高潮汐深水长大直径钻孔桩施工工艺探讨

甘兴洪

（中铁三局集团第四工程有限公司，北京 102300）

近年来，随着高速公路、高速铁路、客运专线建设速度的加快，带动桥梁施工技术水平的迅猛发展。桥梁作为一个非常特殊而重要的结构，在高速公路、高速铁路、客运专线等工程建设中所占的比例越来越大。在跨越江河、湖泊、海洋时，考虑到通航及地质等情况，桥梁上部通常采用各种各样大跨径的桥梁结构形式，同时要求桥梁结构和混凝土耐久性使用年限延长，扩大基础应用相对较少，普遍采用钻孔灌注桩基础，因此深水基础施工应用广泛。

使用冲击钻机施工钻孔桩应用广泛，成孔速度较快，工艺成熟，但对于地质复杂的高潮夕深水长大直径钻孔桩来说，施工难度大，施工进度缓慢。若采用合理的施工技术，不仅能加快施工进度，确保工程质量优良，还能有效地降低工程成本，具有显著的经济和社会效益，为类似工程桩基施工提供较好的指导作用。

1 工法特点

利用钢便桥及钻孔平台作为工作场地，冲击钻成孔，钢护筒围堰，水下钻孔爆破施工入岩深度较大的钻孔灌注桩。采用优质水及优质膨韧土调和泥浆，大型泥砂分离器清孔，大型起吊设备安装钢筋笼及大型料斗浇筑混凝土的方法施工，具有施工复杂但有序、工艺流程清楚，加快桩基成孔速度，确保桩身质量，减少工程造价的特点。

2 适用范围

在潮汐环境、深水环境、长大直径钻孔、地质比较复杂以及几种情况相交的情况下，钻孔效果明显。适用于沿海与内河水下工程等。

3 工艺原理

①采用水中搭设临时钢便桥及钻孔平台作为施工场地，将水中施工变为临时陆地施工；②采用钢护筒围堰，将外界环境与桩基内部环境完全隔离，使特殊的施工环境变化为常规施工，减少施工风险；③冲击钻成孔，利用优质水及膨韧土调和泥浆，水下钻孔爆破施工入岩深度较大的钻孔灌注桩，大型泥砂分离器清孔，大型起吊设备安装钢筋笼及大型料斗浇筑混凝土施工。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

见图1。

4.2 操作要点

主要包括：施工准备、钻孔便道及平台设置、测量放样、护筒围堰施工、钻机就位、造浆、钻进、成孔清孔、钢筋笼制作、运输、吊装和混凝土灌注。

4.2.1 施工准备

①根据施工便桥和钻孔平台专项施工方案要求进行便桥及钻孔平台施工，在钻孔平台位置预留出钻孔桩位置。②钢护筒进场，并按照相关要求制作成型。③测量每个钻孔处水深情况，为护筒插打施工提供可靠的水文依据，准备好钢护筒安装的吊装设备、下沉设备和其他施工机械。④选择合理的钻机型号，进场就位，配置一定容量的泥浆池进行沉渣及掏渣。

4.2.2 护筒安装

4.2.2.1 钢护筒的选材

护筒的选材与钻孔桩的直径、水深、水流、地质条件有很大关系。根据不同水流、水深、地质条件，一般要求钢护筒直径比设计桩直径大20～40 cm。考虑桩径大、埋置深度深，钢护筒按照0.5%的竖直度要求，通过计算钢护筒底已偏移17.5 cm，所以对于埋置较深的钢护筒在直径的选择上一般取大值。同时查看九龙江上游在建的厦深铁路九龙江特大桥主墩直径为2.5 m，桩径采用壁厚12 mm、直径2.9 m的钢护筒。在成桩过程中，将部分钢护筒变形作为参考依据，对于直径为2.5 m的桩选用厚14 mm的钢板卷，制成直径为2.9 m的钢护筒。

4.2.2.2 钢护筒的制作

在确定了钢护筒厚度和直径之后，购买钢板进场，钢板规格采用9 110 mm×1 800 mm×14 mm，现场采用卷制机制作成1.8 m一节，焊接固定。

4.2.2.3 钢护筒深度的确定

根据人民交通出版社的《桥涵》中的计算公式求得。计算公式如下：

L=[(h+H)γω－Hγo]÷(γd－γω)

式中：L——护筒埋置深度，m；

h——施工水位至河床表面深度，m；

H——护筒内水头，即护筒内水位与施工水位之差，m；

γω——护筒内泥浆容重，kN/m3；

γo——水的容重，kN/m3；

γd——护筒外河床土的饱和容重，kN/m3。

4.2.3 造浆钻进

造浆材料、造浆空间和造浆的质量，直接关系到桩基成孔的质量。为了防止缩孔、穿孔及塌孔现象的发生，要对以上三点进行严格的控制。对于高潮夕深水长大直径钻孔桩应采用优质水及膨韧性黏土进行调配。为保证泥浆在循环过程中有足够的空间，造浆利用相邻已安装好的钢护筒进行造浆。施工时，先将黏土打碎放入泥浆池内，拌制均匀后，用泥浆泵抽入需要钻孔的钢护筒内进行钻孔。钻孔时，派人适时进行水头观测，对可能发生的穿孔现象进行预防。为保证护筒不穿孔，在出护筒1.5～2.0 m左右投入适量的水泥，用钻锤冲击均匀后，每隔20 min左右上下往复提升一次锤，24 h后即可正常钻进。为保证涨退潮时钢护筒内水头差，采用两台泥浆泵同时施工，一台放入钻进的孔内，一台放入装有泥浆的孔内。当涨潮时，将泥浆池中泥浆抽入钻进的孔内；在退潮时，将正在钻进孔内的泥浆抽入到泥浆池一部分，始终保持孔内外压力差在0.02±0.01 MPa之间。根据钻孔进度测量孔深，检查施工原始记录，注意地质变化，在地质变化处捞渣取样，判明后进行记录，并绘制地质柱状图。

4.2.4 钢筋笼制作、运输及吊装

钢筋笼在钢筋加工场根据孔深制作成节，特制炮车运输，大型吊车垂直起吊安装。钢筋笼下设时，底节钢筋笼下沉后露出钻孔平台，短筋不大于1 m，长筋不大于2 m。同时，为了保证重量较大的钢筋笼受力在钻孔平台上，而不是钢护筒上，所以在钢护筒的外侧平台上对称固定50a工字钢各两根，在50a工字钢对称设置32a工字钢各两根，两根并在一起。在两工字钢之间设置竖向孔穿入单根φ32 mm的钢丝绳，钢丝绳上部设置100 mm的圆钢销横担固定焊接在工字钢上，下部用25 t的卸扣锁在钢丝绳上，卸扣下挂35 mm厚钢板自制的挂钩固定钢筋笼。钢筋笼安装时，先用大型起吊设备吊起吊第一节钢筋笼，对准孔位中心后下放，四周工人扶住以防偏位。在钢筋笼下设到事先安设好的挂钩位置时，人工配合将挂钩挂到钢筋笼设置的吊点位置固定、松勾，起吊下一钢筋笼，对准后进行钢筋笼主筋连接和箍筋绑扎。

4.2.5 混凝土灌注

大直径水中钻孔桩砼灌注的质量与砼配合比、和易性、流动性、凝结时间、泥浆比重、灌注时间等有着重要的关系。除了在灌注过程中对清孔质量进行控制外，还需重点对砼配合比进行优化设计。考虑到砼受海洋环境的影响，砼水泥用量相对陆地上要大，同时为保证水泥砼的流动性和初凝时间，在砼内加入适量的粉煤灰和外加剂，确保砼初凝时间在10h以上，坍落度控制在18～22cm。