福州新建洪山大桥主墩桩基础施工方案及质量控制措施

■陈珍玉

（福建路信交通建设监理有限公司，福州 350000）

1 工程概况

新建洪山大桥设计起点K0+041.3，左幅终点K0+513.8，右幅设计终点K0+510.8，左、右幅桥梁长分别为472.5m 和 469.5m，孔径布置为（2×32.5）+（72+132+72）+（45+2×40）m，分双幅布置。 其中，主桥孔跨（72+132+72）m采用预应力混凝土空腹式连续梁，下部结构采用板式墩，群桩基础。水中主墩3号、4号墩左右幅各有16根直径2.2m钻孔灌注桩，桩基为嵌岩桩，嵌入中风化花岗岩1.5倍桩径，桩长45m～64m间，花岗岩岩层饱和状态下抗压强度为 11.7MPa～103.6MPa，超过 60MPa的占总数的61%。其桥型布置图、主墩钻孔灌注桩平面布置图，详见图1和图2。桥梁设计荷载为城—A级，抗震为8度。

图1 洪山大桥桥型布置图（单位：cm）

图2 洪山大桥主墩钻孔灌注桩平面布置图（单位：cm）

2 水文地质条件

本工程跨越闽江北港，河道窄深，源短流急，平均约3年就要发生一次超2万m3每秒的较大洪水，洪水就暴雨成因主要有梅雨型和台风雨型两种，为内河Ⅳ级通航河道。300年一遇洪水位+10.499m，10年一遇洪水期标高+9.0m，流速1.5m/s，设计最高通航水位+8.08m，通航净高≥8m，侧高5m，单孔双向通航净宽＞120m，上底宽108m。潮型为正规半日潮，平均潮差大于 4 m。闽江多年平均高潮位+5.14m，多年平均低潮位+0.99m；最大涨潮流速1.1m/s，最大落潮流速1.19m/s；泥面标高：-3.76m。

拟建场地自下而上依次为填筑土（Q4ml）、淤泥质黏土、粉质黏土、细砂、粉质黏土（Qel+dl）、全风化花岗斑岩、砂土状强风化花岗斑岩、碎块状强风化花岗斑岩、中风化花岗斑岩（地基承载力特征值取fak=1500kPa）。

3 施工平台设计方案

3.1 设计思路

东、西两侧便桥均不考虑通航要求，因洪山桥跨越闽江，两侧是河堤，且河底与岸侧有高差，河堤边考虑型钢结构作为过渡。

3.2 便桥及钻孔钢平台使用功能要求

便桥及钻孔钢平台承载力应满足表1中设计参数要求；便桥及钻孔钢平台跨度、平面位置及高程满足通航等要求。

3.3 钢便桥及钻孔平台布置与结构形式

便桥及钻孔平台结构层自下而上分别为Φ800×10mm钢管桩→双层Φ426×8mm平联管/2[20斜撑→主横梁2工40a→主纵梁321型贝雷片→纵向工22a分配梁→横向工12.6分配梁→8mm面板花纹钢板→防护结构。

表1 设计参数表

经验算，验算包括单桩平均承载力计算、主纵梁钢贝雷抗弯拉应力计算、横向分配梁、钢管桩强度和稳定性结构安全验算及便桥与平台过渡连接处构造安全等，均满足要求。

以西侧便桥及4#墩平台为例，其结构布置如图3、图4和图5所示。

图3 西岸右侧便桥及4#主墩钻孔平台平面布置示意图（单位：mm）

图4 右幅4墩钻孔平台横桥向剖面结构图（单位：mm）

图5 右幅4墩钻孔平台纵桥向剖面结构图（单位：mm）

3.4 施工顺序

本工程采用搭设便桥及钻孔平台作为后续工序施工的作业平台，总体施工顺序：先施工东、西两侧主便桥，再施工支便桥和主墩钻孔平台。东西两侧便桥、钻孔平台同时组织施工。

便桥和钻孔平台从基础向上部结构施工顺序为：钢管桩/扩大基础施工→平联管施工→下横梁施工→贝雷梁施工→纵横向分配梁施工→面板施工→附属设施施工。

4 桩基施工及质量控制

4.1 钢护筒埋设

洪山大桥主墩3、4#墩钢护筒采用外径Φ2.5m，壁厚14mm，护筒长24m，Q235钢板卷制，护筒顶底口50cm范围内增设一道12mm厚的桩尖加强环，采用80t履带吊结合定位架及DZJ180振动锤下沉到位，埋置深度为10m，顶面与钻孔平台持平。护筒埋设中心偏位不大于50mm，竖直倾斜度不大于1/100。

沉放钢护筒时需通过定位控制桩放样，先行放出钢护筒的中心位置，安放护筒导向架，然后履带吊移动钢护筒，使钢护筒中心与导向架中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒坚直，再连接振动锤，打开振动锤的夹钳，使振动锤缓慢落于钢护筒上，并保证振动锤中心与钢护筒中心重合，确保施震过程中钢护筒不跑偏，钻进过程中，尤其在地层变化钻进时，需随时检查护筒偏位，确保成孔偏位优于规范规定。

4.2 钻机选型及成孔顺序

鉴于该大桥主墩3、4#水中桩基为嵌岩桩，花岗岩岩层饱和状态下抗压强度为11.7MPa～103.6MPa，超过60MPa的占总数的61%。因此选用冲击钻工作效率高、成孔质量可靠、钻进工作时对平台操作空间要求小、自重荷载较小等特点的CK2200型冲击钻钻机。钻机安装之前，测量人员根据桩位坐标放出钻机安装位置，通过十字交叉法确定落锤中心点，使钻机起吊钻锤的最前端滑轮槽中心点（直接起吊钻锤段钢丝绳的中心线）的铅垂线与桩孔中心点重合。在钻进的过程中对底座四角点不间断进行水准校核，如发现钻机有倾斜迹象平整度偏差大于5mm，进行及时的调整保证钻机钻锤中心、桩孔中心基本在同一铅垂线上。

故该大桥主墩3#和4#主墩各设置3台CK2200冲击钻隔孔跳钻，三个循环完成桩基施工，每个主墩配备1台泥浆处理器，每台钻机配备2台泥浆泵以及其他配套设施。

4.3 泥浆的制配与循环

本工程钻孔灌注桩施工采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。制浆材料的膨润土采用Ⅱ级钙土，水：淡水，分散剂采用工业碳酸纳（Na2CO3）等，絮凝剂采用PHP聚丙烯酰胺絮凝剂，增粘剂：选用中粘度碱性羧甲基纤维素（CMC）。

泥浆配比根据工艺试验成果确定，配合比见表2：

表2 拌制泥浆配合比（1m3浆液）

根据施工现场的实际情况，钻孔施工时采用与成孔桩位护筒相邻一个护筒或泥浆箱通过Φ300mm的螺旋橡胶连通管连接形成泥浆循环系统。正常钻进过程中相邻护筒作为沉淀池和储浆池，反循环清孔时钻机泥浆管与泥浆净化器相连，循环泥浆通过净化器排渣后返回相邻护筒内。

为保证施工各阶段的泥浆性能指标，开钻施工期间每2h检测一次，等泥浆性能稳定后每4h检测一次，并根据钻进过程中地层变化情况增加检测频率。

4.4 钻进成孔

钻进过程中随时注意地层变化，及时捞取渣样判别，记入记录表中，并与地质报告对照，渣样应编号保存，以便分析。有关记录时间按如下要求进行：①钻进时间达到2h时需要记录；②地质变化时需要记录；③交接班时需要记录；④钻头更换时需要记录；⑤维修或其他故原因而停钻时需要记录；⑥进入岩层后每20cm记录一次。成孔结束，及时提供一份完整的施工记录，包括钻孔记录、实际的地质柱状图、岩样标本。

4.5 清孔

终孔后，经检测孔底沉渣厚度满足设计及规范要求，孔内泥浆指标符合相对密度1.03～1.10；黏度17～20Pa.s；含砂率：＜2%；胶体率：＞98%要求后（循环时间控制在2～4h，循环满足2个循环以上，具体循环时间根据现场泥浆指标而定），及时停机提锤、移走钻机，尽快进行孔深、孔径、倾斜度及孔底沉渣的检测和验收。

4.6 钢筋笼制作安装

钢筋笼采取在后场分节同槽长线胎膜法加工制作，采用平板车通过施工栈桥运至施工墩位，在钻孔完成验收合格后，用80t履带吊分节吊入桩孔进行接长和下放。

以洪山大桥主墩右幅4#墩为例：钢筋笼长度为45.5m，钢筋笼主筋为12m一节，分节长度为：3×12m+1×9.5m=45.9m（桩基顶口第一节为12m）。由于全桥为嵌岩桩设计，每根钻孔桩的实际桩长可能会与设计桩长有所不同，导致桩基底口最后一节钢筋笼可能会加长或缩短。此时桩基钢筋笼最后一节的分节长度将根据成孔后的标高进行加长或截短调整。

4.7 水下混凝土灌注

水下混凝土浇注是钻孔灌注桩施工的主要工序，也是影响桩身质量的关键。灌注前须仔细测量沉渣，若沉渣厚度超出设计规定值（孔底沉渣厚度应小于5cm）时须进行第二次清孔，二次清孔利用混凝土浇注导管采用气举反循环法进行，满足设计要求后才能灌注水下混凝土。

4.7.1 水下混凝土灌注设备

灌注水下砼导管采用丝扣式无缝钢导管灌注Φ300×10mm，快速螺纹接头。底节导管采用9m整长中间无接头，其他标准节长为3m，另配长度为0.5m、1.0m、2.0m等短导管调节。导管接头处设2道密封圈，保证接头的密封性。使用前，应进行水密承压和接头抗拉试验。

根据首批封底混凝土方量的要求，首批封孔混凝土数量按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）规定第 8.2.11 式进行计算：V≥（πD2/4）（H1+H2）+ （πd2/4）h1=（π×2.32/4）×（1.0+0.40）+（π×0.32/4）×35.3=8.3m3，取 10m3。按照计算，即需加工集料斗容积为10m3，另加工一个1.5m3的小料斗，选用10m3集中大料斗和1.5m3灌注小料斗能够满足混凝土浇注的需要。

4.7.2 混凝土浇注设备

混凝土浇注采用商品混凝土，该搅拌站距离桥址处约25m，故配备15辆12m3输送车进行运输，采用混凝土拖泵进行灌注。

4.7.3 混凝土配合比设计

桩身混凝土为水中C35水下混凝土，混凝土除满足强度要求外，还应符合下列要求：

（1）水泥的初凝时间，不宜小于2.5h。

（2）粗骨料优先选用卵石，如采用碎石宜增加混凝土配合比的含砂率。

（3）细骨料宜采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净且粒径小于5mm的河砂。

（4）水下混凝土拌合物应具有足够的流动性和良好的和易性。

（5）灌注时坍落度宜为 180～220mm。

（6）混凝土的配制强度应比设计强度提高10%～20%。

（7） 满足 《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）第6章节的相关要求。

4.7.4 水下混凝土灌注

主墩单根钻孔桩的混凝土最大方量243.3m3，预计8h左右浇注完成。混凝土采用商品砼，通过泵车进行泵送，将混凝土输送至平台集料大料斗，料斗门放料，经流槽进入小料斗和导管进行灌注。

正常灌注阶段导管埋深控制在2～6m，且每7～15min测量一次混凝土面标高，测点为2个，当测点出现较大的高差时，应及时调整导管埋深，同时混凝土在护筒刃脚以下时须保持护筒内泥浆面高于水位2m。当混凝土灌注临近结束时，核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的高度是否准确，当确定混凝土的顶面标高到位后，停止灌注，及时拆除灌注导管。灌注完成时，砼面应高于设计桩顶标高1.0m，以保证桩头混凝土质量。

4.7.5 成桩质量检测

本项目桥梁工程采用预先埋设声测管作为钻孔灌注桩超声波无破损法检测桩基成桩质量，按设计和规范规定达到28d强度以后进行。因每桩必检，故在下放钢筋笼过程中，注意对声测管注入淡水和接头部位焊接密封，确保声测管密封。在正式检测前，提前派专人逐个模板声测是否有堵漏情况发生，若有，及时采用淡水冲等方法处理。桩基超声波或取芯检测完成后，需要对预留孔洞进行压浆封闭。

5 施工效果评价

该桥于2016年下半年开工建设，目前主墩及基础已施工完毕，正在进行上部结构梁体施工。该工程按照提出的质量控制措施指导施工，钻孔灌注桩的桩身连续完整无缺陷，全部是I类桩；桩的倾斜度、轴线偏位、混凝土强度等指标均100%控制在规范允许值范围内。表明所提出的施工技术及质量控制措施极具针对性，是切实有效的，能为今后同类工程提供借鉴和参考。

[1]刘吉士，陈亚军.桥梁施工百问[M].北京：人民交通出版社，2009，7.

[3]公路桥涵施工技术规范[M].北京：人民交通出版社，2011，10.

[3]桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[4]建筑桩基技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[5]周国鈞，牛青山.灌注桩设计施工手册[M].北京：地震出版社，2013.