关于水上桩基础施工技术的探讨

吴景尧

摘要：本文结合国道G106线人和大桥工程的工程实践，论述了水上桩基施工过程中根据地质、水文情况所采取的设置水上平台、采用多层钢护筒等准备工作及技术措施，施工效果良好。

关 键 词：水上桩基施工 水上平台 钢管桩 护筒设置 施工工艺 效果

中图分类号：U445.55+1文献标识码：A 文章编号：

Abstract： In this paper, combined with the national highway G106 informant and bridge engineering practice, discusses the water pile foundation construction process according to the geological, hydrological conditions by setting water platform, using a multilayer steel casings and other preparatory work and technical measures, good construction effect.

Key words：Water pile foundation construction; Water platform; Steel pipe pile; Canister set; Construction technology; Effect.

引言

工程概况：国道G106线人和大桥工程项目位于广州市白云区人和镇，跨越流溪河。桥梁桩基施工为本工程的难点，全桥共有桩基46根，分1.5m与1.8m两种不同的桩径，其中1.5m桩径18根，1.8m桩径8根。除0号墩桩基础位于陆上外，其余施工前均需要搭设施工便桥及水上平台进行施工。设计钻探资料显示地质条件主要由砂层和泥岩构成，设计桩底处于微风化钙质泥岩中。采用C25水下混凝土。钢筋有Φ32、Φ28、Φ20、Φ16、φ8五种规格。为保证水上桩基础施工的安全、质量及进度，特采取如下施工方案：

1施工平台搭设与护筒设置

1.1水上平台

（1）采用独立钢平台施工方案，并分别设钢便桥与相邻墩相连，以方便吊装振动锤、钢护筒、钢筋笼以及浇筑立柱和盖梁等。每墩独立钢平台面积为 A=15.1×5=75.5m2。采用φ800mmδ8mm的钢管桩作支承，各钢管桩之间通过L90×90×10角铁或[10槽钢连接增强施工平台的稳定性。在钢管桩桩头上架设I36工字钢作平台承重结构，上面安装贝雷架作为施工平台，两组贝雷架之间通过剪刀撑连接。钢管桩振打位置顺水流方向间距6.8m，顺路线方向间距5m。

（2）施工方法：钢管桩采用δ8mm卷制焊接而成。用吊车吊上预先搭好的便桥上，采用安装在挖掘机上的35T液压振动锤进行打桩。打桩时先将钢桩吊起放置到预定桩位处，开启振动锤进行试打，当可顺利振入时，贯入度小于2cm/min时停止沉入；因下游浇筑有防冲刷混凝土及抛填的预制混凝土预制块，当钢管桩不能顺利试沉入时，先用挖掘机将钢管桩定位，等退潮露出河床时直接在原河床混凝土面安装模板，浇筑砼将钢管桩埋住。钢桩完成后，用氧割或焊接的方法将钢桩切割或接长使之处于同一标高，利用吊车或挖掘机配合将工字钢吊装焊接在钢桩上，并用槽钢斜撑连接钢桩，以增强平台的整体稳定性。

（3）钢管桩施工平台施工质量要求：a.钢管桩倾斜率在 1%以内；b.位置偏差在 300mm 以内；c.平台必须平整，各联接处要牢固，钢管桩周围需要抛砂包，并定期测量钢管桩周围河床标高，防止冲刷露出桩头；d.防止船只碰撞，夜间开启平台首尾示警灯，设置救生圈以保护人身安全，施工人员必须穿救生衣。

1.2水中护筒设置

由于新建桥梁桩基位置有一层片石砼和大量的抛填片石，况且上下游水位由于旧桥拦河坝的影响水位差较大，有3米多高。为防止出现管涌现象，本项目拟采用大护筒套小护筒的方案，先拿7号墩的一根桩作试验。7号墩桩径为1.8m，施工时采用内径为2.6m作为最外一层钢护筒，先用挖掘机将桩位的片石砼凿松，然后用人工搬开凿碎的片石砼，再用振动锤将最外层钢护筒进行试压，待其压入2～3m时，在护筒内造浆，进行冲击成孔，当成孔至5～6m时，再压入第二层内径为2.3m的钢护筒，压完第二层钢护筒后继续进行冲击成孔，当成孔至8～10m深时，最后压入第三层内径为2.0m钢护筒，直至穿透砂层。桩径为1.5m桩基施工时，施工方法与桩径为1.8m桩基一样，区别为最外层钢护筒内径为2.3m，第二层钢护筒内径为2.0m，第三层钢护筒内径为1.8m。钢护筒用10mm厚钢板卷制而成。在施打过程中注意随时调整护筒垂直度。护筒高度高出施工平台0.4m～0.8m，确保水头高度。护筒下沉后应检查，保证护筒内无突出物，无漏水。

2泥浆的循环

2.1循环方法

水中桩基础施工为防止污染河水，施工时在河中振打入两根直径200cm护筒，护筒底用砂包或砼进行封底，两个钢护筒与冲桩护筒之间通过φ800mmδ8mm钢管桩相连接，将两个钢护筒作为泥浆池及沉淀池。泥浆池分为制浆池、储浆池和沉淀池三部分，沉淀池用来储备泥浆和沉淀冲渣，泥浆泵通过泥浆循环管路供应冲孔泥浆，并将冲孔冲渣带到泥浆池沉淀、过滤，通过储浆池及制浆池再由泥浆泵将泥浆输入冲孔内进行循环。

2.2泥浆

泥浆的各项技术指标对成孔的质量有极其重要的作用，冲孔泥浆采用水和粘土进行搅拌制成。泥浆储量按成孔总体积的1.6～2.0倍准备，为防止出现管涌现象，泥浆顶的标高应不低于上游水位。由于本工程桩基施工砂层厚度较大，施工时应注意及时运取符合要求的红土进行填土造浆。

3冲孔施工工艺

(1)采用3t冲击桩机冲孔成孔。

(2)冲机就位前，必须先检查冲孔各项准备工作。包括中点复核、地质柱状图、记录表格，以及泥浆材料等。

(3)冲机安装后的底座和顶端应平稳。在冲进中不应产生位移或沉陷。保证开孔孔位准确，然后才能开冲。

(4)冲击锤起吊进入冲孔口时，宜慢速吊入护筒内,防止撞坏护筒或使之移位；冲击操作时，严格控制钢丝绳的放绳量，防止打空锤和大松绳。开始和终孔时应采用低冲程；

(5)冲孔排渣提桩锤除土或因故停冲时，应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和粘度，处理孔内事故或因故停冲必须将冲锤提出孔外。

(6)在粘质土、风化泥岩冲击时，可向孔内送入清水，自然造浆。在粘性大的粘质土应边冲边投入适量的粗砂或片石、砖头等，防止粘锤加大冲击冲机负荷和影响功效。

(7)冲孔作业应分班连续进行，并填写冲孔施工记录，交接班时应交待冲进情况及下班应注意事项。经常对冲孔泥浆进行检测和试验，不符合要求时应随时调整，使各项指标满足施工要求；时刻注意地层变化，在地层变化处均应捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。

4清孔

(1)冲孔深度达到设计标高后应对孔深、孔径进行复测检查，当确认满足设计要求后即可开始清孔。

(2)采用抽浆法清孔排渣，清孔时可向孔内注入适量清水进行循环换浆，减小泥浆密度，使各项指标满足清孔要求。

(3)吊入钢筋骨架后灌注水下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。如超过规定应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。

5钢筋笼制作运输吊装

(1)所用钢筋经检验合格后方可使用。表面应洁净，使用前清除干净表面油渍、漆皮鳞锈等，钢筋应平直、无局部弯折，成盘的钢筋和弯曲的钢筋均应调直后才能使用。

(2)由于现场实际条件限制，钢筋笼采用在水上平台处制作，现场绑扎，以方便吊装，也减少远距离运输造成骨架松动。

(3)钢筋笼制作时，严格按照规范要求和设计尺寸、间距进行加工制作，采用分段制作，分段长度根据吊装条件确定，应确保不变形，接头应按设计要求错开焊接。

(4)钢筋笼外侧设置控制保护层的钢筋，其间距竖向为2m横向周围不少于4根，骨架顶端设置吊环。钢筋笼吊装入孔时，注意不能撞到孔壁，以免人为造成塌孔。

(5)钢筋骨架的制作和吊放的允许偏差为：主筋间距±20mm，箍筋间距±10mm，骨架外径±10mm 骨架倾斜度±0.5%，骨架保护层厚度±10mm，骨架中心平面位置±20mm，骨架顶端高程±20mm，骨架底面高程±50mm。

6安装导管

导管采用φ25cm钢导管，导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验。严禁用压气试压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深的1.3倍压力，并且不能小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力的1.3倍。根据孔深确定钢导管长度。导管底部至孔底的距离控制在 40cm 左右，每节导管连接处采用橡胶密封垫密封，以防止漏水。在导管上口设置储料斗，其总容量应能满足灌注水下混凝土首批的需要量。

7水下混凝土拌制

混凝土搅拌采用南方路机 HZS100 型强制式搅拌站集中搅拌，电子计量。严格根据施工配合比进行配料。坍落度控制在 18～22cm，并安排试验人员现场检测混凝土坍落度，并观察混凝土拌和物的粘聚性和保水性，和易性。搅拌时间控制在1.5min，拌和物应拌和均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。

8水下混凝土运输

(1)水上桩基础采用三一重工5270THB-37型混凝土输送泵车进行输送。

(2)混凝土的供应必须保证混凝土浇筑能够连续进行。浇筑时应尽量缩短时间，坚持连续作业，使浇筑工作在前批浇筑的混凝土尚未初凝的时间内完成。项目部桩基础混凝土均从本公司太和基地拌制，距离工地路程约为20km，为保证混凝土能够及时连续地送到工地，项目部派专人对周边路况进行探查摸底，每次浇筑混凝土前预先对各条道路进行试通行，检查有无出现交通阻塞现象，并从中选取最快捷的通道作为混凝土运送通道。中心拌和站拥有8台利勃海尔混凝土6m3搅拌输送车，1台备用HZS50拌和站及1台HZS100拌和站，能够保证混凝土浇筑的连续性。

(3)用混凝土输送泵车浇筑桩基础时，要求管线宜直，转弯宜缓，接头应严密。泵送前应先泵水和1～2盘砂浆，以湿润管道和作为引浆用。泵送过程中，采料斗内应具有足够的混凝土，泵送间歇时间不宜超过15min。严禁将砂浆泵入孔内

9灌注水下混凝土

(1)首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度≥1m 的要求和填充导管底部的需要。所需混凝土数量可参考以下公式计算:

V=πD2 (H1+H2)/4 +πD2h1 /4

式中

V--灌注首批混凝土所需数量（m3）

D—桩孔直径（m）

H1—桩孔底至导管底端间距一般为0.4m

H2—导管初次埋置深度（m）

d—导管内径（m）

h1—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）即h1＝Hw .rw/rc

Hw—孔内水或泥浆的深度（m）

rw—孔内水或泥浆的重度（KN/m3）

rc—混凝土搅和物的重度（取24KN/m ）

此外，首批砼总需要量还应考虑扩孔系数的影响。

(2)首批混凝土拌和物下落后、混凝土应连续灌注。

(3)在灌注过程中，应保持孔内水头。导管的埋置深度控制在2～6m。

(4)在灌注过程中，应经常用测绳测探孔内混凝土面的位置。及时地调整导管埋置深度。

(5)为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部 1m 左右时应降低混凝土的灌注速度和减少埋管深度，当混凝土和物上升到骨架底口4m以上时，提升导管使其底口高于骨架底部2m以上才能恢复正常灌注速度。

(6)在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量。以确定所测混凝土的灌注高度是否准确。

(7)灌注桩桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5～1.0m，以保证混凝土强度，多余部分接桩前必须凿除，残余桩头应无松散层。

冲孔桩施工流程示意图

10注意事项

(1)由于上游水位远比下游水位要高，埋设护筒冲破下游防冲刷砼时应注意防止出现管涌现象，施工现场应准备好砂袋或混凝土，一旦出现管涌，立即停止护筒埋设的施工，组织人员对管涌位置进行加固封堵。

(2)由于采用冲击成孔及施工位置砂层厚度较大，为保证能够有足够的泥浆护壁，应在施工平台位置贮存一定数量的粘土进行填土造浆。为防止出现污染河水的情况发生，堆放粘土的位置应铺垫帆布或彩条布，下雨时再覆盖塑料薄膜。

(3)冲孔时，在施工区域内应做好临时防护设施，确保施工安全。旧人和大桥为国道G106线上交通咽喉，车流量非常繁忙，新桥施工时要保证旧桥的通车，但由于旧桥经检测为四类桥，新桥位置离旧桥又较近，桩基础施工时必然对旧桥基础产生一定的影响。对此，我项目部在新桥桩基础施工时派专人对旧桥进行测量监控及裂缝观察。测量监控主要监控其水平位移情况。具体方法为对旧桥每个桥墩采取位移监控，施工前测得每个桥墩的坐标，以后每个工作日复测一次，对照施工前测得数值。裂缝观察主要是在施工开始以前，根据旧桥检测报告，对旧桥比较严重的裂缝用红油漆等进行标识，施工过程中定期对裂缝用塞尺测量。如发现裂缝明显扩大的现象、水平位移或发生异常沉降现象时应立即停止施工，同时上报监理，业主等有关部门，变化情况较大时，应在旧桥两侧桥头封锁交通，保证过往车辆行人的安全

(4)根据设计要求，注意埋设声测管。

(5)嵌入承台内的桩头及钢筋焊接长度及焊接位置应符合设计要求。

(6)灌注岸上桩基础过程中，应将孔内溢出的水或泥浆引流至适当地点处理，不得随意排放，污染环境及河流；灌注河中水下桩时，项目部派专门泥浆运输车把溢出的泥浆及水抽运走。

(7)灌注中发生故障时应及时查明原因，合理确定处理方案，进行处理。

(8)冲孔故障及处理方法:

① 坍方或其他原因造成埋锤时，宜先用空气吸泥泵吸走埋锤的泥砂，然后才提锤；

②卡锤时多因先形成了梅花孔或冲锥磨损未及时焊补，冲孔直径小，而冲锤加焊后直径偏大使之卡锤或冲锥倾倒，遇到探头石或孔内物体卡住等。卡锤后不宜强提，可用小锤冲击或用冲、吸的方法将冲锤周围的冲渣松动后再提出。

③ 掉落锤物宜迅速用打捞叉、钩、绳套等工具打捞，若落体已被泥沙埋位时，应采用冲、吹的方法先清泥沙，使打捞工具能接触落体后打捞，任何情况下严禁施工人员进入没有护筒或无其他防护设施的冲孔中处理故障。

11施工效果

国道G106线人和大桥工程总共46根桩基经桩基检测全部合格，且超过90﹪达到Ⅰ类桩标准，受到业主的一致好评。

12结束语

本人根据工程施工经验，简单地阐述了水上桩基础的施工方法，为今后解决类似水上桩基础施工难题，保证桩基础施工质量提供借鉴。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。