北支江过江通道工程水上钻孔灌注桩施工

北支江过江通道工程水上钻孔灌注桩施工

陈腾龙 羊志军

浙江广利工程咨询有限公司，杭州市江干区凤起东路 888 号， 310016

摘要 根据作者实际管理经验，分析了北支江过江通道工程跨江桥梁水中操作平台的搭设以及下部结构钻孔灌注桩施工方法，并针对类似工况提出了结论与参考。

关键词 水上作业 冲击成孔 全护筒跟进 自平衡检测

1北支江过江通道工程项目简介

杭州市富阳区北支江过江通道，桥梁全长409.6米，最大宽度50.4米，北接富阳高尔夫路，南接东洲岛。上部结构为钢拱梁组合结构，设置有两对外翻15°的蝴蝶拱，下部结构为桩基、承台、墩柱结构。桥梁共9跨，最大跨度95米。其中下部结构4#墩桩基最大桩径1.5米，且作业位置位于江中心。本桥通航要求净宽不小于40米，净高不小于6.8米，最高通航水位5.4米，主墩按照300吨级船舶防撞设计。据钻孔揭露，工程区第四系地层厚度达30余米，按地质时代、成因分析可分为7个大层，细分为21个亚层，两个夹层。主要为粉质粘土、粉砂土、淤泥质粉砂、卵石、圆砾、全风化花岗闪长岩、中风化花岗闪长岩。主墩桩底标高-35米，桩长32.6米。均为端承桩，且主墩18根桩基均为水中作业。

2施工机械选型

（1）钻孔施工因地质多为砂卵石层，及主墩岩石基本裸露因素影响，桩基础采用CZ102-6冲击式工程钻机成孔施工。钻头形式（空心锤2.3吨/实心锤6.8吨），在粉土及圆砾卵石层中使用空心锤，在风化花岗闪长岩采用实心锤。该法配合全护筒跟进施工导向型良好，扩孔率小。

（2）试桩参数分析：空心钻钻进6h/m，实心钻钻进3 h/m；清孔3-5h；下钢筋笼2h；焊接钢筋笼1.5h；灌注混凝土4-6h。

3水上栈桥、马道及作业平台的搭设

（1）平台搭设概况：桩基施工场地为江中心，江面宽度约320米，平均水深约2-5米，且施工期间北支江综合整治工程在上下游均设置了堵坝，形成一个水流较为平稳，水位起伏较缓慢的工况。经过方案比选，最终确定了以钢管桩为承重基础的栈桥、马道及作业平台。栈桥、马道及作业平台将荷载传导至贝雷梁、分配梁，最终依靠钢管桩承受竖向荷载，主栈桥设计荷载60吨。钢栈桥标准段跨度12m，栈桥设计总长度345米，总共分为69跨。全桥设置3处制动墩，伸缩缝宽度10cm。栈桥及钻孔平台结构如图1、图2。

图1 栈桥断面布置图

图2 钻孔平台断面布置图

（2）钢栈桥、马道及钻孔平台施工：钢管桩在构件加工厂初步加工焊接完成，用平板车运输至作业区，前场“钓鱼法”沉桩施工。钢管桩使用70吨履带吊配合DZJ-60型振动锤锤击下沉，最终达到设计桩长。沉桩时钢管桩最后1min的下沉量不得大于22mm。钢管桩打到位后进行标高复核，保证桩顶的偏差在1公分以内，随后焊接承重梁。钢栈桥、马道和钻孔平台采用贝雷梁，贝雷梁在吊装前提前在加工场地拼接成15m模数的单层单排架体。贝雷片分组安装，总共6片贝雷，分为三组，安装完成一组以后随即焊接限位器进行固定。单跨安装完成后进行桥面系施工，桥面板与纵梁采用U型螺栓固定。最后实施桥面防滑条与防护栏杆。钻孔平台施工时精准定位贝雷梁与钢护筒，预留空隙，防止平台震动影响护筒稳定。

（3）钢栈桥、马道及钻孔平台的质量控制：钢管桩的垂直度要进行严格控制，否则将会影响成桩质量，对栈桥的受力有较大影响，本工程钢管桩垂直度控制在1%。达到设计标高后钢管桩最后1min的下沉量不得大于22mm即可成桩，否则需继续往下施工。钢管桩施工完成后随即进行横向连接，横向连接的固定要注意控制焊接质量，否则后续车辆行走震动可能引起焊缝脱开，增加栈桥维保难度与次数。

4冲击成孔施工

（1）护筒埋设：钢护筒采用定制钢护筒，水上桩基钢护筒埋设，待临时平台搭设完成后，即可下放。本工程使用的钢护筒厚度为10mm，设计内径时按照大于桩径20公分的尺寸进行考虑，每条护筒按21m设计，分7节制作，每节3m。钢护筒直径的加工精度须控制在2cm以内，刃脚处30cm用钢板进行补强。水上墩桩基钢护筒的下放需先定位好导向架，导向架由25#槽钢制成。护筒下放前先将导向架根据测量放样固定于施工平台上，再由汽车吊配合振动锤进行护筒下放。接长护筒时需注意确保两节护筒的轴线在同一直线上，下放时注意依靠导向架来调整护筒倾斜度及偏位，垂直度控制在5/1000，平面偏差控制在5cm以内。护筒顶面高出施工平台约50cm，护筒在靠近泥浆池一侧开孔，与缓浆池焊接连接。护筒埋设如图3。

图3 护筒安装下放图

（2）泥浆配置与缓浆池的设置

1）泥浆的作用：悬浮钻渣与护壁，因本工程水中桩基采用全护筒，故本工程泥浆的作用主要为悬浮钻渣。

2）泥浆的配置：现场设泥浆池，泥浆池采用废弃油罐车储油桶，方便转移能够很好的适应水上栈桥作业。造浆后的泥浆要试验全部性能指标才能使用，在冲击成孔过程需要随时注意地质变化，根据地质情况的变化随时调整泥浆的性能指标。

3）及时调整泥浆比重，在粉砂层钻进施工循环清孔较为顺畅，但在进入风化花岗闪长岩后，冲击入岩形成较大碎粒，碎粒堆积影响钻进效率的同时也影响了循环清孔的效率。因本工程采用全护筒跟进，核对内外压力差后现场泥浆配比调整至1.5，在保证孔位稳定的同时提高了钻进效率。1.5的泥浆比重已超出规范标准，其他项目借鉴时需注意核对孔内外压力差与钢护筒壁厚及强度。

4）缓浆池的设置：为缓解混凝土浇筑孔内泥浆液位上涨的不稳定导致泥浆外溢，我们在护筒外侧设置了容积约2方的缓浆池。缓浆池使用钢板现场加工完成，与护筒焊接连接。缓浆池配合本工程桩基的全护筒跟进有效的控制了桩基泥浆外溢问题。

（3）冲击钻进

1）空心锤冲击：钻机就位后，首先将钻机操平，并支垫牢固，特别是钻机的前支点。正式开钻前，应尤为注意钻头的对中，将钻头拉起来到护筒顶平面位置，在护筒上绷十字线，现场控制钻头中心与桩位中心保持一致。在成孔施工的过程中，应定期检查钻机的水平，若发现钻机前支点下沉了，应及时将支点顶起来调平后，再继续钻孔。

2）实心锤冲击：实心锤在刚锤击入岩或者岩层变化较大的区域要减小冲击频率，本着“减压钻进”原则的同时还要严格控制冲程。在实心锤平稳着岩后，才能加快钻进速度。冲击入岩和终孔时需及时捞取岩样分析，判定桩基入岩与终孔的精确数据。冲击钻孔成孔的过程中，要定期检查偏位情况，发现偏位及早采取措施纠偏。终孔以后，捞取渣样判断是否满足设计持力层的要求，同时检查桩基的成孔深度。检查的方法有测绳法和钻具推算法两种，首先根据护筒顶标高和钻头钻具总长度推算孔底标高，然后再用测绳量测成孔深度，计算孔底标高，持力层和钻孔深度均满足设计要求后方可终孔。但用于测量孔深的测绳应定期用钢尺复核，防止造成测量误差。

3）钻具维保：冲击成孔对钻具质量要求较高，尤其是在本工程下段中风化花岗闪长岩层中，钻头磨损程度大，必须配备备用钻头并加密维保频率，否则钻进效率将会有一定影响。钻头维保需严格控制合金刀头连接质量，否则会造成脱落甚至卡钻。

4）清孔: 置换泥浆清孔，清孔时需保持孔内泥浆液位，清孔分为第一次清孔和第二次清孔。第一次清孔的时间控制在终孔后，一清完成泥浆比重控制在1.2-1.25之间。必须对泥浆内的钻渣含量进行检查，一次清孔要保证将冲击成孔的大粒径钻渣全部排出，小粒径钻渣大部分排出。钢筋笼下放完成后利用导管进行第二次清孔，二次清孔要求将小粒径钻渣全部排出，触摸检查泥浆时不得有固体小颗粒。冲击成孔的桩泥浆比重可以适当提高，但不宜超过1.15，含砂率＜2%，粘度20～22s；浇筑混凝土前对沉渣厚度进行检查，检查结果不得大于5公分。

（5）水下混凝土灌注

1）采用定制钢导管灌注水下混凝土，导管内径300mm，导管使用前进行水密实验与接头抗拉试验。导管放置在孔位中央，分段下放，导管连接时需注意清洁并刷涂润滑油，同时还要检查是否存在滑丝。导管分段连接下放，直到导管底距离孔底0.25～0.4m左右。

2）混凝土配合比通过检测单位实验确定，除强度要求外，还须符合以下要求：

①混凝土初凝时间≥4h；

②混凝土的坍落度控制在18～22cm；

③混凝土具有良好的和易性、流动性。

3）混凝土初灌必须满足导管埋深大于1米，在灌注过程控制导管埋深2-6m之间，防止堵管或者导管拔出混凝土面的现象发生。

4）保持最小0.5m的超灌量，保证桩头质量，开挖后桩头采用人工凿除，不得破坏桩体。

5桩基质量检测

（1）按照设计要求埋设声测管、荷载箱，并通过声波检测法、小应变检测法、高应变检测法、桩承载力自平衡检测法确定桩基质量，检测合格率100%，全部为Ⅰ类桩。

（2）依靠声波反应混凝土的弹性性能，波幅衰减反应混凝土界面的情况，混凝土有缺陷时，波幅衰减快，波形畸变。

（3）桩基自平衡检测首先要计算出平衡点，保证荷载箱放置位置的上段桩与下段桩承载力相当。计算出平衡点后须在钢筋笼加工时根据计算结果预埋荷载箱与液压管，钢筋笼下放时要保证液压管可靠连接。桩基浇筑完成具备检测条件时电子位移计经数据采集仪连接电脑，直接自动控制测度，采集Q-S、S-lgt曲线。通过分级加载并加大至最大试验荷载时实测位移量、回弹率，确定单桩竖向抗压极限承载力符合要求。

（4）必要时采取钻取岩芯法破损检测，以确保桩身混凝土均匀连续，试体强度满足要求。

6结语

针对地质情况和水文环境选择的水上作业平台施工方案稳定，牢靠。确保桩基终孔、清孔后进行了孔深、孔位、钢筋连接等的检查。全护筒的跟进为桩基在卵石、圆砾层中钻进提供了稳定性保证。通过技术检测手段验证了桩基质量满足设计要求，是本工程水上钻孔灌注桩成功的方法之一，对于类似工程具有一定的参考价值和借鉴价值。

参考文献

〔1〕肖华只。水中钻孔桩施工技术。科学之友。1000-8136（2007）10-0048-02

〔2〕地基、基桩静载试验的几种反力装置。中国检测网。2012-01-10