水下全砂层大直径超长灌注桩施工技术

文 / 中交一航局第三工程有限公司 张正国 林倩斐

本文以鹤大高速佳木斯过境段项目二标段松花江特大桥桩基施工为例，从桩基钻孔、钢筋笼安装及混凝土灌注三方面，介绍了水下全砂层大直径超长灌注桩施工技术，为类似桩基施工提供借鉴。

工程概况

鹤大高速佳木斯过境段项目是黑龙江省首个PPP模式高速公路和黑龙江省百大项目之一。松花江特大桥是本项目控制性工程，也是黑龙江省规模最大的桥梁工程和跨度最大的多塔矮塔斜拉桥，桥梁全长3124m，其中主桥长度1020m。主桥采用群桩基础，每座承台下布置18根桩基，桩径2m，桩长82m，地质条件主要为粗砂、中砂、砾砂及圆砾，厚度约100m，砂砾层标贯击数达40击，且砾石含量较多，属于密实砂砾层。

钻孔施工

施工工艺选择

考虑到地质条件及主桥桩位集中等因素，选用车身较短、机件重量小、施工效率高、移动较快的履带式泵吸反循环钻机FZX-500，钻孔最大直径为5m，钻孔最大深度为150m。

主桥桥址地质条件主要为中粗砂砾，透水性强，为确保孔壁稳定，避免塌孔和漏浆，设置钢护筒入土深度不小于8m。

为进一步加强孔壁的稳定，同时提高钻屑的排出能力，采用艺嘉泥浆外加火碱NaOH作为原料来配置泥浆。该泥浆无毒无害，对环境无污染。

钢栈桥及钻孔平台施工

钢栈桥采用贝雷梁、钢管桩结构，全长357m，桥面宽度7.5+1.5m（车行道宽度+人行道宽度），根据松花江历年最高水位+80.86m，设置桥面顶标高为+83.5m，钢栈桥承载力设计为110t。支栈桥及钻孔平台平面尺寸为38.6×33m，结构形式与钢栈桥类似，顶面标高与钢栈桥齐平，支栈桥承载力为180t，钻孔平台承载力为150t。

钢护筒沉放

为确保孔壁稳定，通过计算桩孔内外水头差，最终确定钢护筒入土深度不小于8m。钢护筒采用螺旋焊管，由专业厂家加工制作，材质为Q235，壁厚14mm。钢护筒自身重量较大，打设时只能轻微调整，不能大幅度调整，故外径选择2.4m，便于轻微调整。为便于运输方便，钢护筒最大加工长度不超过12m，运输到现场后，再进行接长焊接。

钢护筒采取100t履带吊配合DZJ120电动振动锤沉放，初期使用单锤振沉方式，因中粗砂砾在震动过程中会越加密实，导致护筒下沉困难，后改用DZJ180电动振动锤，最大激振力1390kn，最大偏心力矩为1240N. m，并使用双锤连振工艺，沉放钢护筒最大长度约18.5m，外露长度10m，单根最大重量15.3t。为了防止钢护筒在沉放过程中变形，在钢护筒上、下口焊接50cm加强箍。

沉放过程中，采用经纬仪随时观测钢护筒垂直度，保证偏差不大于0.5%。57#墩桩基护筒自由段长度15m，钢护筒沉放时有10m悬空，易出现偏斜。为确保钢护筒沉放精度，需设置双层导向定位架。双层导向定位架由型钢焊接而成，高度4m，内部净尺寸为2.46×2.46m，上下两层四角设置可调导向轮。

钢护筒沉放后，底端应不小于设计深度，顶端应高出平台顶面30cm。

泥浆制备及泥浆循环系统

1.泥浆制备

采用艺嘉泥浆外加火碱NaOH作为原料来配置泥浆。

2.泥浆循环系统

制作泥浆箱，根据泥浆损耗率，泥浆箱的容积不应小于成孔体积的1.2倍，泥浆箱中设置2个沉淀池和1个循环池，保证泥浆的沉淀速度，具体制作如图2.4-1。

先将陆上造浆池内泥浆通过泥浆车泵送至泥浆箱内循环仓，循环仓内泥浆通过连通管或泥浆泵进入开钻孔孔口。钻机开钻，孔内泥浆携带钻渣，在砂石泵的作用下，从孔底经钻杆流出，直接进入泥浆箱内沉淀仓，泥浆钻渣沉淀后，分离出来的泥浆直接进入循环仓参与再循环，而钻渣则通过小挖机直接挖出，通过自卸车运走。在整个循环过程中，要不断向泥浆箱内补充泥浆。

钻孔

在一个承台所有桩基的护筒都沉放完毕后进行钻孔施工，为避免桩基在施工过程中对相邻桩基的干扰，采用由外而内、间隔跳打的方式进行钻孔。

钻孔作业时，需要减压钻进，根据不同地质层选择与之相适应的进尺速度和转速。对于砂层，需要低档慢速、轻压、大泵量、稠泥浆钻进，每小时进尺控制在0.5m以内，以免孔壁不稳定，发生局部扩孔或局部坍塌，并充分浮渣、排渣，以防埋钻现象；对砂砾层，采用低档慢速、轻压、优质浓泥浆钻进，每小时进尺控制在0.8m以内，确保护壁厚度以及充分排渣；护筒底口和不同地层交接处附近，采用低档慢速、小进尺钻进、防止扩孔、塌孔和偏斜孔，每小时进尺控制在0.5m以内。水中桩基钻孔施工受水位影响，注意保证孔内泥浆面任何时候均应高出江水面1.5~2.0m以上。在大风浪、洪水期施工时，派专人定期测量河床面，当河床面冲刷严重时，及时采取抛填砂袋或石笼的办法进行冲刷防护，以确保钢管桩、钢护筒足够的入床深度以及钻孔平台的整体稳定性及安全。

清孔

首次清孔采用反循环钻机配合泥浆泵进行循环泥浆清孔，即用新拌制泥浆置换孔内高浓度泥浆，调整孔内泥浆比重、粘度、含砂率等指标，使之满足灌注水下混凝土需要。

具体做法：将反循环钻机的钻头提升，使之距离孔底约10cm左右，钻头缓慢旋转，维持泥浆循环流动，过程中保持孔内水头，防止塌孔，在清孔完毕后，检测孔底沉渣厚度、泥浆等技术指标。

二次清孔采用气举法，采用水下混凝土灌注的导管配合直径5cm高压无缝钢管，通过20m/min空压机输送压缩空气气举法排出孔底高浓度泥浆，冲散沉淀层，使之呈悬浮状态后，立即开始水下混凝土施工。

钢筋笼安装

钢筋笼在钢筋加工棚内采用数控钢筋滚丝机、数控钢筋锯床、数控钢筋滚焊机分节加工成型、炮车运输至施工现场、履带吊现场分节吊装入孔方法。

松花江特大桥主桥主墩灌注桩共36根，钢筋笼重29.37t，分为7节下放；主桥过渡墩灌注桩共10根，钢筋笼重20.221t，分为5节下放。钢筋笼下放普遍方法采用穿杠固定每节钢筋笼，由于松花江特大桥主桥钢筋笼为双主筋，钢筋较密、重量大，采用穿杠不便于施工。

采用通用性强的钢筋笼吊挂平台，使用方便，安全可靠。

混凝土灌注

（1）沉渣厚度、孔深满足要求后，安装首灌料斗，开始浇混凝土时，为保证隔水栓能顺利排出，导管底部距孔底距离宜为30～50cm。

（2）初灌量应使导管一次埋入混凝土1.5m以上，首批混凝土灌注方量应能满足导管初次埋置深度的需要，首批混凝土的数量计算公式为：

V≥πdh/4+πDH/4

本工程主桥灌注桩桩径2000mm，经计算，V≥9.74m，根据现场施工条件，首批混凝土灌注漏斗容量取3m，其余7m采用混凝土罐车配合斜坡道方式灌注到3m料斗内，形成连续灌注。

（3）水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定；坍落度宜为180～220mm，每车混凝土检查，在混凝土浇筑前，提交混凝土配合比试验报告给监理工程师批准后方可使用。

（4）在灌注混凝土前，首先吊入隔水塞，隔水塞比导管内径小20～25mm，灌注混凝土前用钢丝绳吊挂在导管内，混凝土达到首灌量时提出放塞，初灌时导管埋深不低于1.5m，每次提升导管之前测一次导管内外径混凝土面的高度，填写水下混凝土灌注记录表，绘制水下混凝土灌注曲线。当孔内混凝土面将要接近钢筋笼的底端时，要防止钢筋笼上浮。当灌注混凝土面接近设计标高时，要注意混凝土面标高使其符合设计要求，每次拆下的导管应及时冲洗干净，灌完后必须冲洗漏斗、储浆斗及其它专用工具。灌注工作必须连续进行，尽可能压缩上料运输吊斗、提管、拆管时间，严禁中途停工，灌注混凝土之前应测量混凝土坍落度，混凝土坍落度控制在180～220mm。混凝土灌注完成后缓慢将导管拔出，导管提离混凝土面之前要反复插实，避免空心桩。

（5）导管埋深宜为4～6m，严禁导管提出混凝土面，设专人测量导管埋深及管内外混凝土高差，填写水下混凝土灌注记录。

（6）水下混凝土浇筑应连续施工，混凝土运输采用12m的搅拌运输车。根据每天需用的混凝土量与混凝土站联系，确保连续供应，以便连续施工。混凝土总浇注时间不宜超过初盘混凝土的初凝时间，对浇注过程中一切故障均应记录备案。

（7）混凝土浇筑时每浇筑9m测一次充盈系数，每段混凝土充盈系数不得小于1.0。

（8）控制最后一次灌注量，桩顶不得偏低，按设计要求桩顶处标高要高出设计标高1.0m。

综述

本文结合鹤大高速佳木斯过境段项目二标段松花江特大桥桩基施工，总结了在水下全砂层地质中大直径超长灌注桩的施工技术，本技术在工程实施过程中取得了良好的应用效果，桩基检测一类桩率达100%，每根桩基的施工效率达1.75天/根（全天24小时施工）。本技术的也将为类似施工条件的大直径超长灌注桩施工提供借鉴经验。