大直径水下钻冲孔灌注桩的施工

钟李敏

1 工程概况

花周大桥位于某高速公路的互通式立交连接线上，在隆安镇西北约2 km处的花周村附近跨越右江，花周大桥全长341.2 m，上构跨径组合为8.14+3×10.02+2×131.4+3×10.02+10.14，主桥为2孔净跨径126 m、计算跨径为127 m的中承式钢管混凝土提篮拱桥，引桥采用3孔跨径10 m的钢筋混凝土整体连续板。最高通航水位为 HW(1/10)=86.67 m(黄基)，航道宽 70 m，高10 m。桥位区属于河流冲积地貌，河道较顺直，河谷呈开阔U形，测时水面宽约200 m，两岸发育一级堆积阶地，左岸阶地较平坦开阔，右岸呈阶梯状。桥位区水文地质条件简单，河水、地下水对混凝土均无侵蚀性。主桥桥墩位于右江江中，右江地质上层为圆砾，到弱风化含砂砾石砂岩，弱风化泥质粉砂岩。

2 施工平台设计

桥址位于有少量船只通航的右江上，而主桥中墩又位于右江中心，大桥开始施工时正值秋季，右江处于半枯水期，整个桥墩桩基数为18根桩，桩径290 cm，桩长37 m，要在枯水期内完成桩基，承台，双墩的施工，同时还要满足通航要求，综合这些情况，为了保证桩基质量和施工安全，并考虑到工期的进度，采用筑岛围堰建立施工平台，实践证明，采用筑岛围堰施工平台符合实际情况。筑岛围堰采用附近江中的砂砾和附近的泥土填筑，并用压土机夯实，满足强度和稳定性要求。

3 钻(冲)桩成孔

钻孔灌注桩是先用钻孔机械进行钻孔，成孔后于孔内放入钢筋笼骨架，再灌注混凝土。冲击钻进成孔是利用钻锥(重为10 kN～35 kN)不断地提锥反复冲击孔底土层取出或采用抽浆清孔的方法，重复上述过程冲击钻进成孔。由于主桥中墩位于江中，考虑到地质情况，结合冲击钻具有适用土质广泛，遇到大卵石、飘石也能克服钻穿，冲锤下冲时能把部分钻渣挤入孔壁而加强孔壁并增加土层与桩间的侧摩阻力作用，不易塌孔等优点，将桩基础的造孔改为冲击钻钻孔。

冲击钻机钻孔施工工艺流程及要求如下:

1)埋置护筒，布置机具:因为筑岛围堰上面用的是实黏土，所以护筒长度采用2.5 m钢护筒，选择直径320 cm;为保证护筒本身刚度及抵抗静水压力，选择厚度7 mm钢板，这样护筒既可满足施工要求，又经济实用。在埋好钢护筒、完成平台搭设工作之后，重新复核桩孔中心位置，然后将钻机就位，立好钻架，对准桩孔中心，拉好缆风绳，就可开始冲击钻进。2)开孔:孔径的大小与冲锤的直径有直接的关系，选用冲锤的直径宜比设计桩径小50 mm，为减少因冲锤晃动而产生超径，应使用同心度好的冲锤。首先用冲锥以小冲程反复冲击使孔壁坚实，开孔后及钻进过程中保持孔内水位高于河中水位1.5 m～2.0 m，并低于护筒顶面0.3 m，以防溢出;掏渣后应及时补水。3)钻进:正常钻进时，应注意以下事项:a.钻进时，应保持孔内有足够的水头高度和合理的泥浆技术指标，平衡土层压力，防止缩孔及塌孔。b.通过砂、砂砾石或卵石层时，应采用1 m～2 m的中、小冲程，反复冲击使孔壁坚实，防止塌孔;当通过黏土、泥岩等黏性土层时，应采用1 m～1.5 m小冲程，防止卡钻、埋钻;在任何情况下，最大冲程不宜超过6 m，防止卡钻、冲坏孔壁或使孔壁不圆。c.施工时应经常测定泥浆比重，定期测定粘度、含砂量和胶体率，及时调整泥浆技术指标，必要时使用泥浆添加剂。优质泥浆对孔壁既有良好的保护作用，又不产生泥皮效应，也不影响桩周摩阻力。d.为正确提升钻锥的冲程，宜在钢丝绳上做油漆标志。e.在掏渣后或因其他原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。4)掏渣:破碎的钻渣部分被挤进孔壁，大部分靠掏渣筒清除出孔外，故在冲击相当时间后，应将冲击锥提出，换上掏渣筒，下入孔内掏取钻渣。正常钻进每班至少应掏渣一次，掏渣后应及时向孔内添加清水以维护水头，防止粘锥、卡锥。5)检孔:钻进中每钻进4 m～6 m须用检孔器进行检孔。检查无弯孔、斜孔、缩孔等情况后才能继续钻进;不可用加重、压、冲击或强插检孔器等方法检孔。不得用钻锥修孔，以防卡钻。6)成孔:终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底土质进行检查，采用探笼器检测孔径，利用钻孔的钢丝绳把探笼器放入孔内，如上下顺畅即符合要求，否则进行扫孔。7)钻孔的安全要求:冲击锥吊起应平稳，防止冲撞护筒和孔壁，进出孔口时，严禁孔口附近站人，防止发生钻锥撞击人身事故。因故停钻时，孔口应加盖保护，并严禁钻锥留存孔内以防埋钻。

4 清孔、吊装钢筋笼和下导管

成孔后在检查桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底土质合格后，立即进行清孔，因是冲击成孔，所以采用掏渣清孔，清孔达到施工规范要求后进行钢筋笼的安放。因为是大直径长桩，钢筋笼采用分段焊接，吊车起吊就位，在钢筋笼内周围对称焊接四根声测管。在将上节钢筋笼吊起与底节钢筋笼连接时应先将声测管对接焊好，再焊接主筋，焊接采用单面焊，焊接长度为10d，最后将上下节钢筋笼环形箍筋按设计要求连接好。在吊放过程中，为保证其不变形，起吊时在头尾加强箍筋附近用钢环协助受力，严禁采用钢丝绳在钢筋笼上起吊，为了保持钢筋外有足够厚度的混凝土保护层，沿钢筋笼竖向每隔3 m设一道，每道沿周围对称地设置4个钢筋“耳朵”。导管直径为300 mm每节长2 m～5 m，另配1 m及1.5 m长导管，接头由丝扣连接，并用橡胶圈密封防水。导管使用前须经过不小于1.25 MPa的水密承压试验和接头抗拉试验。混凝土灌注开始时，导管底部距孔底的距离为30 cm～50 cm。

5 浇筑水下混凝土

灌注水下混凝土前，再次检查孔内泥浆性能指标及沉淀厚度，主要确保沉淀值小于5 cm及浇筑速度。如超过规定，进行二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。水下混凝土由拌合站拌制后，用混凝土输送泵送至现场灌注，混凝土坍落度要控制在18 cm～22 cm，水灰比控制为0.54。在灌注混凝土过程中严格控制在2 m～6 m之间，同时，为增加和易性，延长终凝时间及节约成本，混凝土配合比中加入适量粉煤灰(80 kg/m3)及减水剂、缓凝剂，保证混凝土终凝时间在12 h以上，实际灌注时间在6 h～8 h，均能在终凝时间内浇完混凝土。

6 质量成果

18根φ 290 cm桩基混凝土全部采用无损法声测检测，均达到质量要求，检测成果令人满意，质量较好。

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