黄土区高速公路超长大直径桩基旋挖钻半孔泥浆施工技术

李亚胜

(山西交控集团太旧高速公路分公司，山西 太原 030031)

1 项目背景

某高速公路工程项目位于黄土地区，采用的是双向四车道，设计行车速度为100 km/h。此项目中包含了多座高墩大跨桥梁，桩基数量大约为5 500根，而大于60 m的超长大直径桩基数量接近为900根，最大的桩基直径为2.5 m，桩身长度为96 m。其中超长大直径桩基主要处在峡谷岸坡，现场地质从上至下为新黄土、古土壤以及老黄土，而桩身的中部、下部多是古土壤与老黄土，桩底处在老黄土层之内。

2 施工技术

具体施工流程如图1所示。

图1 施工流程

2.1 场地整平

选择“推土机+压路机”的方式实施桩基现场整平压实处理，同时从场地周围设置截水沟，以及坡率为2%的单向或双向排水横坡，以免桩基受到雨水的浸泡[1]。此外，桩基现场黄土的湿陷性等级比较高，所以需要选择强夯方式处治黄土湿陷性。

2.2 护筒埋设

钢护筒的内径应大于桩径20 cm，且厚度≥12 mm。若是桩径>2.2 m，护筒的顶部需要进行双层焊接处理。而护筒的埋设长度必须结合现场地质条件而定，应穿越现场地下软弱层，同时通过计算保证能够安全承载钻机、吊车以及混凝土罐车等方面施加的荷载。若是护筒埋设的长度相对偏短，则应选择挖掘机实施挖埋处理；若是护筒埋设长度相对偏长，就要选择旋挖钻大直径钻头实施钻埋，对于周边空隙则采用黏土密实填塞或是采用砂浆实施密实填塞。

2.3 泥浆制备

综合考虑桩基及成孔数量合理建立泥浆池，一般泥浆池体积控制为桩基护壁段的1.5倍，基本包含了制浆池、储浆池以及沉淀池，其中混凝土灌注阶段需要将排出的泥浆引入到沉淀池之内，然后实现循环式使用[2]。泥浆选择的是膨润土造浆，同时合理掺入烧碱、防塌剂以及堵漏剂。在钻孔施工阶段，将泥浆比控制为1.1 t/m3之内，若是塌孔现象比较严重，则需要适当提升泥浆比。

2.4 钻孔与检测

湿陷性黄土需要选择筒式钻头。桩身上部干法成孔的长度需要大于裂隙、针孔以及陷洞等。钻进阶段应原地顺时针方向旋转开孔，首先慢速进行钻孔，待钻到土层1 m之下，然后将钻进速度调整为正常钻速，见表1。钻进施工时需要反复旋转钻头实现孔壁挤压，以提高孔壁的密实性。

表1 钻孔钻进与提钻速度控制要求

干法成孔钻进到试孔确定泥浆护壁段顶面之下2 m位置后停钻，然后把钻头提出，同时将泥浆灌注到孔底。其中首次泥浆灌注≤2 m，接着边钻进边补充泥浆。此外，泥浆护壁钻孔进尺速度应保证≤8 m/h，而且每次提钻需要把钻头提到泥浆液面之上，然后停顿大约30 s，在钻斗中泥浆全部排出才可以继续提钻，以免钻头内泥浆下落而对孔壁进行冲刷，从而引发塌孔现象[3]。钻进到设计孔底标高之后，通过正向旋转把孔底中的松土清理干净。

成孔后，需要及时选择智能检孔仪器实施孔深、孔径以及倾斜度等相关指标检测，同时认真、准确记录，以保证成孔效果。

2.5 钢筋笼制安

钢筋笼基本采用钢筋滚笼机分节制作方式，或是长定位胎架分节制作方式，相邻2节钢筋笼需要预先进行拼接，同时焊接成骨架，然后进行分解，将对接位置进行准确标记，以实现孔口的有效拼接。此项目中钢筋笼制作采用的钢筋长度控制为12 m，同时钢筋骨架保护层无需设置定位筋，以防止挂塌孔壁，而应选择砂浆环形垫块。

钢筋笼孔口接长需要以焊接方式制作型钢矩形井口架，以有效支撑钢筋笼，并为混凝土灌注施工提供平台。为了防止钢筋笼出现变形，需要从钢筋笼内建立支撑筋，且运输阶段设置定位架进行固定。而支撑筋需要在钢筋笼入孔之后进行割除，以免卡挂导管。在钢筋笼安装阶段需要以垂直方式吊装钢筋笼，禁止出现倾斜现象。

2.6 导管安装

此项目中导管以丝扣方式进行连接，单节长度控制为4 m。正式使用之前必须实施试拼以及实现水密性、接头抗拉试验。此外，导管内径需要符合混凝土灌注速度及反压顶升扩散要求，其中直径大于2 m的桩基，应采用内径≥35 cm的导管[4]。

2.7 清 孔

在导管安装施工结束之后，需要及时实施二次清孔，可以选择的方式包含高压风吹、高压水冲等。其中高压风吹方式是指从导管中合理插入高压风管，且插入到孔底，紧接着启动高压风，通过高压风把孔底中的沉渣与泥浆混合，或是吹翻到孔内浆液的上面，然后从导管外以高扬程水泵的方式将高浓度泥浆有效抽出，最后注入适量的清水或是较低浓度的泥浆以将孔中泥浆稀释到1.1 t/m3之下；而高压水冲方式是指从导管中有效插入高压水管，通过高压水把孔底位置的沉渣与泥浆混合，剩余操作流程与高压风吹方式基本相同。

2.8 混凝土灌注

混凝土灌注施工之前，需要实施孔底沉渣与泥浆比重检查。由于超长大直径桩基的灌注方量相对偏大，施工时间比较长，因此，应选择超长缓凝混凝土，保证初凝时间>灌注时间1.3倍，同时不大于20 h。导管的上部处于空状态，混凝土长距离下落会出现分散，若是混凝土分散相对偏多，就不能把导管中泥浆排出导管外，所以应从导管中的顶部设置隔水球，保证混凝土整体式下落以及管内泥浆的有效排出。

超长大直径桩基混凝土灌注产生的冲击力相对偏大，为了防止首批灌注混凝土产生的夹泥被新灌注混凝土冲破，需要确保超长大直径桩基的导管埋深为8～12 m，以形成较大的反压顶升力把首批混凝土以缓慢的速度顶升到桩顶，从而实现混凝土灌注阶段浆液沉渣与小塌方块排出孔顶之外[5]。在混凝土灌注阶段需要保证连续性灌注施工。待混凝土灌注到干法成孔位置后，桩壁会吸收泥浆内的水分，且部分水分以从裂隙、虫孔等位置渗走，导致泥浆黏稠度提升，甚至出现淤泥现象，所以灌注施工时应对混凝土、泥浆深度进行测量，若是泥浆浓度提升，需要及时插入水管进行清水补充或是加入较低浓度的泥浆，以实现泥浆浓度的有效稀释。当混凝土灌注到桩顶标高后，选择PVC管将桩顶中部分钢筋进行套住，以实现桩头凿除时钢筋的切实防护。

3 总 结

本文结合高速公路工程项目实际情况，重点研究了高速公路超长大直径桩基旋挖钻半孔泥浆施工技术，主要包含了场地整平、护筒埋设、泥浆制备、钻孔、钢筋笼制安、导管安装、清孔以及混凝土灌注等。实践表明。黄土区高速公路超长大直径桩基采用旋挖钻半孔泥浆技术合理、可行，保证了超长大直径桩基施工质量，为类似项目施工提供了借鉴。

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