桥梁工程水下冲孔桩基混凝土灌注施工控制要点——以阆中市嘉陵江四桥主塔群桩基础施工为例

高彬彬，张涛，盘倩

（1重庆建工新型建材有限公司，重庆 401122；2重庆城建控股（集团）有限责任公司，重庆 400010；3重庆庆扬建筑工程项目管理有限公司，重庆 401120）

0 引言

阆中市嘉陵江四桥位于阆中城区已建成的嘉陵江二桥下游2.8km处，起于嘉陵江右岸淳风大道，跨越嘉陵江后，经蟠龙路与国道212线和省道302线相接，桥梁全长1329.5m，桥面宽度29m，结构设计上互通区及靠近河边段引桥采用现浇连续梁，标准断面河滩浅水段引桥采用预制T梁，全桥跨径组合为（12×40m连续梁）+（8×41.25m简支T梁）+（2×130m独立斜拉）+（2×130m独塔斜拉桥）+（4×32.5m+45m+32.5m连续梁），主桥采用两跨130米独塔斜拉桥，主塔高96m，为“承台接群桩”基础，群桩为15根Φ2.50m、桩长35m的钻孔灌注桩，横桥向5排，纵桥向3排成矩形布置，纵横桩距均为5.6m，混凝土为C30水下混凝土。

1 混凝土灌注施工工艺

由于主塔位于河道深水区，通过打入钢管桩、铺设贝雷梁、型钢梁搭设栈桥与施工平台，结合工程水文、地质情况，主塔群桩采用冲击成孔工艺进行桩基钻孔施工，工艺流程为：测量定点→护筒埋设→冲击成孔→清孔→钢筋笼制作与下放→导管拼装与下放→泥浆沉渣检测→水下混凝土灌注，混凝土灌注的详细工艺流程见图1。冲击成孔工艺由于成孔深度大、稳定性好，特别适合于地质条件不良，地下水丰沛的工程施工中，但冲孔桩基施工对施工技术要求较高，施工难度大，也容易造成桩基沉渣过厚，泥浆指标不良，水下混凝土灌注过程中极易造成桩身结构完整性不良，甚至造成断桩等严重的质量事故[1]。

图1 冲孔桩基混凝土灌注施工工艺流程

2 灌注过程质量控制要点

2.1 导管拼装下放

导管采用钢制导管，内径一般要求为200～350mm，且要完好无变形和过度磨损，该项目使用钢制导管为Φ300mm，拼装连接时接头必须洗干净，且需加上橡胶材质止水密封圈，要求密封圈无老化、表面无开裂等现象，防止使用过程出现渗水、混凝土漏浆情况发生。正式浇筑混凝土前特别是首次使用时务必对导管进行水密承压和接头抗拉试验，并进行导管垂直度检查，其中水密试验的水压不小于桩基孔内水压以及导管壁与焊缝可能承受混凝土压力的1.3倍[2]，混凝土压力P按照下式计算：

式中：P为导管可能承受到的最大内压力，kPa；γc为混凝土拌合物重度，kN/m3；hc为导管使用长度，以最大长度计，m；γw为桩孔内泥浆重度，kN/m3；Hw为桩孔内泥浆深度，m。

下放导管时，需安排专人对导管的螺纹丝口连接情况逐个进行检查，导管下至距离孔底30cm即可。另因清孔验收不合格需继续清孔循浆时，必须控制导管下放深度，要求距离孔底沉渣顶部距离不少于1m，避免清孔时翻渣造成导管堵塞。正式开始灌注混凝土时，拆除的导管必须及时清洗，以免水泥砂浆附着凝固后影响导管的正常使用。

2.2 清孔控制要点

桩基成孔后需进行清孔，满足要求方能下放钢筋笼、导管。在浇筑混凝土前还必须对桩孔内泥浆指标、沉渣厚度进行检测，要求见表1。若不满足要求时必须进行二次清孔（清孔一般先加纯碱充分沉淀，再加CMC，并且调整泥浆指标），方法为：在混凝土导管内接好风管和弯管，风管埋深50m左右，再接好弯管上的高压送风管。以上工序全部结束后，用吊钩将导管慢慢提起距离孔内沉渣顶部上面1m左右（避免导管堵塞），然后开始用空压机送风，循环泥浆，然后逐步往下清渣，进行第二次吸泥清孔，并及时向护筒内补充优质泥浆，确保护筒内水头，当孔底沉渣及泥浆指标符合清孔要求后，立即停止送风，拆除吸渣弯头、风管。

表1 冲孔桩基泥浆指标、沉渣厚度技术要求

2.3 水下混凝土制备

水下混凝土应具备良好的流动性、自密实性以及良好的抗分散性能[3]，单桩浇筑体量在考虑到扩孔系数的情况下达到200m3左右，加之栈桥运输能力限制，混凝土灌注时间预计在6～8h，因此还要求混凝土具备一定的缓凝特性，工作性能经时损失要小。结合交通行业的施工技术规范[2]与四川地区推荐使用桥梁工程高性能混凝土制备技术规范[4]，确定了目标混凝土的技术要求，其中力学性能要求满足1.15倍设计值要求，工作性能要求见表2。

表2 水下混凝土的技术要求

立足目标技术要求，设计选定的配合比及其性能参数见表3、表4。

表3 阆中市嘉陵江四桥桩基用水下混凝土配合比

表4 水下混凝土性能参数

为准确测定混凝土的流动性损失，对其倒流时间经时损失进行了测定，见图2。

图2 流动性经时损失（单位：s）

2.4 灌注过程控制

导管安装到位（导管底口离孔底30～40cm时即固定），安装料斗，料斗的体积要求不宜少于首批封底混凝土的体量，具体按照式2.1.2计算，阆中四桥主塔桩基封底混凝土需求量约为7.5m3。但现场料斗体积不足，且受限于栈桥通行条件混凝土运输车为7m3小型运输车，实际施工时采取的办法是先将料斗内装满混凝土约为2.5m3，然后将运输至现场的第二台混凝土运输车退至料斗前，待拔球（为一块直径略大于导管直径的硬质钢片，上焊接有吊环通过钢丝绳与卷扬机相连，下混凝土之前将钢片放置在料斗内的导管口处，开始下混凝土时要求工人用钢筋压住，拔球时则使用卷扬机快速将其提起即完成拔球下料动作）下料开始时运输车立即加大罐体转速往料斗内送料，使得首批混凝土下料体积达到9.5m3左右，即满足首批封底混凝土的体量需求。

图3 水下混凝土灌注过程控制

2.1.2 式中:D为桩孔直径，m；H1为导管底距桩孔底的距离，m，一般控制在0.3m左右；H2为导管初次埋置深度，m，一般为1.0m；d为导管内径，m；h1为桩孔内混凝土达到初次埋置深度时，导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度，m。

2.1.3 式中HW、γw、γc同2.1.1式。

需要注意的是，封底混凝土完成灌注后应通过测锤测量导管埋深，以确定封底是否成功。封底成功后开始正常灌注水下混凝土，要求全过程尽量连续，车辆转换、导管拆除、深度测量等中间作业过程时间尽量要短，灌注过程中应认真监测混凝土柱上升高度，导管埋深，并和已灌入的混凝土数量校核，以便确定扩孔率或混凝土面上升是否正常。此外还需要注意的控制要点有：

（1）正常灌注时进入导管混凝土量不宜过大，速率不宜过快，以不全部封住导管口为宜，避免在导管内形成高压气囊堵塞导管，若因气囊造成堵管，可用吊车提升漏斗，混凝土开始下落迅速回原位或在漏斗的导管上端开一排气孔。

（2）灌注过程中建议的导管埋置深度为2～6m，通过测锤测得导管埋置深度≥6m时，根据情况进行导管的拆除作业，要求在拆除过程中要谨慎操作，提升降落导管动作不宜过猛，避免将导管提空形成亮封，或者对钢筋笼造成扰动，同时还建议现场配备一两节1m导管进行置换性拆除，便于合理保证导管埋深。

（3）孔内由混凝土置换出来的泥浆经连通管流入其它待钻钢护筒回收利用，对于混凝土浇至桩顶以上部分含有水泥浆的废浆不能回收再利用，用砂石泵抽至舱驳内，运至码头，用泥浆泵通过布设的输送管道，将废浆排放到泥浆处理场内。

（4）当混凝土浇注至接近设计标高时，应反复测定混凝土面高程，以保证混凝土顶面标高比设计标高高0.5～1.0m，以保证足够的桩头破除长度。

3 施工效果

图4 主塔桩基灌注完成后现场概况

阆中市嘉陵江四桥主塔桩基在施工完成后，通过超声波检测桩身结构完整性、通过钻芯法对桩身混凝土强度进行检测均一次性合格，通过抗压静载试验检测单桩竖向承载力，均能满足设计要求，全部评定为Ⅰ类桩，取得了良好的施工效果。

[1]王晋林.关于冲孔灌注桩施工实践[J].四川建筑科学研究，2005，31（3）：92-93.

[2]JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]王洪顺，王毅.浅谈水下混凝土的配制与施工[J].商品混凝土，2005，（4）：38-41.

[4]SCG F51-2010桥梁高性能混凝土制备与应用技术指南[S].成都：四川省交通运输厅，2010.