黄河主槽区大跨度斜拉桥索塔群桩基础施工关键技术研究

梁建军++李凯++邱志军

摘 要：超大直徑钻孔灌注桩在跨江、跨海大跨度桥梁工程中得到广泛的应用，但在钻孔灌注桩施工过程中，遇到塌孔、缩孔等事故的现象也日益突出。国道108线禹门口黄河公路大桥主桥索塔桩基直径2m、桩长65m（实际钻孔深度85m），穿越饱和液化砂层，在钻孔桩施工过程中，通过对地质特性的研究，采取加长钢护筒、PHP泥浆护壁等措施，保证钻孔桩的成桩质量。

关键词：饱和液化砂层；超大直径钻孔灌注桩；加长钢护筒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.098

1 工程地质条件

地质条件：桥址位置桩基自上而下依次穿越以下地层：

细砂：覆盖层厚度14.70m-28.40m，标准地基承载力为70KPa，桩侧摩阻力标准时为-10KPa；粉土：揭示厚度为1.50m-7.80m， 标准地基承载力为120KPa，桩侧摩阻力标准时为-10Kpa；卵石：揭示厚度为14.20m-54.30m， 标准地基承载力为700KPa，桩侧摩阻力标准时为200Kpa；粉土：揭示厚度为1.80m-10.30m， 标准地基承载力为140KPa，桩侧摩阻力标准时为-10Kpa；粉砂：揭示厚度为2.00m-8.80m， 标准地基承载力为160KPa，桩侧摩阻力标准时为40Kpa；细砂：覆盖层厚度4.80m-47.10m，标准地基承载力为240KPa，桩侧摩阻力标准时为60KPa。

根据《公路工程地质勘察规范》，采用标准贯入方法对桥址位置地质情况进行判别，桥位区域内存在不良地质，主要为地震液化和新构造运动。经计算分析，桥址范围内地下水位以下，20m以上的饱和粉细砂为可液化层，液化土层厚约为14-20m，液化指数IIE=15.4-50.6，液化等级严重。在桩基施工过程中，由于扰动影响，极易造成砂层液化，造成塌孔和缩径等情况发生。

2 钻机选择

桥梁钻孔灌注桩常见的成孔方式：旋挖钻机、冲击钻钻机、回旋钻机。在选择钻机时，应根据地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件选择钻机类型，同时应兼顾施工工期、经济成本等影响因素。本工程主塔桩基穿越液化砂层、粉土、卵石层中，桩径较大，对成桩质量要求较高，同时工期较紧，又为水上施工，为提高成桩质量，加快施工速度，选择加长护筒，穿越液化饱和砂层，同时利用护筒搭设护筒平台，配备优质泥浆，故选择XR400D型旋挖钻进行成孔。

3 优质泥浆的配备

钻孔地层均以砂层和卵石层为主，泥浆性能是钻孔成败的关键，泥浆是大直径钻孔施工的“血液”，尤其对于易塌孔砂层。本桩基施工过程中，将在结合试桩施工经验的基础上充分尝试利用新型PHP泥浆，采用新材料新工艺，改善泥浆性能，确保成孔质量。

4 钢护筒施工

（1）钢护筒设计。主塔位于黄河主槽，根据《桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）规定，钢护筒内径宜比桩径大20～40cm，此处取30cm，直径确定为D2.3m。根据地质资料，桥位黄河滩涂区粉细砂层深度17.5m，为防止振动液化和塌孔，钢护筒深度以穿过饱和液化砂层为宜。考虑到洪水期水位，钢护筒顶面需超出河床面约7m，总计护筒长度25m，壁厚为16mm，材质Q235钢。

（2）钢护筒加工、运输。钢护筒所用的钢材应符合设计要求，并有出厂合格证和检验报告。其制作、焊接、拼装、接长应符合《港口工程桩基规范》（JTJ245-98）中钢管桩的相应规定。

钢护筒在钢结构加工厂加工制作，用平板车运至施工现场，为避免钢护筒在起吊运输过程中变形，钢护筒中间位置焊接十字（或米字）支撑加强，均匀布置，起吊后打设时逐个割除。

为保证尺寸精度和加工质量。具体施工工艺如下：

钢护筒采用三辊轴卷管机卷制，卷管方向应与钢板压延方向一致。卷板过程中，密切注意保护管端平面与管线垂直。为满足钢管接缝处的圆度要求，卷管后应进行校圆。校圆分整体校圆和局部校圆两道工序。整体校圆可在卷板机上进行，也可在整体校圆夹具上进行。

用于卷制钢管的钢板必须平直，不得使用表面锈蚀或受过冲击的钢板，且应符合有关标准和设计要求。钢料切割使用剪板机，钢料在切割后进行矫正，矫正后钢料表面不应有明显的凹痕和其它损伤，可采用锤击法或热矫法，下料后应根据要求将板端开好坡口。

（3）钢护筒吊装。钢护筒吊装采用1台100t履带吊，为保证钢护筒起吊时不变形，采用长吊绳小夹角的方法减小水平分力，起吊时顶端吊点采用两点吊装，根部吊点采用1点吊装。先起吊顶部吊点，后起吊根部吊点，使平卧变为斜吊，根部离开地面时，顶端吊点起吊到900后，拆除根部吊点垂直吊装就位。

（4）钢护筒打设。钢护筒在加工厂整节加工完成后，沿便道栈桥陆运至施工现场，采用一台100t履带吊进行吊装及打设。护筒埋设应准确、稳定，护筒打设采用100t履带吊配合400型振动打桩锤的方法打设。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，钢护筒应满足平面位置偏差小于5cm、垂直度偏差不大于设计要求并不超过0.5%。

本工程护筒采用型钢和钢管桩做导向架，导向架型钢直接与钢管桩连接增强刚度及稳定性

5 质量控制措施

饱和液化砂层中钻孔灌注桩施工时，应重点防止在钻孔、清孔、水下混凝土灌注过程中发生塌孔、缩孔等事故，在施工过程中若发生塌孔、缩孔、孔口坍塌等情况时，必须立即停止钻进施工，采取有效处理措施后，方可继续钻进。

6 结语

针对饱和液化砂层的钻孔灌注桩施工，采用加长护筒和优质泥浆，完全可以采用旋挖钻成孔方式进行施工，并在施工过程中控制好长护筒打入的位置、泥浆配置、清孔等施工工艺，能比较好的解决饱和液化砂层中塌孔、缩孔等质量问题。在国道108线禹门口黄河公路大桥桩基施工中，由于施工方案的优化，使得桩基施工质量得到保证，同时提高的了施工效率，为此类底层超大直径深孔桩施工积累了宝贵经验。

参考文献：

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[2]黄佐.淤泥地质钻孔桩施工技术[J].建筑工程技术与设计，2014（17）.

[3]温根霞.浅谈特殊地质大直径超深钻孔灌注桩施工过程控制[J].