浅析滨海地区大直径深长钻孔灌注桩施工控制
关键词：滨海地区，大直径，深长，钻孔灌注桩，施工控制
1工程概况
海滨大道南段二期独流减河特大桥位于天津市大港区境内，上跨独流减河、热火河、大港分洪区及滨海北路，桥梁全长5265.56m。跨河道部分下部结构均采用三桩接三柱的桩接墩形式，墩顶接盖梁，Φ2.2m灌注桩接Φ1.8m墩柱，最大桩长80m（如图1）；其余下部结构均采用群桩接承台基础形式，桩径采用Φ1.5m和Φ1.2m两种，墩柱为Φ1.8m和Φ1.5m圆形墩柱；桥台均采用桩径为Φ1.2m肋板式桥台。
工程位于天津市海岸带，以堆积地貌为主，物质组成以粉砂含黏性土、黏土含粉砂、细砂等细粒物质为主。地面凹凸不平，线路沿线多为盐池、虾池、河道、取土坑及鱼塘，地面高程在5.3～2.8m。地区地下水类型主要为第四系潜水，地下水主要受大气降水补给为主，地下水静止水位高程为2.0～5.03m，由于拟建场区起伏较大，地下水水位埋深也随之变化。
2施工过程及控制要点
2.1根据地质情况，选择成孔桩机
由于本工程桩基础所在地层以粉砂含黏性土、黏土含粉砂、细砂等细粒物质为主，地质条件极差，而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，采用了20型大扭矩的回旋钻机(如图2)。
回旋钻机分正循环和反循环施工方法，根据本工程的地质条件选用了Φ2.2m三翼钨钢钻头正循环施工方法（如图3）。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，加上粉质黏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。
2.2钻孔泥浆稠度控制
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。由于本工程地质为粉质黏土，这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1.3～1.4，所以钻孔施工时基本不排除泥浆，既节省了投资，又保护了环境。
本工程淤泥与粘土各层天然孔内土方平均容重约为1.7，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1.7
根据上述公式计算，每钻进1米D2.2米的桩孔，形成保持比重为1.4的浮渣护壁泥浆，需要加水2.4立方米，产生泥浆3.8立方米。
规范要求清孔后泥浆比重为1.03～1.1，因为根据本工程特点，大直径深长桩，孔内需要保持较高护壁水头，便于浇筑混凝土时保护孔壁，如按照规范规定很难保证孔壁不缩径、坍孔。但是，如果泥浆比重过大，势必降低短期内桩周摩擦系数，影响桩上部下道工序施工，降低桩基承载力。所以，经过反复试验论证，决定将混凝土灌注前的孔内泥浆比重稀释到1.2，实践证明，将泥浆比重稀释到1.2是满足本工程桩基施工要求的，成桩质量符合规范及设计要求。
2.3钻孔及清孔施工控制
由于本工程大直径深长桩位于海滨地区，地质结构层中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，再加上桩径大，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。为了便于进行桩基施工，设计对大直径深长钻孔灌注桩设置永久钢护筒，钢护筒顶高程与桩顶高程一致，并保证钢护筒深入土层不小于5m（如图4）。
钻孔过程中始终要保持孔内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。
2.4水下混凝土灌注施工控制
水下灌注是桩基施工最后一道也是最关键的一道工序。导管法水下灌注砼质量难以控制的主要原因是：1)不能像上部结构施工那样逐层振捣；2)由于导管埋在泥浆和混凝土中，砼的灌入阻力是相当大的。
要克服很大的灌入阻力保证混凝土桩身质量，必须有相当大的冲击力，冲击力越大，完成每一斗混凝土灌注的时间越短，混凝土桩身越均匀。由于混凝土是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒径则摩擦系数不一样，因此仅靠静力平衡产生的超压力缓慢流淌，则易造成混凝土粗骨料在桩芯堆积，随半径增大而递减。桩身不匀，影响桩的抗压强度。
目前最常见的水下混凝土灌注法的缺点是：
(l)在向大斗投料过程中，混凝土的绝大多数势能在撞击大斗壁的碰撞中损耗掉，混凝土落人导管中不连续，形不成较大的冲击能量，使混凝土没有足够的力量向四周挤压、扩散，桩的摩阻力严重降低。
(2)混凝土绝大多数要经过反弹再落入导管，容易造成混凝土离析和堵管。
(3)吊臂上下移动速度慢，产生不了大的加速度，因此混凝土的下落没有足够的超压，造成混凝土在导管附近堆积成钟形断面。由于不能将隔浆层水平顶升，在钟形断面塌落时容易裹入泥浆，造成夹泥芯。
(4)由于导管上下移动次数过于频繁，使得泥浆不断沿导管壁渗入混凝土中，影响桩身混凝土质量。
鉴于以上缺点，本工程桩基施工使用大体积混凝土冲击灌注法，如桩的首批混凝土灌注一样，每一斗灌注都是将3～5m3混凝土在大斗中积蓄够量，出料口直接插入导管，然后打开活门一次连续冲击下去，其优点是：
(l)功能大，冲击力强。物体的冲击能量与质量和速度有关，在速度相同的情况下就取决于质量。
(2)首批混凝土灌注冲力大，沉渣、沉淤被溅开，桩端与持力层能较好地结合，确保了端承力的发挥。
(3)灌注时间短，桩身段骨料分布均匀，桩身段强度能得到保证。
3结论
本工程大直径深长钻孔灌注桩采用上述施工方法，施工进展顺利，已完成的所有桩基经超声波检测全部为Ⅰ类桩。本文结合工程实践，分析了影响滨海地区大直径深长钻孔灌注桩施工质量的主要因素，总结了滨海地区大直径深长钻孔灌注桩施工控制要点，随着滨海地区基础设施建设的大力发展，本文总结的施工经验对滨海地区大直径深长灌注桩的施工具有一定的指导意义。
参考文献
1 刘吉士等、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）、人民交通出版社，2003.10。
2 孙庆丰，钻孔灌注桩施工中常见问题及处理方法探讨、交通科技出版社，2003．6。
3 姚玲森、桥梁工程、人民交通出版社，2002.7。
