩基概况
贵广南广铁路广州枢纽工程东平水道特大桥(四线桥)跨花地河连续梁(70+125+70)80#主墩钻孔桩施工，桩基设计为15根φ2.5m桩径，桩长35m,桩顶标高-0.713m,桩底标高-35.713m。地质情况从桩顶往下3m为淤泥、粘土σ0=50～120Kpa，3m-5m为粉质粘土σ0=150Kpa，5m-8m为泥质砂岩σ0=200～350Kpa，8m-35m为泥质砂岩、W2、Ⅳ级软石σ0=600Kpa。承台结构尺寸为29.7m*16.9m*5m。
二、钻孔桩施工工序及技术要点
1、施工准备
(1)平整场地
由于高尔夫地段部分桩位原属鱼塘，需在桩基施工前，必须把桩基位置用良性土填筑，必要时进行清淤换填，然后用机具找平压实，使机械顺利进场，并确保钻机在施工中的稳定。
(2)埋设护筒
护筒采用8mm厚钢板制作，内径比桩径大40cm，护筒安置应坚实、不漏水、位置准确。护筒顶面宜高出地下水位2m，应满足孔内泥浆面的高度要求，在旱地时还应高出施工地面0.5m。
(3)泥浆池布置、泥浆调制
因受场地限制，泥浆沉淀池分别设在小里程设置4个，根据场地可以沿横向延伸，在大里程设置4个，大小可以向纵向延伸。泥浆沉淀池用于沉淀钻碴，贮存泥浆，通过泥浆泵实现泥浆的循环利用。施工时要注意防止泥浆漫流，污染环境。泥浆池的围护采用竹竿绑扎成栅栏，高度1.5m，埋入土中50cm，竹竿横向距地面30cm设置一道，再在上面50cm设置一道。竖向每50cm立一竖杆。栅栏安装完毕后在表面涂刷醒目的红、黄间隔油漆，后再在栅栏上围上绿网，并悬挂标示牌和警示牌。
钻孔桩泥浆制浆采用粘性土或膨润土，保证粘土具有较好的分散悬浮性和造浆性。泥浆性能指标，应按钻孔方法和地质情况确定并应符合下列规定：
泥浆比重：钻孔时泥浆比重为1.1～1.3。
黏度：一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。
含砂率：新制泥浆不大于4%。
胶体率：不小于95%。
pH值：应大于6.5。
为提高泥浆粘度和胶体率，可在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等，其掺量应经试验决定。造浆后试验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写“泥浆试验记录表”。
(4)钻机就位
钻机就位底座下垫适当枕木，保持稳固、水平，防止钻进过程中钻机移位、下沉。钻头中心应与桩位中心重合。
2、钻孔
根据桥位工程地质情况，采用冲击钻钻进，钻头采用十字型冲击钻头。钻孔过程中应注意以下技术要点：
(1)开钻时钻头中心与桩位中心的偏差不得大于5cm。孔内先灌注泥浆，也可直接投放粘土，用钻头以小冲程反复冲击造浆，使护筒底口以下2～3m范围内的孔壁坚实、不漏，并竖直圆顺，能起导向作用。开钻时宜慢速钻进，钻至护筒下1m后再以正常速度钻进，在钻进过程中要根据地质情况适时调整钻进参数。
(2)钻孔时，孔内水位宜高于护筒底脚0.5以上或地下水位以上1.5～2.0m。在冲击钻进取渣和停钻后，应及时向孔内补水或新鲜泥浆，保持孔内水头高度和泥浆比重粘度，防止坍孔，同时应将钻头提出孔外，孔口应加覆盖，设置安全标志牌。
3、第一次清孔
钻孔至设计高程，报检合格后，开始进行第一次清孔，清孔采用换浆法，使泥浆性能指标、孔底沉渣基本符合规范及设计要求后，准备下放钢筋笼。
4、钢筋笼的制作
本桩基钢筋笼主筋为φ25的螺纹钢筋，钢筋笼分段制作，分段长度根据钢筋笼的全长及吊装能力，分为3段吊装入孔对接。制作时，按设计尺寸做好加强箍筋，并在加强箍筋上标出主筋的位置;把主筋摆放在制作台座上，标出加强箍筋的位置，然后根据主筋及加强箍筋上的标记两者对应联接，联接方式采用焊接，开始可点焊，形成骨架后加强焊缝，使之牢固，符合规范要求。主筋及加强箍筋焊接完成后根据设计要求安装螺旋箍筋(盘条)。最后根据设计要求焊接定位钢筋，以保证钢筋笼下放后的保护层厚度。
5、导管安装
(1)钢导管内壁应光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管直径应与桩径及混凝土浇筑速度相适应，为25cm。导管管节长度，中间节宜为2m等长，底节可为4m，漏斗下宜用1m长导管。
(2)导管使用前应进行试拼和试压，按自下而上顺序编号和标示尺度。导管组装后轴线偏差，不宜超过孔深的0.5%并不大于10cm，连接时连接螺栓的螺帽宜在上;试压压力宜为孔底静水压力的1.5倍。
(3)导管长度应按孔深和工作平台高度决定。导管接头法兰盘宜加锥型活套，底节导管下端不得有法兰盘。有条件时候可采用螺旋丝扣型接头，但必须有防松装置。
6、第二次清孔
在第一次清孔达到要求后，由于安装钢筋笼及导管，至浇筑混凝土的时间较长，孔底又会产生沉渣，所以钢筋笼及导管安装完毕后，再利用导管进行二次清孔。清孔的方法是在导管顶部安装一个弯头和皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣。
清孔应达到以下标准：孔内排出的泥浆手摸无2 ～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.10，含砂率<2%，粘度17～20s;灌注混凝土以前，孔底沉渣厚度不应大于5厘米。第二次清孔经报监理工程师检验合格后,立即灌筑水下混凝土。
7、灌注水下混凝土
混凝土采用拌和站集中拌和，用罐车运输混凝土进行灌注。灌注水下混凝土应注意以下事项：
(1)灌注过程中应随时检查混凝土的均匀性和塌落度，混凝土坍落度应满足18～22cm的要求，并按不大于每50m3留取一组试件并按不大于每50m3留取一组试件。
(2)水下混凝土灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中要采取有效措施防止混凝土从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底;注意观察导管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，计算导管埋置深度，正确指挥导管的提升和拆除，使导管的埋置深度始终控制在2～4m以内。
(3)在灌注前期,导管埋深不得小于2m。对大直径钻孔长桩，因其首批灌注的混凝土覆盖层，灌注近终期时，上面已由于时间较长流动性大为降低，易被后灌的混凝土局部顶破，形成夹层断桩，而且不易被发现，故要求灌注到接近完成时，导管埋深必须大于3m，以避免上述事故的发生。
(4)在混凝土地灌注过程中，当导管内混凝土不满或含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，以免在导管内形成高压气囊。
(5)为确保钻孔桩长度达到设计长度并保证桩顶质量，在桩顶设计标高以上加灌1.0m左右的混凝土(待承台施工前凿出超出部分的混凝土)。
(6)在水下混凝土灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱的高度减小，混凝土面的压力降低，而孔内的泥浆所含碴、土的比例增加，相对密度增大，如果在这种情况下混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土。在拔出最后一段导管时，拔管速度要慢，以防桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
三、钻孔事故的预防及处理
常见的钻孔事故有坍孔，钻孔偏斜、卡钻、掉钻、扩孔及缩孔等，具体预防及处理措施如下：
(一)坍孔
1、坍孔部位不深时，可改用深埋护筒，将护筒周围回填土，夯实，重新钻孔。
2、轻度坍孔，可加大泥浆相对密度和提高水位。
3、严重坍孔，用黏土泥膏投入，待孔壁稳定后采用低速钻进。
4、汛期水位变化过大时，应采取升高护筒，增加水头或用虹吸管等措施保证水头相对稳定。
5、提升钻头，下放钢筋骨架应保持竖直，尽量不要碰撞孔壁。
6、在松动砂层钻进时，应控制进尺速度，并用较好泥浆护壁。
(二)钻孔偏斜
1、检查、纠正桩架，使之垂直安置稳固，并对导架进行水平与垂直校正和对钻孔设备加以检修;
2、偏斜过大时，填入小片石(卵石或砾石)重新钻进，控制钻速;
(三)卡钻
1、对于向下能活动的上卡，可用上下提升法，即上、下提动钻头，并配以将钢丝绳左右拔移、旋转;
2、卡钻后不宜强提，只宜轻提，轻提不动时，可用冲、吸的方法将钻锥周围的钻渣松动后再提出;
(四)掉钻
1、卡钻时应设有保护绳方能适应强提，严防钻头空打，发生掉钻事故。
2、经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置;
(五)扩孔及缩孔
1、注意采取防止坍孔和防止钻头摆动过大的措施;
2、注意及时焊补钻头，并在软塑地层采用失水率小的优质泥浆护壁;
3、已发生缩孔时，宜在该处用钻头上下反复扫孔以扩大孔径。
四、结束语
该工程基桩直径大、长度长，地质条件较差，通过使用优质泥浆并严格控制泥浆指标、钢筋笼长线法制作、混凝土灌注过程中细节控制等一系列措施，从而保证了钻孔桩桩基成孔顺利进行和桩基混凝土灌注质量的有效控制。钻孔桩基础具有较好的技术和经济效果，适用于各种复杂的地层，是重要的桩基形式。但由于钻孔桩工序多，技术要求较高，施工主要是在地面以下进行，施工过程无法直接观察。因此不论成孔还是成桩过程中都必须严格控制工序的质量，加强责任心，精心施工，严格各项施工工序，把好每个工序质量关，要保证冲孔灌注桩的施工质量完全可以做到的。
