李孝斌
湖北武汉中交二航局第一工程有限公司 武汉 430012
【摘 要】随着对外贸易的迅速发展，港口工程的建设也越来越重要。在港口工程中钻孔灌注桩被普遍采用，钻孔灌注桩施工的好坏对整个工程的质量有着重要影响。为此，必须注重对钻孔灌注桩施工质量进行有效控制，通过相应措施的实施确保工程的顺利完成，从而实现港口工程的经济效益。本文主要分析了钻孔灌注桩的优缺点及适用范围，探讨了港口工程施工中钻孔灌注桩的施工质量控制措施。
【关键词】港口工程施工；钻孔灌注桩；施工质量；控制措施
随着我国航运建设进程的不断加快，各种新技术、新材料、新工艺、新结构在港口工程中的应用也日益增多。作为基础工程之一，钻孔灌注桩具有适应性强、抗震性能强、施工机械简单、操作方便、成本低、施工噪声小、施工安全等特点，能将上部结构传来的所有动载和静载均匀地传递至深层稳定的土层中，在很大程度上减少了基础沉降和不均匀沉降，特别适用于由素填土、砂土、粘性土及淤泥等多种土层组成的复杂型地基中。要保质、保量、按期完成，在钻孔灌注桩施工过程中的每个阶段必须精心施工，认真做好关键工序控制。
一、钻孔灌注桩的优缺点及适用范围
1.钻孔灌注桩基础的优点。第一，灌注桩基础施工进度快，可按工程施工设计要求同时在场区合理布置数台钻机同时进行桩基施工。第二，灌注桩基础与重力墩基础相比，灌注桩基础安全可靠，不受地面沟河水流冲刷影响。灌注桩与预制成桩打入相比，灌注桩基础可一次成型，不须接桩与截桩。第三，灌注桩基础适应性强，它不受桩径大小、深浅变化限制，都可以满足单桩的极限承载力的要求。灌注桩基础定位不择地质条件，地层松软都可进行实施，因此灌注桩适应性强。
2.钻孔灌注桩基础的缺点。第一，灌注桩基础由于机械钻进泥浆护壁成孔采用的是水下混凝土灌注方法，在施工的各个环节、工序要求严格紧凑，在向井内灌注混凝土施工过程中容易出现缩孔、夹层，钢筋笼无保护层，甚至出现断桩等现象。第二，灌注桩基础的桩端大小、孔底沉渣量的厚度对于桩的承载能力影响较大。第三，灌注桩在机械钻进成孔过程中因地质条件差异易出现井孔缩径，则直接影响桩的承载能力。
3.灌注桩基础的适用范围。根据多年来实践，灌注桩基础可适用于各种地质情况，地层的松软都可实用，因此说灌注桩基础适用性强。
二、港口工程施工中钻孔灌注桩的施工质量控制措施
1.钻孔灌注桩施工的准备工作。施工之前，需要依据钻孔机的应用条件和地质情况，选择适合工程的钻具、钻机。如果在钻孔机的安装过程中，其基础非常不稳定，就很可能发生桩偏心、桩倾斜、钻孔机倾斜的严重现象，因此，工程对地基稳定和钻孔机的稳固安装具有较高要求。如钻孔机设有钻塔，就要借助钻机的动力与相近的地笼配合，通过移动对钻杆进行定位，之后利用千斤顶顶起机架，在定位准确的情况下使护筒中心与固定钻杆的卡孔、钻头、起重滑轮呈一条垂线，保证钻机垂直度。钻孔之前，参照《港口工程灌注桩设计与施工规程》，对护筒进行埋设，护筒的作用不仅仅是防止塌孔，也是对地表水的隔离、桩孔位置的固定、钻头导向的确定以及孔口地面的维护。粘土、水、添加剂共同组成的泥浆具有润滑钻具、冷却钻头、浮悬钻渣的作用，能够有效增大静水压力，同时能够在孔壁上形成泥皮，对孔内外渗流进行隔断，可确保对塌孔问题进行有效的防护和处理。钻孔泥浆的调制及循环净化应依据地层的具体情况和结合钻孔的施工方法进行确定，可根据地层变动情况掌握泥浆的稠度，如果泥浆太稠，容易造成缩孔，同时钻头的冲击功能也会被削弱，钻进速度也会有所降低；而泥浆太稀，其排渣能力就会变小，也无法形成较好的护壁效果。
2.钻孔阶段。一是施工前的工作检查。钻机就位以后，对钻机相关的工作进行全面检查，包括机具的安装、配套设备的就位、场地的布置、水电的供应等。若进行钻孔部位的潮水涨落较大时，就要对场地附近的气象和水文资料进行调查，如有问题发生时可通过相应措施对钻孔内的水头进行固定。二是钻进的实施施工过程中，孔深与沉碴的控制是施工的关键内容，同时，针对端承桩，在终孔时还要进行一次孔深的测验。混凝土灌注之前对孔深进行测量，对孔底沉碴厚度进行有效确定，孔底沉碴厚度还要依据孔深的设计要求进行确定，避免多打少报现象的发生。通常利用测绳对孔深进行测量，由于测绳遇水会收缩，在使用前，要在水中进行一段时间的浸泡，通过钢尺的校正之后方可使用，用钻杆长度在终孔时进行测量来确定孔深，同时与测绳测量的孔深深度进行对比。成孔钻进中，有效控制孔壁泥皮和泥浆，若钻进的粘性土层不容易引发塌孔问题时，可以利用清水进行钻进；若砂层厚度较大，容易发生塌孔时，就必须使用泥浆。成桩时，桩周会有泥皮的形成，而这也是不可避免的，当泥皮有一定厚度时，就会降低桩的侧摩阻力。在理论上，泥皮厚度应越小越好，而厚度的具体数值还需要通过对泥浆性能、成孔方法的分析，对其进行确定，以确保设计的有效单桩承载力。
3.钢筋笼的制作。
（1）加劲箍筋。在钢筋笼主筋内侧设置加劲箍筋，对于较小直径的桩而言，采用导管法水下灌注砼时，就容易发生挂笼事故，此时钢筋笼就会上串。如果不能够有效的对其进行处理，法兰式导管的法兰边缘就会将加劲箍筋挂住，如果砼埋笼比较的深，且砼流动性较差，挂笼后的导管就会受到活动的限制，严重时则会发生卡管现象，此时就会形成断桩问题。所以，施工之前必须认真查阅施工图纸，若桩径较小，加劲箍筋在设计过程中，就要做出相应的变更，通过与设计方的良好沟通和交流，在钢筋笼主筋外侧进行加劲箍筋的放置，使施工事故得以消除，并确保对施工质量进行有效控制。
（2）钢筋笼的连接。钢筋笼的制作分段进行时，连接过程中，应互相错开相邻的主筋接头，其一般距离为500mm以上，同时确保同一截面内接头数不超过主筋根数的50%。吊放入孔过程中，垂直连接两段钢筋笼，垂直度测量满足之后进行焊接。如果强行实施入孔，就会发生严重的孔壁坍塌现象，成桩后的钢筋也会外露。此外，使用法兰式导管时，主筋接头应沿笼的圆周进行排列，避免每段笼的下接头向笼内突出台阶，灌注砼时挂卡导管法兰盘。
（3）保护层的设置。水下进行砼主筋的灌注，其保护层厚度为50mm，部分设计要求将钢筋弯制成“耳朵”形，并在主筋外侧进行焊接，促使对主筋保护层厚度的确保。但“耳朵”形钢筋挤入孔壁非常的容易，此时保护层的厚度就会偏小。如果利用铁条弯制成的“耳朵”形在主筋外侧进行焊接，对主筋保护层厚度的确保有着较好的效果，但这样的方式形成的材料损失比较的严重。我们可以砼制作轮形保护块，在中间穿上钢筋并在两根主筋外侧进行焊接，就可以达到较好的工程效果，其中具体数量依据分段情况、笼长、笼径进行确定，这样一来，吊放入孔时的钢筋笼就不会容易挤入孔壁，同时能够避免对材料的大量耗费。
4.混凝土的灌注
（1）清孔换浆。混凝土水下灌注之前，需进行二次清孔换浆，清孔过程中不能上下活动导管，而是前后左右的活动导管。清除孔底四周后进行混凝土浇注，在浇注前注意对泥浆的检查和验收，包括孔底沉碴厚度、泥浆手感等。如果泥浆要求不符合规定，即使在沉碴达标的情况下也要进行清孔换浆。相对密度、粘度过大的泥浆在灌注时，容易发生导管内混凝土的阻塞问题，此时就需要对导管进行提动，而导管底部与孔底距离过大时，混凝土就会被稠泥浆托住，使其无法下落到孔底当中。若导管提动前已落下一部分混凝土，就需要提动导管继续促使混凝土的下落，而将导管提出混凝土面，就会促使夹泥的形成，断桩的发生也就会非常容易。所以，清孔工作非常重要，同时对孔底沉碴厚度引起注意，并确保泥浆的性能。
（2）坍落度。灌注混凝土水下施工时，坍落度的控制要求比较严格，通常数值为180mm-220mm 之间，搅拌过程中对水量进行控制。若用水量偏大，水灰质量比就会被改变，桩身的强度、混凝土的标号都会受到影响，同时混凝土离析现象的发生也是非常容易，此时也就容易造成断桩事故；若用水量较少，就会影响坍落度和流动性，灌注起来难度较大。为此，混凝土搅拌过程中，应对用水量进行有效控制。
（3）导管的提拉。混凝土的灌注过程中发生下落不畅的问题时，就要上下活动提拉导管，如果较大幅度的提拉导管，就会使空气埋进，其桩身局部的混凝土就会松动，发生空洞、蜂窝等问题。尤其是灌注至桩顶部时，过长的灌注时间、较差质量的混凝土搅拌都会对混凝土的流动性造成严重影响。提拉导管时，管外混凝土面就会上升，管内混凝土面的高差为一定程度时，管外的混凝土面就不会再上升，如果快速的放下导管，就会严重影响混凝土的流动。灌注过程中要对混凝土的搅拌质量进行有效控制，尽量缩短连续灌注的灌注时间，不能快速提拉导管，至桩顶部灌注时，需要慢起慢落，数次之后再缓慢提出导管，以避免桩顶部中心混凝土空心现象的发生。
三、工程实例
1.某港口水岸一期桩基工程，孔灌注桩护工程共设计工程送溜段500m和挑溜段2000m，设计桩径0.8m，桩中心距1.1m，桩之间间距0.3m，每桩桩长 27m，整个工程呈线型排列。该工程在施工中对质量进行严格控制，减少了施工质量事故，提高了工程质量，节约了施工成本，为工程的顺利完工打下了基础。
2.钻孔灌注桩的各个具体施工环节：
（1）施工准备：钻孔前，对现场进行调查，对影响钻孔的管线等障碍物进行改移和保护，陆地桩位用推土机平整，再放置桩位，并补加护桩，泥浆池和沉淀池两排桩设一次。
（2）钻孔泥浆：钻孔前备足粘土和膨润土，每两孔设置一处泥浆循环池，在泥浆池中配制好泥浆，根据不同的地质情况随时调整泥浆比重，使护筒内泥浆的顶面始终高出筒外地下水位1-1.5m。泥浆池：在墩位旁用挖掘机挖出个长6m，宽5m，深1.5m的坑，内壁用粘性土抹平后作为泥浆池，接通电源，装好泥浆泵。
（3）钻进施工：钻机垫平就位后，对所有机具进行检查，一切正常后再进行施工。在钻进过程中，根据地层变化情况，随时调整泥浆比重、钻进速度，与设计资料及时对照并做好记录。钻孔连续进行，两桩中距在5m以内时，待该桩砼灌注完成24后再进行下一桩施工。开钻时，以低档慢速钻进，钻至护筒下1m后，再以正常速度钻进。
（4）钢筋笼制作与安装：进场钢筋首先进行焊接性能试验，然后在钢筋场进行下料制作，现场绑扎成笼，同时按设计要求位置固定好声测管，声测管与钢筋笼一起分节制作、焊接。钢筋笼主筋采用闪光对焊，笼身接长采用电弧焊，且每隔2m焊接四个钢“耳环”，吊车配合安装就位。吊装时，为保证钢筋笼不变形，在笼内加设钢筋支撑。钢筋笼入孔后采取固定措施，防止灌注砼时钢筋笼上浮或下落。
（5）导管法灌注水下砼：导管提前做密封试验，其内径30cm，丝扣连接，底节长4m，其余节段为2.5m，导管下放的长度距孔底0.3-0.4m。砼灌注前，再次检查沉渣厚度。封底时首批砼满足导管初次埋深1m以上。灌注过程中，导管埋深保持在2-6m之间，砼坍落度控制在18-22cm 之间，灌注的桩头比设计高0.8-1m。泥浆引流至沉淀池内。
3.成桩质量。首先要检查钢筋加工情况。在混凝土浇筑前，检查水灰比，混凝土的配合比。浇筑过程中，检查塌落度在 180-220mm之间。采用大体积混凝土冲击灌注法，每一斗灌注都是将 2-3m3混凝土在大斗中积蓄够量，出料口直接插入导管，再打开活门一次连续冲击下去，保证了桩身混凝土密实性，能够使桩端与持力层较好地结合。（单桩竖向抗压静载试验数据汇总见表1）。通过静载实验数据分析得到：最大加载量：4 620kN，最大沉降量：12.77mm，最大回弹量：6.03mm，回弹率：47.2%。最终结论—单桩竖向极限承载力满足有关规范标准及设计要求。
港口建设投资大，一旦出现质量问题造成损失也大，故应该对港口工程的施工进行严格的质量控制。而钻孔灌注桩施工是港口工程施工的重要组成部分，其质量好坏直接影响着整个港口工程的质量。由于其属于隐蔽工程及其它方面的原因，造成其质量难以很好的控制，作为一名技术人员，应该在实践中不断总结经验，并注重借鉴国内外类似工程的经验并汲取教训，为港口建设做出更大的贡献。
参考文献：
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[4]赵岩.港口工程钻孔灌注桩常见施工质量问题及预防措施[J].中国新技术新，2010，（21）：336-339
论文作者:李孝斌
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第12期
论文发表时间:2016/8/15
标签：钻孔论文; 导管论文; 泥浆论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 就会论文; 工程论文; 《低碳地产》2015年第12期论文;