长涪高速公路龙溪河大桥钻孔桩施工

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摘要：本文介绍了国道319线长涪高速公路龙溪河大桥1#墩特殊地质条件下水下钻孔桩施工，重点阐述了库区大斜面基岩条件下钻孔施工技术在本桥的应用和一些成功的做法。

关键词：钻孔桩；施工平台；水下钻孔；施工

1 工程概况

龙溪河大桥位于国道319线重庆桃花街至高升段，桥跨型式布置为140m+240m+140m连续刚构+4×40m简支梁，主桥跨径为240m变截面连续刚构箱形梁。

主桥1#墩位处一山体斜坡上，设计采用高桩承台基础，共24根Φ2.2m钻孔灌注桩按纵三横八排列，桩长23～29m不等、承台平面尺寸为30m×16.8m.。

2 工程、地质、水文情况

1#墩位处于长寿湖下游下硐电站库区，不通航。水位相对稳定，通常维持在+215.0～+216.8m，最高水位超过+221m。

1#墩位处于一山体斜坡上。河床岩面高差大，坡度顺桥向约20?～30?，横桥向约15?。承台范围内，河床岩面高差达11.8m，通常水深为7m～8m。墩位处的河床覆盖极薄，为半米左右的淤泥，基岩主要为强、中风化砂岩，其中，中风化砂岩单轴抗压强度达50Mpa。基岩裂缝发育，透水性能较好。

另外，有必要特别说明的是：在蓄水建库之前，1#墩位处原是采石场，施工时墩位处还遗留有相当数量的条石堆及乱石堆。

3 桩基施工的几个技术难点

（1） 库区施工，不通航；

（2） 大斜面基岩上的水下施工；

（3） 基岩面几乎无覆盖层；

（4） 河床面高低不平，且高差较大；

（5） 河床散布有条石堆及乱石堆。

4 水上施工设备的组建

水上起重设备是1#墩水上施工设备组建的重中之重，也是1#墩施工首先要面临的问题。因为1#墩位处下硐水库，库区不通航，可作工程船的船只没有。解决这个问题，龙溪河大桥采取组拼军用浮箱成工程浮船办法。即由陆地运输工程浮箱到库区岸边，吊装下水后再首尾、左右相扣连接组拼成工程浮船，35T吊机再上船定位锚固而成水上浮吊。

5 水上钻孔施工平台的搭设

（一） 施工工艺

根据特殊的地质情况，1#墩桩基施工方案首先圈定为搭设钻孔施工平台，再进行钻孔桩施工。

设计建议采用拼装万能杆件支架直接支撑于河床上而成施工平台，考虑到和河床面高低不平，又几乎无覆盖层，万能杆件支架底部无法固定，因而不稳固，显然，此方案不能满足施工要求。可见，问题的关键也就在怎样保证平台的稳固。龙溪河桥1#墩采用“栽桩法”解决了这一难题，即先栽住6根Φ2.5m主桩基钢护筒，再在其上搭设平台而将平台稳固住。其具体施工步骤如下：

1、 对桩位处进行水下爆破，用冲抓机清理碎碴，使桩位处基本成一台阶。

水下爆破工艺：先利用钻探机采用套管法钻Φ15cm钻探孔作为爆破孔，再用防水布密封包扎炸药和电雷管成条状放入爆破孔，并将电雷管接长引出水面，再往孔内填入一定量的细沙，最后通电引爆。

2.在水上起重吊船一侧拼装钢护筒导向架，下插钢护筒，并用振抜机震打，使钢护筒落至基岩面。

3、在起重吊船上拼装钻架，用Φ1.6m钻头在钢护筒内钻孔（定位桩桩底标高定为岩面以下4m）。

4、终孔、清孔。

5、安放Φ1.5m简易钢筋笼。

6、灌注C30水下混凝土，混凝土面标高为护筒底口以上3m。

7、护筒内填满砂，增强护筒刚度。

（二）定位桩有关参数的计算

1、单根桩承受荷载计算（定位桩主要承受竖向荷载，其他荷载可以忽略不计）

总荷载：N总=N1+N2+N3+N4=815t

其中，N1：平台重量（含扁担梁、平台桁架、小型机具、脚手板、人群荷载等），约200t。

N2：钢护筒、钢筋及混凝土、细砂重量约500t。

N3：钻架及钻机重量（以同时上4台钻机计），约65t。

N4：钻头重量（计1.8的冲击系数），N4=7×4×1.8=50.4t。

则平均每根定位桩承受竖向荷载：N=815÷6=136t，取140t。

2、桩底承载力计算

σ=N/A=140/π×0.82=69.6t/m2=6.96MPa

考虑到钢护筒可能没下插到基岩面，为确保定位桩嵌入基岩，参照地质勘察资料，取钻孔深度为钢护筒底口以下4m。

3、钢护筒内混凝土灌注高度计算

考虑到护筒可能未落到基岩面或护筒底口可能局部悬空，故不计护筒底口承载力，假设竖向荷载全部由钢护筒与混凝土间的粘结力承受。

根据相关资料，钢护筒与混凝土间的粘结力可采用10～15T/m2。偏于安全取低值，则每米钢护筒与混凝土间的极限粘结力F=π×2.5×10=78.5t。

当粘结面高3m时，安全储备系数为：78.5×3/140=1.68。

4、钢护筒承压强度检算

钢护筒垂直压力N=140t，护筒外径Φ2.52m，内径Φ2.50m，材质A3钢。

（1）中心承压强度

σ=N/A=140×104/π×2×510×10=17.8MPa

（2）偏心受压强度

取可能最大偏心距为0.4m。则：

σ=N/A+M/W=17.8+140+104+400/37111×103=32.9MPa

其中，W=π（D3-d3）/32=π×(25203-25003)/32=37111cm3

5、总体稳定性检算

σ=（N/Φ×A）+[βma×MX/γ×W1×(1-Φ×N/NEF)]

=(140*104/0.978*π*2510*10)+[1*56000*104/1.2*37111*103*(1-0.978*140*104/π*2*106*π*2510*10/1000*7.951)]

=18.15+12.85=31Mpa

其中,Φ:应力折减系数βma：弯矩影响系数

MX：定位桩最大偏心弯矩γ:附加弯矩影响系数

W1：截面抵抗矩NEF：欧拉临界力

（三）施工平台搭设

先在6根定位装上安装扁担梁，再在扁担梁上眼横桥向安装两组连续板梁，最后在板梁上安装军用桁架而成钻孔施工平台。

6 大斜面基岩上的水下钻孔施工

考虑到1#墩基岩强度高，岩面倾斜大，选用冲击钻成孔工艺。

由于河床基岩面倾斜大，护筒用平台导向，但护筒底口难以与基岩面接触紧密，这样一方面造成了成浆困难，另一方面导致开孔困难，钻头一打就歪，有时钻头甚至将护筒碰错位。屡经施工尝试，初步掌握了一套克服措施，其方法就是开孔时不放泥浆，而直接用钻头冲击岩面，不过冲程一定要小，小到钻头落地后不至碰到护筒即可，一般0.5m左右。经过这样反复冲孔，直到孔内岩面基本平整。同时，由于扩孔、振动效果，护筒会下落跟进，直到底口与河床面基本密实，再可正常钻进。当然，采用钻定位桩孔那样先进行水下爆破成一台阶后再钻孔办法也可行，但这很费事，费时。

7 结束语

通过龙溪河大桥1#墩桩基钻孔施工实践，证明用军用浮箱组拼水上工程浮船是克服库区施工的一种有效手段；栽桩锚固定位桩，再行搭设施工平台方法是在大斜面岩层上进行桩基施工的一种有力措施：小冲程开孔是克服倾斜基岩上易偏孔的一种有效办法。当然，也应该看到，定位桩的栽桩时间长，小冲程开孔时间长都很大程度上制约了工期。如何进一步完善库区大斜面基岩条件下的水下钻孔桩施工工艺，加快施工进度，是我们今后继续要认真研究的课题。