大截面变直径桩基桩基础施工技术

大截面变直径桩基桩基础施工技术

贺玲

保利长大工程有限公司 广州市 510620

摘要：黄龙带特大桥主桥主墩设计为3.8m~3m大直径变截面群桩基础，具有桩基直径大、围岩强度高、施工难度大等特点。本文通过分析该项目施工工艺，旨在为相关施工提供参考。

关键词：大直径；变截面；桩基施工

一 工程概况

黄龙带特大桥主桥主墩桩基共24根，最大桩长52m，桩基设计为大直径变截面桩，上部3.8m桩径、下部3.0m桩径，该设计在国内罕见。地质情况依次为粉质粘土、全风化粗粒花岗岩、砂土状强风化粗粒花岗岩、块状强风化粗粒花岗岩、中风化粗粒花岗岩。

二 施工工艺

1、施工平台开挖

两个主墩所处在黄龙带水库两岸，地势陡峭，坡度40～50度。为尽快开展桩基施工，将开挖线定在承台底面以上3米。

2、钢护筒埋置

护筒采用12mm厚Q235钢板卷制，护筒内径4m，长2米，重2.35吨。钢护筒加工要标准，垂直度误差每米不超过1cm，椭圆度不大于2cm，护筒直径公差不大于±5㎜，护筒进行双面焊，所有焊缝连续、密实，以保证不漏水。

为保证钢护筒的准确定位，先有测量组放出桩位，然后用挖机将其挖出钢护筒位置，将其埋入至护筒顶露出地面0.3m以上。护筒埋置后要复测其桩位偏差，加以调整，保证误差在5cm以内，垂直度在1%以内。护筒埋置后，护筒外回填土应夯实以防止渗水，保证桩头质量。

3、冲机基础施工

本项目直径3.8m的桩锤重达15t，而一般冲机只能承受10t的重量，无法满足施工要求，为此项目定制了一批大型冲机及3.8m直径的冲锤。

为了保证冲机冲孔时机身稳定，采用混凝土基础与型钢作为冲机施工固定平台。在承台4个角设置1.5*1.5*1.5m混凝土基础，在基础内预埋16#工字钢，工字钢顶面焊接30*40cm*10mm钢板，在钢板上焊接48H型钢，冲机安放在型钢上。

4、泥浆系统设置

（1）泥浆的制备

因桥位所处位置为饮用水保护区，浇灌过程中泥浆不能外露，所以每个主墩设置一个容量为500立方的储浆池（25×10×2米）另配置5个100立方（5×10×2）泥浆池（包括沉淀池和循环池），分布在主墩两侧较为低势地方。在地势较低的地方根据地形填筑（砌砖）和围堰，严禁泥浆露出到黄龙带水库。

大直径桩基比一般的桩基塌孔的几率更大，泥浆护壁要求较高，须采用粘性好、含砂低的粘土进行造浆。

5、成孔工艺

（1）冲击钻机就位

冲机就位前需进行各项检查工作，包括场地布置与冲机座落处的平整与加固、轨道的稳定、主要机具的检查与安装、配套设备的就位及水电的供应等。冲机就位时需安装平稳、定位准确。

本工程是3.8-3m变截面钻孔桩，变截面桩长(10#墩长16m、11#墩长13m）。首先使用3.8m冲锤，用小冲程慢速一直冲到变截面标高处（注意提锤不能过高和过快，以防卡锤），当钻头接进变径处时，施工人员通过自我验算检查和钻进记录比对，达到要求后报监理检验同意后方能提锤，将3.8m冲锤改成3.0m，重新定位后继续冲进。

（2）钻进

冲机开孔必须准确，且应慢速进行，冲击钻需用小冲程开孔，当护筒内深度达到全冲程后方可正常冲进。冲击成孔作业应分班连续进行，并填写冲击成孔记录。交接班时应交待钻进情况及下一班施工时应注意的问题。并注意地层变化，在地层变化处捞渣取样，判明后记入冲击成孔记录表。冲进过程中应经常掏取渣样，用胶袋装好渣样放入预先制作的70～90CM取样盒，取渣与地质图勘验渣样应标记准确以备检查。

在施工的任何时候均应保持孔内有规定的水位和要求的泥浆相对密度及粘度，以防塌孔。冲孔作业需分班连续进行，及时填写钻孔施工记录，交接班时应交待冲进情况及下一班应注意情况。

在成孔过程中要时常对冲机各部的运转情况进行观察，及时消除一切可能出现的事故萌芽，以保证整个冲孔过程顺利。经常检查冲锤中吊环的牢固状况，防止掉冲锤现象发生。对该孔深岩性与地质钻探资料相比较。做到不同的地质有相应的不同的施工手段和准备。且做好冲孔记录。控制冲孔的垂直度符合规范要求，防止出现斜孔，导致钢筋笼安装困难。

冲机正常钻进后冲程大小和泥浆稠度应按通过的土层情况掌握：

a、冲程应根据土层情况分别规定：一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中宜采用高冲程3～5m。在任何情况下，最大冲程不宜超过6m。在通过粘土、松散砂、砾类土或卵石夹土层中时宜采用中、低冲程1～2m。在通过高液限粘土时，宜采用中冲程。在岩层中冲进，采用高冲程冲进，以加快施工速度。

b、如通过软硬不均或岩石面倾斜较大的岩层时，需向孔内投入坚硬片石，低锤快打，造成一个平台后，方可采取较高冲程。避免偏孔、卡钻事故的发生。

常见冲孔事故的预防及处理：

Ⅰ、钻孔偏斜

a、加固桩机底座，使其保持水平，并定时检查，一旦发现倾斜，立即纠正；

b、倾斜过大的岩面，（岩面高差超过一米），需先回填片石，再用冲击钻机慢速冲孔；

c、冲孔形成后，经检孔器查明偏斜的位置，冲机反复扫孔，使冲孔垂直。

Ⅱ、扩孔和缩孔

a、在倾斜岩面和岩性不均的岩层中钻进时，严格按小冲程、慢进尺冲进，保持冲机在稳定状态下钻进，防止过分扩孔；

b、经常检查钻头磨损状态，加强修补，必要时更换，保证冲孔垂直，防止缩孔。在软土中钻进时，要注意控制冲程和进尺速度，充分护壁，防止软土缩孔。

Ⅲ、卡钻、掉钻处理

在冲进过程中，卡钻和掉钻应尽量避免，平时做足准备工作，以便在卡钻和掉钻时能及时地顺利打捞，在桩锤使用前在其上部安装柔性保险钢丝绳，当卡钻和掉钻时可下放一个或两个钢钩到桩锤位置，钩住保险钢丝绳，使桩锤多点受力，用冲机和其他起重机械拉动钻头。若卡钻很紧，不能拉动时，则采用孔底水下爆破法震动方案打捞出卡钻。这种情况下，要求用测水尺、潜水员下水等多种方法测出桩锤在水下的空间位置，桩锤与岩壁卡住的部位等情况，然后用测水绳下放炸药到每个卡点位置，在桩锤受力的情况下起爆炸药。在操作过程中，应对爆破震动影响进行校核，爆破使用药量应满足本桩和邻桩安全要求。

Ⅳ、护桩保护

冲桩过程中，由于冲锤更换、冲机移位等因素，需重新定位，冲桩过程中对护桩容易进行扰动，为了保证桩位的正确，设置两种护桩形式，一是在护筒上标出4个对称点，并焊接钢筋头；二是在护筒外2m处放置4个对称点，人工插入钢筋作为护桩；如在冲进过程中发现两护桩中心点有偏移，需及时通知测量人员进行复测，保证桩位正确。

（3）终孔

当达到设计终孔标高时，报监理工程师验孔、认可、签证，方可终孔。

（4）成孔检查

冲孔达到设计标高后，成孔质量采用检孔器进行检查，检孔器采用钢筋制作，直径不少于桩孔钢筋笼的设计直径加100mm，检孔器长度为4D～6D（D：桩孔直径）。当钻孔深度符合设计要求后，在第一次清孔完毕，放置钢筋骨架前，对冲孔全长进行检查，并报告监理工程师复查。

6、一次清孔

采取二次清孔的工艺。当冲孔达到图纸规定深度后，且成孔质量符合图纸要求并经监理工程师批准，立即进行一次清孔。

需注意的是，变截面处黄泥易沉淀。添加黄泥的过程中，黄泥沉淀在变截面处，会导致钢筋笼在变截面处无法下放。在终孔后，应先将3m冲锤调换成3.8m冲锤，将变截面处黄泥扫落，再跟换回3m冲锤进行清孔。

清孔后的泥浆性能相对密度1.05～1.2，粘度17～20S，含砂率<4%；孔底沉渣厚度应符合设计规定。

7、钢筋笼制作及下放

（1）钢筋笼制作

钢筋笼在加工制作场内布置加工线，利用长线胎架整体制作。主筋采用直螺纹（机械）钢套筒连接。制作完成后卸下直螺纹接头分段运输到现场。

（2）钢筋笼的安放

钢筋骨架绑扎好，经监理工程师检查合格后，吊入孔内安装。

钢筋笼利用履带吊配合下放，边下放边拆除加劲内撑，同时注意声测管及检测管的安装和检查。

钢筋笼起吊安装时须保证不变形。为了达到此目的，起吊时采用2点起吊的办法，即在钢筋笼的端头处，以2根等长的钢丝绳捆绑作为一个吊点挂于吊机的主吊钩上；于另一端的0.21L长度处以一根钢丝绳作为另一个吊点挂于塔吊吊钩上，2点起吊将钢筋笼吊起一定高度后，副吊钩慢慢下放，最终使挂在主吊钩上的吊盘所有长钢丝绳受力，吊住钢筋笼。钢筋笼吊起后，检查骨架是否竖直。如有弯曲变形应加以纠正，骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下放，严禁急速下放或摆动碰撞孔壁。

当每一节钢筋笼的最后一道加劲内撑接近孔口时，用工字钢从内撑下穿过作为支撑。将钢筋笼支撑在钢护筒口上，再吊起另一节钢筋笼，使他们在同一垂线上连接。在连接好主筋后，将上节的检测管对准下节的检测管，穿好管箍，进行焊接，检测管焊接完毕后，吊线进行检测管与加强箍筋的固定焊接。当所有接头连接好以后，吊起钢筋笼，抽出支撑，下放钢筋笼，如此重复，直至将钢筋笼下放至设计标高。每接长一节声测管，必须在声测管内加满清水，并观测1分钟以上，在水位高度没有损失的情况下方可下放钢筋笼，否则，重新提起钢筋笼检查声测管的连接情况，问题解决后方可重新下放钢筋笼。

钢筋笼下放至设计标高后，将骨架焊接固定在下放托架上，并使钢筋笼中心位于孔位中心，钢筋骨架底面高程偏差控制在±50mm以内。

钢筋笼的制作和安放中应注意的问题：

a.本工程的钢筋笼较重（36吨），所以在下钢筋笼时，一定要注意作好支撑，以防钢筋笼失控掉进孔里，在准备穿支撑牛腿工字钢处，以Φ20圆钢弯成“几”字形加固主筋与加强箍筋的联系。

b .因为主墩桩基是变径桩，筋笼的安装垂直性要予以特别重视，以保证桩的质量。在下钢筋笼时，每一节在固定连接前都必须在两个方向吊线检查。必要时测量检查与跟冲桩过程的位置相吻合。

c.声测管连接时要小心注意，注意检查接头是否漏水。如有漏水则需要重新连接，确保每个接头都不漏水（浆）。检测管的上端必须用塞子塞好，以避免漏浆。

d.为保证直螺纹套筒连接时两钢筋更好对接，每个钢筋端头需磨平。

e.下放钢筋笼时，必须有专人检查加强箍的加强十字内撑是否割除。

f.岸上安放钢筋笼时，需注意吊车的稳定。

8、二次清孔

钢筋笼下放好后，即下放灌注砼的导管至孔底利用导管采用真空反循环再次进行清孔。

9、浇筑水下混凝土

由两台生产能力为2立方/盘的拌和楼负责供应混凝土；采用8~10台容量8m3混凝土输送车运送再泵送（2台输送泵）的方法施工，同时配备一台泵车备应急时使用。

桩基工程所使用的混凝土标号为C35，所采用的原材料必须严格按规范要求进行原材的抽检试验，合格才能使用。混凝土坍落度宜为180～220mm，配合比设计时尽量减少水热。

灌注水下混凝土前，先就位好储料槽，漏斗、下好导管，导管与孔底的离空控制在25～40厘米。

三 结语

本项目3.8m大直径变截面桩基在国内尚属首例，施工过程中不断完善优化，在各单位的共同努力下，圆满顺利完成，对同类项目具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]谭婕, 王奎华, 涂园, 吴君涛, 郑茗旺. 大直径变截面桩速度波衰减特性研究与应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2021, 40 (02): 419-431.

[2]余江, 郑佩婷. 大直径多桩联合变截面大承台设计[J]. 山西建筑, 2007, (19): 116-117.

[3]李满程,杨斌,莫建军,吴同鰲. 桥梁大直径桩施工难点及其对策[J]. 长沙交通学院学报, 1999, (01): 81-84.

个人简介

贺玲（1985.8-）女，汉族，广东广州人，保利长大工程有限公司主管，本科学历，研究方向:路桥施工