摘要
桩基础是人类在软弱地基上建造建筑物的一种创造，是最古老、最基本的一种基础类型；又是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基础型式。近二十年来，由于工程建设和工业技术的发展，桩的类型和成桩工艺，桩的承载力和桩体结构完整性的检测，桩基的设计水平，都有较大的提高。然而，由于土的变异性及桩基与土相互作用的复杂性，迄今成桩质量的控制与检测，桩基的计算理论与方法，仍然是不够完善而有待研究发展的。
桩基础可以采用不同的材料（木、现场灌注；打入法、压入法），可以支撑在不同的土层中，可以作为各类工程结构物的基础（建筑的低桩承台、桥梁或码头的高桩承台），因而其受力性状各不相同，承载能力相差悬殊，施工工艺和设备极其多样。桩基技术极为复杂，发展空间相当广阔，成为地基基础领域中的一个非常活跃的、具有很强生命力分支领域，50年来出现了许多新的桩型、新的工艺、新的设计理论和新的科技成果，成为我国工程建设的有力支柱。本文对钻孔桩进行了综述，并阐述了他们的试用条件。
关键词： 桩基础 混凝土 钢筋 配合比 泥浆
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一、概述
1、工程概括
省道S210线娄底段涟源至潭邵高速双峰互通改建工程（三步桥～光田湾）的建设是改善区域内投资环境、促进经济建设发展的需要，是完善区域公路网结构，加强干线道路的连接的需要，是交通、防洪、旅游事业发展的需要，是合理规划城市布局，加快城市建设的需要，对改善当地人民群众的生活水平、促进经济开发具有非常重要的意义。本合同段起点桩号K2+600，,终点桩号K5+629.233，全线长3.296Km，在终点处与原有S210老路顺接。K5+277.2张家湾中桥上跨涟水河支流。该桥设计为3-16m预应力砼空心板梁桥，桥梁全长55.04m，平面位于R=222.3，Ls=90的缓和曲线内，全桥加宽0.87m。桥面宽13.37m＝0.5m（防撞墙）＋12.37m（行车道）+0.5m（防撞墙）。纵面位于R=6007.34,T=241.47,E=4.85的竖曲线内，右交角45度，桥梁基础均为钻孔桩基础。本施工方案选择K5+277.2张家湾中桥2#墩4#桩作为本试桩对象. 2、方案目的
(1)对设计地质进行验证，取得详细地质参数；
(2)研究适合本段工程地层特点的钻孔设备及各种设备在相应地层施工工效；
(3)对已有的护壁技术进行验证，得到相应护壁技术参数； (4)确定适合于本段工程地层条件的清孔方法；
(5)研究钢筋笼保护层措施的可靠性和下设的最优方法； (6)验证钻孔桩混凝土的浇筑方式、工艺的合理性； (7)检验施工准备工作的周密性、严谨性。 3、施工便道布置
试验区内根据地形条件和各阶段的施工项目修建顶宽4.5m的临时施工道路，满足场内交通的需要。 4、施工供电布置
本桥施工现场用电由搅拌站内配电室接至桥梁施工现场，满足施工用电需要。用电线路采用电线架空直引至现场，场内设配电箱，按用电管理规定进行接电管理。
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5、施工供水布置
桥梁施工现场利用旁边溪河水,可满足施工要求 6、钢筋加工厂布置
桥梁施工所用主要材料由项目经理部按有关规定统采购并运送至施工现场。混凝土由拌和站统一拌制，混凝土运输由自卸汽车运送至施工现场。钢材：在桥梁施工现场设钢筋加工场，就地加工。 7、泥浆池制备
施工前本着节约、方便施工的原则确定泥浆池位置，一般可根据使用的泥浆泵的功率依照相邻墩的桩基共用一座泥浆池的原则来确定泥浆池位置，泥浆池大小本桥采用统一尺寸4m×3m×2m。
开挖以前先挖探沟，经有关人员确认泥浆池位置无地下管线。泥浆池可按照1：0.75放坡，开挖完成后应立即按照要求设置1.5m高的钢管栅栏围护并在醒目位置悬挂标识牌、警示牌等。泥浆池造浆前其底部及四周使用厚塑料布进行衬护。
现场泥浆制备完成后应立即报现场工程师验收，泥浆各项指标合格后方可使用。
8、 污水与废弃物处理系统 钻孔出渣、废弃的浆液不得在施工现场就地排放，采用自载汽车运至指定弃渣场。
二、资源配置
2.1 人力资源配置
根据本段桩基的地层情况、工程量及总体工期安排，施工人员配置按照1台冲击钻机机组、1个混凝土浇筑队、1个钢筋加工队、1个辅助作业队和1个后勤组，三班作业的工作方式进行考虑。
辅助作业队主要包括电工、供水等人员，后勤组主要包括现场值班技术人员、安质人员、内业技术人员、物资材料人员、修配、食堂、车队人员等。本段桩基试验总计需要各类施工人员24人，详见表2.1.1。
表2.1.1 施工人员计划表
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2.2 主要施工机械设备
主要施工机械设备表2.2.1。
表2.2.1 主要施工机械设备表
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三、现场钻孔
3.1 施工准备
在三通一平的基础上，钻孔的准备工作主要有桩位测量及放样、制作和埋设护筒；泥浆备料调制、泥浆循环系统设置及准备钻孔机具等。 3.2 施工工艺流程
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3.3 钻孔场地准备
用挖机将基坑内淤泥清除后将桩基工作面开挖、平整。平整压实后的场地标高控制在0.5m左右。 3.4 测量放样
根据设计所提供的控制点，采用全站仪现场布置控制网并复核。依据桩基中心轴线坐标值，用坐标法放样桩基中心线、桩基中心点等，并打入标桩，中心线的放样误差应控制在2cm范围内。在距桩中心一定距离的稳定基础上设置十字形控制桩，便于校核，桩上标明桩号。测量放样成果经监理复核后使用。
本工程的测量仪器有：全站仪1台，水准仪1台，50米卷尺1把。 3.5 埋设护筒
钢护筒在加工场里制作，护筒采用4～7mm厚钢板制作，为增加刚度防止变形，在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。护筒内径大于桩直径20～40cm，护筒长度为2.0～4.0m，用汽车运输至现钻孔护筒场进行埋设安装。使用水准仪将高程引到护筒上，并做红漆标记。护筒的底部埋置在地下水位或河床以下1.5m，护筒顶部高出地面50cm，且高出施工水位或地下水位1.5～2.0m。护筒周围夯填粘土，防止漏水。护筒平面位置偏差不得大于5cm。开钻前放水浸泡24小时。 3.6 泥浆制作
1、泥浆池的设置
本工程设泥浆沉淀池和循环池各一处。泥浆池宽4m，长3m，沉淀池宽14m，长16m，深度均为2m。
2、泥浆配制
本工程泥浆采用粘土造浆。造浆用的粘土塑性指数应大于15，小于0.05mm的粘粒含量大于50%，制备的泥浆满足下述要求：
①比重：粘土、岩层为1.0～1.25，软土、砂层为1.2～1.6； ②粘度：粘土、岩层为16～22s，软土、砂层为19～28s； ③含砂率：小于4%； ④胶体率：不小于95%；
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⑤PH值：大于6.5； 3.7 钻机就位
钻机就位前，对钻孔作业面的各项准备工作进行检查，包括场地布置与钻机座落处平整和加固，主要机具的检查、维修与安装，配套设施的就位及水电供应的接通等。
钻机安装就位后，底座和顶端应平稳，不得产生位移和沉陷。顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和桩孔中心三者应在同一铅垂线上，其偏差不得大于20mm，以确保钻孔垂直度误差≤1%的要求。 3.8 钻进成孔
1、钻机开钻前，应检查各种机具，设备是否状态良好，泥浆制备是否充足，以及水、电管路的畅通情况，确保正常。
2、正式钻进前，先启动泥浆泵，使之空转一段时间，待泥浆输入孔口一定数量后方可正式钻进。
3、开始钻进时，控制进尺速度及钻压，采用“低压慢进”措施，待钻至护筒下1m 后，再以正常速度钻进。
4、钻孔作业必须连续进行，不得中断。因故必须停钻时，孔口必须加盖防护，并且必须把钻头提出孔道，以防埋钻。
5、在钻孔过程中，必须绘制孔位处的地质剖面图，挂在钻台上，以供针对不同土层选择适当的钻头、钻压、钻速和泥浆比重等参考。并且，经常注意土层变化，在土层变化处均应捞取渣样，以判断土层，并记录表中，与设地地层作核对。
6、钻过程中随时补充损耗、漏失的泥浆，保证钻孔中的泥浆浓度，且高出地下水位至少1.0m，防止发生坍孔、缩孔等质量事故。
7、当钻孔距设计标高1.0m时，注意控制钻进速度和深度，防止超钻，并核实地质资料，判定是否进入要求的持力层。当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，进行清孔、灌筑混凝土。
8、钻孔的允许误差：
①、平面位置：任何主向在50mm内； ②、孔径：不小于设计；
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③、倾斜度：1/100桩长；
④、沉淀厚度：小于5cm（端承桩）； 3.9 清孔
清孔必须达到两个要求：第一是满足泥浆指标，符合清孔后的要求；第二是保证灌注混凝土前，沉碴厚度符合有关规范规定。施工中进行两次清孔。
第一次清孔：当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度采用检孔器进行检查确认钻孔合格后，即可进行第一次清孔。
清孔应达到以下标准：孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。同时保证水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度：柱桩≯5cm、摩擦桩≯20cm。严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。
第二次清孔：由于安放钢筋笼及导管准备浇注水下混凝土，这段时间的间隙较长，孔底产生新碴，待安放钢筋笼及导管就序后，采用换浆法清孔，以达到置换沉碴的目的。施工中勤摇动导管，改变导管在孔底的位置，保证沉碴置换彻底。待孔底泥浆各项技术指标均达到设计要求，且复测孔底沉碴厚度在设计范围以内后，清孔完成，立即进行水下混凝土灌注。
四、钢筋笼制作及吊放
4.1 钢筋骨架制作
钢筋笼加工在钻孔作业面附近的钢筋制作场内分两段进行，每段长度9米，用钻机副机吊入孔内。钢筋笼接长采用电焊机现场焊接。
单节钢筋笼采用四点平吊法起吊，钢筋笼升到空中平稳后，尾部的副锡松绳，钢筋笼在空中慢慢完成，由水平到竖直的转身。吊起前先用测孔器探测孔径，如有缩颈则应用钻头上扫清。
钢筋笼按设计要求，采用2m一道加强箍加强，防止装吊时变形。钢筋笼在入孔前，在骨架外侧每2米设混凝土保护层，混凝土保护层直径10cm，用Φ8
钢筋横穿，并焊接于主筋之上，每处共4块，间隔2米，以保证主筋保护层厚度。 钢筋笼保护层垫块采用Ｍ50高强度砂浆垫块，采用集中生产法制作。钢筋笼保护层垫块安装：沿钢筋笼长度每隔2m设置混凝土块4块，沿桩均匀分布，垫块为圆形，直径为12.2cm，圆块中心穿钢筋并与桩身钢筋焊接固定。混凝土块与钢筋笼密贴并连接牢固。确保钢筋笼均匀对称于桩孔后，方可灌注混凝土。
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4.2 钢筋骨架的存放、运输与现场吊装
钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的方木，以免受潮或沾上泥土。每个钢筋笼制作好后要挂上标志牌，便于使用时按桩号装车运出。
钢筋骨架在转运至墩位的过程中必须保证骨架不变形。采用汽车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高度相等。
钢筋笼入孔时，由25t吊车吊装。在安装钢筋笼时，采用两点起吊。第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分之一点之间。应采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下放。
骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，钢筋笼的定位采用螺纹钢筋悬挂在钢护筒上。
钢筋笼中心与设计桩中心位置对正，反复核对无误后再焊接定位于钢护筒 上，完成钢筋笼的安装。钢筋笼定位后，在6h内浇注混凝土，防止塌孔。 4.3 下设导管
桩基混凝土采用泥浆下直升导管法灌注施工，导管采用无缝钢管制成，导管内壁应光滑、圆顺、内径一致、接口严密；导管采用快速螺纹接头，导管接头处设2道密封圈，保证接头的密封性；导管φ内=300mm，壁厚δ=10mm，导管中间标准节长2m～3m，底节4m～5m，同时配备若干个1m和0.5m的导管，导管 在使用前应进行试压和水密试验，并按顺序编号。导管下放前检查每根导管是否干净、畅通以及密封圈的完好性。导管逐节吊装接长下放，直至距孔底20～40cm为止，下放过程中注意保持与孔位中心线一致。导管接长时通过活动卡盘固定。导管下放完毕后，做提升试验，检查在导管提升过程中是否与钢筋笼相互影响，
确保在混凝土浇注过程中提升导管时不会出现导管挂住钢筋笼的情况。
导管使用前要先丈量导管组装后的实际长度并编号，并且要定期进行接长水密性试验，试水压力为孔底静水压力的1.5倍。导管间连接要安放密封圈。
五、灌注混凝土
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5.1 混凝土原材料
(1)水泥：湖南韶峰P.O42.5，其初凝时间不宜早于2.5h，水泥质量符合验标的相关规定。
(2)骨料：料源为业主指定的当地砂石料生产厂生产的骨料。对含有活性成分的骨料进行专门试验论证，并经监理批准后方可使用。
细骨料采用级配良好的涟源市背后山机制中砂，细度模数在2.3～3.0之间。 粗骨料采用级配良好的涟源市背后山采石厂三级配碎石，4.75—31.5mm连续级配碎石，其中4.75-9.5mm占5%，9.5-19mm占80%，19-31.5占15%
(3)粉煤灰：湖南华润电力有限公司，掺量为胶凝材料用量的20%。 (4)外加剂：湖南永利YL-H缓凝高效减水剂，减水率为26%，其掺量为胶凝材料用量的1.2%。
(5)水：拌和用水采用打井地下水，但必须经过水质检验合格后方可使用。 5.2 混凝土配合比
1．计算基准混凝土的试配强度
Fcu,o=fcu,k+1.645σ=25+1.645×5=33.2Mpa 2．水胶比： W/B=αafb/(fcu,0+αaαbfb)
γc富余系数1.05 ,
fce=γc·fce·g=1.05×42.5=44.6 Mpa fb=γfγsfce=0.85×1.0×44.6=37.91 粗集料使用碎石, 查表得 αa =0.53, αb =0.2 粉煤灰选用二级粉煤灰，查表选取γf=0.85, γs=1.0 W/B=(0.53×37.91)/(33.2+0.53×0.2×37.91)=0.54
根据现场施工条件及运输距离考虑参加1.2%的缓凝高效减水剂和20%掺粉煤灰取W/B=0.49 3．单位用水量
要求砼坍落度：180~220mm碎石公称最大粒径31.5mm,经查表计算选取用水量mw=235kg/m3;经试拌减水率为26%。计算用水量为：mwa=mw0(1-β)=235×(1-26%)=174kg；
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4．胶凝材料用量：174÷0.49=355kg 5．粉煤灰用量：Mf=355×20%=71kg 6．水泥用量Mc=355-71=284kg
7．减水剂用量：（284+71）×0.012=4.26Kg
8．确定砂率：由于此砼配合比坍落度设计要求为180～220mm,砂率暂选取βs=45%（注：不能满足要求时作调整）。 9．确定砂石用量：
假设混凝土表观密度为:2400kg/m3； mc+mf++mw+ms+mg=2400 kg
ms
×100%=0.45 ms+mg
解联立方程得: 砂ms=842kg/m3; 碎石mg=1029kg/m3; 10．理论配合比为:
水泥：粉煤灰：细集料：粗集料：水：减水剂=284:71:842:1029:174:4.26 较理论配合比用水量不变的前提下增减水胶比0.05得另外两组配合比： 水泥：粉煤灰：细集料：粗集料：水：减水剂=316:79:824:1007:174:4.74 水泥：粉煤灰：细集料：粗集料：水：减水剂=258:64:857:1047:174:3.86
表一 混凝土拌合物性能
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表二 各水胶比抗压强度
八、假定砼设计表观密度为：2400kg/m3，实测砼表观密度为：2430kg/m3。
该砼表观密度实测值与计算值之差的绝对值未超过计算值的2%,故不做调整。
根据混凝土拌合物和易性及力学性能检验结果，选定水胶比为0.49时为设计配合比，确定试验室配合比为：
水泥：粉煤灰：细集料：粗集料：水：减水剂=284:71:842:1029:174:4.26 5.3 水下灌注
在水下混凝土灌筑过程中，每根桩做不少3组砼抗压试件。并经常检测其坍落度，使之符合规范要求。
1、安装导管，放入孔内，导管下口离孔底25～40cm为宜，上口与储料斗相连，储料斗的容积按首次埋管深度不小于1.0m设计。
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2、安装好导管后，再次探测孔底沉渣导度，如大于规定，则进行第二次清孔处理，确保沉渣厚度不超出设计及规范要求。
3、水下混凝土灌筑时，首批混凝土不得少于2.9m3，保证导管埋入深度不小于1m。在混凝土浇筑时，混凝土输送车的首罐方量为8m3，漏斗容积为1.8m3，漏斗封板提起后，混凝土泵车连续送料。
4、在水下混凝土灌筑过程中，经常用仪器探测孔内混凝土面的标高（也可用测绳），及时调整埋管深度。一般埋管深度控制在2～4m左右，但不得大于6m，不得小于1m。
5、水下混凝土灌筑，连续有节奏地进行，中途不得中断，并尽量缩短拆除导管的间隔时间。当导管内混凝土不满时，须徐徐灌筑，以防产生高压气囊压漏导管。并防止灌注过程中发生坍孔、缩孔，经常保持孔内水头高度。
6、当混凝土灌筑至接近钢筋笼骨架时，加大导管埋深，放慢灌筑速度，以减少混凝土对钢筋笼的冲击，防止钢筋笼上浮。
7、钻孔桩水下混凝土灌筑时在设计桩顶上多灌筑1.0m，以保持桩与墩柱之间的混凝土连接质量。
8、水下混凝土灌筑完并在水下混凝土强度达到2.5MP。后方可拆除护筒。钻孔桩成桩质量须符合下表要求： 表三 钻孔桩成桩质量检查表
9、凿除桩头至少80cm，保证桩与承台或墩柱砼良好的整体性。
六、特殊情况处理与预防措施
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在钻孔过程中免不了会出现一些意料不到的情况，比如塌孔、钻孔倾斜、扩孔、缩孔、掉钻、卡钻等等。为了让工程顺利进行，我们必须预防或者在这些情况出现时能做到有效的处理。所以处理钻孔的突发事故时非常有必要的。 1.塌孔
产生原因：泥浆比重不够及其他性能指标不符合要求，是孔壁未能形成坚实泥皮；护筒埋置太浅，下端孔口漏水；由于掏渣后未能及时补充水或泥浆或钻孔通过沙砾等强透水层，孔内水流失造成孔内水头不够；松散砂层中进尺太快。
预防和处理措施：在松散砂层中钻进时要严格控制进尺，投入粘土膏、卵石等挤入孔壁起护壁作用；发生孔口坍塌时，拔出护筒用粘土回填，重新埋设再钻；发生孔内坍塌，判明其位置，用砂和粘土回填到孔处以上1～2m，待沉积物密实后再钻。
2.钻孔倾斜
产生原因：钻孔中遇有较大孤石；在有倾斜度的软硬地层交界处钻头受力不均；扩孔较大处，钻头摆动偏向一方；钻机底座不水平，钻杆弯曲。
预防和处理措施：遇孤石或倾斜的软硬地层钻进时，低速钻进，控制进尺；经常检查钻机底座水平、钻杆接头，并及时高速正。 3.扩孔
产生原因：孔壁塌进。
预防和处理措施：局部扩孔不影响钻进至设计标高可不处理；若扩后继续坍塌，按塌孔处理。 4. 缩孔
产生原因：钻锥严重磨耗或软塑土遇水膨胀。
预防和处理措施：及时焊补钻锥，上下反复扫孔以扩大孔径。 5. 掉钻
产生原因：卡钻时强扭；钻杆疲劳断袭；操作不当。
预防和处理措施：开钻前清除孔内杂物，用电磁铁或其它方法；经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置；采用打捞钩，打捞叉吊出。
6. 卡钻
产生原因：形成了梅花孔；钻头磨耗没及时焊补；遇孔内掉入物体卡在钻头。 预防和处理措施：经常检查转向装置防止失灵；经常测定泥浆比重，防止泥
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浆太稠增大阻力；采用较大冲程、低速度，使钻锥有足够时间变换位置；用冲吸的方法净卡住的钻头周围的钻渣松动后取出。
七、结论
本文通过对当今普遍采用的钻孔灌注桩施工工艺的分析，参照大量历史资料，认真总结出一整套施工工艺和质量控制指标，并进行了全方位的论证，得出的主要结论如下：
1.钻孔方法和机具的选用是影响桩基成孔质量的第一个关键环节，在施工前的施工组织设计中应按地质情况以及设计要求去综合考虑，选择方案时，应以选择对桩基质量有利的方案为原则。
2.钻孔灌注桩的这一技术的发明，实际上就是因为使用了泥浆，因此，可见泥浆在钻孔灌注桩中的重要性。本文提出了粘土和砂土孔壁稳定的条件，进一步论证了泥浆的重要性；结合工程实践，通过实验探讨泥浆的护壁性能，提出了合适的泥浆配合比。
3.护筒的制作与埋设往往关系到桩基是否出现钻孔施工事故的关键之一，因此应给予足够的重视。
4.一旦出现桩基施工和质量事故，就应仔细分析其原因，找出正确的措施进行解决，要做到对症下药。对付事故的最好办法还是以预防为主，在施工之前，就应做足一切必要的防患措施，尽量做到少出事故。
八、参考文献
1．《公路桥涵施工技术规范》JTJ/T F50-2011 2．《公路工程集料试验规程》JTGE42-2005 3．《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011 4．《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90 5.《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003 6.《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94
7.《灌注桩基础技术规程》 YSJ212-92YBJ42-92
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