汉江大桥水上平台钻孔桩施工质量与管控技术

刘新兵

（新疆路桥北疆工程建设有限公司，新疆 昌吉 831100）

1 引言

跨江跨河特大桥的施工安全隐患多，质量控制薄弱环节多，施工过程中不可控潜在因素多。本文依托安康至岚皋高速公路安岚AL-C01标中汉江特大桥，主墩施工跨越汉江两岸，施工难度较大，桥梁下部构造涉水施工需要对桥梁墩台施工过程中的每一道工序、每一处细节和重点工程严把质量关、安全关和环保关，其中汉江大桥主墩3#和4#墩水中桩基础是本标段的重点工程和难点工程，水中桩基础施工是最难控制的隐蔽性工程。

2 工程简况

安岚AL-C01标段起点位于建民镇忠诚村附近，终点位于吉河镇吉河坝村附近，起讫桩号K0+000～K4+110，全长4.110km。在该项目中分布着主线桥长2553m/4 座，互通枢纽3236.215m/2 处。汉江大桥3#和4#墩采用的是水中桩基础的结构形式，也是本次施工的难点。从实际情况分析，3#、4#墩处于河道中间，桩顶处于水面以下10m位置处，所以施工难度较高。

3 水中钢栈桥与平台质控

3.1 水中墩平台质量管控要点

汉江大桥3#和4#墩桩墩部位，应用钢栈桥设置钻孔平台进行作业。

栈桥行车道宽6m，按公路I 级设计，根据200t 荷载计算分析，设计车速15km/h。平台采用7 组“321”型贝雷梁，两侧各2 组（2 片/组），采用90cm 花架连接，中间3 组（3片/组），采用45cm 花架连接，贝雷梁的各个结构部分的连接应用斜撑栓接[1]。贝雷梁上设置I25b 横向分配梁，按照间隔距离70.5cm 设置要求进行布置，I25b横向分配梁与贝雷梁的所有连接部分应用骑马螺栓进行固定，同时在表面均匀的铺设行车道面板，以达到正常施工标准，如图1所示。

图1 汉江大桥水中桩钻孔桩施工平台

3.2 施工钻机选择

桩基施工采用履带式旋挖钻进行钻孔，钻机分排隔孔作业，水中钻孔桩利用泥浆外运罐车作为泥浆循环池、沉淀池及造浆池；钻孔沉渣通过管道输送或罐车运送至指定泥浆处理地点。

4 汉江大桥水上平台钻孔桩施工质量管控

4.1 搭建平台质控要点

水中桩在施工中，将栈桥作为标准，主要的施工材料是钢管，建设钻孔作业平台。钢管桩安装完毕后，倾斜度不超过1%，位置偏差不超过300mm。钻孔平台应用的是梁柱组合形式，并且采取钢管桩、钢护筒、贝雷梁等结构形式组合成为成体，各个结构部分的尺寸、位置符合要求[2]。

平台在施工环节要综合分析高水位或者潮位，通常需要超出潮水位1m多的高度。钻孔平台达到牢固、稳定的标准，恶劣自然环境并不会对其产生影响。平台连接达到牢固性标准，任何船舶不会触碰平台与护筒。钻孔平台上布置航标、警示等部件，夜晚有示廓灯亮起，周边设置救生圈。通常情况下，水中墩应用钢管桩形式，工字梁主要承载结构，槽钢是基点部分，然后在表面铺设钢板制作作业平台。

4.2 测量定位控制要点

水中墩台达到精确度的要求，组织专业测量人员开展测量工作，并且利用基站式GPS一拖二仪器定位，在平台稳定位置上布置中心点，使用红漆标记，且不会存在桩点破坏的情况，偏差不超过±5mm。

4.3 钢护筒设置质量管控要点

4.3.1护筒的要求

护筒使用钢板制作，其厚度为12mm，直径D=d+0.3m（d为桩径）。要想保证护筒结构强度、刚度性能合格，避免在运输环节发生变形，在上口、中部分别焊接加劲肋。钢护筒连接时，采用焊接加长的方式[3]。

4.3.2护筒的埋设

埋设护筒施工环节，应用履带吊联合振桩锤的方式进行，该项目施工选择应用50T履带吊和60型振动锤作为施工设备，其性能参数合格，且满足现场施工的需要，达到正常施工标准。

①水中桩护筒结构需要插入到持力层以下深度，提高稳定性，防止水流冲刷损坏。安装后，检测中心偏差在2cm 以内，倾斜度在1%以内，且上部需要布设20×30cm溢浆孔，实现泥浆的循环使用。

②桩位护筒一般采用钢制，护筒的顶面标高需要高于水位1m～3m，预防因雨季时节河水上涨影响桩基施工，如图2所示。

图2 水中桩钢护筒安放及对中定位

4.4 泥浆护壁

依据现场施工情况，因地制宜的利用工地附近的优质粘土，当桥梁附近无优质粘土或者膨润土无法造出合格泥浆时，可采购钻孔桩专用化学泥浆制剂[4]。

钻孔作业阶段，泥浆需要超出孔外水位和地下水位，这样可以有效的回收钻渣，且不会发生环境污染的问题，还要在设备旁侧设置4m×4m×3m 的泥浆中转箱，使用专业的泥浆运输车将其运输到规定地点存放。开始钻进前，泥浆箱检验达标后才能进行施工。

4.5 钻孔施工质量管控要点

桩基采用合规达标的机械钻进成孔方法的同时，还应该确保以下施工过程质量控制要点合格。

①钻机开钻之前精准定位并且固定机位，防止施工过程中钻机倾斜、移动而造成桩位偏差。

②桩体结构钻孔中心距离5m 内，必须在灌注结束后24h才能进行其他结构的施工，以免给该结构造成损坏和影响。

③钻进作业阶段，确保内部水位、泥浆稠度合格，避免出现塌孔的问题。

④要想保证护筒内外的水泥浆面差值合格，应通过辅助泥浆泵方式进行调整，使得内外的压力差在合理范围内[5]。

⑤每一个交接班对泥浆取样后试验检测，保证泥浆指标满足施工过程泥浆护壁及沉渣悬浮等工艺需求。

4.6 桩基施工泥浆清孔关键节点

桩基钻进成孔之后立刻测量成孔深度LA，成孔之后关键工序清孔后即可测量孔深度LB，关键工序清孔完成后拔出导管，立刻组织机械、设备、人员安装钢筋笼，安装导管后立刻进行二次清孔。桩基基底沉淀层厚度L=LA-LB，L≤50mm。

4.7 成孔检查质量管控要点

钻孔桩终孔、清孔工作完成后，做好直径、倾斜度的检查，保证各项技术参数符合设计方案和技术标准。在钻孔深度达到设计要求后，灌注混凝土结构之前，做好整个长度范围内检查，确保全长度质量合格。

4.8 钢筋加工及安装质量管控要点

钢筋制作现场，需要做好场地硬化处理，钢筋加工需要在平台内进行，通过长线匹配方式实现，结合桩体长度整体或者分节的方法制作钢筋笼[6，7]。

钢筋笼制作时应合理加筋，主要方式为：加工环节做好尺寸的控制，加劲筋位置符合要求，把主筋设置在平台上，应用石笔进行位置标记。焊接作业环节，保证加劲筋的位置、结构形式符合要求，正确进行施工，然后点焊连接。

在一根主筋上把所有的加劲筋焊接完成之后，人工方式转动钢筋骨架结构，并且把其他的主筋逐一进行焊接施工。吊起钢筋笼放置在支架上，套上盘条筋，根据设计方案直接把螺旋筋绑扎在主筋上，再进行全面焊接作业[8-10]。

桩基钢筋笼纵向钢筋应用机械方式连接作业，接头套筒应用工具紧固连接，保证两个丝头处于中部位置，且拧紧连接。各个钢筋直径与扭矩都要符合要求，具体数据见表1。

表1 钢筋直径与最小扭矩

钢筋笼接长、安放环节，确保骨架达到垂直度标准。要想使得钢筋笼下放加速进行，每根桩基础的钢筋接长次数要控制在3次以内，做好接头部位的质量全面检查，在下沉的同时要切除内部十字撑[11，12]。在混凝土灌注前，将钢筋笼全部下入到孔内，确保骨架符合要求后才能灌入混凝土。钢筋骨架重新放置前，需要保证底部没有松散物，确保结构质量性能合格。钢筋骨架制作和吊放的允许误差见表2。

表2 钢筋安装实测项目

4.9 安装导管及二次清孔

钢筋笼安放到结构内，就可以进行导管安装施工，同时实施二次清孔作业，且保证底部沉淀层结构厚度达到设计要求。

4.10 灌注水下混凝土质量管控要点

4.10.1灌注前技术准备

桩基配合比必须严格执行设计方案，经监理单位批准后方可施工。灌注水下混凝土通常应用导管承压法灌注施工，且导管正式投入使用前要进行性能试验，如抗拔、高压水泌性等检测，导管的接头抗拔试验及导管的高压水泌性试验检测必须同时合格，导管才可以投入水下灌注混凝土。

灌注速度要求：直径2m 以下的桩，速度不小于50m3/h；直径2m以上的桩，速度不小于80m3/h[12-14]。

首批混凝土材料要达到导管首次埋设深度（H1≥100cm）和底部填充的要求，所需混凝土数量见公式（1）。

式中，V为灌注首批混凝土所需体积，m3；

D为桩孔直径，m；

H1为桩孔至导管底端间距，一般为35cm～45cm；

H2为导管初次埋置深度，应小于等于100cm，一般为100cm；

d为导管内径，m；

h1为桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度，m；

HW为桩孔内水或泥浆的深度，m；

YW为桩孔内水或泥浆的重度，kN/m3；

YC为混凝土拌和物的重度，kN/m3。

4.10.2施工节点控制

①灌注施工阶段，当内部混凝土没有充满存在空气时，后续混凝土应该缓慢灌入施工，不能整体灌入，也不要使用导管，否则会导致内部存在高压水囊的结构，将关节间橡皮垫挤出[15]。

②灌注时要保持连续进行，避免中途间断作业。灌注的过程中，要避免混凝土从漏斗顶部溢出或者孔底掉落，保证内部的水泥凝结。灌注施工阶段，应该随时观察了解内部混凝土下降、孔内水位上升的情况，测量混凝土高度尺寸，及时指导导管提升和拆除作业。导管提升确保竖直和居中，提升速度应符合要求。

③导管提升到接头丝口露孔口以上高度时，可以拆除1节或2节导管结构，具体根据实际情况确定。在该工作进行时，应该停止灌注作业，将漏斗取出，保证导管的牢固性，并且悬挂提升设备，松开导管的丝扣，将提升导管应用吊钩悬挂到待拆的导管上部吊环，在螺栓拆除或者快速接头拆除后，吊起拆除后的导管，缓慢放置在地面，然后把漏斗重新拆入到井口导管中，做好位置尺寸的校正，再灌注施工。

④混凝土灌注到临近标高部位上，技术人员计算确定混凝土施工量，确定合适拌合站数量和拌合能力，保证材料正常供应。

⑤一般为了保证桩基顶部混凝土的密实度和质量，需要超出标高加灌一定高度，一般超出标高加灌高度为50cm～100cm，加灌的高度在桩基检测之前需要破除，破除之后的桩顶必须平整而且无松散层。

4.11 成桩检测

桩身结构达到规定强度后，把桩头松散结构凿除掉，确保表面达到平整、清洁性的要求，不会存在任何泥土、杂物等问题，然后上报监理工程师检查验收。桩基需要逐一检测，采取超声检测的方式，一般在灌注施工结束的14d～28d内进行。

5 结语

水中桩基础结构施工难度较高，属于隐蔽工程项目，是跨海大桥重要的交通基础设施，也是百年工程项目，其施工环境比较复杂，容易产生结构损坏的问题，一但结构破坏，维修难度高、成本亦高。本文选择安岚AL-C01工程进行研究，分析水上钻孔平台建设施工要求和质量控制标准，总结管理经验，提高技术水平，本研究值得推广和应用。