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[摘 要]结合宁安铁路青弋江特大桥主桥Ф2.5m大直径钻孔桩的施工，介绍了大直径钻孔桩施工工艺，分析了施工中容易出现的问题，并提出了相应的预防处理措施，为以后施工同类型钻孔桩提供了经验和方法。
[关键词]宁安铁路 桥梁 大直径钻孔桩 施工工艺
中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0174-02
前言
大直径钻孔桩在各类结构中已广泛应用，施工机具和方法也在不断发展，钻孔直径和深度也在加大。有效控制钻孔桩的施工，既可以保证成孔质量又能加快施工进度，创造可观的效益，对工期而言也是一个有力的保证。本文就宁安铁路青弋江特大桥大直径钻孔桩施工工艺做了些探讨，以期能抛砖引玉，共同提高。
1 工程概况
宁安铁路青弋江特大桥位于芜湖市大砻坊，全桥长6038.95m。主桥采用1-（72+136+72）m连续梁跨越青弋江，75、76号主墩基础均采用18根Ф2.5m桩基，设计桩长最长76m。根据地勘资料揭示，主要地质如下：0～？40m为粘土层；？40～？60m为强风化凝灰岩层；？60～？85m为弱风化凝灰岩层。设计要求主墩桩基进入弱风化岩层不少于15m。
2 施工机具设备及成孔方法的选择
根据地质钻探资料，桩基进入弱风化凝灰岩的天然饱和抗压强度达到55MPa。若采用进口德国宝俄旋挖钻，对钻杆及钻头质量要求高，损耗量大，工程造价高，且国内此类大直径超长桩基的施工设备少。经过比选决定采用冲击钻成孔。结合工程实际情况，每个主墩选择6台JK25型冲击钻成孔。钻锤采用定做Ф2.49m十字锤，重达11.5t。钻进时采用套打二级钻孔的工艺，先用Ф2.49m钻头钻至岩层，进入岩层后采用Ф1.5m钻头钻至孔底，然后改用φ2.49m钻头复钻至孔底。经后期实践比较采用Ф2.49m钻头直接钻至孔底单桩成孔时间在55天左右，而采用套打二级钻孔工艺单根桩基成孔时间为40天左右，工期缩短了15天左右，加快了施工进度，且降低了成本。
3 施工工艺
3.1 测量放样及护筒安放
平整场地，测量人员根据设计图纸计算桩位坐标，放样桩位并引好护桩。埋设护筒采用人工配合机械开挖，开挖完成后利用吊车安放护筒，安放过程中随时检查护筒偏位情况，直至满足规范要求。
护筒的埋设深度对钻孔成败影响很大，若埋置过浅，护筒周围的土不密实，就会使护筒在钻进过程中发生位移、倾斜和底端向外漏浆等情况，失去护筒应有的作用而导致钻孔失败；若埋置过深，则增加造价，延长工期。
结合本工程特点以及现场地质情况等多种因素，决定护筒埋设深度为3m，护筒直径为3m，15mm厚的钢板卷制而成。
3.2 造浆
由于桩基所处地质0～？40m为粉质粘土层，故利用孔内原土反复冲击造浆，节省了施工成本。
3.3 钻机就位及钻进
将组装好的钻机就位，钻头精确对准放好的桩位。钻机摆放水平，钻机底盘的前后支腿下垫好枕木，并搁置水平尺，在钻进过程中随时观测，及时调平。钻机顶部的起吊滑轮缘、钻头中心和桩孔中心三者保持在同一铅垂线上。
钻机就位后开始低速钻进，待整个钻头进人土层后进人正常钻进。在护筒脚部位必须慢速钻进。钻孔过程中随时进行桩位复测，检查孔径、倾斜度以及钻机平稳程度，防止孔位偏斜，并做好钻孔记录。钻孔时要高度重视泥浆护壁，适时测泥浆比重、粘度、含砂率等主要指标，泥浆比重控制在1.2～1.3，粘度控制在18～22s。
钻孔作业分班连续进行，注意土层变化。钻进过程中每个台班由现场操作人员捞取一次钻渣并在记录表中做详细记录，以便与地质剖面核对。当钻至设计标高时，立即检孔，包括孔位、孔深、孔径、垂直度等，满足设计及规范要求后方可进行清孔并进行灌注前的准备工作。
3.4 清孔
采用两次清孔，第一次清孔是在终孔后进行，将钻头提离孔底10～20cm，以中速压入比重1.15左右、含砂率<4%的泥浆，把孔内悬浮钻渣多的泥浆换出。下放完钢筋笼和导管后，进行二次清孔，二次清孔的质量直接关系到孔底沉渣厚度，对设计柱桩来说，二次清孔是否彻底尤为重要。二次清孔时可将导管下放到距离孔底20cm左右的位置，向导管内压入比重<1.1的泥浆，把孔底部在下放钢筋笼和导管过程中由泥浆沉淀产生的钻渣以及仍悬有钻渣且相对密度较大的泥浆置换出，直至满足规范要求。
由于本工程钻孔桩深且孔径大，仅采用换浆法清孔难以达到设计及规范要求，而且清孔的时间长，易在清孔过程中产生不利因素，鉴于此，结合工程实际采用了吸泥与换浆相结合的方法，提前加工法兰连接的专用吸泥管，高压风管设在吸泥管外，将沉渣抽出。
3.5 钢筋笼制作与下放
以76号主墩为例，钢筋笼主筋直径为Ф25mm，箍筋为Ф10mm，长度为77.314m，重24t，由于高度大于汽车吊吊钩至平台的距离，因此钢筋笼分9节成型，每节钢筋笼采用直螺纹套筒连接。钢筋笼采用100t汽车吊四个吊点的扁担吊装法进行安装，同时对吊点的主筋及箍筋进行加固，确保钢筋笼下放过程中不变形。
3.6 灌注水下混凝土
砼灌注是钻孔桩最重要的环节，且直接关系到成桩的质量，首先要确定首灌混凝土的方量，根据公式
，
由上述计算可知，首灌混凝土的方量最少为9.62m3，为确保首灌量达到导管埋深至少1.0m的要求，施工时实际取V=11m3。另外由于砼不是呈绝对水平而可能呈锥体、扩孔，应适当增加安全系数。施工前加工2个6.0m3储料斗，一个安装在导管上，另一个用50t吊车吊起悬于储料斗上方，同时拔除漏斗下方盖板。拔除盖板前先将储料斗储满，罐车就位后，拔除的瞬间，罐车加大马力放砼，这首先在方量上确保成功。首灌混凝土的方量确定后，还需做好以下几点： （1）原材料质量控制：制备砼的原材料必须符合技术规范及施工规范的要求。在施工过程中砼坍落度控制在18～22cm。
（2）孔深测定：由于孔断面积4.9m2，砼可能出现凸凹不平，测孔深取四个直角点，测绳紧靠钢筋笼，且取最不利值。
（3）导管拼接与实验：导管用内径φ30cm的无缝钢管，拼接时，对导管进行编号，并对导管的长度进行记录，另外务必使导管轴线顺直，内壁光滑。施工前导管必须通过水密试验检测。
（4）混凝土面量测：砼灌注大约需要12h，灌注工作应连续进行，在灌注接近尾声的时候，砼表面积有大量淤泥，这给测量带来误区，将淤泥或夹砼淤泥当成砼，其通过测绳凭手感没有把握。而用事先准备好的钢管（钢管下方焊接一小掏渣筒）能精确判断，甚至能测出砼面平整情况，这提供了准确的原始数据。
（5）导管拆除：在最后灌注时导管不要急于拆短，而要加大高度，增加混凝土压力，提高混凝土密实性。拔出最后一节导管时，要保持预留桩头50cm，且拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀泥浆挤入混凝土中形成泥心。
4 施工中易出现的问题及预防处理措施
4.1 成孔出现的问题及预防处理措施
（1）钻孔中发生坍孔，应查明原因和位置，进行分析和处理。坍孔不严重时，可采用加大泥浆比重、加高水头、埋深护筒等措施后继续钻进；坍孔严重时，回填重新钻孔。冲击成孔可以投黏土块夹小片石，用低锤冲击将黏土块和小片石挤入孔壁制止坍孔。
（2）钻孔时发生弯孔和缩孔时，可将钻头提起上下、左右反复扫孔，直到钻孔正直，孔径达到设计要求。
（3）发生卡钻时，不宜强提。应查明原因和钻头位置，采取晃动大绳等措施，使钻头松动后再提起。
（4）发生掉钻时，应查明情况尽快处理。施工过程中应经常检查钻头与钢丝绳连接装置，为便于打捞钻头，可在钻头上预先焊上打捞环、打捞杆，或在锥身上围捆几圈钢丝绳。
4.2 钢筋笼下放困难的原因及预防处理措施
（1）成孔时间长，孔壁泥皮较厚，钢筋笼下放时表现为一次只可下放5～15cm，可采用人力正反旋转钢筋笼，减少摩阻，也可采用加外力加大钢筋笼重量，以利其下放，还可采用吊车慢起、快放数次、逐步下放的方法。
（2）地质变化、更换钻头处形成错台，钢筋笼下放时表现为向下卡住位置数次不变，感觉为硬底，此时切勿强行下放钢筋笼，造成钢筋笼变形。
4.3 钻孔桩灌桩事故成因及处理措施
（1）导管堵塞：砼坍落度过小或砼离析时易造成堵塞导管，造成卡管事故。可在允许导管埋深范围略微提升导管，或用提升后猛然下插导管的动作来抖动导管，抖动后的导管下口不得低于原来的位置，否则会使流动性变小的混凝土堵塞导管口。
（2）断桩夹泥：泥浆或泥浆与水泥砂浆混合物把灌注的上下两端混凝土隔开，使混凝土变质或截面积受损，成为断桩。断桩的常见原因有如下几种：一是灌注时间长，表面混凝土流动性差，导管埋深浅，继续灌注的混凝土冲破表层上升，将混有泥浆的表层覆盖包裹，造成断桩或桩身夹泥；二是将沉积在混凝土面上的浓泥浆或泥浆中可能含有的泥块误认为混凝土，错误地判断混凝土面高度，使导管提离混凝土成为断桩。三是灌注中混凝土卡管或导管严重漏水，需拔出导管才能处理，也会形成断桩。四是现场供电突然发生故障，搅拌设备等突然损坏使灌注中途停顿时间太长，不得不将导管提离混凝土面而形成断桩。
为有效防止断桩、夹泥事故，施工中要求采取如下预防措施：灌注前很好地清孔；灌注速度要快，保证适当的时间内灌注完成；如遇堵管尽量不用将导管提出的办法解决；要准确量测混凝土面；要保证设备的正常工作；要有备用设备；要注意天气预报，合理安排灌注时间。
5 结语
本文主要探讨了大直径钻孔桩的施工工艺，分析了各工序的控制要点、施工中容易出现的问题及预防处理措施。另通过实践证明采用分级钻孔施工，成桩后经超声波检测均为I类桩，每根桩成孔时间在40天左右，在缩短工期、降低成本的前提下保证了桩基施工质量，为以后的同类型桩基施工积累了经验。
由于桥梁钻孔灌注桩的整个施工过程属于隐蔽工程，其成桩过程往往存在着较多的不确定因素，对桩基施工各个环节要充分重视并做到精心组织，只有这样桩基的成桩质量才能得到有效保证。
参考文献
[1] 中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社，2011.
[2] 中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工质量验收标准.北京：中国铁道出版社，2011.
[关键词]宁安铁路 桥梁 大直径钻孔桩 施工工艺
中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0174-02
前言
大直径钻孔桩在各类结构中已广泛应用，施工机具和方法也在不断发展，钻孔直径和深度也在加大。有效控制钻孔桩的施工，既可以保证成孔质量又能加快施工进度，创造可观的效益，对工期而言也是一个有力的保证。本文就宁安铁路青弋江特大桥大直径钻孔桩施工工艺做了些探讨，以期能抛砖引玉，共同提高。
1 工程概况
宁安铁路青弋江特大桥位于芜湖市大砻坊，全桥长6038.95m。主桥采用1-（72+136+72）m连续梁跨越青弋江，75、76号主墩基础均采用18根Ф2.5m桩基，设计桩长最长76m。根据地勘资料揭示，主要地质如下：0～？40m为粘土层；？40～？60m为强风化凝灰岩层；？60～？85m为弱风化凝灰岩层。设计要求主墩桩基进入弱风化岩层不少于15m。
2 施工机具设备及成孔方法的选择
根据地质钻探资料，桩基进入弱风化凝灰岩的天然饱和抗压强度达到55MPa。若采用进口德国宝俄旋挖钻，对钻杆及钻头质量要求高，损耗量大，工程造价高，且国内此类大直径超长桩基的施工设备少。经过比选决定采用冲击钻成孔。结合工程实际情况，每个主墩选择6台JK25型冲击钻成孔。钻锤采用定做Ф2.49m十字锤，重达11.5t。钻进时采用套打二级钻孔的工艺，先用Ф2.49m钻头钻至岩层，进入岩层后采用Ф1.5m钻头钻至孔底，然后改用φ2.49m钻头复钻至孔底。经后期实践比较采用Ф2.49m钻头直接钻至孔底单桩成孔时间在55天左右，而采用套打二级钻孔工艺单根桩基成孔时间为40天左右，工期缩短了15天左右，加快了施工进度，且降低了成本。
3 施工工艺
3.1 测量放样及护筒安放
平整场地，测量人员根据设计图纸计算桩位坐标，放样桩位并引好护桩。埋设护筒采用人工配合机械开挖，开挖完成后利用吊车安放护筒，安放过程中随时检查护筒偏位情况，直至满足规范要求。
护筒的埋设深度对钻孔成败影响很大，若埋置过浅，护筒周围的土不密实，就会使护筒在钻进过程中发生位移、倾斜和底端向外漏浆等情况，失去护筒应有的作用而导致钻孔失败；若埋置过深，则增加造价，延长工期。
结合本工程特点以及现场地质情况等多种因素，决定护筒埋设深度为3m，护筒直径为3m，15mm厚的钢板卷制而成。
3.2 造浆
由于桩基所处地质0～？40m为粉质粘土层，故利用孔内原土反复冲击造浆，节省了施工成本。
3.3 钻机就位及钻进
将组装好的钻机就位，钻头精确对准放好的桩位。钻机摆放水平，钻机底盘的前后支腿下垫好枕木，并搁置水平尺，在钻进过程中随时观测，及时调平。钻机顶部的起吊滑轮缘、钻头中心和桩孔中心三者保持在同一铅垂线上。
钻机就位后开始低速钻进，待整个钻头进人土层后进人正常钻进。在护筒脚部位必须慢速钻进。钻孔过程中随时进行桩位复测，检查孔径、倾斜度以及钻机平稳程度，防止孔位偏斜，并做好钻孔记录。钻孔时要高度重视泥浆护壁，适时测泥浆比重、粘度、含砂率等主要指标，泥浆比重控制在1.2～1.3，粘度控制在18～22s。
钻孔作业分班连续进行，注意土层变化。钻进过程中每个台班由现场操作人员捞取一次钻渣并在记录表中做详细记录，以便与地质剖面核对。当钻至设计标高时，立即检孔，包括孔位、孔深、孔径、垂直度等，满足设计及规范要求后方可进行清孔并进行灌注前的准备工作。
3.4 清孔
采用两次清孔，第一次清孔是在终孔后进行，将钻头提离孔底10～20cm，以中速压入比重1.15左右、含砂率<4%的泥浆，把孔内悬浮钻渣多的泥浆换出。下放完钢筋笼和导管后，进行二次清孔，二次清孔的质量直接关系到孔底沉渣厚度，对设计柱桩来说，二次清孔是否彻底尤为重要。二次清孔时可将导管下放到距离孔底20cm左右的位置，向导管内压入比重<1.1的泥浆，把孔底部在下放钢筋笼和导管过程中由泥浆沉淀产生的钻渣以及仍悬有钻渣且相对密度较大的泥浆置换出，直至满足规范要求。
由于本工程钻孔桩深且孔径大，仅采用换浆法清孔难以达到设计及规范要求，而且清孔的时间长，易在清孔过程中产生不利因素，鉴于此，结合工程实际采用了吸泥与换浆相结合的方法，提前加工法兰连接的专用吸泥管，高压风管设在吸泥管外，将沉渣抽出。
3.5 钢筋笼制作与下放
以76号主墩为例，钢筋笼主筋直径为Ф25mm，箍筋为Ф10mm，长度为77.314m，重24t，由于高度大于汽车吊吊钩至平台的距离，因此钢筋笼分9节成型，每节钢筋笼采用直螺纹套筒连接。钢筋笼采用100t汽车吊四个吊点的扁担吊装法进行安装，同时对吊点的主筋及箍筋进行加固，确保钢筋笼下放过程中不变形。
3.6 灌注水下混凝土
砼灌注是钻孔桩最重要的环节，且直接关系到成桩的质量，首先要确定首灌混凝土的方量，根据公式
，
由上述计算可知，首灌混凝土的方量最少为9.62m3，为确保首灌量达到导管埋深至少1.0m的要求，施工时实际取V=11m3。另外由于砼不是呈绝对水平而可能呈锥体、扩孔，应适当增加安全系数。施工前加工2个6.0m3储料斗，一个安装在导管上，另一个用50t吊车吊起悬于储料斗上方，同时拔除漏斗下方盖板。拔除盖板前先将储料斗储满，罐车就位后，拔除的瞬间，罐车加大马力放砼，这首先在方量上确保成功。首灌混凝土的方量确定后，还需做好以下几点： （1）原材料质量控制：制备砼的原材料必须符合技术规范及施工规范的要求。在施工过程中砼坍落度控制在18～22cm。
（2）孔深测定：由于孔断面积4.9m2，砼可能出现凸凹不平，测孔深取四个直角点，测绳紧靠钢筋笼，且取最不利值。
（3）导管拼接与实验：导管用内径φ30cm的无缝钢管，拼接时，对导管进行编号，并对导管的长度进行记录，另外务必使导管轴线顺直，内壁光滑。施工前导管必须通过水密试验检测。
（4）混凝土面量测：砼灌注大约需要12h，灌注工作应连续进行，在灌注接近尾声的时候，砼表面积有大量淤泥，这给测量带来误区，将淤泥或夹砼淤泥当成砼，其通过测绳凭手感没有把握。而用事先准备好的钢管（钢管下方焊接一小掏渣筒）能精确判断，甚至能测出砼面平整情况，这提供了准确的原始数据。
（5）导管拆除：在最后灌注时导管不要急于拆短，而要加大高度，增加混凝土压力，提高混凝土密实性。拔出最后一节导管时，要保持预留桩头50cm，且拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀泥浆挤入混凝土中形成泥心。
4 施工中易出现的问题及预防处理措施
4.1 成孔出现的问题及预防处理措施
（1）钻孔中发生坍孔，应查明原因和位置，进行分析和处理。坍孔不严重时，可采用加大泥浆比重、加高水头、埋深护筒等措施后继续钻进；坍孔严重时，回填重新钻孔。冲击成孔可以投黏土块夹小片石，用低锤冲击将黏土块和小片石挤入孔壁制止坍孔。
（2）钻孔时发生弯孔和缩孔时，可将钻头提起上下、左右反复扫孔，直到钻孔正直，孔径达到设计要求。
（3）发生卡钻时，不宜强提。应查明原因和钻头位置，采取晃动大绳等措施，使钻头松动后再提起。
（4）发生掉钻时，应查明情况尽快处理。施工过程中应经常检查钻头与钢丝绳连接装置，为便于打捞钻头，可在钻头上预先焊上打捞环、打捞杆，或在锥身上围捆几圈钢丝绳。
4.2 钢筋笼下放困难的原因及预防处理措施
（1）成孔时间长，孔壁泥皮较厚，钢筋笼下放时表现为一次只可下放5～15cm，可采用人力正反旋转钢筋笼，减少摩阻，也可采用加外力加大钢筋笼重量，以利其下放，还可采用吊车慢起、快放数次、逐步下放的方法。
（2）地质变化、更换钻头处形成错台，钢筋笼下放时表现为向下卡住位置数次不变，感觉为硬底，此时切勿强行下放钢筋笼，造成钢筋笼变形。
4.3 钻孔桩灌桩事故成因及处理措施
（1）导管堵塞：砼坍落度过小或砼离析时易造成堵塞导管，造成卡管事故。可在允许导管埋深范围略微提升导管，或用提升后猛然下插导管的动作来抖动导管，抖动后的导管下口不得低于原来的位置，否则会使流动性变小的混凝土堵塞导管口。
（2）断桩夹泥：泥浆或泥浆与水泥砂浆混合物把灌注的上下两端混凝土隔开，使混凝土变质或截面积受损，成为断桩。断桩的常见原因有如下几种：一是灌注时间长，表面混凝土流动性差，导管埋深浅，继续灌注的混凝土冲破表层上升，将混有泥浆的表层覆盖包裹，造成断桩或桩身夹泥；二是将沉积在混凝土面上的浓泥浆或泥浆中可能含有的泥块误认为混凝土，错误地判断混凝土面高度，使导管提离混凝土成为断桩。三是灌注中混凝土卡管或导管严重漏水，需拔出导管才能处理，也会形成断桩。四是现场供电突然发生故障，搅拌设备等突然损坏使灌注中途停顿时间太长，不得不将导管提离混凝土面而形成断桩。
为有效防止断桩、夹泥事故，施工中要求采取如下预防措施：灌注前很好地清孔；灌注速度要快，保证适当的时间内灌注完成；如遇堵管尽量不用将导管提出的办法解决；要准确量测混凝土面；要保证设备的正常工作；要有备用设备；要注意天气预报，合理安排灌注时间。
5 结语
本文主要探讨了大直径钻孔桩的施工工艺，分析了各工序的控制要点、施工中容易出现的问题及预防处理措施。另通过实践证明采用分级钻孔施工，成桩后经超声波检测均为I类桩，每根桩成孔时间在40天左右，在缩短工期、降低成本的前提下保证了桩基施工质量，为以后的同类型桩基施工积累了经验。
由于桥梁钻孔灌注桩的整个施工过程属于隐蔽工程，其成桩过程往往存在着较多的不确定因素，对桩基施工各个环节要充分重视并做到精心组织，只有这样桩基的成桩质量才能得到有效保证。
参考文献
[1] 中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社，2011.
[2] 中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工质量验收标准.北京：中国铁道出版社，2011.