荆东大桥超长深水钻孔灌注桩施工技术要点分析

李灿明 合诚工程咨询股份有限公司，福建 厦门 361012

1 工程概况

荆东大桥位于三明市三元区荆东村，是国道205 线三明市区过境段工程A2 合同段荆东互通的主线桥，荆东大桥起讫里程为K18 +070.5-K18 +651.5，桥长581m，共5 联12 孔，主要跨越沙溪河，8、9#墩位于沙溪河中，水深14m，地层由卵石、强风化构造岩、中风化构造岩组成，同时位于(F5)断层上，下部结构采用墩台配桩基础，上部采用(72 +130 +72)变截面连续箱梁。桩基础采用摩擦桩，共32 根，最深桩长92m，钻孔深度达104m。

2 超长深水钻孔灌注桩施工工艺流程及施工技术要点

荆东大桥超长深水钻孔灌注桩施工主要工艺流程为:钢栈桥及钻孔平台搭设、护筒埋设、钻机安装、钻孔施工、成孔检查、一次清孔、钢筋笼制作及安装、二次清孔、灌注水下混凝土。

2.1 钢栈桥及钻孔平台搭设

荆东大桥桥址位于台江电站范围内，前后二个电站中游，水位相对稳定，百年一最大流速为1.94 m/s，常水位标高为135.5 m，根据台江电站出示的水文报告，三明沙溪河主汛期为每年5 月底到7 月中旬，桥位处10 年内最高水位为133.9 m，钢栈桥及钻孔平台按10 年内最高水位加2 m 设计。

钢栈桥设计时主要考虑通行时的临时荷载，一般按照载重量来计算承重体系并考虑1.5 倍安全系数，动载最大荷载考虑80T，静载最大荷载考虑95T。钢栈桥设计全长276m，桥面净宽6m。基础采用630mm10mm 钢管;下部结构为双45b 工字钢;上部为7 片31.5m 贝雷梁;桥面结构为1823.5 工字钢横向分配梁，上铺8mm 防滑钢板。钢栈桥采用“钓鱼法”施工，具体施工步骤如下:钢管桩制作→钢管桩施工(打入冲孔、插桩)→焊接桩及桩顶开槽→双拼工字钢横梁制作及安装→贝雷片纵梁安装→剪刀撑制作及安装→横向分配梁制作、安装及固定→桥面防滑钢板铺设→结点联接检查。

钻孔钢平台共二座，设计尺寸为27m35m。可同时满足12 台钻机同时作业。平台基础采用630mm 钢管，壁厚8mm，横梁采用40a 型双拼工字钢;分配梁采用25a 型工字钢，间距0.3m，分配梁上满铺8mm 厚的钢板，具体施工步骤如下;钢管桩制作→钢管桩施工(打入冲孔、插桩)→焊接桩及桩顶开槽→工字钢横梁制作及安装→分配梁制作及安装→剪刀撑制作扩安装→分配梁制作、安装及固定→钢平台面板铺设、固定→结点联接检查。施工时应结合防洪防汛的要求，在平台上游侧需加设拦物网，避免漂流物堆积在平台上侧，增加阻力危及平台安全。

2.2 埋设护筒

(1)基于后期钢吊箱施工要利用护筒作为吊挂系统的主支撑，经计算后护筒采用14mm 的钢板制作，其内径大于钻头直径25cm。为防止护筒变形，在护筒上、下端口和中部外部各焊一道加劲肋;(2)护筒埋设采用20 型震动锤下沉，在平台上下做定位导向架，导向架距离尽可能加大，护筒中心与桩位中心的偏差不大于50mm，成孔后桩中心轴线不大于40mm，倾斜度不大于1%。护筒内存储泥浆应高出河面水位1m，防止河水内渗稀释泥浆造成坍孔。

2.3 钻机就位

水中墩桩基础相邻较近，最小距离只有3m，为防止冲击振动导致邻孔坍壁等质量事故，荆东大桥水中墩钻孔桩采用“跳打”法施工，单座承台8 根桩基最多投入3 台钻机，按照“322”施工顺序进行循环作业，本桥8、9 号墩4 座承台32 根桩基，共投入12 台钻机，计划3 个施工循环完成全部水中钻孔桩施工，计划工期7 个月。

2.4 泥浆的制备及循环净化

造浆采用优质粘土，必要时掺入适量CMC 羧基纤维或Na2CO3 纯碱等外加剂，保证泥浆自始自终达到性能稳定、沉淀极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。

2.5 钻孔

钻孔宜采用半自动卷扬机，自重12 吨，钻头采用梅花形钻头，直径2.18m，自重8.5 吨，钢丝绳选用同向捻制，无死弯和断丝。现场备用钻头2 个，当钻头直径磨耗超过15mm 时及时更换修补。

(1)开孔:在地质不平整的岩面、深槽或人工填土时，开孔前在孔内多投入一些粘土，并加适量粒径为15cm 左右的片石，顶部抛平，用低冲程冲砸，泥浆比重控制在1:3 左右。钻进0.5～1.0m，再回填粘土或片石，继续经低冲程冲砸，如此反复二至三次，待钻头冲砸至一般岩面时，方可加大冲程正常钻进。为防止冲击振动使邻孔坍壁，待邻孔砼灌注完毕一般经24 小时后方可开钻。

(2)钻孔:钻孔过程根据地质情况，采用不同的钻进方法钻进，粉质土采用中冲程(0.75m 左右)，输入较低稠度泥浆，防止卡钻、埋钻;易坍孔的土质采用小冲程(0.5m 左右)，多投入粘土提高泥浆的粘底与相对密度，并填加片石、碎石，使之被挤入孔壁。坚硬漂卵石和岩层中钻孔采用中、大冲程，一般在4～6m，钻孔时孔内水位宜高于河内水位1.5～2.0m，在冲击钻进中取碴和停钻后，应及时向孔内补水或泥浆，保证孔内水头高度和泥浆比重及粘度。

(3)抽碴:冲孔至护筒下4～5m 时，用抽碴筒抽碴，每钻进0.5～1.0m 抽碴一次，抽至钻碴明显减少无粗颗粒为止，抽碴时应及时补水和粘土，使泥浆比重符合要求，冲孔是每隔3～4 小时，浆钻头或钻碴筒在孔内上下提放几次，把下面的泥浆拉上来，以护孔壁。

(4)刃口补焊:钻头刃口在钻进中不断磨损，每班应进行检查，冲击锤尺寸磨损到小于设计桩径或磨钝时，应及时补焊，以免造成缩径或卡钻事故。为防止卡钻，一次补焊不宜过多，且补焊后在原孔使用时，宜先用低冲程冲击一段时间，方可恢复正常冲程。

(5)检孔:为保证孔形垂直，钻进中应常用检孔器检孔，检孔器用钢筋制作，直径与钻头直径相同，高度为钻孔直径的4～6 倍。更换钻头前，必须经过检孔。如检孔器不能沉到原来已钻到的深度，或钢丝绳拉紧时的位置偏移护筒中心，则可能造成缩孔、弯孔、斜孔等，应及时纠正或回填重钻。

(6)终孔检查:当孔底达到设计标高，可停止冲击，把钻头提到孔外，进行成孔检查(孔径、孔深、倾斜率等检查)，符合施工规范要求后方可清孔，在终孔与清孔的间隙时间应保持孔内水头高度。

2.6 成孔

孔径及垂直度检测在桩基成孔后，下入钢筋笼前进行，根据桩径制作笼式井径器入孔检测，笼式井径器用φ22 的钢筋制作，其外径大于钢筋笼外径10cm，长度等于孔径的4～6 倍。其长度与孔径的比值选择，可根据钻机的性能及地层的具体情况而定。检测时，将井径器吊起，钻孔中心与起吊钢丝绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径。

孔深和孔底沉碴采用标准锤检测。测锺一般采用锥形锤，锤底直径15cm，高20cm，质量4kg～6kg。测绳必须经钢尺进行校核。由于桩长较长，普通测绳容易被拉长，出现偏差，现场采用钢测绳，测量完后用钢尺对测绳进行复核，确保孔深达到设计要求。

2.7 一次清孔

清孔处理的目的是使孔底沉碴厚度、泥浆比重及含砂率等符合设计要求，为水下混凝土浇筑创造良好的条件。当钻孔达到设计高程检验合格后，即可进行第一次清孔。荆东大桥8#、9#墩采用换浆法清孔，即使用2 台泥浆泵正循环清孔，利用孔口作为泥浆池返浆，采用一台37KW 泥浆泵正循环清孔，另采用一台22KW 泥浆泵外接滤砂器孔口抽浆降低泥浆含砂率，将过滤后的泥浆排入泥浆池。清孔达到以下标准:泥浆比重不大于1:1，含砂率小于2%，粘度17～20S。同时保证水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度达到设计要求，严禁采用加深钻孔深度的方法来代替清孔。

为解决钻孔平台狭窄，无法设置沉淀池的问题，清孔时在孔口设置振动筛进行排碴。振动筛主要由筛网、振动器、弹簧组成。清孔时孔内泥浆通过溜槽流入振动筛，在振动筛的振动作用下，泥浆与石碴分离，泥浆通过溜槽回到泥浆池，石碴及杂质被筛网隔离，达到快速沉碴的目的。荆东大桥使用的振动筛均为自行组装，成本低，排碴效果好，节约场地。

当清孔达到一定时间，粒径较大的沉碴被排干净，粒径较小的沉碴会透过振动筛网，起不到隔离排碴效果时，就需要使用滤砂器。滤砂器主要由进浆口、出浆口、主钢管、出碴口、球阀组成。其工作原理为:泥浆在泥浆泵的压力作用下，通过进浆口进入滤砂器，形成高速旋转涡流，通过涡流离心力，泥浆中的砂粒与泥浆分离，砂粒在重力作用下下沉并通过出渣口排出，泥浆则通过出浆口回流到泥浆池中。

荆东大桥桩基施工统计数据表明，对于9#墩92m 长深水桩基，使用振动筛清孔平均约46h 可将粒径较大沉渣清除干净，使用滤砂器清孔平均约26.5h 后泥浆各项指标合格，一次清孔总时间平均约为72.5h。

通过使用振动筛及滤砂器清孔，不仅解决了钻机集中、场地严重受限，无法设置沉淀池的难题，还大大提高了清孔质量及清孔速度。与常规清孔方法相比，每根桩基可节约清孔时间约24h，荆东大桥8#、9#墩共有深水桩基32 根，预计可节约工期32 天。

2.8 二次清孔

由于安放钢筋笼及导管等工序时间较长，孔底沉淀产生新的沉渣，故钢筋笼及导管安装就序后，需要进行二次清孔。二次清孔方法与一次清孔相同。清孔后，各项指标达到以下要求方可进行水下混凝土灌注:泥浆比重为1.05～1.08，含砂率为1.1%～1.7%，孔底沉渣厚度小于10cm。

2.9 水下砼灌注

(1)采用直升导管法进行水下混凝土灌注。导管使用前，应进行密封性试验，确保导管连接紧密。下导管时应防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管。

(2)严格按制混凝土坍落度，确保混凝土有很好的的和易性。混凝土灌注应保证在首批混凝土初凝以前完成。

(3)混凝土灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在整个灌注过程中，导管埋入混凝土的深度一般控制在2m～6m 之间。

(4)在混凝土灌注过程中，要防止混凝土拌和物从漏斗溢出掉入孔内，使泥浆内含有水泥而变稠凝固，致使量测不准。同时应设专人注意观察导管内混凝土下降和井孔水位上升，及时测量复核孔内混凝土面高度及导管埋入混凝土深度，做好混凝土施工灌注记录，正确指挥导管的提升和拆除。

(5)施工中导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰盘卡住钢筋管架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。当导管提升到法兰接头露出孔口以上一定高度，可拆除1 节或2 节导管。拆除导管动作要快，拆装一次时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具掉入孔中。

3 结束语

在荆东大桥超长深水钻孔灌注桩施工过程中，针对沙溪河河面宽、水深、桩基长等特点，施工过程中做好技术要点控制，使荆东大桥主墩8、9#墩桩基在计划期内完成施工，桩基经检测全部合格，有效的推进了项目的进展。