跨航道深水超长桩基施工质量控制与技术应用

张子正 郑祥峰 张艳辉 徐国庆 杨昊

中建铁路投资建设集团有限公司 江西 上饶 335100

摘要：随着国家大力发展基础设施建设，国内跨江跨海大桥日益增多，跨航道施工深水超长桩基也逐步增多，而这一类桩基施工地势相对复杂，施工难度较大，对施工技术以及施工质量把控要求极高。本文以超长桩基成孔施工为重点，探讨了在施工过程中的注意要点、难点。在施工中分析原因、采取相应的对策，以确保工程施工质量。

关键词：超长桩；施工；质量控制

1. 工程概况

   1. 工程总体施工环境

鄱阳湖特特大桥，位于江西省上饶市鄱阳县和余干县境内，全长13.4km。其中跨越信江主航道235#～238#墩间采用（90+180+90）m连续梁拱桥，主墩236#位于信江东支主航道中，丰水期最大水深18.36米，枯水期最大水深12.4米，钻孔深度均超过100米，设计为18根Φ2.2m钻孔灌注桩群桩基础。桩身穿过地层依次为细砂、砾砂、泥质砂岩。

1. 2. 总体施工方案

在信江东支修筑施工平台，采用山皮石材料进行填筑。利用振动锤打设钢护筒。使用一尺五反循环钻机先采用1.2米小钻头先进行钻进，后采用2.2m大钻头进行扩孔；桩基混凝土浇筑通过施工便道运送至施工作业平台进行施工。

2. 超长桩基成孔施工技术

   1. 泥浆制备

泥浆是钻孔灌注桩施工的调和剂，即负责清洗孔底，平衡地层压力，又负责护壁防塌、冷却钻头等工作。钻孔施工应根据地层情况制造泥浆，选择和备足良好的造浆黏土或膨润土，造浆量为2倍的桩的设计混凝土体积，泥浆比重可根据钻进不同地层及时进行调整。钻孔泥浆由水、粘土和添加剂组成。制浆前，应先将粘土或膨润土块尽量打碎，使在搅拌中易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。

依据验收标准及施工技术指南的要求，根据类似工程的施工经验，对泥浆的配合比、泥浆性能指标要求如下：

表2.1-1泥浆性能指标

1. 2. 钻进施工

      1. 施工准备

2.2.1筑岛围堰

水中墩基础安排在枯水季节施工，采用山皮土筑岛围堰防护，变水中为陆上施工水中墩。为保证信江东支的流水通畅不影响江水下泄能力以及通航能力，我部拟采用两个阶段施工筑岛围堰。围堰分为钢板桩防护和土方填筑，先后进行，始终保证通航。围堰从上游开始插打然后顺河流方向插打，最后插打下游。

第一阶段

钢板桩防护施工，依次顺序为上游侧→顺河流侧→下游侧。

第二阶段

钢板桩防护内侧进行土石方填筑。

筑岛围堰的主要填料为山皮土和沙土料，用运输车装运倾倒，由河岸向河中逐渐推进，保证钢板桩稳定。围堰顶层采用路基板铺设，能满足重载车通行要求，内侧边坡坡率取1：0.5，迎水侧边坡坡率取1：1，围堰顶高出水面1.5m。筑岛围堰立面示意图1、筑岛围堰平面示意图2所示：

图1 筑岛围堰立面示意图

图2 筑岛围堰平面示意图

1. 1. 2. 钻进成孔

1、钻孔前，应熟悉施工设计所提供的地质、水文资料。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。

2、在钻孔作业之前需要对钻杆进行调垂和对中。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在钻杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而钻杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的点动按钮或操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。对中通过钻头底部中心钻齿的尖部与护桩交出的桩位中心确定，两点处于同一铅垂线上的偏差在验收标准允许偏差范围内即为对中完成，对中后采用钢板尺进行复测，做好钻机就位的偏差记录。

3、钻孔作业分班连续进行，并填写钻孔施工记录，交接班时交待钻进情况及下一班要注意事项。经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测，不符合要求时，要及时改正。经常注意地层变化，在地层变化处捞取样渣保存。因故停钻时，应注意保持孔内泥浆比重，经常检查桩孔周围地表土的变化情况，防止孔壁坍塌。

4、钻孔过程中观察主机所在地面和支脚支承地面处的变化情况，发现沉降现象及时停机处理。因故停机时间较长时，要将套管口保险钩挂牢。

5、当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，通知监理验孔，经监理工程师认可后，方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。

6、钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度，技术人员详尽而准确地记录每次的钻渣地质情况，为下步施工提供依据。若出现钻杆跳动，机架摇晃，不进尺等异常情况时，立即停钻检查。当进尺深度达到设计标高时，在原处正向空转数圈，以清除螺杆上的积土，然后停止旋转，提升钻杆，把钻杆上带有的最后一斗钻渣慢提离孔位，以防斗齿刮坏孔壁。钻杆提升超过地表后，用铁板将桩孔覆盖，反向空转甩掉螺旋钻杆上的积土。

1. 3. 清孔及成孔验收

当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，检查方法可采用笼式测孔器或超声波检测。确认满足设计要求后，方可进行孔底清理和灌注混凝土的准备工作。

表2.3-1 成孔质量检查标准

1、孔径和孔形检测

孔径检测是在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行的，是根据桩径制做探孔器入孔检测，探孔器用φ8和φ20的钢筋制作，其外径等于孔径，长度等于孔径的4～6倍（旋转钻成孔），且不宜小于6米。其长度与孔径的比值选择，可根据钻机的性能及土层的具体情况而定。检测时，将井径器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径。

2、孔深和孔底沉渣检测

孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。测锤一般采用锥形锤，锤底直径13cm～15cm，高20～22cm，质量4kg～6kg。测绳必须经检校过的钢尺进行校核。

3、成孔竖直度检测

旋转钻采用钻杆测斜法，。

1. 4. 钢筋加工及安装

钢筋笼采用滚笼机进行加工制作，钢筋笼制作时，根据钢筋笼总长度分节制作。标准节长12m，尾笼作为调整节，具体长度根据钢筋笼总长度确定。

桩身主筋净保护层厚度有7cm、7.5cm，垫块尺寸为R=7、7.5cm,厚度3cm,内圆直径d=1cm，依据昌景黄桩基钢筋布置图确定，分节制作的钢筋笼主筋接头采用单面搭接焊接连接，焊缝长度不小于10D（D为主筋直径），焊缝厚度不小于0.3D，焊缝宽度不小于0.8D。为保证焊接时的搭接长度和质量，钢筋预弯必须保持两端焊接钢筋同心，在加工钢筋笼时对钢筋笼节间搭接的钢筋长度作调整，确保相邻两接头间距1.0m以上，且不小于35D（D为主筋钢筋直径)，焊接接头在同一平面内不超过50%。焊接接头平面图3所示：

图3 焊接接头平面

N1、N1-1钢筋上端设有弯钩，弯钩方向一律向外，桩基加强箍筋设在主筋内侧，钢筋笼两端各设置一道加强箍筋，中部每2米一道，其零数可在最下两段内调整，但其间距不大于2米。自身搭接部分采用双面焊，双面焊长度不小于5倍钢筋直径。加强箍筋与桩身主筋务必焊牢，主筋与箍筋联结处宜点焊，若主筋较多时，可交错点焊。

承台底100mm以上桩身钢筋应采取措施隔离桩头混凝土，伸入承台部分的钢筋采用略大于钢筋笼主筋直径的 1cm 厚泡沫棉管套住并采用铁丝绑扎固定，凿除桩头混凝土后可保持桩身钢筋的清洁。钢筋具体布置见“钻孔桩钢筋布置详图”。

图4 钻孔桩钢筋布置详图

钢筋焊接时，要根据现场监理及技术人员的要求抽取焊接点做拉伸试验，焊工必须是经考核准许的人员持证上岗。

钢筋笼分段制作完成后，分段运往施工现场，在现场存放钢筋笼需做到入孔前安设混凝土预制垫块，沿桩基钢筋笼周边每道设置4个，纵向间隔2m，呈梅花桩布置，垫块用Φ16的钢筋与主筋焊接牢靠。保护层钢筋自上而下每隔2m设置一组同标号混凝土轮形垫块，每组4块均匀设于桩基加强箍筋N3周围，以保证钢筋笼居中布置且保证主筋保护层厚度，注意与加强筋错开布置。

1. 5. 混凝土浇筑

灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序，灌注前应准确计算灌注总方量，施工前确保混凝土总量的80%以上到达现场，经试验室检测塌落度、含气量、温度等参数合格后方可开始灌注。灌注时应特别注意，首批混凝土灌入孔底后，混凝土埋入深度应不小于1m并不宜大于3m。立即测探孔内混凝土顶面高度，计算出导管在混凝土内的埋置深度。灌注开始后，须紧凑地、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中要防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底。灌注过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土顶面高度，正确指挥导管的提升和拆除，导管的埋置深度应控制在2～6m。当混凝土灌注速度较快、导管较坚固并有足够的起重能力时，可适当加大埋深，但不宜超过8m。

拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min，要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中，并注意人身安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。

为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上加灌1m，以便灌注结束后将此段混凝土清除。混凝土灌注到接近设计标高时，工地施工人员要计算还需要的混凝土数量（计算时应将导管内的数量估计在内），通知拌和机按需要数拌制，以免造成浪费。

在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大，会出现混凝土顶升困难的情况，这时可以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。在拔除最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下，在桩头上形成泥心。

在灌注混凝土时，每根桩应至少留取2组试件，桩长较长、桩径较大、灌注时间很长时，根据规范要求适当增试件数加。试件应标准养护，强度测试后应填试验报告表，强度不合要求时，应及时提出报告，采取补救措施。

3. 结论

根据此次施工情况，所采用的一尺五反循环钻机施工过程中调整钻头尺寸满足施工需要，钻机钻进机方式满足施工需要，钻进过程重点应控制孔位、孔径、垂直度及钻进过程地层变化间的钻进方式，所采用的钻进过程比重为1.05-1.06的泥浆满足施工需要，灌注水下混凝土时泥浆比重控制在1.03、含砂率控制在0.5%，钢筋笼加工工艺满足要求，吊装设备、方式符合要求，对焊过程至少应采取2台焊接对称焊接，以缩短工序时间，确保孔桩安全，本次施工成果可以指导部分相关条件下的深水超长桩基施工。