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摘要：钻孔灌注桩施工质量控制是一项技术性较强的工程，对建筑工程的整体质量有重大影响。本文结合工程实例，在分析工程施工难点及施工工艺流程的基础上，重点围绕成孔、钢筋笼制作和水下混凝土灌注等方面探讨了钻孔灌注桩的施工质量控制工作，为类似工程施工积累了宝贵的经验。
关键词：桥梁基础；钻孔灌注桩；施工工艺；质量控制
中图分类号：U215.14 文献标识码：A 文章编号：
随着我国社会经济建设步伐的加快，政府加大了对公路、铁路等交通基础设施建设的投资力度，大型建筑桥梁工程数量日益增加，对桥梁基础的质量安全也提出了更高的要求。钻孔灌注桩是一种新型的桩基类型，具有结构简单、承载力高、适应性强、应用范围广和性价比高等优点，对周围建筑物及地下管道设施的影响比较小，并且能够穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，目前在城市铁路、公路等桥梁工程中有所应用及推广。成孔、钢筋笼制作和水下混凝土灌注是钻孔灌注桩的主要施工环节，若施工人员没有做好这些环节的质量控制工作，不仅会影响到桩基的成桩质量，而且也会给桥梁工程带来诸多的安全隐患。因此，建设单位必须清晰认识到钻孔灌注桩施工质量控制的重要性，采取切实有效的控制措施，以确保桥梁基础的质量安全。
1 工程概况
某型桥梁工程主桥设计为全长909.1m的双线铁路斜拉桥，主跨468m，一跨过江，索塔高177.9m。主承台采用24根φ3.0m钻孔灌注桩基础。
2 工程难点分析
桩基础施工质量控制存在以下重、难点。
1)桩径为3.0m，有效桩长132m，实际成孔深度达140m，属于超长大直径钻孔桩，地层条件复杂，地表为厚度很大的软塑或流塑状土层，部分桩穿过弱风化流纹斑岩。
2)钢筋笼总长134.5m，主筋为φ28的HRB335级钢筋，顶端50m配置189根主筋，下端配置126根。加强筋采用φ32的HRB335级钢筋。箍筋采用φ10的HPB235钢筋，承台底以下9.3m每道间距10cm，其余每道间距15cm，埋设4根声测管。估算单桩钢筋笼总质量在110t左右，单节最大质量在14t左右。由于直径大、单节长、对接接头多，钢筋笼的制作与安放过程中需对变形严格控制。
3)水下混凝土灌注量大，如何在合理的灌注时间内进行混凝土供应和组织是桩基础灌孔施工的重点。
3 施工工艺流程
钻孔桩施工在原位进行，利用DZJ-300型振动锤施沉钢护筒，ZJD4000型钻机气举反循环成孔，PHP泥浆护壁，钢筋笼在后场采用长线法加工，分段运至施工现场安装，1台170t门式起重机吊装钢筋笼，采用内径300mm导管进行水下混凝土灌注，混凝土罐车配合2台地泵同时灌注，施工工艺流程如图1所示。
图1 钻孔桩施工工艺流程
4 成孔质量控制
4.1 钢护筒设计及沉放
钢护筒总长度36.8m，内径3.2m。顶节取12.8m，重24t，其他节段长均为12m。采取振动法施沉，即在护筒上刚性连接一振动锤，形成一振动体系，由锤内几对轴上的偏心块相对旋转产生振动力，使振动体系上下振动，强迫与护筒接触的土壤也发生振动，破坏原来土体结构，使其强度下降，对护筒阻力减少，从而使护筒在振动体系压重的作用下沉入土中。
4.2 钻进过程
通过对各种大型钻具的对比，选定了ZJD4000型全液压钻机。配置两种钻头，单环四翼刮刀钻头，适合于松散土层中钻进；滚刀钻头，适合于基岩中钻进。钻杆为气举与泵吸反循环两用钻杆，并配备2台20m3/min的空压机。
4.3 钻进施工控制要点
4.3.1 泥浆控制
根据地层变化情况，及时调整泥浆指标。在富含粉砂类土地层，为降低孔底沉淤采取以下措施:用优质膨润土和化学外加剂如纯碱提高泥浆黏度，以减缓砂粒沉淀速度；严格要求钻杆接头的密封性。
4.3.2 垂直减压钻进
钻机就位后，钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和桩孔中心三者要在同一铅垂线上，其偏差应≤2cm，防止出现孔斜事故。同时采用减压钻进保证超深钻孔的垂直精度。
4.3.3 提换钻头
在上部的软地层采用笼式刮刀钻头钻进，在进入岩层后，需要换成滚刀钻头，所以在钻进到90～100m进入岩层后，需要提钻换钻头，升降钻具应平稳。
4.3.4 倒換风包
在钻进过程中需要至少倒一次风包，在钻进到90m左右，由于空压机提供气压的限制，钻进到此处时排碴较为困难，必须倒换风包，倒换之后风包处在孔底上第16根钻杆上面，即离孔底50m左右的位置。
5 钢筋笼质量控制
钢筋笼采用长线法加工，利用胎座辅助制作，每根主筋直接采用直螺纹连接器连接。事先分节在胎座上预制，再拆分吊运到孔口进行对接安装。
5.1 模拟分析计算
钢筋笼制作前，利用Midas/Civil专业有限元分析软件，对钢筋笼在制作和吊运过程中的受力状态进行建模分析，较为精确地模拟钢筋笼在各个环节中的受力状态。
5.2 钢筋笼施工控制要点
1)钢筋笼分节后的钢筋接头应相互错开，保证同一截面内的接头数目不超过主筋总数的1/3，接头间错开间距≥1m。每节钢筋笼制作完毕后，在其两端搭接焊缝中心处作出垂直于钢筋笼轴线的截面，并在钢筋上作出显著标记，钢筋笼逐节下放对接时，使上、下标记互相重合。
2)钢筋笼连接要求:单面焊≥10d，双面焊≥5d且≥10cm；焊缝厚度≥0.3d且≥4mm；焊缝宽度≥0.8d且≥8mm；钢筋丝头螺纹应饱满，不得有螺纹大径低于螺纹中径的不完整丝扣；钢筋直螺纹丝头应有保护帽或连接套保护丝头；套筒两端拧入连接套的长度应相等，差值不大于一个丝扣。
3)下放钢筋笼时对准孔位轻放、慢放；若遇阻碍，随起随落和正反旋转使之下放；不高起猛放和强行下放，以防碰坏孔壁而引起塌孔；下放过程中，时刻注意观察孔内水位情况，如发现异常现象，马上停放，检查是否塌孔；钢筋笼下放至标高后，要检查钢筋笼是否中心偏位，需将钢筋笼固定在灌注平台上。
4)声测管全部经水密性试验合格后方可进场。在安装过程中，对每道工序都要仔细检查，保证绑扎牢固、顺直，每节声测管均要灌满水后静观5min，水位无下降方可下放。
6 水下灌注质量控制
6.1 首批灌注混凝土量的计算
通过计算，首批灌注混凝土量要求≥19m3，采用2台地泵配合大小2个料斗灌注，将大料斗设计成24m3，小料斗设计成4m3。首灌时，将大小料斗用地泵灌满，2个地泵旁各备1辆混凝土罐车。地泵将混凝土罐车中的混凝土打入大料斗中，大料斗再持续不断往小料斗中灌入，通过小料斗再将混凝土灌入导管。
6.2 导管的配制与安放
混凝土灌注用导管采用Q235无缝钢管，接头形式为丝扣式，其内径为300mm，壁厚为12.5mm，底节导管长为6m，中间每节长3m，调整节长度为1m和0.5m。每节导管距顶口50cm处焊接φ8钢筋。钻孔平台顶标高为3.000m，上面用2根I40支撑梁，顶标高3.450m，小料斗底口标高为3.450m，钻孔桩底标高为－136.500m。计算所需导管长度为:136.5+3.45－0.45(悬空高度)=139.5m。则导管配置方案为:6m+44×3m+1m+0.5m=139.5m。
导管平台下部支撑采用2根I40，尺寸为5.0m×2.4m，下部支撑安装在钢护筒顶。上部支撑采用2根I22，尺寸为3.0m×1.2m，与下部支撑相连，其顶面中心安装厚为5cm的卡板，用于拆卸导管，如图2所示。导管丝扣连接强度与抗拔力都经过严格计算，灌注前进行水密性试验，满足要求后，对各节管进行编号，灌注时按照编号下放导管。
图2 导管平台示意
6.3 混凝土浇灌时间主控因素分析
混凝土拌合站距施工现场约1.5km，其拌合站内有2套120混凝土拌合设备。单桩灌注混凝土1038m3(充盈系数1.1)，计算决定每根桩混凝土浇灌时间的控制因素如表1～2所示。
表1 搅拌机生产能力
表2 混凝土浇筑参数
由表1分析可知，控制混凝土灌注的关键点在于搅拌站供应能力。为防止灌注过程中搅拌机出现异常情况，桩基础混凝土灌注过程中需备用2台罐车，临近备用1座搅拌站随时准备供应混凝土。
6.4 灌注过程控制
6.4.1 灌注前成孔质量检查
钻孔采用气举反循环换浆分3步进行清孔。钻孔深度达到设计要求时，立即对孔深、孔径和孔形进行检查，确认满足设计要求后，立即进行清孔。清孔时将钻具提起约30cm，钻头不停转动，泥浆循环不断进行，将附着于护筒壁的泥浆清洗干净，并将孔底钻碴及泥砂等沉淀物清除。在孔内的上、中、下3个部位取出泥浆检测，各项技术指标达到设计要求后，结束清孔。
6.4.2 混凝土面测量
混凝土灌注过程中沿钻孔桩四周布置4个观测点，同时测量混凝土面标高，4个点同时计算并记录在混凝土灌注台帐中。每次测量结果4个点必须进行相互校核，确保正确计算导管在混凝土内的埋置深度，确保导管的埋置深度≥2m，最多不超过6m。
測量次数不少于所使用导管节数，应在每次起升导管前，测量1次管内外混凝土面高度，并绘制混凝土灌入量与孔内混凝土面升高量的过程曲线，用以分析扩孔率。遇到异常情况应增加测量次数，同时观察翻水情况，以正确分析和判断孔内的情况。
7 结语
通过探讨钻孔灌注桩施工质量控制工作，笔者总结了以下几点建议：①在钻进过程中应根据地层变化情况及时对转速、钻压和泥浆性能等参数做出调整，并在全孔段采用减压钻进，防止孔段出现偏斜，确保施工的效果；②钢筋笼制作过程中，应利用专业有限元软件进行数据分析，对可能超出规范要求的状态进行调整，以提高工作效率；③通过初灌量、数据计算及试验分析，采取必要的措施，提高水下混凝土灌注效率，保证成桩质量；④采用气举反循环换浆在终孔时，导管安放完毕时及灌注前进行3次清孔，参数达标后再灌注。
参考文献
[1] 马起柱.钻孔灌注桩施工质量的控制措施分析[J].城市建设理论研究.2013年第09期
[2] 张炳涛.桥梁工程钻孔灌注桩施工质量控制探讨[J].科技创新与应用.2013年第08期
关键词：桥梁基础；钻孔灌注桩；施工工艺；质量控制
中图分类号：U215.14 文献标识码：A 文章编号：
随着我国社会经济建设步伐的加快，政府加大了对公路、铁路等交通基础设施建设的投资力度，大型建筑桥梁工程数量日益增加，对桥梁基础的质量安全也提出了更高的要求。钻孔灌注桩是一种新型的桩基类型，具有结构简单、承载力高、适应性强、应用范围广和性价比高等优点，对周围建筑物及地下管道设施的影响比较小，并且能够穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，目前在城市铁路、公路等桥梁工程中有所应用及推广。成孔、钢筋笼制作和水下混凝土灌注是钻孔灌注桩的主要施工环节，若施工人员没有做好这些环节的质量控制工作，不仅会影响到桩基的成桩质量，而且也会给桥梁工程带来诸多的安全隐患。因此，建设单位必须清晰认识到钻孔灌注桩施工质量控制的重要性，采取切实有效的控制措施，以确保桥梁基础的质量安全。
1 工程概况
某型桥梁工程主桥设计为全长909.1m的双线铁路斜拉桥，主跨468m，一跨过江，索塔高177.9m。主承台采用24根φ3.0m钻孔灌注桩基础。
2 工程难点分析
桩基础施工质量控制存在以下重、难点。
1)桩径为3.0m，有效桩长132m，实际成孔深度达140m，属于超长大直径钻孔桩，地层条件复杂，地表为厚度很大的软塑或流塑状土层，部分桩穿过弱风化流纹斑岩。
2)钢筋笼总长134.5m，主筋为φ28的HRB335级钢筋，顶端50m配置189根主筋，下端配置126根。加强筋采用φ32的HRB335级钢筋。箍筋采用φ10的HPB235钢筋，承台底以下9.3m每道间距10cm，其余每道间距15cm，埋设4根声测管。估算单桩钢筋笼总质量在110t左右，单节最大质量在14t左右。由于直径大、单节长、对接接头多，钢筋笼的制作与安放过程中需对变形严格控制。
3)水下混凝土灌注量大，如何在合理的灌注时间内进行混凝土供应和组织是桩基础灌孔施工的重点。
3 施工工艺流程
钻孔桩施工在原位进行，利用DZJ-300型振动锤施沉钢护筒，ZJD4000型钻机气举反循环成孔，PHP泥浆护壁，钢筋笼在后场采用长线法加工，分段运至施工现场安装，1台170t门式起重机吊装钢筋笼，采用内径300mm导管进行水下混凝土灌注，混凝土罐车配合2台地泵同时灌注，施工工艺流程如图1所示。
图1 钻孔桩施工工艺流程
4 成孔质量控制
4.1 钢护筒设计及沉放
钢护筒总长度36.8m，内径3.2m。顶节取12.8m，重24t，其他节段长均为12m。采取振动法施沉，即在护筒上刚性连接一振动锤，形成一振动体系，由锤内几对轴上的偏心块相对旋转产生振动力，使振动体系上下振动，强迫与护筒接触的土壤也发生振动，破坏原来土体结构，使其强度下降，对护筒阻力减少，从而使护筒在振动体系压重的作用下沉入土中。
4.2 钻进过程
通过对各种大型钻具的对比，选定了ZJD4000型全液压钻机。配置两种钻头，单环四翼刮刀钻头，适合于松散土层中钻进；滚刀钻头，适合于基岩中钻进。钻杆为气举与泵吸反循环两用钻杆，并配备2台20m3/min的空压机。
4.3 钻进施工控制要点
4.3.1 泥浆控制
根据地层变化情况，及时调整泥浆指标。在富含粉砂类土地层，为降低孔底沉淤采取以下措施:用优质膨润土和化学外加剂如纯碱提高泥浆黏度，以减缓砂粒沉淀速度；严格要求钻杆接头的密封性。
4.3.2 垂直减压钻进
钻机就位后，钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和桩孔中心三者要在同一铅垂线上，其偏差应≤2cm，防止出现孔斜事故。同时采用减压钻进保证超深钻孔的垂直精度。
4.3.3 提换钻头
在上部的软地层采用笼式刮刀钻头钻进，在进入岩层后，需要换成滚刀钻头，所以在钻进到90～100m进入岩层后，需要提钻换钻头，升降钻具应平稳。
4.3.4 倒換风包
在钻进过程中需要至少倒一次风包，在钻进到90m左右，由于空压机提供气压的限制，钻进到此处时排碴较为困难，必须倒换风包，倒换之后风包处在孔底上第16根钻杆上面，即离孔底50m左右的位置。
5 钢筋笼质量控制
钢筋笼采用长线法加工，利用胎座辅助制作，每根主筋直接采用直螺纹连接器连接。事先分节在胎座上预制，再拆分吊运到孔口进行对接安装。
5.1 模拟分析计算
钢筋笼制作前，利用Midas/Civil专业有限元分析软件，对钢筋笼在制作和吊运过程中的受力状态进行建模分析，较为精确地模拟钢筋笼在各个环节中的受力状态。
5.2 钢筋笼施工控制要点
1)钢筋笼分节后的钢筋接头应相互错开，保证同一截面内的接头数目不超过主筋总数的1/3，接头间错开间距≥1m。每节钢筋笼制作完毕后，在其两端搭接焊缝中心处作出垂直于钢筋笼轴线的截面，并在钢筋上作出显著标记，钢筋笼逐节下放对接时，使上、下标记互相重合。
2)钢筋笼连接要求:单面焊≥10d，双面焊≥5d且≥10cm；焊缝厚度≥0.3d且≥4mm；焊缝宽度≥0.8d且≥8mm；钢筋丝头螺纹应饱满，不得有螺纹大径低于螺纹中径的不完整丝扣；钢筋直螺纹丝头应有保护帽或连接套保护丝头；套筒两端拧入连接套的长度应相等，差值不大于一个丝扣。
3)下放钢筋笼时对准孔位轻放、慢放；若遇阻碍，随起随落和正反旋转使之下放；不高起猛放和强行下放，以防碰坏孔壁而引起塌孔；下放过程中，时刻注意观察孔内水位情况，如发现异常现象，马上停放，检查是否塌孔；钢筋笼下放至标高后，要检查钢筋笼是否中心偏位，需将钢筋笼固定在灌注平台上。
4)声测管全部经水密性试验合格后方可进场。在安装过程中，对每道工序都要仔细检查，保证绑扎牢固、顺直，每节声测管均要灌满水后静观5min，水位无下降方可下放。
6 水下灌注质量控制
6.1 首批灌注混凝土量的计算
通过计算，首批灌注混凝土量要求≥19m3，采用2台地泵配合大小2个料斗灌注，将大料斗设计成24m3，小料斗设计成4m3。首灌时，将大小料斗用地泵灌满，2个地泵旁各备1辆混凝土罐车。地泵将混凝土罐车中的混凝土打入大料斗中，大料斗再持续不断往小料斗中灌入，通过小料斗再将混凝土灌入导管。
6.2 导管的配制与安放
混凝土灌注用导管采用Q235无缝钢管，接头形式为丝扣式，其内径为300mm，壁厚为12.5mm，底节导管长为6m，中间每节长3m，调整节长度为1m和0.5m。每节导管距顶口50cm处焊接φ8钢筋。钻孔平台顶标高为3.000m，上面用2根I40支撑梁，顶标高3.450m，小料斗底口标高为3.450m，钻孔桩底标高为－136.500m。计算所需导管长度为:136.5+3.45－0.45(悬空高度)=139.5m。则导管配置方案为:6m+44×3m+1m+0.5m=139.5m。
导管平台下部支撑采用2根I40，尺寸为5.0m×2.4m，下部支撑安装在钢护筒顶。上部支撑采用2根I22，尺寸为3.0m×1.2m，与下部支撑相连，其顶面中心安装厚为5cm的卡板，用于拆卸导管，如图2所示。导管丝扣连接强度与抗拔力都经过严格计算，灌注前进行水密性试验，满足要求后，对各节管进行编号，灌注时按照编号下放导管。
图2 导管平台示意
6.3 混凝土浇灌时间主控因素分析
混凝土拌合站距施工现场约1.5km，其拌合站内有2套120混凝土拌合设备。单桩灌注混凝土1038m3(充盈系数1.1)，计算决定每根桩混凝土浇灌时间的控制因素如表1～2所示。
表1 搅拌机生产能力
表2 混凝土浇筑参数
由表1分析可知，控制混凝土灌注的关键点在于搅拌站供应能力。为防止灌注过程中搅拌机出现异常情况，桩基础混凝土灌注过程中需备用2台罐车，临近备用1座搅拌站随时准备供应混凝土。
6.4 灌注过程控制
6.4.1 灌注前成孔质量检查
钻孔采用气举反循环换浆分3步进行清孔。钻孔深度达到设计要求时，立即对孔深、孔径和孔形进行检查，确认满足设计要求后，立即进行清孔。清孔时将钻具提起约30cm，钻头不停转动，泥浆循环不断进行，将附着于护筒壁的泥浆清洗干净，并将孔底钻碴及泥砂等沉淀物清除。在孔内的上、中、下3个部位取出泥浆检测，各项技术指标达到设计要求后，结束清孔。
6.4.2 混凝土面测量
混凝土灌注过程中沿钻孔桩四周布置4个观测点，同时测量混凝土面标高，4个点同时计算并记录在混凝土灌注台帐中。每次测量结果4个点必须进行相互校核，确保正确计算导管在混凝土内的埋置深度，确保导管的埋置深度≥2m，最多不超过6m。
測量次数不少于所使用导管节数，应在每次起升导管前，测量1次管内外混凝土面高度，并绘制混凝土灌入量与孔内混凝土面升高量的过程曲线，用以分析扩孔率。遇到异常情况应增加测量次数，同时观察翻水情况，以正确分析和判断孔内的情况。
7 结语
通过探讨钻孔灌注桩施工质量控制工作，笔者总结了以下几点建议：①在钻进过程中应根据地层变化情况及时对转速、钻压和泥浆性能等参数做出调整，并在全孔段采用减压钻进，防止孔段出现偏斜，确保施工的效果；②钢筋笼制作过程中，应利用专业有限元软件进行数据分析，对可能超出规范要求的状态进行调整，以提高工作效率；③通过初灌量、数据计算及试验分析，采取必要的措施，提高水下混凝土灌注效率，保证成桩质量；④采用气举反循环换浆在终孔时，导管安放完毕时及灌注前进行3次清孔，参数达标后再灌注。
参考文献
[1] 马起柱.钻孔灌注桩施工质量的控制措施分析[J].城市建设理论研究.2013年第09期
[2] 张炳涛.桥梁工程钻孔灌注桩施工质量控制探讨[J].科技创新与应用.2013年第08期