浅谈大直径水下钻孔灌注桩施工技术

张与

摘要：结合黄榄项目部西樵水道特大桥主墩钻孔桩φ2.5m，桩长49-54m的特点，详细阐述大直径水下钻孔灌注桩的施工技术，为类似施工提供参考。

关键词：大直径水下桩 施工技术

1 工程概况

黄榄快速干线（西段）工程桥梁标（第一标段）起讫里程K0+900～K2+900，全长2000m。其中主桥长300m，东西岸两段引桥全长1487.02m，路基长212.98m。大直径水下桩集中在主桥，主桥主墩桩号Z26#、Y26#、Z27#、Y27#均位于西樵水道中，各墩基础由6根φ2.5m的群桩组成，桩深53m。

根据工程地质勘查资料表明，拟建工程场地地下水主要为上层滞水、孔隙承压水及基岩裂隙水。主墩处各岩土层分层如下：①淤泥：深灰色，土黄色，饱和，流塑，偶夹薄层粉砂。②粉质粘土：灰色，淡黄色，湿，可塑，局部软塑，偶夹粉砂及蚝壳。③粉砂：灰白色，饱和，松散，分选性较好，偶夹细砂。④砂砾：土黄间灰色，饱和，中密，级配较差，夹中砂。

场地地表水主要为流经场地的高沙河水运河道、大涌、横河等内涌，水深一般为2-3m，高沙河（西樵水道）等水运河道水深一般为8-12m，最高水位时26#墩位处水深约3.0m，27#墩位处约6.0m。拟建场地地面下20m深度范围内存在有饱和粉砂、中砂及粗砂，当地震设计烈度为7度时，有发生液化的可能。主墩桩基为嵌岩桩，必须保证桩端进入微风化岩层一定深度。具体要求为：主桥主墩入微风化岩层不小于3倍桩径，26#、27#墩桩基入微风化岩层不小于7.5m。

2 施工工艺

2.1 施工平台设计 由于场地为深水区，采用钢管桩施工平台，各钢管桩在顺水流向适当位置开口，割平钢管桩头；并在钢管内灌注砂至距管口1m位置处，然后浇注C15砼，以保证钢管桩在水中的稳定性，平台施工开始时即设置航标，悬挂夜间红灯示警等通航导向标志，并打设钢管桩防撞墩保证施工平台的稳固，设置救生圈保证人身安全，保持场地干净整洁，不污染环境及河道。

2.2 钻桩成孔 主桥主墩位于江中，结合地质情况，采用冲击钻钻孔，使用钢丝绳冲击式钻机，冲击钻钻孔优点在于适用土质广泛，遇到大卵石、飘石也能克服钻穿，冲锤下冲时能把部分钻渣挤入孔壁能加强孔壁稳定性，不容易塌孔。

2.2.1 钢护筒制作及埋设。钢护筒设计内径为270cm，钢护筒采用厚度为14mm的A3钢板卷制而成。卷制成形后的护筒应圆且接缝严密。为加强护筒的整体强度，在焊接接头焊缝处加设厚10mm宽20cm的钢带，护筒底处加设厚14mm宽30cm的钢带作为刃角。钢护筒每节加工长度为5-10m（或按实际长度分节加工）。焊接采用坡口双面焊，所有焊接必须连续。钢护筒在加工厂进行分节制作，经检查合格后由驳船运至主墩钻孔平台，现场焊接接长。

钢护筒下沉步骤：

在平台桩位处焊设护筒下沉定位架→安装第一节钢护筒于导向架内并与导向架下口临时焊接，使护筒固定→吊起第二节钢护筒对准第一节钢护筒，校正后将两节钢护筒连接处焊牢并加强→割除第一节护筒与导向架焊接处用汽车吊下放第一二节护筒→吊装60kW振动锤振动下沉，再接长下节钢护筒，如此反复直到下沉至护筒所需的深度。

钢护筒埋设首先在每个平台上，精确放出护筒位置，利用钻孔平台上纵横工字钢安设护筒沉放导向架，导向架比护筒直径大5cm，由25T汽车吊吊起钢护筒通过导向架缓慢下放直到其刃角自然下沉到河床面为止。在校正护筒垂直度（小于0.5%）和护筒平面位置偏差后，采用60kW的振动锤振动下沉，并按需要焊接接长护筒，在现场焊接钢护筒时要采取有效措施保证钢护筒的轴线顺直度，护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压，不漏水。振动锤振动下沉直至护筒底部达到设计标高。若钢护筒不能沉放到所需深度，在护筒内部利用φ300mm空气吸泥机，按先中部后四周再中部的顺序吸砂，必要时在护筒外壁辅以高压射水下沉。

2.2.2 钻孔。钢护筒下沉到位并经检验合格后，用φ30cm的钢管串联6个钢护筒作为泥浆循环池。废旧泥浆用泥浆泵抽至岸边指定位置，再由泥浆车运至弃渣场。做到不污染农田和河道。

桩基施工一律采用优质粘土配制的泥浆护壁，以确保施工安全和质量。施工中随时优化泥浆的比重，达到最优的护壁和悬浮钻渣效果。

钻机就位后，进行桩位校核，确保桩位准确。造浆完毕后慢速开钻，待整个钻头进入土层后进行正常钻进。在护筒刃角部位必须慢速钻进，待通过后再正常钻进。整个成孔过程应专人负责填写冲进记录并观察孔内泥浆面和孔外水位情况，发现异常立即采取有效措施，进行处理。钻孔中泥浆指标应严格控制，好的泥浆不但利于保证孔壁的稳定，而且有利于悬浮钻渣加快施工进度。在成孔后应往孔底注入优质泥浆置换出含渣量过大的泥浆，保证孔底干净。

2.3 清孔、吊放钢筋笼及安装导管

2.3.1 清孔。孔深达到设计标高后，对孔径、倾斜度、孔深进行全面检查，符合要求后并经现场质检工程师和监理验收确认终孔后，停止进尺，用泥浆泵压入相对密度为1.03-1.10的较纯泥浆，把孔内悬浮钻渣的泥浆换出，换浆时间约4-6小时，注意保持孔内水头，防止坍孔。

2.3.2 吊放钢筋笼。经测试合格的钢筋堆放在现场指定位置，在使用前应将钢筋表面的油漆及铁锈清理干净。桩基钢筋均在钢筋制作场制作绑扎成型，除底节钢筋笼的长度根据桩长适当调整外，其余各节12m左右，成孔后用25t吊车吊放入孔，主筋接头采用搭接焊。

钢筋笼的钢筋下料、成型加工严格按设计图纸和钢筋操作规程进行，分节制作。钢筋笼每隔2m设置加强箍筋一道，并均匀设置定位钢筋。钢筋骨架外侧设置控制保护层厚度的垫块，间距竖向为2m，横向圆周不得少于5处。钢筋笼主筋的搭接采用焊接，焊接质量要求：单面焊的长度≥10d，双面焊的长度≥5d，接头间距相互错开距离大于1.3倍搭接长度，且大于50cm。同一截面接头数量不大于50%。endprint

25T吊机吊放钢筋笼入孔前，先下检孔器进行检查，检孔器长为桩径的4-6倍，直径以钢筋笼直径加10cm为准。经检孔器检验合格后，方能下放钢筋笼。钢筋笼入孔时应缓慢、平稳，防止钢筋倾斜和碰撞孔壁导致塌孔，当发现入孔有困难时，应查找原因进行处理。

2.3.3 导管安装。采用内径为30cm的钢性导管，壁厚5mm，每节长2.5m，配1-2节长1-1.5m短管，由管端粗丝扣、法兰螺栓联结，接头处用橡胶圈密封防水。混凝土灌注架利用钻机本身悬臂，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置容量为4m3混凝土漏斗。

导管吊放完毕，进行二次清孔，在导管顶口接异型接头，往导管内加灌泥浆，灌注混凝土前不能停止换浆工作，以使沉淀在孔底的沉渣飘流。在导管上端连接的混凝土漏斗，其容量必须满足储存首批混凝土数量的要求。灌注首批混凝土时导管下口至孔底的距离为30-50cm。

2.4 灌注水下混凝土及提升导管 桩基混凝土为水下C30混凝土。混凝土配合比需经监理工程师批准后使用。采用搅拌站搅拌混凝土，由混凝土运输车送至现场，检查其均匀性和坍落度等，在运输和灌注过程中应无显著离析、泌水现象，如不符合要求应进行第二次拌合。

首批混凝土灌注时导管口采用混凝土隔水栓堵口，隔水栓预先用8号铁丝悬吊在混凝土漏斗下口，当混凝土装满漏斗后，剪断铁丝，混凝土即下入到孔底，排开泥浆，进入孔内。利用导管内混凝土的超压力使混凝土的灌注面逐渐上升，上升速度不低于2m/h。

混凝土采用搅拌站进行拌和，施工中为避免混凝土运输产生离析、泌水现象，至少采用四台混凝土搅拌运输车运输混凝土，施工中严格控制混凝土配合比及和易性，一个孔桩做5组混凝土试件，并根据混凝土灌注情况，随时进行混凝土坍落度检查。

施工中尽量减少拆除导管时间，保证全孔混凝土在首批混凝土初凝前灌完。由于广州地区气温较高，混凝土掺合高效缓凝减水剂，以保证混凝土的初凝时间。

2.5 成桩检测 当桩基混凝土灌注28天后，根据设计要求的频率和检测方法进行成桩检测。检测时，将桩顶的土方开挖，露出桩头，风枪凿除桩头顶面的浮浆，露出新鲜桩基混凝土，通知现场监理、质量检测部门进行桩基检测。

3 质量控制措施

3.1 钻孔质量控制措施 ①钻机钻孔过程中为防止孔壁坍塌，应配足够深度的护筒，保持护筒水位高出外水位1.2m，不能清水开孔，应采用优质泥浆，泥浆比重应保持在1.3以上。②钻孔时分班连续进行，不得中断，不断向孔内注浆，防止坍孔，终孔时应对孔位、孔深、孔径、垂直度、孔底土层进行检查。③在冲孔过程中经常注意土层及岩层的变化，及时抽取渣样，判断土层，记入冲孔记录表中，并与地质资料进行核对。④钻机在遇到粉土和砂土等较软土质时，应采用较低速平稳钻进，以减少钻机对孔壁的扰动。

3.2 清孔及吊放钢筋笼质量控制措施 ①清孔时，应将附着于孔壁的泥浆清洗干净，并将孔底的钻渣、泥浆等沉淀物清洗干净。②清孔后的孔底沉淀物厚度应符合设计要求，检查合格经监理工程师同意后再进行下道工序。③因灌注桩为大直径水下灌注桩且桩长较长，在清孔中为保证质量，还应采取空气压缩机配合泥浆泵进行清孔作业。④检查钢筋骨架焊接质量，骨架应一次吊装就位。⑤为防止钢筋骨架在灌注过程中上浮，用4根φ48mm钢管套于骨架主筋上，再利用架于护筒上的横梁将钢管压住，钢筋骨架受混凝土顶托不会上浮。

3.3 混凝土灌注质量控制措施 ①混凝土拌和生产及运输速度应满足桩孔在规定时间内灌注完毕，灌注时间不得长于初盘混凝土的初凝时间。②易坍地层及地质软硬交界处应适当放慢灌注速度；③严格控制集料级配和施工配合比，确保混凝土和易性；要求坍落度180-220mm。④采用导管法灌注混凝土时应注意首批混凝土灌注时，埋管深度不得小于1m；随着灌注连续进行，随灌随拔导管，中途停息时间不超过15分钟，在整个灌注过程中，导管在混凝土中埋深控制在2-6m。⑤混凝土灌注快达到设计高程时，保持导管上端比护筒顶高4-5m，以保证桩顶混凝土的密实度，同时计算好末盘混凝土数量。⑥孔内混凝土面位置的探测要准确，采用锥形探测锤探测。锤重不小于4kg。⑦为了保证桩顶混凝土的密实性和强度，实际灌注的桩顶标高比设计桩顶高出0.5-1m，留待破除桩头时凿除。

3.4 桩基混凝土质量控制 根据规范规定或监理工程师批准过的桩基础检测方案，进行超声波检测，对于不采用超声波法检测的桩则采用小应变检测；根据规范和设计要求，在施工过程中，当监理工程师认为混凝土质量或施工中有不正常现象而怀疑桩的质量时，或无破损检测确定桩身质量不符合设计要求时，将按照监理工程师的决定对孔桩做抽芯检查，抽芯时的抽芯长度由质量检测单位进行确定；按规定做好每根孔桩的试件，配合监理工程师做好试验过程的旁站。

4 结论

近几年，大直径钻孔灌注桩的运用越来越普遍，这是因为它具有单桩承载力高，抗震性能良好，无振动，钻孔时对土壤没有挤密作用等优点，通过对黄榄西樵水道特大桥大直径水下灌注桩工艺的实践，可为同类型桥梁施工提供参考。

参考文献：

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[2]陈志勇.白石大桥钻孔灌注桩施工技术探讨[J].科技信息，2011（03）.

[3]林捷军.旋挖钻机施工灌注桩基础的施工工艺[J].山西建筑，2005（12）.

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