深水裸岩条件下大直径钻孔灌注桩施工技术

深水裸岩条件下大直径钻孔灌注桩施工技术摘要：结合泰和赣江特大桥1#、2#主墩高桩承台工程实例，阐述了在深水裸岩条件下直径3.0m桩基成孔施工技术。

针对深水裸岩大直径桩基施工，采用双壁钢围堰、大直径护筒、泥浆、钻进等关键工艺对策，确保施工顺利进行，保证桩基工程质量。

关键词：深水裸岩大直径高桩承台双壁钢围堰施工技术
1 工程概况
1.1 设计概况
泰和赣江特大桥是泉州至南宁高速公路江西石城至吉安段跨越赣江的一座特大桥，全长1150m，其中主桥为100+155+100m的左右双幅变截面单箱单室三向预应力混凝土连续刚构。

主桥0#～4#墩共有32根钻孔桩，其中0#、4#过渡墩桩基直径分别为2m、1.8m；墩身采用柱式墩，直径1.8m。

1#、2#主墩桩基直径为3.0m，桩长32m，最小嵌岩深度7m；墩身采用壁厚1.5m的双薄壁墩。

主墩承台尺寸为12m×12m×4.5m，单个承台混凝土方量为644m3。

1.2 地质水文情况
赣江特大桥桥区地层从上至下依次为细砂、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、弱风化泥质粉砂岩、泥质粉砂岩软弱夹层、弱风化砂岩（见图1）。

其中覆盖层为较厚的粗砂及全风化基岩，强度低，承载力小，覆盖层以下弱风化基岩强度高低不一。

赣江为iii-（3）级航道，赣江主河床在东南靠近山体处，河流常年流水，冲刷严重；西北岸地貌由河漫滩过渡为河流低阶地，地
表开阔。

赣江特大桥1#主墩枯水期水深6m，汛期水位16m，汛期时间为每年的4～5月份。

特大桥下部结构施工时间抢在枯水期，施工时考虑水深为9m。

2 钻孔平台方案比选
全桥设置水中栈桥150m，2#墩水位较浅，在3m左右，钻孔平台采用筑岛围堰施工方案；1#墩水深较深，在9m左右，对桩基钻施工孔平台的方案进行以下比选。

2.1 钢吊箱方案
由于河床无淤泥覆盖层，钢管桩无法插打，必须先进行钻孔施工，然后安装钢管，浇筑混凝土定位。

这种方法不仅需要较长的时间，且施工较困难。

钢套箱施工工艺比较复杂，下沉及水下封底要求很高，很难达到较理想的状态，费用高，工期长。

2.2 竹笼土围堰
由于河水水流较快，且水深较深，难以达到围堰稳定不透水的目的。

且工作量巨大，附近的土资源较紧张，工期长。

2.3 双壁钢围堰
双壁钢围堰是由双薄壁钢壳及主龙骨组成，可分为多块在岸上加工，岸边拼装，浮运到指定位置。

在钢围堰上搭设平台作为钻孔平台，后期作为承台施工的围护结构。

双壁钢围堰结构稳定性高、速度较快，较经济。

经比选，双壁钢围堰作为钻孔平台及承台施工围护结构适合施工要求，既能保障施工安全性，又能保证施工进度，节约了成本。

3 钢围堰及钻孔平台设计
3.1 钢围堰的设计
由于主桥左右双幅中心间距7.6m，承台间净间距为2m，为方便钢围堰的下沉，采用左右双幅承台一个围堰施工。

选用矩形围堰，钢围堰外围尺寸为30m×15m，内围尺寸为28m×13m，围堰外壁采用6mm厚钢板，内壁采用4mm厚钢板，内外壁间距100cm，横向加劲肋间距为90cm，采用厚10mm、宽10cm的钢板，竖向加劲肋间距100cm，采用∠75×6角钢。

水平每间隔90cm设一道环形桁架，竖向每间隔100cm设一道桁架，桁架采用∠75×6角钢焊接而成。

桁架斜撑间隔布置，即水平每180cm设带斜撑环形桁架，竖向每200cm 设一道带斜撑桁架。

钢围堰30m长边之间中部设一道支撑，支撑采用两道φ529×8mm钢管，钢管间距270cm，钢管之间采用[10槽钢连接形成桁架。

钢围堰封底混凝土厚度为100cm。

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图2 钢围堰平台平面布置图
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图3 钢围堰平台立面布置图
3.2 钻孔平台的设计
平台主梁采用贝雷片，围堰面与贝雷梁的接触点要用10mm厚的钢板进行补强，并且内外壁之间要适当增加角钢斜撑，以增加围堰的承载能力。

在贝雷梁上横桥向均布i22a工字钢，工字钢顶上满铺20×20cm方木，作为平台面层。

为了增加平台的承载能力及稳
定性，在护筒上焊接牛腿，增加贝雷梁的支撑点，减小贝雷梁的跨径。

在布设面层方木时预留出钻孔桩位置（3.5×3.5m空档）并在已成桩或暂不钻孔的空档上铺放钢制井盖，以免出现危险。

4 施工方法及质量控制措施
4.1 钻机选取及技术准备
结合现场地质情况，选用冲击钻机。

考虑到国内3.0m直径钻机较少，并且桩基数量不大等因素，采用对现有钻机进行改进，来满足施工要求。

冲击钻需要铸造3.0m直径专用钻头，电机采用国内生产的提升能力达到20t的卷扬机，并对原钻机台座进行适当配重。

4.2 护筒的加工及安装
护筒设置是水中桩基施工的一个重要环节。

护筒采用14mm厚的钢板加工而成的整体式全钢筒，内径340cm，每节5m，为防止运输中钢护筒变形，在护筒上每隔一米用14mm、宽15cm钢板带在护筒外加焊一圈，并在护筒内用型钢做十字形支撑。

底部用双层钢板加厚作为加劲刃脚。

高度按底口接触封底砼底面。

钻孔平台搭设完成后进行钢护筒的安装，在贝雷梁上用型钢焊接井字架，井字架内径比护筒外径大5cm，长3m。

导向架能控制并引导护筒在桩孔的正确位置竖直地沉入河床。

利用120t振动锤振沉钢护筒，待钢护筒不再下沉时，在平台上安装jk-16型冲击钻，冲孔到护筒底1m后，钻机后撤，再次用振动锤下沉护筒，直到护筒跟进到岩面。

为防止振坏护筒并使之充分受力，用2cm厚钢板加工成圆形桩帽在护筒顶。

由于钢护筒无法插入基岩，钢护筒下部无法进行定位，为保证钢护筒下部固定，在钢围堰内先进行混凝土封底，用混凝土将护筒牢牢固定住。

在钢护筒下沉到位后，为防止围堰封底时钢护筒下部移位，在护筒内抛填砂袋进行固定。

采用水下封底混凝土，用4～6根φ30cm的导管进行钢围堰内水下混凝土封底。

封底导管的布置要特别注意使混凝土在钢护筒周围和围堰内的流动顺畅。

封底前后设置测点进行测点标高的测定，封底厚度为1.5m左右，确保封底厚度基本一致。

4.3 泥浆
钻孔采用泥浆护壁，以保持孔壁在钻进过程中不坍塌。

利用其它钢护筒作为泥浆池，并及时清理沉淀泥碴，泥碴采用泥浆罐车外运至指定地点，防止污染河道。

选择购买优质粘土，良好品质的粘土应该不含砂子，具有水化作用、离子交换作用和胶体性质，造浆能力不低于2.5l/kg。

泥浆经过钻孔循环使用后，必然造成污染、劣化，为了充分利用泥浆，必须经过高效的净化系统，使泥浆性能符合要求。

泥浆净化方法分为物理净化和化学净化两大
类：
物理净化法：经机械净化出去较大钻碴，再流经沉淀池。

化学净化法：参配适量的化学处理剂，通过循环处理并达标后可继续使用，如用php絮凝剂、水泥、石膏等。

但化学处理法只能改善泥浆性能，不能除去泥浆中的钻碴等颗粒，只能作为物理处理
法的辅助措施。

zh-200型泥浆分离器和砂石泵组合净化效果显著，占地小，无污染，操作方便，特别宜用于水中平台。

4.4 钻进施工
由于孔径较大，施工中冲程应控制在1～4m，每分钟冲击次数为8～12次。

不同的地层选取不同的冲程和频率，达到高效目的。

操作要点：
①应控制钢丝绳的放松量，勤放少放，放置钢丝绳放松过多减少冲程，放松过少则不能有效冲击，形成“打空锤”易损坏钻机。

在钢丝绳上做好标记以控制冲程。

②在基岩中钻进时，宜采用长冲程，并加快冲击频率，增加冲击能量，并不断转动钻头，改变钻头在孔底的冲击位置，防止出现梅花形孔底或斜孔。

③当冲进穿过护筒底1m左右时，要改用小冲程，提高冲击频率，并投放粘土块，以形成更好的泥浆护壁，防止坍孔和漏浆。

4.5 成孔检测及清孔
钻孔至设计标高后，用吊车把ⅱ级钢筋制作的检孔器吊入孔内，检查孔径大小及竖直度等。

桩底嵌入微风化岩层，且不小于2倍桩径；竖直度满足设计要求，不大于1%。

钻至设计高程后，及时进行清孔，使其沉碴厚度不大于5cm。

采用换浆法清孔时，使用较好的泥浆将孔内含有看钻碴的泥浆置换出来，具体做法是将钻具提升约0.3m，钻头不停转动，保持泥浆循环
不停进行。

清孔的时间视泥浆的性能指标为准。

在吊入钢筋骨架后，灌注混凝土之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度。

4.6 钢筋笼的制作及安装
由于大直径桩钢筋粗，配筋密，加之采用通长钢筋笼，重量较大。

钢筋笼采用在现场制作，主筋均采用焊接工艺，为确保钢筋笼尺寸，箍筋加工须圆顺，半径准确。

钢筋笼四周焊制标准耳环，以保证笼子吊放时主筋不碰撞孔壁及有足够混凝土保护层。

4.7 混凝土的浇筑
安装导管前必须进行密封试验，用水压试验时，水压力应不小于灌注混凝土时导管承受的最大压力的1.3倍。

吊放导管时位置要保持居中，轴线顺直，并缓慢放下，防止其卡挂钢筋笼和碰撞孔壁。

导管距孔底至少要50cm，安放导管时要考虑其长度及单根导管长度的组合。

由于孔径较大，首盘混凝土要埋住导管1m以上，经计算至少需要11m3混凝土。

为此需要专门加工一个容积达到10m3的料斗。

用混凝土输送泵泵送混凝土，首盘灌注时先将大料斗内灌满混凝土，然后边灌注边用输送泵往料斗内泵送混凝土，直到混凝土灌注面埋住导管2m以上后再更换小料斗，进行灌注。

在灌注工程中，要控制好混凝土的坍落度，使其具有良好的流动性，并随时测量导管埋入混凝土的深度，保证其控制在2～4m。

当孔内混凝土面接近钢筋笼底部，要保持较深的埋管，放慢灌注速度，以防止钢筋笼上浮。

浇筑过程汇总，要时刻注意观察。

孔内混凝土面到达河床标高时，用大毛刷搅动孔内浆液，并清除粘附在护筒上的泥浆壁，使混凝土与护筒紧密结合，防止围堰内抽水凿除桩头时渗水。

由于泥浆壁的存在，在灌注过程中，若不及时清除，会使桩基混凝土与护筒之间形成泥浆缝隙。

当围堰内抽水后，在内外水压力差的作用下，水沿着河床裂隙从混凝土桩与护筒之间的缝隙往围堰内渗水甚至涌水。

为保证桩头混凝土质量，混凝土灌注面要超过桩基设计标高1.5m以上，以防止桩头为水泥浆，强度不足。

5 结束语
3.0m大直径钻孔灌注桩国内不多见，在参考类似技术基础上，结合泰和赣江特大桥地质特点采取了相应的严密措施，保证了施工质量及进度。

全桥桩基经过检测，完全满足设计及施工技术规范。

参考文献：
[1]公路桥涵施工技术规范.jtj041-2000.
[2]公路工程质量检验评定标准.jtj071-98.。