岩溶地区泥浆护壁冲孔灌注桩施工技术

1 工程概述
贵州省六盘水市至盘县高速公路（以下简称：水盘高速）是贵州省最新规划的2008~2030年高速公路“6横7纵8联”网中第7纵昭通至安龙高速公路的一段，同时也是国家高速公路网中杭瑞线与沪昆线之间的横向联系大通道。项目的建设对于完善区域公路网，促进“毕节-水城-兴义”经济带的发展，实现西部大开发战略目标具有重要的政治和经济意义。水盘高速第X合同段红岩脚大桥桥位及其左右侧的不良地质为古岩堆和古泥石流。左侧岩堆是由玄武岩山体在地质历史起期内不断崩塌形成的块石、大块石及碎石松散堆积体，其后缘距桥位700m；岩堆的松散堆积体历经漫长历史期的山洪冲刷、搬运，并沿沟谷流动，形成桥位右侧的泥石流区。现桥位2～7#桥墩所处沟谷即为泥石流的流通区，泥石流的堆积区沿沟谷呈扇形展布，其前缘距桥位1000m。根据地质补堪钻孔揭露的地质情况，桥梁基桩长度最终确定为58～72m，施工工艺采用机械冲击成孔，钢导管水下灌注成桩。
2 施工方法及工艺要求
2.1采用整套冲击钻机设备，钻孔场地应清除杂物、换除软土、铲平孤石、平整压实。场地位于陡坡、淤泥中时，可采用筑岛、或用枕木或型钢等搭设工作平台。平台必须坚固稳定，能承受施工作业时所有静、活荷载，同时还应考虑施工设备能够安全进、出场。
2.2埋设钢护筒内径比桩径大40cm，护筒埋置深度符合下列规定：黏性土不小于1m，砂类土不小于2m。当表层土松软时将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m；当地表遇孤石时需先铲除再将埋设护筒，护筒四周回填黏土或混凝土并分层夯实；护筒顶面中心与设计桩位偏差≯5cm，倾斜度≯1%；水中筑岛，护筒底宜埋入河床面以下1米。冲孔时孔内水位高出护筒底面0.5m或地下水位以上1.5-2.0m。
2.3开挖泥浆池，选择和备足良好的造浆粘土或膨润土，造浆量为2倍桩的混凝土体积，泥浆比重可根据钻进不同地层及时进行调整。泥浆性能指标应符合规范要求。
3 冲孔
3.1安装冲孔钻机
安装钻机时要求底部应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷，顶端用缆风绳对称拉紧，钻头在护筒中心偏差不得大于50mm。
3.2钻进
开始冲孔时，进尺应适当控制，在护筒刃脚处，应短冲程钻进，使刃脚处有坚固的泥皮护壁。待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后可以正常速度钻进。如护筒外侧土质松软发现漏浆或钻进过程中遇到地下溶洞，孔内水位明显下降时，可提起冲锤，向孔中投入粘土、片石，再放下冲锤冲击，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆孔隙，稳住泥浆后继续钻进。
泥浆补充与净化：开始前应调制足够数量的泥浆，钻进过程中，如泥浆有损耗、漏失，应予及时补充。并应按泥浆检查规定，按时检查泥浆指标，遇土层变化应增加检查次数，并适当调整泥浆指标。
每钻进2m或遇地层变化处，应在泥浆槽中捞取钻渣样品，判明土层并记入表中以便与地质剖面图核对。同时，应及时排除钻渣并置换泥浆，使冲锤经常钻进新鲜地层。
当冲锤钢丝绳明显晃动或偏离桩中心线时，可判定遇到孤石或岩层面倾斜，应减缓冲孔速度，可向孔内投入一定数量的黏土和片石，矫正中心桩位后方可继续钻进。
当孔内泥浆急剧下沉时，可判定遇到溶洞或地下河，应立即提起冲锤，查明漏浆情况，多数情况下可向孔内投入一定数量的黏土和片石重新造浆封堵即可。
3.3检孔
冲孔完成后，用电子孔斜仪或自制钢筋笼检孔器进行检孔。孔径、孔型、孔垂直度、孔深检查合格后，再拆卸冲锤进行清孔工作，否则重新进行扫孔。
3.4清孔
清孔的目的是使孔底沉碴、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量等指标符合规范要求，钻孔达到要求深度后采用灌注桩孔径监测系统进行检查，各项指标符合要求后立即进行清孔。
4 钢筋笼制作、安装
对于较短的基桩，钢筋笼宜制作成整体，一次吊装就位。本桥基桩孔深较大，钢筋笼采用现场制作，钢筋笼分段长度9米，现场焊接采用单面搭接焊或直螺纹套管，汽车吊起吊入孔。
5 砼灌注
5.1.1水下砼采用钢导管灌注，导管内径为25～30cm，钢导管内壁应光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管在使用前应进行试拼和水密承压、接头抗拉试验，试压力为孔底静水压力的1.5倍，严禁用压气试压。
5.1.2安装导管
导管每节2.7m,配1～2节1.0～1.5m的短管。按自下而上顺序编号和标示尺度；导管组装后轴线偏差不超过钻孔深的0.5%并≯10cm。导管安装长度视孔深和工作平台高度决定。漏斗底距护筒上口，大于一节中间导管长度。导管接头采用粗螺旋丝扣型接头，底节导管下端不得接头。导管安装后，其底部悬空25～40cm的空间。
5.2二次清孔
浇筑水下混凝土前应检查沉渣厚度，沉渣厚度应满足设计要求，如沉渣厚度超出规范要求，则利用导管及空压机进行二次清孔。
5.3 首批封底混凝土
计算和控制首批封底混凝土数量，下落时有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出，并能把导管下口埋入混凝土不小于1m深。足够的冲击能量能够把桩底沉渣尽可能地冲开，是控制桩底沉渣，减少工后沉降的重要环节。
首灌前，必须对孔底沉淀层厚度再次测定，如厚度符合要求,立即打开漏斗阀门，放下封底砼，首批砼灌入孔底后，立即探测孔内砼面高度，计算出导管埋置深度。
5.4水下混凝土灌注
混凝土采用罐车运输，初灌后应紧凑连续地进行，严禁中途停工。灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确；应时时注意观察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，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在2～4m。同时应经常测探孔内混凝土面的位置，及时调整导管埋深。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，再移到桩中心。拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。灌注过程中要注意安全。在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。
混凝土灌注到接近设计标高时，要计算还需要的混凝土数量（计算时应将导管内及罐车内的混凝土数量估计在内），通知拌和楼按需要数拌制，以免造成浪费。
在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
因为混凝土胶体量较大，可能上浮堆积在桩头，加灌高度应考虑此因素。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌100cm以上，以便灌注结束后将此段混凝土凿除。
在灌注混凝土时，每根桩应至少留取一组试件，对于桩长较长、桩径较大、浇筑时间很长时，根据规范要求增加。如换工作时，每工作班都应制取试件。试件应施加标准养护，强度测试后应填试验报告表。强度不合要求时，应及时提出报告，采取补救措施。
有关混凝土灌注情况，在灌注前应进行坍落度、含气量、入模温度等检测；在各灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象等，应指定专人进行记录。
5.5灌注砼测深方法
灌注水下砼时，应经常探测孔内混凝土面至孔口的深度，以控制导管埋深。如探测不准确，将造成埋深过浅，导管提漏，埋管过深拔不出或短桩事故。因此，在冲孔灌注桩中是一项非常重要的工作，一定要由具有高度责任心的人来操作。
5.6泥浆清理
冲孔桩施工中，产生大量废弃的泥浆，为了保护当地的环境，这些废弃的泥浆，经泥浆分离器处理后，运往指定的废弃泥浆的堆放场地，并做妥善处理。
5.7质量检测
按设计要求在钢筋笼安装时在钢筋笼内侧通长均匀预埋4根声测管，成桩后采用声波透射法进行检测。对质量有问题的基桩，可通过钻取桩身混凝土鉴定检验。
6 应用实例
上述工艺适用于卵石、坚硬漂石、岩溶及各种复杂地质的桥梁基桩施工。采用本工艺，在贵州省六盘水至盘县高速公路总承包第X合同段红岩脚大桥2～7#墩基桩施工中得到很好的应用，保证了基桩工程按期完成，取得了良好的效益。