对某特大桥主墩大直径超深钻孔桩施工技术的探讨

　　[摘要]某特大桥主墩桩基础采用直径3.0m钻孔灌注桩，具有桩径大、嵌岩最大厚度达100m，成孔深度超过120m，质量要求高，施工风险大、工期紧等特点。根据工程特点，介绍了该钻孔灌注桩的施工技术，包括施工平台及栈桥搭设、成孔设备的配置及成孔技术、钢筋笼制作与安装、水下混凝土灌注等内容，可为同类工程提供借鉴。
　　[关键词]特大桥主墩；大直径；钻孔桥；施工
　　1工程概况
　　本座特大桥，全长11.466km，主桥采用（57.5＋109.25＋230＋109.25＋57.5）=563.5m钢桁梁斜拉桥结构，引桥主要采用32m、24m跨后张法预应力简支箱梁。桥上为四线铁路，中间两线为快速客车通道，两侧两线为火车及相对较低速度客车通道。两主塔承台面以上高度105m。
　　主桥241#～245#墩位于水中，在施工一般水位+1.0～+2.0m下的水深约2～19m，其中243#、244#主墩为每墩18根Ф3.0m钻孔灌注桩基础，桩长分别为96.5m、102m，桩底标高分别为-105.8m、-112.2m，在+9.76m施工平台下的相应成孔深度分别为116.5m和122m。主墩基础设计采用低桩承台形式，244#主墩在施工一般水位下水深约8m，覆盖层厚度只有1～4m，承台埋入河床超过其1/2高度；243#墩在施工一般水位下水深8～15m，覆盖层厚度较大，情况见表1所示。主墩244＃桩基采用C30水下混凝土，单桩灌注量达807m3。
　　表1243#、244#主墩的地形及设计情况
　　墩号 水深（m） 河床标高
　　（m） 强风化岩面标高（m） 承台设计底标高（m） 承台设计顶标高（m）
　　243# 17.3 -15.80 -22.2 -10.169 -4.169
　　244# 8.7 -7.20 -13.0 -10.169 -4.169
　　注：2009年1月份观测时水位约为+1.3m。
　　2水文地质条件
　　工程所处为珠江的重要支流，每年4～9月份为汛期，6、7月份为洪水爆发危险期，具有迳流量大、汛期长、洪峰高的特点。20年一遇水位为9.14m，50年一遇水位为9.52m，100年一遇水位为9.83m，相应流速1.83m/s。
　　主墩处的覆盖层主要由粉砂、中砂、粉质粘土、粗砂、砾石等构成，但两个主墩的墩位处的情况差异较大。244#主墩处的覆盖层主要为中细砂，厚度只有1～4m；243#主墩范围内的河床面标高变化较大，最大处高差4m，覆盖层主要由中砂、粉质粘土、粉砂层构成，厚度6～8m左右。主墩处的基岩由上至下依次为全风化、强风化、弱风化的泥岩、泥质砂岩、砂岩等，分布不连续。243#、244#主墩的钻孔桩的嵌岩厚度分别为85.7m、98.6m。
　　3工程特点与难点
　　主墩的钻孔桩施工具有以下特点和难点：
　　1)桩径大、嵌岩最大厚度100m，成孔深度超过120m，质量要求高，施工风险大。
　　2)桩基钢筋笼采用Ф32mm钢筋，桩顶往下47.20m主筋采用径向双筋布置，单排筋共76根，其中244#主墩的单根基桩钢筋笼重量达80.20t。钢筋笼重量大，长度大，安装时间长、难度大。
　　3)施工工期紧，根据第二年主塔需在洪水期前露出水面的进度计划安排，主墩桩基施工工期只有半年左右时间。
　　4)244#主墩覆盖层很薄，不利于钻孔平台的搭建。
　　4主要施工工艺及控制方法
　　4.1施工平台、栈桥搭设
　　为满足钻孔桩需要，在设计桥位的上游搭设6m宽的钢栈桥通到主墩的施工平台，搭设从236#墩通至243#主墩施工平台的钢栈桥长度为430m，244#主墩则从河岸246#墩搭设长度144m钢栈桥通到其施工平台，钢栈桥与施工平台相连形成水上施工通道。
　　根据两个主墩范围内不同的水深、覆盖层厚度及工期要求，采取不同的施工平台形式进行钻孔桩施工。243#主墩处水深、覆盖层厚度较大，采用钢管桩平台进行钻孔桩施工。施工平台60m长×42m宽，顶面标高+9.76m，Φ820×10mm钢管桩作为平台基础，2I56工字钢、贝雷片桁架作为平台的纵、横向主梁，I25工字钢作分配梁，面层铺10mm钢板。为施工方便，平台面与栈桥面平齐，以满足桩机施工作业和混凝土运输车等机械安全进、退场要求。
　　244#主墩由于水深较浅，中细砂覆盖层厚度小，钢管桩入土不足，难以满足钢管桩平台的稳定性及安全要求，并考虑到可能需洪水期进行基础施工，其基础采取双壁钢围堰方案进行施工，即采取基坑开挖→双壁钢围堰下放就位→钢围堰顶部搭设施工平台→埋设护筒→双壁钢围堰封底→钻孔桩施工→承台施工的施工顺序。首先进行墩位基底抓泥，同时设计、制作双壁钢围堰并浮运墩位沉放，然后在钢围堰顶部采用贝雷片和型钢搭设施工平台，平台顶面标高为+9.76m，与栈桥顶面一致。
　　每个主墩平台安装一台龙门吊，龙门吊净跨30m，起吊高度18m。龙门吊采用贝雷桁架拼装，主要用于平台桩机等设备的移位，钢筋笼的接长下放等。
　　4.2钢护筒制作与埋设
　　根据243#、244#主墩的桩径及地质情况等，钢护筒采用外径为3.4m，壁厚为14mm钢板的加工。焊接采用坡口双面焊，为了保证有较好的防漏水性能及承载力、稳定性，所有焊缝必须连续。为了加强护筒的整体刚度，在每节12m钢护筒两端内壁设置20cm宽的加劲箍钢带。
　　起重船或龙门吊初步定位后，起吊钢护筒沿导向架依次焊接下放，两节钢护筒现场对接时，在护筒外壁圆周均布设置10块加强板（300×150×14mm）。244#主墩采用埋放法，当钢护筒触及岩面时，调节固定架使钢护筒垂直，满足要求后，在护筒撑腿处用楔块固定，并用I25工字钢与钢围堰、钢护筒间焊牢固。待全部钢护筒埋设完后，浇注封底混凝土，以固定护筒。在进行调节固定支架使钢护筒垂直的跟踪控制过程中，若达不到要求时须用吸泥机在钢护筒内吸泥或在钢护筒外壁辅以高压射水下沉，以确保钢护筒埋设准确。243#主墩采用377KW振动锤,钢护筒下沉步骤为：精确放样桩位→安装导向架→下放护筒→校核垂直度→吊装振动锤与护筒连接→振动下沉。下放钢护筒过程中必须全程跟踪垂直度，在振的过程中随时进行调整。护筒不够长的，接长后重复上面的步骤。钢护筒入土深度不得少于6m；所有钢护筒的埋设必须保证护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1％。
　　4.3成孔施工
　　4.3.1成孔设备配置
　　每个主墩原计划各投入6台桩机进行施工，其中回旋桩机2台，冲击钻机4台，采取钻冲结合的成孔工艺。经在243#墩进场了一台DW-35型全液压大口径钻机进行工艺试验，发现该钻孔较为庞大，需配置的其他辅助设备多，其相邻的桩孔无法摆放其他机械进行施工，安装、移机都比较困难，钻进速度在覆盖层范围比较快，但进入岩层就很慢，钻至中间还须更换冲击机冲进，因此全部改为采用YKC型冲击钻机冲进成孔，配以13t重的冲锤，冲机所用的钢丝绳全部采用进口的，施工过程加强检查等细节的管理，以避免掉锤问题的发生。
　　冲击钻机按相邻桩位错开的布置，计划分3轮完成冲孔施工，后来因为技术调整措施原因，设计未最终明确终孔标准的情况下暂时停工，特别是243#主墩受征拆影响，施工便道一直无法使用,致使工期十分紧张，因此及时调整了桩机数量，只要在桩位允许的情况下，即增加桩机数量，高峰时每墩桩基成孔施工达到了9～10台。
　　钻机由水上吊船或平台龙门吊吊至桩位就位，利用上千斤顶及水平尺辅助安装。钢丝绳中心、护筒顶面中心在一条垂直线上，钻头中心与护筒顶面中心偏差不大于5cm，此时方可开钻。
　　4.3.2泥浆循环净化及泥浆制备
　　泥浆循环采用正、反循环结合工艺，孔深在60m以内时采用正循环，超过60m后采用反循环，冲孔时主要采用正循环工艺，终孔后的清孔一般采用反循环工艺。正循环流程为：钢护筒→循环沉淀池→人工网筛除钻渣→泥浆池净化→钢护筒。泥浆的循环通过安装泥浆泵将泥浆抽送至施工桩孔底内实现。
　　4.3.3钻进成孔作业
　　冲孔施工过程需检查冲锺、钢丝绳的完好情况，泥浆的比重、含砂率等指标，复测桩位的偏移情况，钻渣岩样与地质资料是否一致等。
　　冲锤的检查在交班前，作业人员提升冲锤至孔口，冲水检查冲锤、锤牙的完整性，是否有裂纹，并检查冲锤的直径。
　　钻机冲进施工时施工记录由专人负责填写，交接班时应有交接记录。
　　每天对泥浆的性能指标进行抽查，重点检查泥浆的比重和含砂率，严格控制施工过程含砂率在2％以内。针对由于更换钢丝绳、维修桩机等原因会造成桩位偏位，除了在钢护筒四同做保护桩以外，每两周组织测量班对桩位进行复测，及时调整偏差。
　　4.3.4终孔及清孔
　　在钻孔达到设计要求后，采用JJC-1D型灌注桩孔径检测系统进行成孔质量检测。
　　4.4钢筋笼制作与安装
　　钢筋笼在钢筋加工车间下料，采用工厂化生产，在钢筋笼胎膜上分节制作，加工方式采用长线台座法，钢筋笼的主筋接头采用直螺纹套筒连接接头，钢筋笼每节长度12m，相邻接头错开1.2m，同一截面主筋接头数量不得超过主筋总数的50﹪。
　　244#墩钢筋笼采用平板车由加工场运输至现场施工平台，243#墩钢筋笼则需在244#墩附近的出运平台由50t汽车吊转吊至货船，再由水路运输至243#平台船坞。钢筋笼吊装采用平台上的龙门吊，244#主墩钢筋笼采用50t吊车起吊，243#主墩采用60t龙门吊起吊，起吊时先用4点平衡吊，到一定高度后再慢慢朝上端松下端，两个钩必须同步进行，直至钢筋笼完全竖立，则可以松掉下端钢丝绳，慢慢将笼放进临时悬挂筒，焊好防滑筋后（在吊点主筋与加强箍位置焊接16cm长防滑筋，防滑筋采用Ф32mm，双面焊接），在悬挂筒中用4个悬挂钩托住，然后转换相应的吊具。固定后由龙门吊对接后起吊于桩位安装。
　　4.5水下混凝土灌注
　　本工程最大的桩径为3.0m，根据计算，初灌混凝土量为17.5m3。水下混凝土所使用的拌和料应满足铁路规范关于高性能混凝土的要求。混凝土的各项指标通过试验室严格控制，确保混凝土浇注顺利进行。水下混凝土采用导管法灌注。
　　在整个混凝土灌注时间内，导管口应埋入先前灌注的混凝土内至少1m，一般要求不宜大于3m，当桩身较长时，导管埋入混凝土中的深度可适当加大。混凝土灌注开始后，应快速连续进行，不得中断。
　　在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大。如在这种情况下出现混凝土顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。最后拔管时注意提拔及反插，保证桩芯混凝土密实度。为确保桩顶混凝土质量，在桩顶设计标高以上应加灌混凝土80～100cm。
　　5结语
　　某特大桥主墩桩基Ф3.0m为大直径超深钻孔桩，嵌岩深度将近100m，通过采取适当的工艺技术和控制方法，桩基经检测全部为Ⅰ类，这也是通过精心组织、有效预防手段，确保施工过程顺利以及有效控制成桩质量的结果，所采取的工艺技术和控制方法，可为同类工程提供借鉴。

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