武汉市四环线青山长江大桥工程试桩施工

张晶

摘 要：青山长江大桥工程试桩的目的是对桩基在各类土层中桩侧摩阻力、桩端承载力、桩基竖向位移、单桩极限承载力和成桩工艺等进行试验和验证，同时对大直径变径桩采用旋挖钻施工的成孔工艺及成桩工艺进行研究，对主要施工设备、施工组织安排及施工工艺参数进行总结。

关键词：青山长江大桥；变径钻孔摩擦桩；工程试桩

1 工程概况

青山长江公路大桥为武汉市四环线东北跨越长江段，全长为7.548km，其中长江大桥（主桥、滩桥、跨堤孔桥）全长4.374km，两岸接线桥梁长3.174km。大桥设计时速100km/小时，为双向八车道高速公路。

南汊主航道桥桥跨布置为（100+102+148+938+148+102+100）=1638m斜拉桥，采用双塔双索面全漂浮体系，主跨主梁采用整体式钢箱梁，边跨采用钢-砼结合梁。全桥桥式立面布置图如图1：

根据桥梁结构受力特点及桥位处的地质情况，本桥基础均采用钻孔摩擦桩。其中南、北主塔墩基础分别为直径2.5m/2.8m（3.0m）变径桩，桩长最长达92m，为了保证结构的安全可靠、施工的顺利进行，在工程正式实施前进行工程试桩，主要对桩基在各类土层中桩侧摩阻力、桩端承载力、桩基竖向位移、单桩极限承载力和成桩工艺等进行试验和验证，同时对大直径变径桩采用旋挖钻施工的成孔工艺及成桩工艺进行研究，对主要施工设备、施工组织安排及施工工艺参数进行总结。

2 施工关键控制点

2.1 试桩总体方案

南岸滩地和天兴洲试桩分别选用TR460型旋挖钻机钻进成孔，钻孔桩泥浆采用优质泥浆，并用ZX-250型泥浆净化装置筛分，采用气举反循环工艺进行二次清孔，垂直导管法浇筑桩身混凝土。钢筋笼在车间长线法手工加工制作，分节运输下放。成桩后，凿除桩顶浮浆，采用超声波无损检测方式检查桩身质量，最后按设计要求进行自平衡法静载试验。

2.2 工艺流程

2.3 护筒埋设

钻孔桩施工中护筒起到导向、定位作用，还能防止塌孔等。本工程试桩直径1.8m，护筒内径为2.1m，埋置深度3.0m，护筒顶高出地面0.3m。护筒插打时位置要准确，严格控制平面偏差，最大不超过50mm，倾斜度不得大于1%。

护筒采用16mm厚的钢板卷制，顶部焊接钢筋加强及吊耳。钻进过程中要定期检查是护筒平面位置，看是否发生偏移，以便及时纠偏，护筒埋设之后应及时对孔口进行覆盖。

2.4 钻进成孔

2.4.1钻头尺寸选择

开钻前，根据设计院提供的地勘资料及设计参数选取合适的钻头类型及尺寸，以确保成孔直径满足设计要求，但又不能扩孔造成超方严重进而使得桩基测试承载力数据不准确；另一方面选取合适的钻头类型可以提高钻进速度。

针对本次试桩钻孔，对于覆盖层（回填土、粉质粘土层、粉细砂及圆砾土层）选用斗齿钻头，钻头直径为177cm；对于岩层（泥质粉砂岩、弱胶结砂岩及微胶结砂岩互层）选用截齿钻头，钻头直径为180cm。

2.4.2钻杆垂直度控制

旋挖钻机进场时为拆开散件，拼装桅杆及钻杆时首先利用线锤检查其垂直度，待钻杆拼装完成后利用全站仪进行校核，确认无误后将桅杆锁死确保钻杆垂直度100%。

钻进过程中，利用钻机GPS系统对钻杆垂直度进行检查。一旦发现出现垂直度异常则停止钻进对出现问题的原因进行分析并予以解决。

2.4.3钻头对位

钻机就位后，将桩位中心坐标输入旋挖钻机自带的GPS系统，并利用GPS系统将钻头中心移至设计桩位位置，然后利用线锤及十字护桩拉线复核，确认无误后旋挖钻机GPS系统将钻头位置固定。

2.4.4钻进过程控制

本次试桩每根桩钻进用时约为20小时，钻进过程顺利，无异常情况发生，钻进过程控制点如下：

①根据不同地质条件，选用不同的钻头、不同钻进速度进行钻进。地层变化时及时调整钻进速度，避免孔位倾斜、局部坍孔等意外情况发生。

②钻进过程中每1m取存渣样，所取渣样用自封袋保存并标注取样深度及地质情况。

③钻进过程中随时观察孔内泥浆液面高度，保证孔内泥浆面始终高于地下水位1.5m～2m，即孔内泥浆液面不得低于护筒顶以下2m位置。

④钻进过程中按时对新制泥浆指标进行测定，确保泥浆指标符合设计要求。

⑤及时测量进度，并做好记录，填写钻孔记录表。

2.4.5成孔指标

当钻孔深度达到设计要求时，先进行孔深检测，实际孔深满足设计要求后，采用超声波检孔。

成孔检测各项指标见表1。

2.5 钢筋笼施工

2.5.1鋼筋笼加工

钢筋笼采用长线法在加工车间进行制作，单个总重约13.3t，分6节加工，由下到上长度依次为13m+12m+12m+12m+12m+9m。为防止吊运时钢筋笼损坏或变形，采用专用吊具进行吊装。

2.5.2钢筋笼吊装

钢筋笼安装采用50t履带吊机进行吊装，为保证钢筋笼在起吊过程中不发生变形，采用大小钩换钩法进行吊装。

钢筋笼采用扁担梁进行吊装，以确保钢筋笼吊起后的垂直控制，钢筋笼分节吊起后按加工时的标记进行对位。

主筋采用机械直螺纹套筒接长，箍筋采用焊接连接。钢筋笼下放时，其定位标高确保准确，允许偏差±5cm。

2.6 混凝土浇筑

2.6.1导管安装

①试桩混凝土浇筑采用垂直导管法，采用拔球+隔水栓的方式，导管直径300mm。

②在桩砼浇筑前，导管应进行水密、承压和接头抗拉试验，试压压力为孔底静水压力的1.5倍。压至实际压力后检查导管有无渗漏情况，在无渗漏的条件下持荷不少于5分钟。

③导管安装前应先编号，以便浇筑混凝土时核对测量深度。导管安装完毕，底口离桩底300～400mm。

2.6.2水下混凝土浇筑

①钢筋笼安装完毕，要进行二次清孔，目的是清除下放钢筋笼时刮下的泥皮及停钻后的沉渣，并调整泥浆性能指标达到浇筑水下混凝土时所需的性能指标。二次清孔采用气举反循环法，清孔时导管需在钢筋笼内来回移动，时间不少于30分钟。

②首批混凝土的方量应能满足导管初次埋置深度不小于1.0m，不宜大于3.0m。按首批浇筑混凝土导管距离孔底40cm计算，首批混凝土大罐需要6.4m3左右，首灌料斗容积设计成8m3。

③浇筑前在导管内安设泡沫隔水栓塞，待储料斗储满砼后，开始“拔球”浇筑水下砼，拔球后混凝土要连续浇筑，不得停顿，保证整桩在混凝土初凝前浇筑完成，首盘浇筑完毕后导管内必须用探照灯进行检查。

④砼浇筑过程中定期测量混凝土面标高，以便控制导管埋置深度，确保埋置深度在2m～6m。

⑤浇筑接近钢筋笼底部时，适当控制浇筑速度，减小混凝土对钢筋笼的冲击力，防止其上浮。实际浇筑的桩顶标高应比设计标高超出1.0～1.5m。

2.7 試桩成果检测

混凝土浇筑过程中，做好浇筑记录，并按规定留取混凝土试件，每根桩不少于4组试件。当混凝土强度达到70%开始对桩基进行完整性检测。完整性检测合格后，待混凝土满足设计和规范要求后，并在桩身周围土体休止满足规范要求时间后开始桩基加载试验测试。

3 结语

青山长江公路大桥工程试桩施工时间从2015年11月9日开始，2015年11月19日结束，经检测均为I类桩；采用基桩自平衡试验测得单桩竖向抗压极限承载力及桩侧摩阻力均满足设计要求。

本次试桩施工的顺利进行为青山桥后期采用旋挖钻进行全桥钻孔桩施工提供了参考，对确定钻孔桩施工工艺、旋挖钻机选型、施工组织安排等具有指导意义。

参考文献：

[1] 中铁大桥勘测设计院集团有限公司.武汉市四环线青山长江公路大桥工程试桩要求，2015.

[2] 公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）.

[3] 公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）.

[4] 公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）（JTG F80/1- 2004）.

[5] 中铁大桥（南京）桥隧诊治有限公司，中铁大桥局武汉青山长江大桥项目经理部.武汉市四环线青山长江大桥试桩项目报告，2015.