深水特殊地质超长钻孔桩质量控制技术

刘治勇

(济南铁路局德龙烟铁路有限公司，山东 济南 250013)

0 引言

在进行跨越江河上的大跨度桥梁建设时，深水特殊的地质以及孔桩的超长、超大成为了孔桩施工质量控制的关键。本文以德大铁路黄河特大桥直径2.0 m 钻孔桩，成孔深度110 m 钻孔桩为根本，结合现场质量控制实际，对施工过程中存在问题进行剖析，从而完善深水超长钻孔桩质量控制措施。

1 工程概况

德大铁路黄河特大桥全长8 092.74 m，全桥墩台基础均采用钻孔灌注桩，主桥钢梁为下承式变高度连续钢桁梁，大桥最大设计桩长96 m，桩基深度较深、处于河道中间且地质情况复杂，因此成孔质量控制是施工中需要解决的主要技术难题。黄河主枯水期河床冲刷层范围沉积层主要以粉砂土为主，不易成孔，孔壁极容易塌陷。主桥总体布置图见图1。

图1 主桥总体布置图

2 施工控制要点

2.1 施工平台搭设及质量控制

在施工平台的设计中，主要考虑施工中的总荷载、平台自身相应稳定性及施工便利的需要，在平台施工过程中着重控制平台位置的精确性。钻孔平台立面图见图2。

图2 钻孔平台立面图

主桥钻孔平台设计尺寸为32.5 m×49.5 m，为了保证在施工过程中吊装作业的顺利进行，保证吊装设备的有效利用，在平台设计中，考虑在横桥向方向设置跨度29 m 高16 m 吊装40 t 龙门，该龙门设计最大的一个施工特点为，龙门可以通过垂直于栈桥上的施工走行轨道直接行至栈桥之上，将运送至平台的材料设备直接进行装卸，为施工的顺利进行提供了有效及时的吊装设备，保证施工平台空间的最大有效使用。

2.2 护筒打设

1)护筒导向架安装。在护筒打设之前为了保证钢护筒打入位置的准确性，在平台处护筒设置上下双层导向架，在导向架安装时要克服深水施工中水的冲刷，防止导向架的偏位，在导向架的施工过程中要不断的进行测量监控，确保导向架的垂直度以及中心位置的准确性，以保证护筒打设的精确性。2)钢护筒的打入。由于河道内汛期水位较高，同时河道内河床顶层主要以砂土为主，且在调水调砂期间河内局部冲刷深度为14 m，为保证孔桩钻进过程中不出现孔口坍塌，因此在护筒打设时，护筒的打设深度根据河床顶面地质情况决定，一般要求在最不利情况下入土深度不应小于15 m。根据本桥址的实际情况，现场采用直径为2.3 m，长度为24 m 钢护筒进行施工。

现场施工过程中由定型2 节钢护筒组拼而成，钢护筒打设过程中采用DZ120 型振动桩锤配合液压钳进行打设施工。在钢护筒施工过程中对整个钢护筒的位置进行实时的监控，从三个方向上观测钢护筒的垂直度，保证钢护筒的打设定位准确。

2.3 钻机钻进控制

每个墩采用4 台钻机同时进行钻孔施工，为保证最大合理完成钻孔施工任务，墩位钻孔顺序如图3 所示(墩位分为四个区施工，按照不相互影响为原则)。刚开钻时，进尺一定要小钻压、慢钻进，严格控制孔的垂直度，钻机选用正循环钻机，旁站技术人员及时检测孔的垂直度，前30 m 深范围内，采用减压钻进的方法。孔深超过30 m 后，按照设计要求造浆并监测泥浆比重，泥浆指标达到设计要求后，改用气举反循环钻机开始钻孔作业直到成孔。

图3 墩位钻孔顺序布置图

2.4 泥浆质量控制

钻孔桩施工是否顺利，取决于泥浆质量的好坏。在超深钻孔桩施工中，要优化复合泥浆配比。通过反复试验，比照复合泥浆各项指标，定型复合泥浆配比为:粘土20%、磷质膨润土7%，CMC 0.5%，片碱0.3%，PHP 0.05%。加大复合泥浆含砂率、比重等参数的检测。

2.5 两次清孔

当孔深达到设计深度并可以终孔时，及时分两次进行清孔作业，首次清孔采用换浆法，保证循环钻机在原位慢速转动而不钻进，进水管注水用清水实现换浆，清孔泥浆的比重控制在约1∶1为宜。对于砂层护壁质量不佳的桩孔，可适当增大清孔泥浆比重，清孔泥浆比重控制在约1.15～1.25 为宜，同时保证孔内泥浆高度。二次清孔采用导管直接清孔，利用吊车或者龙门吊来回平移导管，将孔底沉渣抽出。两次清孔结束后，孔底沉渣厚度应符合设计要求，经监理确认后，尽快进行下道工序施工，工序衔接要紧凑，不能长时间放置造成悬浮砂砾再次沉积。

2.6 混凝土灌注

对于大孔径混凝土灌注桩来说，水下混凝土灌注是很关键的工序。现将各关键工序控制要点进行介绍。

1)导管试验。在混凝土灌注前，对导管进行密闭性试验，保证导管在最大1.2 倍静水压力下不漏水，检查连接部位的紧密性和导管中间部位有无磨损情况。每节导管要保证其可靠连接性以及在施工过程中拆卸的便捷性。2)导管排压。孔桩在二次清孔结束之后，由于孔桩较深导管内存在很大的导管附着气压力，因此在进行混凝土灌注之前应进行导管内压力排减，在减压时应当减少导管的施工长度，使导管可以插入孔内泥浆内，但又不会碰到孔底，之后将导管上下抽动，直至导管内外水头压力平衡。3)灌注混凝土过程控制。混凝土灌注过程中，保证导管埋深在2 m～6 m 之间，使混凝土有较好的连续性。由于孔桩施工长度大，在混凝土质量控制过程中，对于孔底1/3 的混凝土需要保证较高的坍落度和流动度，按照配合比的上限进行，孔桩中部及上部控制按照平均值进行控制。根据导管悬空高度和孔径，通过计算合理确定首批混凝土方量，确保首批混凝土灌注后，导管埋深不小于50 cm。灌注水下混凝土尽可能连续作业，一般情况下，混凝土和易性越好、供料越连续、灌注施工越顺利，灌注质量也越好。当灌注混凝土接近设计桩顶标高时，合理确定最后浇筑混凝土灌用量，既要保证桩顶的混凝土质量，也要避免超灌现象。4)堵管问题处理。发生堵管时，在确保导管下端埋深不小于50 cm 情况下，上下提动导管，同时振动导管壁，促使管内混凝土向下流动。灌注接近设计桩顶标高位置时，由于管内混凝土柱压力变小，流动性差，可采用首封大料斗增加混凝土下放量，通过增加压力的方法解决堵管现象。

3 质量控制成果

通过在钻孔灌注桩施工中应用新方法，新工艺，逐步掌握了超深桩钻孔施工工艺，使超深桩施工方案趋于成熟。尤其在钻孔过程中对钻进速度和钻压的控制，以及混凝土灌注前对导管的排气处理，都对混凝土灌注的顺利进行起到了重要作用。

4 结论及体会

经验证明，在持力层很深的地层，传统的基础及一般的钻孔桩基础已经满足不了大型桥梁的承载要求，采用超长钻孔桩成为优先选择的方案之一。超长钻孔桩技术工艺、设备配置、施工组织、过程控制是影响成孔质量的关键因素。

［1］张忠亭，丁小学.钻孔灌注桩设计与施工［M］.北京:中国建筑工业出版社，2006.