秋浦河大桥根式空心桩施工质量控制研究

余正江，王鹏

（中交二公局第五工程有限公司，西安710119）

1 项目概括

1.1 根式空心桩概述

秋浦河大桥北锚碇设计为根式空心桩基础，设计桩径为5m，设计桩长为26m，桩基底部3m 和顶部5m 为实心段，其余为空心段，空心段壁厚90cm。单根空心桩内设置6 层根键，每层4 根，层间距为2m、呈梅花形布置。根键长180cm（设计入土1.25m），为十字形，前端30cm 范围为锥形，配6mm 厚钢板制作的钢刃刀，尾部为十字形（60cm×60cm），配16mm 厚预埋板。根键混凝土设计标号为C30，单根质量约950kg。根键构造示意图如图1 所示。

1.2 根式空心桩施工区域地质情况

北锚碇位于秋浦河冲积平原上，锚碇处原为养鱼水塘，水深2m 左右，塘底标高约5.9m。根式空心桩主要施工地层为种植土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土、圆砾土、弱胶结砾岩以及中风化砾岩；根键顶进所经历的地层主要有粉土（中密状态）、圆砾土（中密～密实状态）。

图1 根键构造示意图（单位：cm）

2 根式空心桩施工质量控制

2.1 成孔工艺流程

根式空心桩成孔施工工序的具体内容包括：施工平台→护筒埋设→成孔→泥浆的制作及处理→预制、下放外层钢筋笼→根键顶进→内模安装→预制、下放内层钢筋笼→混凝土灌注→内模拆除→桩头填芯。

2.2 成孔质量控制

D5.0m 空心桩采用ZJD-4000 型动力头回转钻机反循环成孔。钻头直接为5m 可一次成孔。为了控制超大直径孔精度，在钻进过程中，使用全站仪复测钻杆垂直度≥3 次。钻进的类型分为护筒内钻进、覆盖层内钻进、岩层内钻进3 种，在不同地质类型中钻进施工方法及注意事项具体如下。

2.2.1 护筒内钻进

1）钻进方法：减压钻进。根据地勘资料及护筒入土深度，主要包括回填砂层、淤泥质粉质黏土，采用低挡慢速、大泵量钻进的方法钻进。

2）注意事项：（1）钻进过程随时注意往孔内补充浆液，维持孔内的水头高度。孔内泥浆面任何时候均高于水位2m 以上。（2）在钻进过程中，需对钻架垂直度进行检测，以确保钻孔施工在开始时的竖直度。（3）淤泥质粉质黏土黏性好，此土层中钻进时，钻头上设射水管，通过高压射水等措施，及时清除糊钻的黏土，同时控制钻进速度，加强观察，防止因糊钻而扭断钻杆。

2.2.2 覆盖层内钻进

1）钻进方法：采用轻压、低挡慢速、大泵量、稠泥浆钻进，并充分浮渣、排渣，以防埋钻现象。主要包括粉土和圆砾土层。

2）注意事项：（1）钻进过程随时注意往孔内补充浆液，维持孔内的水头高度。如遇承压水出现突涌，则立即补充泥浆，保持水头和泥浆浓度。（2）随时捞取渣样，检查土层是否有变化，当土层变化时及时报监理工程师并记入记录表中，且与地质剖面图核对。（3）在密实的圆砾层中，一定要采用慢速钻进。钻压始终保持减压钻进，孔底承受的钻压不得超过钻具重力之和（扣除浮力）的50%，以确保长桩的竖直，保持重锥导向作用。（4）全站仪复测控制竖直度。

2.2.3 岩层内钻进

1）钻进方法：主要为弱胶结砾岩。在岩层进行钻孔施工时，采用牙轮钻头，保证钻孔的竖直度和进尺。采用低挡慢速、优质浓泥浆、大泵量、两级钻进的方法钻进。

2）注意事项：（1）钻孔作业分班连续进行，经常对钻孔泥浆进行试验，不符合要求时及时调整。采用滚刀钻头，减压慢钻，确保滚刀钻头能够在孔底平稳转动。（2）加强钻进过程中对钻机底盘4 个角点位置以及钻架垂直度的检测，检测频率每工作班2 次。（3）若因故停止钻进，孔口加护盖。严禁钻头留在孔内，以防埋钻。（4）全站仪复测控制竖直度。

2.2.4 成孔检查及清孔

桩基成孔后应按设计图纸、JTG/T F50—2011《公路桥涵施工技术规范》[1]等要求进行成孔检查，具体内容如表1 所示。

表1 桩基成孔质量控制要求

2.3 根式空心桩钢筋笼质量控制

5m 直径根式空心桩桩基直径较大，为防止钢筋笼变形影响钢筋笼下放和根键顶进，钢筋笼需采取以下措施保障加工质量：

1）钢筋笼采用长线匹配法制作完成后，选取一根钢筋作为标记，保障钢筋下放接头位置连接紧密；

2）钢筋笼的水平吊装，利用型钢制作扁担梁采取抬吊法施工，吊点设置在钢筋笼加劲圈位置，并采用钢丝绳兜吊的方式，尽可能增大钢筋笼的受力面积，减小变形；

3）钢筋笼竖直吊装时，采用型钢设置十字吊架，将吊点设置在钢筋笼的加劲圈上，同时在加强圈位置的主筋上焊接10cm 的钢筋，以防止吊装时加劲圈受力过大导致钢筋笼变形；

4）钢筋笼存放时放置在与之适应的U 型胎架上，U 型胎架的位置应尽量靠近钢筋笼的加劲圈位置。

2.4 根键顶进施工质量控制

外层钢筋笼下放完成后，检测孔底沉渣等情况，满足要求后，根键顶进设备行走至孔边，调整使顶进装置与外层钢筋笼中心重合，装入根键，旋转钻杆使根键与钢筋笼上的预留孔对应，下放钻杆至该层根键标高，启动液压系统顶进根键。完成后，提升顶进装置至孔外，重新装入根键，依次从下至上完成所有根键顶进，具体内容有：

1）顶进装置就位与对中：顶进设备通过转动履带吊和调整臂杆角度，使顶进装置与钢筋笼中心重合。对中方法：下放顶进装置至孔口，量测相互对称的4 根声测管分别至顶进装置邻近外轮廓的距离，前后左右调整旋挖钻钻杆，使其偏差控制在1cm 以内，完成对中。

2）根键安装：采用根键安装匹配平台，将匹配平台放置在履带吊回转范围内并调平固定，根键底面涂抹黄油后吊车吊放至滑台上，对准顶进装置滑槽入口，然后机械推入顶进装置滑槽。

3）根键顶进位置精度控制措施：根键下放过程中主要有平面定位控制和垂直位置的控制。（1）平面位置控制：在根键顶进装置上加置4 块限位板，利用钢筋笼根键预留孔两侧声测管作导向进行控制。（2）垂直位置控制：以护筒顶面为参照，设置水平标高控制线作为竖向深度零点，通过各层根键与护筒顶面的位置关系和水平标高控制线与护筒的位置关系，计算出各层根键相对于水平标高控制线的深度。钻杆自身有测深功能，操作室设置有钻杆下放深度感应装置，下放深度在仪表盘上直接显示钻杆下放深度，同时钢筋笼根键预留口位置安装有磁铁，根键顶进装置上设有磁感应器，装置下到对应位置后，感应装置指示灯亮，确保钻杆下放到精确位置并通过测绳复核仪表盘数据，确认垂直位置，从而保证根键能够顺利顶进。

4）根键顶进：在根键下放至顶进位置后，启动液压系统，进行根键顶进。

5）顶进到位控制措施：顶进装置上设置有感应装置，在根键顶进到位后，触发感应装置，表示根键顶进到位。

2.5 井壁混凝土施工质量控制

完成内层钢筋笼和内模安装后，检查沉渣厚度，若沉渣厚度＞5㎝，则进行再次清孔，使沉渣厚度满足要求。桩基中心位置设置中央大集料斗，同时沿井壁均匀布设4 根刚性导管布料，使混凝土面整体抬升速度尽可能保持一致。

1）导管底部至孔底间距控制在30～40cm。首批灌注混凝土的料斗存储方量应满足导管初次埋置深度＞1.0m 和填充导管底部间隙的需要。根据基础桩径，设计相应容量的首批混凝土灌注料斗以满足施工需求。

2）在混凝土浇筑期间，导管底口始终保持伸入灌注混凝土内2～6m，以防泥浆及水冲入管内。按规范要求，应经常性地量测孔内混凝土面层高程，及时调整导管出料口与混凝土表面的相应位置，并始终予以严密监视，记录混凝土一次连续操作完成整根桩基的浇筑[2]。

3）灌注混凝土过程中，严格控制混凝土质量，随时检测混凝土坍落度，并根据规范要求抽样制作混凝土试件，以检验桩基混凝土质量。

4）施工过程中注意控制混凝土的最小落差，尤其是桩顶附近混凝土灌注时，其落差应满足技术规范规定要求，确保混凝土密实。为确保成桩质量，桩顶加灌1.0m。

3 效益分析

根式钻孔实心桩基础施工相比于常规实心桩基础、沉井基础、地连墙基础施工等，虽然增加了根键及根键顶进工作，但由于利用外围土体对根键的握裹力及黏结力来提高基础的承载能力和稳定性，使得基础长度减少了约30%，并且降低了结构自重，共节约成孔及桩基钢筋混凝土工程量约30%，综合节约成本约488 万元，具有极高的经济效益。

4 结语

综上所述，依托秋浦河大桥项目对根式钻孔桩施工技术进行专项研究，与传统钻孔桩、沉井、地连墙等基础相比，根式钻孔桩基础具有入土深度小、结构自重轻、承载力高、材料节约等特点和明显的经济优势。随着国家桥梁、海洋风电事业的大力发展，其应用范围广泛、前景广阔，具有显著的经济效益和社会效益。