贵广铁路北江特大桥嵌岩100 m大直径钻孔桩施工技术

曹玉红，周翰斌

(中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510500)

贵广铁路北江特大桥嵌岩100 m大直径钻孔桩施工技术

曹玉红，周翰斌

(中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510500)

贵广铁路(贵阳—广州)北江特大桥主墩桩基础采用直径3.0 m钻孔灌注桩，不仅桩径大，嵌岩最大厚度接近100 m，成孔深度超过120 m，还具有质量要求高，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。

嵌岩100 m深 大直径钻孔桩 施工

1 工程概况

北江特大桥为新建贵广铁路的一座特大桥，在广东佛山市的金沙镇与小塘镇之间跨越北江，全长11.466 km。主桥采用(57.5+109.25+230+109.25+57.5)m，5跨连续钢桁梁斜拉桥，两主塔承台面以上高度105 m。引桥采用32 m，24 m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，两侧两线为货车及相对较低速度客车通道。

工程所处的北江为珠江的重要支流，每年4～9月份为汛期，6，7月份为洪水爆发危险期，具有径流量大、汛期长、洪峰高的特点。20年一遇水位为9.14 m，50年一遇水位为9.52 m，100年一遇水位为9.83 m，相应流速1.83 m/s。

主墩处的覆盖层主要由粉砂、中砂、粉质黏土、粗砂、砾石等构成，但两个主墩位处情况差异较大。243#主墩范围内的河床面高程变化较大，最大高差达4 m，覆盖层主要由中砂、粉质黏土、粉砂层构成，厚度6～8 m左右;244#主墩处的覆盖层主要为中细砂，厚度只有1～4 m。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，其基本承载力为300～800 kPa。243#，244#主墩的钻孔桩嵌岩平均厚度分别为85.7 m，98.6 m，最大嵌岩深度超过100 m。

北江特大桥241#～245#墩位于水中，在施工常水位+1.0～+2.0 m下的水深约2～19 m。其中243#，244#主墩为每墩18根φ3.0 m钻孔桩基础，采用C30水下混凝土。桩长分别为96.5 m，102.0 m，桩底高程分别为-105.8 m，-112.2 m，在+9.76 m施工平台顶面下的相应成孔深度分别为116.5 m和122.0 m。主墩采用低桩承台形式，在施工常水位下，243#主墩水深8～15 m，覆盖层厚度较大，244#主墩水深约8 m，覆盖层较薄，承台埋入河床深度超过其1/2高度，其它情况见表1。

表1 243#与244#主墩的地形及设计情况 m

2 施工难点

1)钻孔桩的桩径大，最大成孔深度超过120 m，嵌岩最大厚度接近100 m，对成孔设备性能要求高。终孔后清孔难度大，易引起孔底沉渣超标等质量问题。钻孔必须确保孔壁垂直精度大于规范要求的1/100，以满足钢筋笼的吊装要求。

2)钢筋笼主筋采用 φ32 mm钢筋，桩顶以下47.20 m主筋采用径向双层筋布置，单层钢筋共76根，其中244#主墩的单根桩基钢筋笼质量达80.20 t。钢筋笼质量及长度大，吊装时连接难度大，安装时间长，对孔底沉渣控制要求高。

3)施工工期紧，根据主塔需在次年的洪水来临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，不利于钢管桩钻孔平台的搭设。

3 嵌岩100 m大直径钻孔桩施工

3.1 成孔设备及工艺

每个主墩原计划各投入6台桩机进行施工，其中旋转钻机2台，冲击钻机4台，采取钻冲结合的成孔工艺。经在243#主墩进场了一台DW-35型全液压大口径钻机进行工艺试验，发现该钻机较为庞大，其配套的辅助设备多，相邻的桩孔无法摆放其他机械进行施工，且安装就位、移机都比较困难。该机在覆盖层范围的钻进速度较快，但进入岩层就很慢，钻至半途还须更换冲击机冲进，综合成孔速度并不具有明显优势，甚至还可能影响到主墩桩基础的整体施工工期。因此，综合考虑改为全部采用YKC型冲击钻机，配以质量为13 t的冲锤冲击钻孔。同时配置气举反循环设备以及宜昌黑旋风ZX-200泥浆分离器配合清孔，作为本工程所有桩基成孔施工的主要机具，3种设备优势互补、联合作业。

冲击钻机按相邻桩位错开布置，原计划分3轮完成冲孔施工。但开工一段时间后，设计仍未明确最终的终孔标准而暂时停工。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。因此及时调整了冲机数量，只要在桩位允许的情况下，即增加冲机数量，高峰时每墩桩基成孔施工的冲机达到了9～10台。

3.2 钻桩平台及栈桥搭设

为满足钻孔桩施工，需要在设计桥位的上游搭设6 m宽的钢栈桥通到主墩的钻桩平台。243#主墩钻桩平台的钢栈桥长度为430 m，244#主墩钢栈桥搭设长度144 m。钢栈桥通至其钻桩平台，钢栈桥与钻桩平台相连形成水上施工通道，顶面高程均为+9.76 m。

根据两个主墩处不同的水深、覆盖层厚度及工期要求，采取不同的钻桩平台形式。243#主墩处水深、覆盖层厚度较大，采用钢管桩作为支撑的钻桩平台，平台长×宽为60 m×42 m。244#主墩由于水深较浅，中细砂的覆盖层厚度小，钢管桩入土不足，满足不了钢管桩平台的安全稳定性要求，也考虑到可能需要在洪水期进行基础施工的安全渡汛要求，采用双壁钢围堰搭设钻桩平台，并作为后续承台施工的围堰及模板。

每个主墩平台安装一台龙门吊，龙门吊净跨30 m，起吊高度18 m。龙门吊采用贝雷桁架拼装，主要用于钻桩平台的桩机、导管等设备移位，以及钢筋笼的接长下放等。

3.3 泥浆制备及控制

泥浆循环采用正、反循环结合方式，孔深在60 m以内时采用正循环，超过60 m后采用反循环。冲孔时采用正循环工艺，终孔后的清孔则采用反循环工艺。

泥浆在满足成孔工艺要求情况下，根据不同的土层而采取不同的制备材料。覆盖层采用的泥浆制作材料主要为当地的膨润土、纯碱(Na2CO3)和羧甲基纤维素(CMC)，其配合比为淡水∶膨润土∶Na2CO3∶CMC=1 000∶80∶2.2∶1.0。进入基岩后，由于泥岩是一种由泥巴及黏土固化而成的沉积岩，泥岩、泥质砂岩是一种很好的造浆材料。在冲锤的反复冲击下成为小颗粒的钻渣，一部分随着泥浆循环浮上孔口，大部分在冲孔过程中成为泥浆。浆液略呈灰色，含砂率较高，约6～8%，但可通过ZX-200泥浆净化装置进行排渣处理而大幅度降低含砂率。根据具体情况，适时补充一些膨润土造浆的泥浆。成孔过程中针对不同土层，实时调整及监控泥浆的性能指标，一般在黏土、粉土层中的泥浆相对密度取1.3，砂层、砾石层中取1.4，岩层中则取1.2，使泥浆既起到护壁及清渣的作用，又不至于太浓而影响冲进速度。

成孔施工时，在护筒顶部开孔，利用相邻的钢护筒作为泥浆循环沉淀池。制作泥浆沟把两个钢护筒连通，两个钢护筒的顶部空孔深18～24 m，可满足160～240 m3泥浆的循环置换。施工中钻渣随泥浆从孔内浮出，人工用网筛将钻渣从循环泥浆沟捞出。孔深超过60 m后每隔10 m使用一次泥浆净化装置滤出钻渣，处理钻渣后的泥浆经安装在泥浆沉淀池的泥浆泵将其抽送至施工桩孔底内。清理出的钻渣及多余泥浆由300～500 t泥浆船装载，泥浆可作为其它桩基造浆循环使用，钻渣则运往指定弃渣点排放。

3.4 防止冲机卡锤、掉锤的主要措施

由于成孔深度达到116.5 m，122 m，一旦冲机发生卡锤或掉锤现象而处理不当容易产生埋锤事故，将会影响到主墩基础的按期完成，甚至会对桩基质量产生不利影响。因此较好的方法是对冲机卡锤、掉锤事故采取预防措施。主要措施有:①冲机所用的钢丝绳全部采用进口钢丝绳，施工过程加强检查，特别规定在孔深超过50 m后每4 h检查一次冲锤、钢丝绳及钢丝绳接头、锤销的情况，发现钢丝绳有破损或断丝现象，或者锤销有裂纹时立即更换，以避免发生掉锤问题;②冲锤使用前在其锤瓣上加焊保险吊耳并穿上全新钢丝绳，用于掉锤时下放1个或2个钢钩到冲锤位置，钩住保险钢丝绳后用冲机的卷扬机将冲锤提升，及时将冲锤顺利打捞出来;③冲孔时严禁打松锤，最大冲程不超过4 m，每进尺5 m测量一次成孔垂直度，孔深超过50 m后每冲进10 m应提锤上下扫孔后再冲进，以免发生卡锤并保证桩孔的垂直度。

3.5 终孔及清孔

桩孔达到设计要求后，采用JJC-1D型灌注桩孔径检测系统进行成孔质量检测。由于桩孔深，泥浆含砂率较大，采用ZX-200泥浆净化装置配合气举反循环方式进行清孔。清孔时，将泥浆净化装置的抽浆管接至桩孔60 m处开始抽取泥浆。泥浆通过净化装置实现浆渣分离，净化后的泥浆重新注入桩孔中，而砂及泥渣则通过另外的管道分离。当泥浆实测含砂率≤1%时，再按孔深每增加5 m为一级往孔底下放抽浆管进行分级抽浆清孔。直至整体泥浆含砂率均≤1%，泥浆相对密度≤1.1，含砂率＜2%，黏度17～20 s，且孔底基本无沉渣时，停止清孔，然后进行钢筋笼吊装。

3.6 钢筋笼制作与安装

钢筋笼在钢筋加工车间的胎膜上采用长线台座法分节制作。钢筋笼的主筋采用直螺纹套筒连接，相邻接头错开1.2 m，同一截面主筋接头数量不得超过主筋总数的50%。每节长度12 m，最上一节作为调节笼。

由于钢筋笼深至孔底，其直径、长度及质量均较大，且桩顶高程距作业平台面达19～20 m，传统的扁担吊方式已无法满足钢筋笼起吊及安装定位要求。对接时也不可能采用常规的孔口设置扁担梁方式来支撑已放入孔内的钢筋笼。为控制钢筋笼在起吊安装时变形，设计加工了专门的吊具及悬挂环来解决钢筋笼的起吊、支撑及悬挂定位问题。

钢筋笼节段运至现场后，由起重机用4点平衡吊起吊，起吊至一定高度后再慢慢起上端松下端，两个钩同步进行，直至钢筋笼完全竖立后松掉下端钢丝绳。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双面焊接16 cm长φ32 mm防滑筋)用6个悬挂钩托住，然后由专用吊具(见图1)将连接器与钢筋笼的8根主筋对接。钢筋笼的悬挂定位及接长通过“圆形悬挂环”来实现。“圆形悬挂环”由卡板和支撑圆环两部分组成，支撑圆环开孔插[12槽钢均匀受力，可以将钢筋笼质量均匀分配于环上，悬挂环支承于钢护筒及施工平台上(见图2)。

3.7 水下混凝土灌注

图1 正在吊装作业的钢筋笼吊具

图2 钢筋笼的圆形悬挂环

钢筋笼安装后，利用龙门吊或吊机下放导管进行二次清孔。导管选用壁厚6 mm，直径325 mm的无缝钢管。导管初次使用前进行水密承压和接头抗拉试验，水密试验的水压取为孔内水深1.5倍的压力以及导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力1.5倍两者之中的较大值，经过计算，水密承压试验压力需满足≥2 430 kPa。导管安装时，准确测量每节导管长度及安装顺序，并做好记录。导管在开始浇注混凝土前距离孔底面20～30 cm。

本工程单桩灌注量达807 m3，根据计算，初灌混凝土量为17.5 m3。采用C30高性能水下混凝土，所使用的拌合料应满足铁路规范关于高性能混凝土的要求。混凝土配合比设计满足以下要求:坍落度180～220 mm，混凝土初凝时间≥23 h，粗骨料最大粒径≤31.5 mm，并掺入密实剂，以减小混凝土的收缩，提高抗裂性及耐久性能。

混凝土灌注开始后，快速连续进行灌注，不得中断，控制在12 h内完成。灌注过程中，防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使混凝土顶升困难。注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时在互相垂直的两个方向上测量孔内混凝土面高度，计算出导管埋深进而确定导管的提升和拆除。导管提升时保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。

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。如此时出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注顺利进行。为确保桩顶混凝土质量，在桩顶设计高程以上加灌混凝土80～100 cm。最后1段长导管拔出时需缓慢进行，以防止桩顶沉淀的泥浆顺着导管壁渗入而形成泥心。并在最后拔管时适当反插，以保证导管位置的混凝土密实度。

4 结语

北江特大桥主墩φ3.0 m的大直径超深钻孔桩，嵌岩最大厚度接近100 m，在工程中的应用还较少，对其施工技术及组织安排可以说是相当大的考验。通过研究采取适当的工艺技术和控制方法，桩基经检测全部为Ⅰ类。这是通过精心组织，采取有效的工艺及技术措施，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。

1)冲击钻机加上配套的气举反循环设备以及泥浆分离器在深厚的泥岩、泥质砂岩中成孔施工，比全液压回转钻机具有一定的成本优势，成孔的质量、进度也能得到保证。

2)冲击钻机成孔施工时，采取有效的预防卡锤、掉锤措施，是可以避免发生卡锤、掉锤问题的。

3)钻孔桩的长大钢筋笼应采取有效的起吊及支撑、悬挂定位方法，以控制钢筋笼的起吊变形，加快钢筋笼的安装进度。

[1]汪溯，李步云，戴晟春.湛江海湾大桥48号主墩超长大直径桩基施工[J].桥梁建设，2004(5):61-62.

[2]吴泽生，姚红梅.舟山连岛工程金塘大桥主通航孔桥海上桩基施工[J].铁道建筑，2007(1):29-32.

[3]毛亮坤.气举反循环法在百米超长钻孔桩施工中的应用[J].铁道标准设计，2009(S1):89-91.

[4]魏文云.福州鼓山大桥2#主墩钻孔桩施工质量控制[J].铁道建筑，2010(10):11-14.

[5]中华人民共和国铁道部.TB 10203—2002铁路桥涵施工规范[S].北京:中国铁道出版社，2002.

Construction Technology of Large-diameter Bored Pile with Rock-socket Deep of 100-m Used on Guiyang-Guangzhou Railway Beijiang Bridge

CAO Yuhong，ZHOU Hanbin
(The First Construction Co.Ltd of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.Ltd.Guangzhou Guangdong 510500，China)

The pile foundation of the main pier in Beijiang super major bridge of Guiyang-Guangzhou Railway uses 3.0 m diameter bored piles，which have the characteristics of large diameter，nearly 100 m maximum thickness of rock-socket，over 120 m drilling depth，high quality requirements，high construction risk，short duration，etc.According to the characteristics of the project，the paper introduces the construction technology of the bored pile，including the construction of platform and trestle bridge，deploying of drilling equipment and drilling technology，production and installation of reinforcement cage，underwater concrete casting etc.，which can provide a reference for other similar projects.

100 m rock-socket;Large-diameter bored pile;Construction

U445.55+8

A

1003-1995(2012)06-0042-04

2011-11-18;

2012-03-05

曹玉红(1982— )，女，广东梅州人，助理工程师。

(责任审编 赵其文)