大直径超长钻孔桩基础深水施工技术

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摘要：本文结合某高速公路大桥的大直径超长桩基础深水施工实例，对施工中的难点已经施工方案和施工技术进行了介绍。

关键词：深水；大直径；超长钻孔桩；水下混凝土；施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

某高速公路大桥全长588m，主桥为63m+2×110m+63m变截面连续箱梁，引桥为先简支后连续T梁。主桥跨沙溪河，6 #、7 #、8 #主墩为深水桩基础，桩径为2.5m，混凝土强度等级为C30，桩长最长70m，孔深达到80m，承台为高桩承台，承台底标高为127.5m。根据地质勘察报告，河水正常水位为127.5m，水深约5m，最高洪水位为135.5m，水电站蓄水发电后正常蓄水位为133.5m；河床底平埋葬卵石厚度不大，下伏基岩为炭质粉砂岩。

2 工程难点

河水深，而且汛期的洪水对施工影响显著。而且河床基本没有覆盖，且基岩为强风化炭质粉砂岩。桩基孔深大、桩长，增加了施工难度。并且工期紧，要求在汛期来临之前完工。

3 主要施工方案

钻孔桩位于深水中，施工时受水流影响，为排除施工干扰，采用钢管桩、型钢及军用梁搭设钢便桥，并在桩位处搭设施工平台。根据地质情况，桩基采用正循环冲击钻(钻头重10t)冲击成孔，粘土造泥浆护壁；清孔采用换浆法；钢筋笼根据钢筋长度分节制作，汽车吊分节吊装入孔；混凝土采用拌和站集中拌和，混凝土搅拌运输车运输，导管法灌注水下混凝土。

4 施工技术

4.1 便桥、施工平台搭设

本桥6#、7#、8#主墩位于河道中，为便于施工，经综合考虑决定在主桥上游(因下游靠近水电站太近)搭设临时钢便桥，便桥长280m(考虑河东岸有70万方土方必须经便桥弃运至河西岸，故便桥为贯通便桥，若无特殊用途可不贯通)，跨径16.5m，桥墩采用6根φ426×8 mm钢管桩，桩间焊接φ110mm钢管连接，上部采用四片式军用梁，桥面满铺枕木，为防止枕木过快损坏及减小因枕木不平而造成的冲击力，在每个行车轮处纵向铺设三条18#槽钢带。施工平台钢管桩采用φ326×6mm钢管，桩间距5.8m，桩位考虑以后承台施工，桩间用φ110mm 钢管连接加固。平台主梁为双28#工字钢，分布梁为25#工字钢，间距0.9m，平台顶面满铺18#槽钢，净距6cm，并预留桩孔位置。为防止钻机施工过程中钻机下横梁颤动变形较大，采用小工字钢焊接成三角桁架局部加固。平台大小充分考虑钻机摆放、混凝土灌注等作业场地。

4.2 钢护筒制作及埋设

钢护筒采用10mm钢板卷制而成，直径深水大直径超长钻孔桩基础施工技术

图1施工平台结构图为2.8 m，护筒底及顶端内侧各焊一道水平加劲肋，肋板采用10mm钢板，上部肋板与顶面齐平，下端肋高于护筒底20～30cm。该桥位处正常水位时水深约5m，因河床底为基岩，考虑护筒下沉2.0m，同时考虑护筒顶面高出水面2～3m，故护筒采用9m。护筒采用标准宽度(1.5m)钢板卷制而成，采用双面焊接成9m一节。钢护筒埋设前首先在桩位处焊井字型导向框架，井字架内径比护筒大3～5cm 。导向架采用16#工字钢焊制，与四周平台钢管桩连接成整体。根据钢护筒长度在水面以上焊制3层导向框架，每1.5～2.0m焊一层，所有井字架必须在同一条垂线上，以保证护筒垂直度。

因河床为基岩且不平整，为防止护筒倾斜，在安装护筒前先用冲击钻在桩位处冲击河床使之平整，并前后左右移动钻机，使平整面大于护筒直径，然后安装护筒。钢护筒分节运至平台后焊接成整体，采用25T吊车吊装到位。钢护筒采用先冲击钻引孔后振动捶振动下沉的方式埋设，即钢护筒就位后钻机就位并冲击河床，并不断投入适当粘土造浆，同时钻机前后左右移动，当冲击深度达到50cm 左右后采用BP-42型振动锤振动下沉钢护筒。振动锤通过25#工字钢做成的十字架与钢护筒连接，使护筒四周均匀受力。至连续振动2min 下沉量小于5cm后拆除振动锤，继续采用同样钻进方法钻进50cm左右，再振动下沉钢护筒，直至钢护筒下沉至1.5～2.0m左右并且不漏浆为止。在下沉过程中，应时刻检测钢护筒垂直度，若倾斜超过1 %，应振动拔出重新下沉。

4.3 钻机的选择

根据本桥地质情况，地层中以强风化、弱风化岩层为主，选用GFZ2500型正循环冲击钻， 钻头质量为10t。泥浆泵功率为37kW 。

4.4 泥浆循环系统与排渣

泥浆采用优质粘土孔内造浆技术，泥浆池采用已经埋设好但未开钻的钢护筒。护筒间采用在护筒上开口并通过流浆槽流出泥浆及沉渣，流浆槽上设滤渣网，滤出的钻渣人工装入运渣车内运至指定地点，滤后的泥浆流入泥浆池以备循环利用。

4.5 桩基施工顺序

主墩分左右两幅，每幅每墩有4根桩基，每桩净距3.75m，考虑每桩施工两个月，每主墩安排4台钻机进行桩基施工，每台钻机施工2根。考虑地质主要为强风化或弱风化碳质粉砂岩，不易坍孔或穿孔，施工时同时施工左幅桩基，施工完后左幅即可进行下道工序承台施工，同时进行右幅桩基施工，这样可形成流水作业，大大提前了工期，减少了模板、机械设备、人员等投入。

4.6 成孔工艺

4.6.1 钻机就位

钻机就位前应对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主要设备的检查和维修，钻机就位前必须放出骑马桩，根据平台大小确定钻机摆放位置，钻机就位后应保证钻机天轮外缘线与桩孔中心在同一铅垂线上。每桩开孔前须由监理工程师验收合格方可开孔钻进。

4.6.2 钻进

在下护筒时已经造浆并进尺2m左右，护筒下完后即可正式钻进，钻进主要施工要点为：

(1)在开孔阶段应多放一些粘土，用低冲程冲砸(一般0.5～1.0m)当低于护筒3～4m后根据地质情况加大冲程，对强风化粉砂岩冲程可达到3～4m 。

(2)钻进过程中时刻观察孔内水头，防止出现护筒漏浆或漏水现象，若出现漏浆或漏水可适当投入粘土增加泥浆浓度，必要时再次振动下沉钢护筒。

(3)经常检查孔内泥浆比重，在钻进过程中因孔底加深及换浆等原因，需要大量泥浆，孔内水位下降，应及时补水，并增加优质粘土造浆。保证孔内水头高度。在弱风化及强风化岩中，虽然不易坍孔，但孔深较大，为提高浮渣能力，本桥施工时泥浆比重控制在1.4左右，若过小则减小浮渣能力，降低进尺速度，若过大则极易粘钻。当孔深较大向孔内投粘土造浆时，应将粘土加水湿润装入编织袋内，以使粘土快速沉入孔底锤击造浆。

(4)钻头直径在弱风化或强风化岩层中极易磨损，应经常检查，及时补焊。

(5)因每桩钻进时间很长，附在孔壁上的泥皮很厚，为防止泥皮过厚，减小桩基摩阻力以及在灌桩过程中部分泥皮被混凝土挤到桩头造成测量混凝土面深度不准确或混凝土夹泥， 在钻到孔底后在钻头周围加焊一圈钢筋，直径与钻头直径相同，钻头自上而下不断扫孔，将扫至孔底的泥皮通过锤击及换浆法清除。

4.6.3 检孔、清孔

钻进到设计位置后用测绳及探孔器检孔， 探孔器检孔时应上下扫孔3遍左右， 以刮下孔壁过厚的泥皮(一般刮下的泥皮沉入孔底厚度达2米左右)。检孔合格后下钻头并进行清孔。清孔时先在孔口放一滤渣网，下接溜槽，盛渣槽与溜槽水平成不大于10度的倾角。滤渣直至用手摸无较大颗粒后采用滤沙器滤沙，将泥浆含砂率、沉淀厚度等指标控制到规范之内。

4.7 钢筋笼加工及安装

在桩基成孔过程中钢筋笼同时制作，本桥桩长70m，钢筋笼长71.5m，钢筋笼全重约19吨。主筋为Φ32螺纹钢，每2m设一道Φ28加强箍筋，根据设计主筋采用机械套筒连接。为防止钢筋笼在加工、吊装及运输过程中变形，钢筋笼分节制作，每节长12m(钢筋标准长度)，同时每个加强箍筋处增设2个十字钢筋撑加固钢筋笼。钢筋笼的加工方法同小直径钢筋笼，为保证套筒连接质量，加工钢筋笼时应根据场地大小多节同时加工后从套筒连接处拆开， 即每加工一节主筋必须与前一节主筋机械套筒连接合格，成笼后拆掉前一节以同样方式加工后一节。在钢筋笼运输及安装过程中严禁野蛮施工导致钢筋笼变形，影响钢筋笼安装时主筋套筒连接质量。

4.8 混凝土灌注

钢筋笼安装需要时间一般为8～12h左右，孔底沉淀较多，混凝土灌注前必须进行二次清孔，达到要求后尽快灌注混凝土。

4.8.1 施工准备

(1)混凝土拌和机械

因桩基混凝土用量较大，而灌注时间一般不宜超过12h，故必须有足够的拌和能力。本桥采用HZS50型拌和站，平均每小时拌和混凝土35m3左右。

(2)导管及附属设备

导管采用φ300mm钢管，在施工前必须进行水密、抗拉等试验，满足要求后方可使用。储料斗容量为5m3。

(3)混凝土配合比设计

在灌桩过程中因首批混凝土由孔底被后灌注的混凝土不断的顶托上升到桩顶，故要求它始终保持必需的流动性，决不可初凝，而大直径长桩混凝土用量较大，灌注时间长，故在配合比设计时必须掺入缓凝减水剂，也可再掺入混合料粉煤灰等。本桩基混凝土强度等级为 C30，通过试验掺入上海赫锦 HJ-101型缓凝减水剂。

(4) 灌注前各种原材料应备足，机械设备应齐全，性能良好，且有备用。

4.8.2 水下混凝土灌注施工方法

(1)首批混凝土灌注是全桩混凝土灌注成功的关键。首批混凝土采用5m3的储料斗和6m3的混凝土运输车同时灌注，即先将储料斗装满混凝土，后将装满 6m3混凝土的运输车卸料槽对准储料斗，剪球后同时混凝土运输车以最大放料速度向储料斗内放混凝土，封完底后即可拆除大料斗。

(2)控制导管最大、最小埋深。对大直径桩基灌桩初期最小埋深不得小于2m，一般应尽量控制在3m以上，最大埋深不宜大于6m。尤其混凝土灌注至后期，首批混凝土已经接近初凝， 流动性大为降低，同时因桩径较大，首批混凝土易被后灌的混凝土局部顶破，形成夹泥(沙)、断桩，而且不宜被发现，同时因灌注时间较长，混凝土顶面沉淀较多，很难准确测到混凝土面，因此导管最小埋深不得小于3m，尤其泥浆质量较差时更应适当加大导管埋深。

(3) 在灌注过程中当导管内混凝土不满、有空气时后续混凝土要徐徐灌入，不可太快，以免形成高压气囊挤出管节间的橡皮垫导致导管漏水。

(4)导管提升时应居中，速度应缓慢，尤其在后期，首批混凝土已经在桩孔内停留很长时间， 将近初凝，流动性大为降低，提升速度过快极易形成泥心。拆除导管速度要快，尽量缩短灌桩时间。

(5)灌注接近结束时导管内混凝土高度减小，超压力降低，而管外泥浆因长时间沉淀很稠， 这时可向孔内注入清水稀释泥浆，并用铁锹淘出部分沉淀物。

(6) 灌注到桩顶时为保证测量准确， 可采用竹竿或螺纹钢通过手感确定混凝土面的高度， 按此方法测量一般超灌50cm即可， 防止造成混凝土的浪费。

4.8.3 注意事项

(1)在首次灌注混凝土前必须进行水密和抗拉试验，以后施工过程中也应经常进行试验，防止出现因导管损坏而造成质量事故。

(2) 各种原材料应准备充足，各种设备应性能良好，并有备用。

(3)对可能出现的任何问题(故障)应有应急预案，如因机械或道路原因使混凝土运输车较长时间堵在孔口附近无法离开，致使其他车辆无法靠近孔口灌桩，这时应采用吊车配合料斗或采用混凝土泵向导管内灌注混凝土，同时及时处理故障，防止因处理故障时间过长造成质量事故。

参考文献

[1] 交通部第一公路工程总公司. 公路施工手册：桥涵(上册)[M].北京：人民交通出版社，2005：953-1024