应天河大桥6#、7#主墩水中桩施工

汪鸣玉

摘 要：采用冲击钻与旋转钻机联合成孔方案，辅以注浆加固卵石地层方法在较厚、大料径、高含量卵碎石地层施工钻孔桩过程中遇到的问题及处理方法。

关键词：大料径 高含量卵石地层 联合成孔

工程概况

应天河大桥全长470.2米，跨越老华宏路、符祥浜河与应天河。全桥左右两幅幅各分3联，主跨为70m悬浇连续预应力箱梁，对应桥墩为6#、7#号墩，均为水中桩，分别设计为12根Φ1.5m摩擦桩，设计桩底标高-58.5米。

地质条件

6#、7#墩上部土层主要为淤泥质土，下部以卵、碎石土为主，含个别漂石或块石，底部为粉砂层，河床面至-20.9m为粉质粘土，-20.9m至-25.6m为含量40-60%的卵、碎石层，部分卵石粒径大于20cm，-25.6m至-59m为淤泥质粘土。-59m至-62.7米为粉砂土层。根据地勘报告提供的钻孔综合柱状图，该墩位处的地质条件较复杂，钻孔过程中易造成坍孔且成孔后扩孔率较大。

施工平台

施工平台系水中墩施工作业的专用平台。平面尺寸27.8m×13.4m，高度2.5m，钢结构108t。其结构：下平台横桥向主梁Ⅰ为焊接板梁，梁高1.64m，纵桥向联系梁Ⅱ为4根Ⅰ55工字钢，梁Ⅰ和梁Ⅱ通过φ1.2m钢套筒连接成90度角，下平台支撑于6根φ1.0m定位桩上；上平台纵桥向梁Ⅲ为4根Ⅰ55工字钢，搁置于梁Ⅰ上面，见下图：

钻孔桩施工

1、钻机选型

6#、7#墩地质条件属较厚、大粒径、高含量的卵碎石地层，为了保证施工质量，结D标的进度安排，采用以旋转钻机（KPG-3000型）为主，冲击反循环钻机（CJF-20型）为辅的联合成孔的方案，CJF-20型冲击反循环钻机破碎大直径卵碎石，以达减薄其厚度的目的，考虑到含漂石、卵碎石地层中钻孔易卡钻、塌孔埋钻头等因素而控制冲击钻冲击深度，其钻进高程宜控制在-26.00m以内，待钻进高程达-26.00左右时，改用KPG-3000型旋转钻机，解决钻深问题。

2、护筒埋设

护筒埋设以钻孔时护筒口不坍塌并嵌入稳定土为原则。6#、7#墩护筒底标高均控制在-2.5m左右。

3、钻进成孔

冲击钻孔开孔进入护筒底口时，向孔内倒入1：1土石混合物，用小冲程使护筒至卵碎石层之间形成圆顺、坚实的过渡段，进入卵碎石层后加入大比重（γ=1.3）高质量泥浆和少量水泥。钻进中认真研究记录转速、扭矩及钻进速度三者之间关系，避免转速超高，对孔壁冲刷过大，造成塌孔、扩孔及刀具严重磨损≤现象；刃口作用于岩石上的时间太短，硬岩石不易破碎，从而影响进尺。

4、水头控制

为保证孔壁的稳定性，在钻孔作业中，护筒内泥浆面要保持高出护筒外水面2～3m，使水头差始终保持在2m以上。

5、泥浆控制

卵碎石地层泥浆指标要求，采用复合泥浆。用粘土、膨润土NaOH和CMC调剂，粘土的塑性指数大于15，膨润土为钢质膨润土，泥浆配比为：水1000kg，粘土200kg，膨润土100kg CMC1.5 kg， Na2OH 1.5kg。泥浆指标要求为：密度1.30～1.45。粘度23～28S，含沙率<4%，失水率<15ml/30min，PH值8-10。

6、钢筋及声测管的安装

钢筋笼在现场分节制作，并保证不变形。下钢筋笼时保证钢筋笼位置正确。焊接完毕检查合格后，用扁担吊起吊钢筋笼，对准钻孔中心，由操作人员扶持缓慢入孔，防止碰撞孔壁，造成坍孔，一旦发生骨架被卡下放困难时，应稍稍提起骨架并来回转动，然后慢慢试探入孔，直到钢筋笼下到设计标高。6#、7#墩桩长较长，每根桩等距离设置三根Φ5.7cm×3.5mm声测管，施工中为确保定位准确、密封无渗漏、无变形，声测管与钢筋笼加强箍筋焊接连成整体。

7、水下砼灌注

钢筋笼安装就位后，插入导管进行清孔，钻渣沉淀满足设计要求后开始灌注砼。砼和易性要好，坍落度18～20cm，初凝时间12小时以上，保证在初凝时间内灌注完毕。导管口到孔底0.3～0.4m，首批砼导管埋深应满足1m以上，首批砼数量经计算为11.2m3 ；在灌注前应对导管进行气密试验，符合要求后使用。初灌砼拔球后，可用直径3～4cm石块丢入导管内听其回音以判断导管内有无进水，如进水则应立即提高导管清出初灌砼，重新进行灌注施工。如灌注时发生中断，应根据导管埋深，每隔一段时间少量提升导管，抓紧排除故障；灌注开始后，连续不断进行，缩短拆除导管时间，掌握下料速度，不宜太快太猛，以免造成气堵，每盘砼下料后探测孔内砼面标高，控制好导管埋深在2～6m范围，最后一节导管埋深宜为2～4m，缓缓提出以免夹入泥芯形成空洞；灌注中为防止钢筋笼上浮，将钢筋笼顶部与护筒焊接固定，灌注时砼面接近钢筋笼底部时，导管埋深加大，灌注速度减慢以减少冲击力。

出现问题及处理方法

1、7#墩塌孔

虽然严格采取了上述一系列技术措施，但由于地质中卵石含量高，层厚深，在成孔过程中无法形成有规则的孔壁，扩孔很大，泥浆无法起到护壁作用。在施工过程中，有2根桩冲击钻钻至-23至-24m左右坍孔，在成孔过程中均出现严重漏浆，卵石难以破碎而堵钻杆、孔壁坍塌现象，成孔概率很低，为解决漏浆严重、易坍孔现象，对难成桩的特殊地质问题进行了研究，采取对地层进行钻小孔注水泥浆加固。

注浆孔钻孔施工：插打内径10cm壁厚6mm以上的钢套管至-25m左右，起钻小孔导向作用，利用JY-500型工程地质钻机配置金刚石钻头和加强钻杆钻注浆孔，当钻机扭矩达到最大时，停止钻进，利用钻杆先注浆，待水泥浆终凝后再继续钻进（注浆后，卵石层不易坍孔、分层注浆可以减少上部已注浆的卵石层对钻杆的阻力）直至达到需要的深度。

注浆施工：选用具有3～5Mpa压力的注浆机和3～5m3/h的搅拌机，并配制水泥浆，水灰比为0.6，为方便施工，降低水泥浆注入卵石后的强度，加入适量的膨润土，掺量为水泥的30%，7天强度为10Mpa左右，注浆时利用钻杆从下往上注入水泥浆，水泥浆由钻头喷出，注浆量一般为2.0～3.0m3/m。endprint

注浆效果：卵石层注入水泥浆后，使卵石层形成一定强度的结石体，钻孔过程中，克服了漏浆、坍孔现象，卵石破碎比例增大，堵管现象减少，扩孔率降低30%左右。

2、漏浆与卡钻

2.1漏浆

卵石含量大，孔隙多，采用常规泥浆护壁达不到目的，直接从孔口抛入整袋的水泥或混合物，浓稠水泥浆液进入空隙后静态下形成结石体，达到护壁的目的。

2.2卡钻

原因：换钻头时钻头直径不一，或焊补超限，致使孔小钻头大；有十字槽或探头石等不规则孔形未及时处理；钻头倾斜等。

处理方法：反复移动钻头，使其沿下落轨道拔出；使用千斤顶或滑轮组等办法施加静拔力强行提出，万不得已，在原护筒外加插一个大护筒至钻头深度，利用吸泥机将两护筒之间的土层吸净，然后拔除小护筒，钻头即可轻松拔出。

3、处理砼灌注中的堵管

首先分析堵管的原因，并采取相应的措施。常见堵管有以下几种：

3.1气堵

主要原因是向导管内倾注混凝土时速度过快，导管内空气不能及时排出而形成高压气囊，从而减小导管底口混凝土压力，形成了气堵。

处理办法。采用传统的办法即抖动导管将空气排出或将导管提高20厘米后打“pass”，利用混凝土的惯性产生的冲击力。如以上方法仍不能解决，则可以采用加压方法处理。

预防措施：在漏斗与导管间设计排气口，混凝土进入导管时能及时从漏斗与导管承接口处排出空气。

3.2 混凝土离析堵管

原因。混凝土和易性不良，保水性和粘聚差，混凝土泌水和离析，即水和水泥浆上浮，粗骨料下沉，导管内下部混凝土缺少水泥浆的润滑而堵管。

处理办法。此种堵管不宜采用传统的方法处理，因为传统的方法会加速水泥浆的上浮和粗骨料的下沉，从而加大导管下部粗骨料的紧固程度。遇到此种堵管应立即采用在导管混凝土上施工加压力处理，通过实验该方法相当成功。

预防措施：提高混凝土的和易性，在混凝土中掺入粉煤灰、减水剂、缓凝剂等。减少混凝土运输过程中的震动、颠簸。加快混凝土的灌注速度，缩短混凝土放置时间。

结语

本桥6#、7#号墩采用冲击钻和旋转钻机在超深厚、大料径、高含量卵石地层中联合成孔虽然也出现了许多问题，但为我们在此类地层钻孔桩施工提供了较有价值的参考。

参考文献：

【1】公路桥涵施工技术规范 （JTG/F50-2011）

【2】宋江华：汛后钻孔灌注桩塌孔等问题的处理。（桥梁建设2005年第3期）

（作者单位：江苏东南交通工程咨询监理有限公司）endprint