沪通长江大桥水上钻孔桩施工工效探讨

张贵忠

(中国铁路总公司 工程管理中心，北京 100844)

沪通长江大桥水上钻孔桩施工工效探讨

张贵忠

(中国铁路总公司 工程管理中心，北京 100844)

沪通长江大桥主桥主跨1 092 m，建成后将成为世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥。本文探讨5#，6#墩钻孔桩施工的主要资源配置、钻孔桩钢筋笼的制造安装工艺等，并将沪通长江大桥钻机配置以及钻孔桩施工工效与嘉绍大桥进行对比。结果表明，沪通长江大桥钻孔桩施工工效总体优于嘉绍大桥。针对水上钻孔桩施工中常见的问题给出相应的处理方法，结合工程实际，提出成桩质量控制措施。

沪通长江大桥 水上钻孔桩 施工工效

1 工程概况

沪通长江大桥是新建沪通铁路的控制性工程，桥址位于江阴长江公路大桥下游约45 km，苏通长江公路大桥上游约40 km。该桥与通苏嘉城际铁路、锡通高速公路共通道建设，为通行4线铁路6车道高速公路的公铁两用大桥。沪通长江大桥全长11.076 3 km，由主航道桥、专用航道桥、联络桥和南北引桥组成。主航道采用主跨1 092 m斜拉桥方案，专用航道桥采用主跨336 m钢桁梁柔性拱桥方案。该桥建成后将成为世界跨度最大的公铁两用斜拉桥。

沪通长江大桥位于长江下游河段，桥位区陆域地貌属长江冲击平原的长江三角洲，通常低于长江的最高潮位和洪水位。桥位断面形态近年在不断变化，但断面面积变化不大，平均水深稳定在14.5 m左右。水上5#，6#墩属于天生港专用航道桥，其钢桁梁柔性拱施工是除主航道桥主墩外施工规模最大、技术难度最高的施工项目。其中，5#墩钻孔桩为大直径超长桩，有28根直径2.5 m的钻孔桩，桩长117 m，单桩混凝土灌注量达597.5 m3，钻孔平台截面尺寸为48 m×32 m，在长江航道中实施作业，具有一定难度。本文总结了5#和6#墩钻孔桩的施工工艺及参数、常见问题及处理方法，为类似水上桩基础施工提供借鉴。

2 钻孔桩施工主要资源配置

施工资源配置的目标是使材料、机械、人员的综合工效最大化。

2.1 人员配置

设项目总经理和2名分管生产的副经理，1支脚手架队，10名钻孔员，2名电力工程师，2个钢筋笼下放组，2个混凝土灌注组。

2.2 钻孔桩材料供应

5#，6#墩钻孔桩施工的材料供应配置为:①混凝土供应采用3×180 m3/h拌合站(实际供应能力超过150 m3/h;②5#，6#墩共用4条130 m长的钢筋笼生产线;③配备2个18 m3的大料斗，另配4套130 m长φ315 mm的全新导管。

2.3 钻孔桩机械设备比选

钻机是钻孔桩施工的关键设备，钻机的性能参数和数量需经过计算，进行性价比比选。对旋挖钻机、反循环钻机以及正循环钻机的主要优缺点进行了对比分析，见表1。

沪通大桥与嘉绍大桥的水文地质条件有相似之处:①地层中都含有大量的砾石、黏土等，为此，选择清孔排渣能力强的钻头;②都是超深钻孔施工，泥浆循环系统都采用气举反循环、回转钻进成孔;③钻孔排出的污浆都采用ZX-250泥浆分离装置进行处理;④泥浆性能及钻进参数的有效控制上也比较相似。嘉绍大桥施工共投入KTY-4000型钻机10台、ZDZ-4000型钻机1台、KT-5000型钻机1台。沪通长江大桥5#，6#墩施工选用ZDZ-4000，ZJD-4000，ZJD-3500型钻机共计8台，钻机详细性能参数见表2。沪通大桥其它机械设备配置见图1。

3 超长桩基钢筋笼施工工艺

3.1 钻孔桩钢筋笼生产制作

钢筋笼制作方法有长线法与短线法。短线法的优点主要在于机动性较好，对施工场地要求较低，但施工质量不易保证，可能存在轴线偏差，接头处主筋间隙较大，容易变形。对于变截面或主筋数量变化的钢筋笼，短线法有一定局限性。采用长线法制作钢筋笼时，主筋通长且同心，不存在后期偏心对接，施工质量好。此外，长线胎架上可分为2～3个作业面流水化展开，利于施工组织，工效高。

表1 钻机主要优缺点

表2 钻机的性能参数

图1 机械设备配置

为了提高钻孔桩钢筋笼加工质量及进度，沪通大桥5#，6#墩钻孔桩钢筋笼采用长线法制作。钻孔桩共56根，直径2.5 m，长度117～120 m。台座长度由钻孔桩钢筋笼长度控制，单个台座的胎架间距按2 m布置。在安装和固定钢筋定位架时，用全站仪和经纬仪控制轴线，用水准仪控制标高，保证钢筋定位架轴线在同一水平面和同一条直线上。同时，为了保证钢筋笼制作时上下断面的齐平，在台座的一端设置挡板，并用型钢支撑牢固。

3.2 钻孔桩钢筋笼安装

钻孔桩成孔检验合格后，用吊机分节吊装钢筋笼，分节依次拼装、下放。为保证钢筋笼起吊时不变形，每节钢筋笼采用多点起吊吊装。主筋接长采用直螺纹套筒连接，其余钢筋采用焊接连接。钢筋笼制作过程中须严格控制钢筋笼接头安装质量，安装到位后及时固定，并将钢筋笼与钢护筒焊接以防止钢筋笼在混凝土灌注过程中上浮。在进行钢筋对接时，按照长线法拼接的标记对位，对接时要衔接迅速，减少作业时间，尽快下笼。

4 钻孔桩施工工效

根据5#，6#墩已经成桩的部分施工记录，分别对5-2#，5-6#，5-14#，5-17#，6-03#，6-05#，6-07#，6-21#钻孔桩施工工效进行了统计，包括钻孔时间、清孔时间以及实际成桩时间等。

1)钻孔时间。根据统计分析结果可知，开钻至成孔时间为162～385 h，平均为264 h，扣除异常辅助时间后，开钻至成孔时间为 128.5～254.5 h，平均为184.9 h(7.7 d)，异常辅助时间约为80 h(3.3 d)。

2)清孔时间。成孔至第一次清孔完成时间为3.5～106.0 h，平均为32.3 h(其中，5-17#成孔至第一次清孔时间超过4 d，主要原因为钻机故障，耽误时间较长)，扣除 5-17#钻孔桩特殊情况，平均时间为21.8 h。第一次清孔完成至第二次清孔完成时间为35.5～65.7 h，平均为46.9 h。第二次清孔完成至灌注开始时间为0.5～3.4 h，平均2.1 h;混凝土灌注耗时为9.1～15.6 h，平均为12.4 h。

3)实际成桩时间。总体施工时间控制在279.3～568.1 h，平均时间390 h(16.25 d)。扣除钻孔过程中的异常辅助时间，施工时间为210.5～444.6 h，平均时间310.3 h(12.9 d)。由于沪通大桥与嘉绍大桥的水文地质条件、施工设备和方法都较为相似，对两者施工工效做了统计对比，见表3。可见，嘉绍大桥钻孔总耗时为853.7 h，纯钻孔时间为517.4 h，约21.5 d;沪通大桥钻孔总耗时为310.3 h，纯钻孔时间为184.9 h，约7.7 d。两桥钻孔桩孔深接近，嘉绍大桥孔径是沪通大桥的1.5倍，虽然孔径大降低了嘉绍大桥的钻孔速度，但综合考虑两桥的钻孔施工速度可知，沪通大桥钻孔桩施工工效优于嘉绍大桥。

表3 沪通长江大桥与嘉绍大桥试钻孔桩工效时间

5 施工中常遇问题及处理方法

5.1 常遇问题

1)已成孔所出的渣样显示，5#，6#墩所在区域砂层中粒径4～6 cm砾石(少量粒径达8 cm)含量较多且分布广泛，层厚达20～40 m。受地质勘探钻孔孔径的限制，该部分离散分布的砾石难以在地勘报告中准确反映。尤其是5#墩钻孔时出现长边尺寸达35 cm的大漂石，成孔难度较大。大量砾石的存在对钻机损伤较大，影响了钻进工效。

2)6#墩部分桩位出现黏性非常大的黏土层，糊钻现象严重，钻进困难且需要反复提钻清理、下钻，影响钻进工效。

3)施工平台狭窄，水上钻机设备较多，大型钻机拼装工艺复杂，所有钻机从进场拼装到正常钻孔均不同程度地经历了前期设备磨合和地层磨合阶段。部分钻机故障率较高，出现卡钻、缩孔、塌孔等问题，不同程度地影响了水上钻孔桩施工工效及整个项目进度。

5.2 处理方法

1)钻孔设备进场前应先对该段水域进行全面仔细的水文勘察，做好各类中大型漂石的排查与处理，并做好施工预案。

2)在钻机进场过程中，要安排专人对设备进行检查，降低设备故障率。在施工组织安排上，要对钻孔设备预留出一定时间的磨合期，以确保设备后期的工作安全性和稳定性。

3)对于“探头石”引起的卡钻，应适当下放钻头，然后强力快速上提，使其受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头;对于由岩层结构突变引起的卡钻，可采用水下爆破;对于机械故障导致的卡钻，可采取插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。

4)针对缩孔问题，应根据原因的不同分类处理，然后用重量较大的冲击钻冲击以达到挤紧钻孔壁的效果。

5)针对塌孔问题，一般应先回填，对由于泥浆性能指标不符合要求导致护壁效果欠佳引起的塌孔，在确定塌孔位置的同时立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒并换用性能指标达标的泥浆后再作业。

6 成桩质量控制

1)严格控制泥浆质量。严格按照工艺要求对泥浆的造浆、分离、循环进行控制，对钻进过程、第一次清孔、第二次清孔、灌注混凝土各关键环节泥浆指标进行控制，在保证泥浆指标的前提下减少清孔时间。

2)严格控制声测管安装质量。声测管采取丝扣连接(含密封圈)，确保其连结密封不漏水。声测管安装完毕后，管顶必须采取焊钢板或塞木楔子的方式进行封堵，同时加强声测管保护。

3)严格控制导管安装质量。导管使用前必须做水密性试验，导管安装应控制好导管底与孔底高差，高差值应控制在30～50 cm。

4)严格控制水下混凝土灌注质量。必须采取隔离球作为首灌混凝土的隔水措施，隔离球与导管内壁须密贴。拌合站须做好首盘混凝土测试，首灌混凝土料斗容量须满足封底要求。

5)加强施工现场的组织协调。施工单位做好施工现场的组织与协调及混凝土灌注前的准备工作，监理单位做好验收配合，尽量缩短成孔到灌注混凝土的时间。第二次清孔完毕后应在30 min内灌注水下混凝土。

7 结语

沪通长江大桥水上钻孔桩施工，由于受地理位置的限制，绝大多数钻孔桩都处于水文条件较差的水域。5#和6#墩水上钻孔桩施工过程中采用的资源配置方式以及问题处理方法成功克服诸多困难，取得了良好施工工效并保证了施工质量，为今后类似工程项目的建设提供了借鉴。

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U443．15+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．06

1003-1995(2015)07-0019-03

2015-03-05;

2015-05-10

张贵忠(1970— )，男，河北张北人，高级工程师。

(责任审编 李付军)