超长深水钻孔灌注桩施工质量控制

■冯阿清

（三明市高远公路建设开发有限责任公司，三明　365000）

超长深水钻孔灌注桩施工质量控制

■冯阿清

（三明市高远公路建设开发有限责任公司，三明365000）

本文主要通过对国道205线三明市区过境段荆东互通主线桥的论述，提出了超长深水钻孔灌注桩施工质量控制的问题，随后对这些问题中的主要部分做了集中分析和解决，以供同类工程施工参考借鉴。

公路桥梁钻孔灌注桩质量控制

1　工程概况

本项目全长19.63km，采用双向四车道一级公路标准建设，路基宽度21m。路线起点位于长深高速三明北互通连接线翁墩物流园入口处，终点于荆东开发区附近建荆东互通与现有G205线、规划的G534（原省道306线）三元过境段相接。

荆东互通主线桥起迄里程为K18+070.5～K18+651.5，桥长581m，上部结构采用4×35m预制连续T梁+3×40m预制连续T梁+（72+130+72）m变截面悬浇连续箱梁+（2× 21.5）异形箱梁，下部构造采用墩台配桩基础，共五联12孔，其中第8#、9#墩位于沙溪河中，平均水深14m，百年一遇流量8550m3/s，流速1.94m/s，桩基础设计为摩擦桩，桩径2.2m，平均桩长90m，共32根；承台设计为圆距形，尺寸为长14.7m、宽13.3m、高4.5m，承台顶位于水下3m；墩身采用箱式墩，平均墩高25m。

2　超长深水钻孔灌注桩施工技术控制要点

2.1钢栈桥、钻孔平台设计及搭设

桥址位于台江电站范围内，水位相对稳定，百年一遇最大流速为1.94m/s，常水位标高为135.5m，根据台江电站出示的水文报告，沙溪河主汛期为每年5月底至7月中旬，桥位处10年内最高水位为133.9m，钢栈桥及钻孔平台按10年内最高水位加2m设计。

栈桥设计时主要需考虑通行时的临时荷载标准，一般按照载重量来计算承重体系并考虑1.5倍安全系数，动载最大载荷考虑80T（履带吊在栈桥行走），静载最大载荷考虑95T（履带吊在栈桥作业）。栈桥桥面净宽6m，单跨长度≤12m；限行速度10km/h，使用期限30个月。基础采用Φ630mm×10mm钢管桩；下部结构为2I45b工字钢主横梁；上部结构为7片3×1.5贝雷片纵梁；桥面结构为I18@23.5工字钢横向分配梁，上铺8mm防滑花纹钢板。具体施工步骤如下：

钢管桩制作→钢管桩施工（打入冲孔、插桩、封底砼）→焊接桩并在桩顶开凹槽→I45b双拼工字钢横梁制安→钢栈桥贝雷纵梁制安→横向、斜向联接剪刀撑制安→I18横向分配梁制安、固定→桥面防滑钢板制安→结点联接检查。

钢平台设计尺寸为 27m×35m，平台基础采用Φ630mm管桩，主横梁采用I40a双拼工字钢；分配梁采用I25a型钢，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（冲孔、打入、接桩）→焊接桩及桩顶开凹槽→I40a工字钢横梁制安→钢平台贝雷纵梁制安→横纵向、斜向联接剪刀撑制安→I25a工字钢分配梁制安→钢平台面板（厚8mm钢板）铺设、固定→结点联接检查。

2.2埋设护筒

（1）由于后期下沉钢吊箱采用护筒作为吊挂系统的主支撑，经计算护筒采用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、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。

（2）护筒顶高出施工平台0.5～1m，其高度满足孔内泥浆面的要求。护筒埋设采用120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，埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，成孔后桩中心轴线偏位应不大于40mm，倾斜度不大于1%，保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。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。

（3）墩位处下伏卵石层较厚，其富含地下水多为承压水，其承压水位低于地表水位。而水中钻孔作业施工中泥浆液位高于地表水位数米，故泥浆液位远远高于卵石层承压水位，因此卵石层漏浆多发生在水中钻孔施工中。项目施工前期，由于护筒跟进深度不够，导致漏浆现象较为严重，回填片石或水泥等措施效果不佳，出现反复漏浆现象，后采用护筒跟进处理，一般情况下护筒底部必须穿过卵石层进入基岩0.5m。目前水中墩桩基础已成桩12根，未再出现护筒漏浆问题。

2.3钻机安装

钻头中心应对准桩中心，偏差不大于20mm，并与钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上。

钻机定位后，底座必须平整、稳固，确保在钻进中不发生倾斜和位移。在钻头锥顶和提升钢丝绳之间设置保证钻头转向的装置，以防产生梅花孔，保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量。

2.4泥浆的制备及循环净化

（1）一般可选用塑性指数大于25，粒径小于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘性土制浆，当采用性能较差的粘性土调制的泥浆其性能指标不符合要求时，可在泥浆中掺入Na2CO3、NaOH或膨润土粉末，以提高泥浆性能指标，掺入量宜经过试验确定，一般Na2CO3的掺入量约为孔中泥浆土量的0.1%～0.4%。试验工程师负责泥浆配合比试验，对全部桩基的泥浆进行合理配备。造浆各项指标参考如下：入孔泥浆比重为1.1～1.3、孔底泥浆比重不大于：砂黏土1.3、大漂石、卵石层1.4、岩石1.2；粘度一般地层16～22s、松散易塌地层19～28s；含砂率＜4%；PH值应大于6.5；胶体率＞95%；失水率14～20（ml/30min）。

（2）深水桩基一般多采用搭设钢平台进行施工的方法，经常面临场地狭窄，钻机集中，没有空间设置泥浆池这一共性难题。本项目在施工中采用如下方法解决：钢护筒顶面距离河床底深度一般为16～18m，桩基施工时利用相邻桩的钢护筒作为泥浆池；桩基施工至最后一个循环时，相邻已灌注桩基顶面距离护筒顶面深度为9m，钢护筒仍然可以作为泥浆池使用。

（3）施工中采用钻具搅拌。将粘土原料投入孔底，利用冲击钻头冲击，搅拌成泥浆。泥浆造浆材料选用优质粘土，必要时再掺入适量CMC羧基纤维素或Na2CO3纯碱等外加剂，保证泥浆自始至终达到性能稳定、沉淀极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。试验工程师负责泥浆配合比试验，对全部桩基的泥浆进行合理配备。

（4）在泥浆中添加一些惰性堵漏材料，如水泥、锯末等（其加量为泥浆量的0.5%～2.0%），利用其颗粒的微膨胀性充填地层孔隙，堵塞渗漏通道，以有效降低地层渗透系数。在钻进卵石层时，可采用分段间歇钻进，减小卵石层渗透过水断面面积。

（5）必须要有充足的泥浆补给量，以维护孔内泥浆压力和保证孔壁的稳定。如发现有渗漏现象，须及时进行堵漏处理。钻孔时泥浆需根据不同的地质情况和不同的钻孔深度，对配合比进行适当的调整。

（6）施工中钻碴随泥浆从孔内排出过振动筛滤网沉淀。然后使处理后的泥浆经泥浆池净化后返回钻进的孔内，形成不断的循环。钻孔弃碴（废泥浆）放置到指定地方，不得任意堆砌在施工场地内或直接向水塘、河流排放，以避免污染环境。

2.5钻孔

钻机采用半自动卷扬机，自重12t，钻头采用梅花形钻头，直径2.18m，自重8.5t，钢丝绳选用同向捻制，无死弯和无断丝。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：为防止冲击振动使邻孔坍壁或邻孔刚灌注砼凝固，待邻孔砼灌注完毕，一般经24h后并保证混凝土强度达到2.5MPa方可开钻。在孔口地质为不平整的岩面、溶槽或人工填土时，开孔前在孔内多放一些粘土，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1.3左右。钻进0.5～1.0m，再回填粘土及片石，继续以低冲程冲砸，如此反复二三次，必要时多重复几次。待钻头冲砸至一般岩面时，方可加高冲程正常钻进。

（2）钻孔：视地质情况采用不同方法钻进。粘土质、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；易塌孔的土质采用小冲程（0.5m左右），多投粘土提高泥浆的粘度与相对密度，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4～6m。钻孔时，孔内水位宜高于河内水位1.5～2.0m以上，在冲击钻进中取渣和停钻后，应及时向孔内补水或泥浆，保持孔内水头高度和泥浆比重及粘度。

2.6成孔

钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。

孔径及垂直度检测是在桩孔成孔后、下入钢筋笼前进行的，系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，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径。

孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。测锤一般采用锥形锤，锤底直径13～15cm，高20～22cm，质量4～6kg。测绳必须经检校过的钢尺进行校核。由于桩长较长，普通测绳容易被拉长，采用钢丝测绳测量孔深，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（虚土）厚度、泥浆液中含钻碴量和孔壁垢厚度符合质量要求和设计要求，为水下混凝土灌注创造良好的条件。当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，即可进行第一次清孔。本项目深水灌注桩采用换浆法清孔，即使用2台泥浆泵正循环清孔，利用附近孔口作为泥浆池返浆，采用一台37kW泥浆泵正循环清孔，另外采用一台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。

清孔应达到以下标准：孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，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：柱桩满足设计要求；摩擦桩≯20cm。严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。

为解决钻孔平台场地狭窄，无法设置沉淀池的问题，清孔时在孔口设置振动筛进行排渣。振动筛主要由筛网、振动器、弹簧组成。清孔时孔内泥浆通过钢槽流入振动筛，在振动筛的振动作用下，泥浆透过筛网流入筛网下的钢槽中，回到泥浆池，石渣及杂质被筛网隔离，达到快速沉渣的目的。采用振动筛具有排渣效果好、速度快、节约场地的优点，且制作简单，本项目使用的振动筛均为自行组装，成本低，经济效益显著。

当清孔达到一定时间（9#墩桩基约为46h），粒径较大的沉渣被排除干净，粒径较小的沉渣会透过振动筛的筛网，振动筛起不到隔离排渣的作用，此时就需要使用滤砂器。滤砂器主要由进浆口、出浆口、主钢管、出渣口、球阀组成，其构造简图及实物图如下。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，泥浆则通过出浆口流回到泥浆池中。

已施工桩基统计数据表明，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理干净，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26.5h，本桥8#、9#墩共有深水桩基32根，预计可节约工期35天。

2.8钢筋笼制作及安装

本桥水中墩桩基础采用通长配筋形式，钢筋笼平均长度90m，主筋为Φ32螺纹钢，箍筋为Φ12圆钢，由钢筋加工厂统一制作加工、现场拼装下放，钢筋笼主筋连接采用镦粗直螺纹连接，制作时先将主筋对接好后再焊接加强圈，加强筋内撑采用十字叉加固，主筋与加强筋的连接采用焊接，吊点位置采用5cm长钢筋头加固，钢筋笼分8节制作，最长为12m，总重29.5t。

钢筋笼骨架制作采用胎具成型法。钢筋笼分节加工，顶笼标准长度，底笼为调节段。用槽钢和钢板焊成组合胎具，每组胎具由上横梁、立梁和底梁三部分构成。上横梁和立梁分别通过插轴、角钢与底梁连接，并与焊在底梁上的钢板组合成同直径、同主筋根数、有凹槽的胎模。每个胎模的间距为设计加劲箍筋的距离，即按每节钢筋骨架的加劲箍筋数量设立胎具。将加劲箍筋就位于每道胎具的同侧，按胎模的凹槽摆焊主筋和加劲箍筋，全部焊完后，拆下上横梁、立梁，滚出钢筋骨架，然后吊起骨架搁于支架上，套入箍筋，按设计位置布置好箍筋并绑扎于主筋上，焊接牢固，最后安装和固定声测管。钢筋笼保护层垫块沿钻孔竖向每隔2m设置一道，每道沿圆周对称的设置4个圆饼形垫块，垫块直径16cm，厚度4cm，采用与桩基同强度的C35混凝土制作。钢筋笼加工完成后，首先在钢筋场进行试拼，试拼合格后统一进行编号，分节运转施工现场。

钢筋笼入孔时，由履带吊车配合钻机吊装。在安装钢筋笼时，采用两点起吊，第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下放。第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进工字钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，第二节骨架连接采用机械连接，在孔口处连接，保持钢筋笼上下轴线一致：先连接主筋，再焊接加强筋，以使上下节钢筋笼在自重作用下垂直，接头必须按50%错开35d以上（且不小于50cm）连接。接头连接好后，安装好箍筋，再将骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。如此循环，使骨架下至设计标高。骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，反复核对无误后再焊接定位于孔位中心，完成钢筋笼的安装。钢筋笼定位后，在4h内浇注混凝土，防止坍孔。声测管的布置及数量必须满足设计要求，与钢筋笼一起吊放。声测管要求全封闭（下口封闭、上端加盖），管内无异物，水下混凝土施工时严禁漏浆进管内。声测管与钢筋笼一起分段连接，管口高出设计桩顶300mm，每个声测管高度保持一致。

2.9二次清孔

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，此处不再赘述。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。本桥9#墩桩基二次清孔平均时间约为12h。

2.10水下砼灌注

（1）采用直升导管法进行水下混凝土的灌注。导管用直径300mm的钢管，壁厚3mm，每节长2.5m（底节长4m），配1～2节长1m调节管，由管端粗丝扣、法兰螺栓连接，接头处用橡胶圈密封防水。导管使用前，进行接长密闭试验，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。混凝土灌注期间时用钻架吊放拆卸导管。

（2）混凝土由拌合站集中拌合，共两台90型全自动搅拌机，罐车运输混凝土、共9台罐车，每台容量12m3，运距10.5km，运输时间约20min，输送泵泵送至导管顶部的漏斗中。混凝土进入漏斗时的坍落度控制在18～22cm之间，并有很好的的和易性。混凝土灌注应保证在首批混凝土初凝以前完成。

（3）利用砍球法灌注首批混凝土，首灌砼方量16.5m3，导管埋入混凝土的深度不少于1.8m，料斗容量4.5m3。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2～6m之间。

（4）灌注水下混凝土时，随时探测钢护筒顶面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制沉淀层厚度、埋导管深度和桩顶标高。

3　结束语

荆东互通主线桥工程超长水中桩施工存在难点，但是经过按规范，按步骤地进行施工，克服了施工难点，施工结果也满足设计的要求，保证了工程质量。

［1］张忠亭.钻孔灌注桩设计与施工［M］.北京：中国建筑工程出版社，2007

［2］GB 50009-2012，建筑结构设计规范［S］.

［3］GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］.