治理深圳河第四期工程罗芳耕作桥桩基施工技术
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摘 要：桥梁工程中桩基的功能是将上部结构的荷载传至地下较深的密实或低压缩性的土层/岩层中，以满足承载力和沉降的要求，桩基质量直接影响桥梁的整体质量与使用安全，在整个桥梁施工中极其重要。本文结合治理深圳河第四期工程罗芳耕作桥重配工程冲孔灌注桩施工实际，阐述冲孔灌注桩施工过程的步骤、质量控制措施， 最后，还对施工过程中可能出现意外情况提出了相应的解决办法。
关键词：深圳河治理工程 桥梁 冲孔灌注桩 施工
1.工程概况
深圳河是深圳市与香港特别行政区的界河，也是深圳市最重要的排洪入海河流，全长37km，流域面积312.5km2。为解除深圳河沿线及周边地区洪水威胁，提高深圳河防洪能力，深港两地政府于1995-2007年间完成了三期工程的治理，全长13.67km。2013年8月开始实施第四期工程即平原河口至拟建莲塘口岸上游620m段的河道治理，总长约4.4km，至2016年12月底已完成深圳河第四期工程下游河段1.94 km的治理。
治理深圳河第四期工程主要建设内容包括河道工程、堤岸工程、滞洪区建设、罗芳耕作桥重配工程、深方截污工程、堤岸覆绿工程、边防巡逻路及保安围网重配工程等。本文主要研究治理深圳河第四期工程新建罗芳耕作桥工程的桩基础施工技术，罗芳耕作桥工为简支梁3跨结构，桥跨为9.85+12.35+11.10m，桥长40m，桥宽4m，采用钢筋混凝土灌注桩基础。
2.场地工程地质条件及水文地质条件
2.1地形地貌特征
本工程区属深圳市南部低山丘陵地貌，河曲发育，河床浅窄，坡降平缓，两岸以冲积阶地、漫滩、河曲等地貌为主。深圳一侧建筑物较多，原始地形变化较大，港方一侧原始地形保留较完整。
2.2地层岩性
2.3水文地质条件
场地地下水主要赋存于冲洪积的层砂中，含水、透水性较强，地下水与河水联系密切，属潜水类型，勘察期间测得钻孔稳定水位埋深0.2-3.5m之间，地下水位标高在3.30米至4.02米之间。
3.桩基础施工技术
罗芳耕作桥重配工程桥桩基为钢筋混凝土灌注桩，桩径1200mm，全桥共12根，采用C40混凝土。桥台位置布置3根桩，三角布桩，共6根，设计桩长35.15m，主筋采用双层共40根Φ32钢筋，箍筋采用Φ12@250钢筋；桥墩位置布置3根桩，三角布桩，共6根，设计桩长35.15m，主筋采用20根Φ32钢筋，箍筋采用Φ12@250钢筋。
为进一步确定灌注桩桩位的地质情况，施工前进行了逐桩补充地质勘查。经勘察，施工区基岩为千枚岩，在高程-27.5m附近出露，岩性良好，可作为桩基的持力层。根据灌注桩桩位的补充地质勘查结果，参建各方研究确定灌注桩终孔深度需入微风化岩层1.0m，各灌注桩终孔高程根据补勘成果以进入微风化岩层1.0m为准，实际桩长26.65～36.65m。根据地质条件和考虑工期，本工程桩基全部采用冲击钻成孔，泥浆护壁，孔口埋设钢护筒，清孔采取二次清孔方案。
为核对地质资料、检验设备、工艺及施工技术要求是否适宜，桩在施工前，首先在3#桥台的P12桩位进行试成孔，证实施工工艺的可行性。
3.1施工工艺
测量放线定位埋设护筒钻机就位钻孔至设计深度注泥浆清孔成孔检查钢筋笼吊放驳接插入砼导管二次清孔灌注水下砼拔导管孔口处理基桩检测。
3.2灌注桩施工方法
（1）测量放样，采用全站仪通过测量基线控制确定桥桩及桥轴线的位置。
（2）设置泥浆池和沉淀池，泥浆采用膨润土制配。
（3）钢护筒用δ=5mm的钢板卷焊而成，内径应大于钻头直径200mm，埋入深度不小于1.0m，o筒顶高出地面0.3m和高出地下水位2.0m以上，以保证筒内泥浆水头、护筒顶部开设1～2溢浆口。埋设钢护筒以十字交叉线控制护筒埋设位置，使护筒中心及桩位中收重合一致。用粘土在护筒外周填实，保证护筒的稳定及护筒底不漏泥浆，护筒中心与桩位中心的偏差控制在30mm以内。
（4）成孔
钻机就位前，将孔位场地填筑平整好，以便安装钻机。钻机平台要平整、牢固。为使底座和顶端平稳，采用枕木作钻机机座，保证钻机在钻进施工时不产生倾斜和沉陷，保持钻盘水平和钻杆的垂直，钻头及钻杆中心对准桩位中心。钻头采用吊锤定位，垂直度采用钻机自动测定，并通过线锥或全站仪校核。本桥0#桥台、1#、2#桥墩位于河道中，钻孔平台采用筑岛法，筑岛泥砂在河道中就近挖取，填土外部按1：1.5放坡采取土工布覆盖及砂土编织袋压实措施，以防冲刷。
钻孔采用泥浆护壁，开孔前投入粘土注水，以小冲程反复冲击，钻孔泥浆液面应至少高出外部地下河水位2m以上，保持一定的水头压力，并低于护筒顶面0.3m，防止泥浆溢出，掏渣后及时补水。开始钻孔时，应以小冲程钻孔，以保证孔的位置正确，防止偏斜。在钻孔过程中，钻具升降速度不宜过快，并均匀放松钢丝绳长度。
在钻进过程中，进尺的速率根据土质情况加以控制，专人经常检查钻孔泥浆比重，定期测定粘率，含砂率、胶体率和稳定性。在粘性土及含砂率小的泥岩中，宜用中等转速稀泥浆钻进。在砂性土及含砂率高的易塌孔土层中，宜用低转速、大泵量、稠泥浆钻进。在成孔进过程中，勤于观察，防止坍孔、偏位、扩孔、缩孔和漏浆等事故发生。
钻进成孔施工中，做好钻孔记录，其内容包括孔位、孔口高程、开钻时间、钻进速度、计钻进深度、泥浆比重及钻杆时间及长度；同时随时抽取钻渣，观察土、岩层的变化，做好记录，以便与地质剖面图对照核对。钻孔作业分班连续进行，不能中途停钻，确需停钻将钻头提至孔外，并保持孔内水头及泥浆稠度。
（5）清孔
当钻孔达到设计孔标高时，对孔深、孔位和孔形进行检查，合格后报工程主任经查验通过后即进行清孔。清孔时应保持孔内水头号高度，孔内水位保持在地下水位以上2m，防止塌孔。清孔后孔底沉渣厚度小于5cm，从孔底置换出的泥浆比重小于1.15～1.25时为合格。
（6）钢筋笼制安
①钢筋笼制作
钢筋进场后立即取样送检，材验合格后方能组织工人加工。根据补充钻孔，钻孔灌注桩实际桩长为26.65～36.65m，钢筋笼按桩长分两节或三节加工制作，钢筋笼的主筋和箍筋之间采用电弧焊焊牢。钢筋笼自上而下以2m间距设钢筋保护层垫块，保证浇筑桩的保护层厚度。将制作好的钢筋笼稳固放置在平整地面上，防止变形，并挂牌标明钢筋笼的长度及对应的桩号。
②钢筋笼安装
第一，起吊钢筋笼采用扁担起吊法，起吊点在钢筋笼上部箍筋与主筋连接处，设置2～4个吊点且吊点对称。
第二，下笼时由人工辅助对准孔位，保持垂重、缓慢下沉，避免碰撞孔壁。
第三，下放过程中若遇到障碍应立即停止，查明原因进行处理，严禁高提猛放和强制下入。
第四，下放钢筋笼时，严格控制笼顶标高。下完第一节后用钢管或型钢横穿固定，再用吊机吊住下一节进行搭接。灌注桩的钢筋连接方式应依据合同要求，香港侧采用绑扎搭接，搭接长度为40d；深圳侧采用帮条单面焊搭接，搭接长度为10d，在焊接时注意两节钢筋笼的轴线一致。然后利用吊机起吊，把钢筋笼吊放到设计要求的标高位置。达到设计标高后四周固定四根吊杆，防止钢筋笼下沉或浇筑混凝土时上浮。
第五，钢筋笼下放到位定位牢固后应及时清孔并进行验收，同时做好水下砼灌注前的各项准备工作。
（7）水下浇注混凝土
采用C40商品混凝土，由混凝土搅拌车运送到现场，再通过混凝土输送泵泵送灌注。采用内径20cm钢导管，导管使用前作水密承压和接头抗拉试验，水密试验的水压为孔内水深的1.3倍压力；确保导管在浇灌过程中的高压状态下不渗水。
首批砼的灌注量必须保证导管初次埋深不小于1m和填充导管底部的要求。初灌混凝土时，导管提离孔底30～40mm，灌入初灌混凝土后检查溢浆情况，有无串浆漏水，一切正常即可连续进行水下灌注。灌注过程连续进行，导管埋深控制在2～6m范围内；并常检查测量孔内混凝土面高程，并与灌注的混凝土数量校对，以控制导管的提升速度和高度，避免导管埋管深度超出规范要求，造成断桩等质量事故。混凝土灌注至高于设计桩顶0.5～1.0m，以保证凿除桩顶浮渣后桩头的砼质量满足设计要求。
（8）灌注效果的检验
灌注桩施工过程中做好对孔位、孔口高程、孔位坐标的复查，对冲孔、清孔、钢筋笼的制作及安装、水下砼浇注等记录的复查；并按规范要求对混凝土进行性能检测和进行28天抗压强度试件取样。
当灌注桩砼28天龄期满后，对所有灌注桩进行抽芯试验及超声波检测以检验灌注桩的质量，试验检测结果均符合规范要求。
经试验检测结果，砼抗压强度保证率为99.5%，基桩完成性判定9根属I类桩，3根属II类桩，符合合同及相关规范要求。
3.3桩柱工程质量保证措施
（1）砼灌注桩施工质量控制重点是成孔、护壁、清渣、钢筋笼制作及安装、混凝土水下灌注筑等工序。清渣、检查入岩深度、筋笼制作及安装工序完成后均须经隐蔽工程验收，只有验收合格后，才能进行下道工序施工。
（2）灌注桩施工过程中密切留意地质情况的变化和监测，并采取相应的预防和调整措施，防止塌孔质量事故的发生。
灌注桩施工时应注意如下具体施工细节：
①成孔设备就位后应平正、稳固，成孔过程中应通过成孔机械上的测斜纠偏装置，随时调整垂直度，保证壁面平滑，在成孔和吊放钢筋笼等施工过程中，要注意对孔壁的保护，不让重物碰撞。
②泥浆施工前应做好配合比试验，泥浆的主要性能如密度、粘度、失水量及泥皮性质等应以专用仪器进行测定，在施工过程中应根据地质条件、地质情况的变化以及施工中泥浆性能的变化对泥浆加以调整。
③在施工过程中应及时补浆，确保槽内泥浆在安全范围以上，同时应防止地面水进入孔内和地下水位上升造成泥浆变质或产生渗漏，从而影响孔隙稳定。
（3）故障处理。
①遇有塌孔时，要仔细分析，查明原因和位置。塌孔不不严重时，可回填至塌孔位置以上，并采用改善泥浆性能，加高水头、埋深护筒等措施继续钻进。塌孔严重时，应立即将冲孔全部用粘土回填，查明塌孔原因，采取相应措施重钻，塌孔部位不深时，可采用深埋护筒法，将护筒周围用土填实，重新冲孔。
②遇有孔向偏斜、弯曲时，可以在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时，应回填粘性土到偏斜处，待沉积密实后再钻进。在硬质地层中出现斜孔时，应回填片石冲平后再钻进。
③遇有扩孔、缩孔时，应采取防止塌孔和防止钻锥摆动过大的措施，已发生缩孔时，采用外锥上下反复扫孔以扩大孔径。
④遇有钻孔漏浆时，如护筒内水头不能保持，宜采取将护筒周围回填筑实，增加护筒沉埋深，适当减小水头高度，或采取加稠泥浆，也可填入片石、碎卵石土，反复冲击，以增强护壁。
⑤发生卡钻或埋钻事故后，应查明原因，是否钻渣过多、塌孔或底层上涌但均不能强提，只宜轻提。轻提不动时，可用小冲击钻锥冲击或用冲吸的方法将钻锥周围的钻渣松动后再提出。
⑥掉钻落物时，宜迅速用打捞工具打捞，若落体已被泥砂埋住，应先清除泥砂后再打捞。
⑦在任何情况下，严禁施工人员进入没有护筒或没有其他防护设施的钻孔中处理故障。当必须下入护筒或其他防护设施的钻孔时，应采取防溺、防塌埋等安全设施后方可行动。
⑧灌注砼发生故障时，应根据不同情况进行分析和处理。当首批砼灌注后导管进水时，应将已灌入的砼拌和物吸出，改正操作方法后重新灌注。导管堵塞时可用振捣器振动导管，无效时，应及时将导管拔出，吸出已灌注砼，拔出钢筋笼，重新清孔、吊装钢筋笼和灌注砼。
4.结语
桥梁桩基由于深埋于地表下的特殊性和隐蔽性，而且多数施工区域地下水位较高，桩基的质量一直都较难控制，桥梁工程中桩基施工质量极为关键。因此，施工前必须全面仔细研究各桩位的地质情况，熟悉整个施工工艺流程，事先提出质量控制措施，并在施工过程中严格遵守和执行。本工程地质补充勘察揭示：岩石风化极不均匀，强风化千枚岩中常夹中风化千枚岩块及厚度1.2-5.1m中风化千枚岩夹层，施工过程中应密切留意地质情况的变化和鉴别，并采取相应的预防孔斜和调整措施，防止塌孔。本工程根据地基持力层高程变化，及时调整钻孔终孔高程，确保了桩基质量。