桥梁水中桩基施工技术探讨

康 强

(平潭综合实验区岚城投资开发有限公司， 福建 平潭 350400)

1 概述

1.1 工程概况

竹屿湖大桥跨越西溪与外海连接处的竹屿湖水域，是万北路的节点控制性工程。桥梁全长269.44m，道路红线宽度50m，双向六车道，道路等级为城市次干路，设计车速50km/h，路面结构采用沥青混凝土路面。全桥桩基共240根，群桩基础，桩径为1.2m的钻孔灌注桩，桩长要求进入中（微）风化花岗岩不小于2倍桩径，有效桩长32～45m。

1.2 地形地貌与地层岩性概况

竹屿湖大桥地貌单元以山前冲海积、冲淤积平原为主，两侧现状场地已回填砂、块石，地形较为简单，地势平坦。

桥位处地层从上到下分别为人工堆填素填土、第四系全新洪积、淤积成因中砂、淤泥、淤泥质土、碎石土及部分粉质粘土夹层等；下伏基岩为燕山晚期侵入花岗岩及其风化岩。

2 施工准备

2.1 专项方案编制

桥梁水中桩基施工涉及栈桥与打桩平台搭设、水中作业环境保护、夜间施工安全等多个环节，施工前应根据设计图纸及规范要求，编制专项施工方案，制定质量、安全等保障体系和环境保护措施，并召开专家论证会进行充分论证、修编后，经施工单位技术负责人与总监理工程师审核同意后，严格按方案执行。

2.2 施工平面布置

竹屿湖大桥水中桩基采用水中搭设栈桥+打桩平台+埋设钢护筒方式施工。先在湖中搭设主、支钢栈桥及打桩平台，再进行测量放样，确定桩基平面位置，埋设护筒。水中桩基施工时，在作业平台上摆放钢泥浆箱做为泥浆池。

3 水中桩基施工

3.1 工艺流程

施工准备→桩机就位、埋设护筒→泥浆制备→钻进成孔→清孔→吊装钢筋笼→二次清孔→灌注水下混凝土→桩机移位。

3.2 埋设护筒

护筒的作用是固定桩位，有效地引导钻锥方向，隔离地表水，保护孔口，并保证孔内泥浆高出湖面水位1.0m以上，形成静水压力，以保护孔壁不坍塌。

竹屿湖湖面常水位标高约-0.6m，湖底标高-0.31～-6.33m，湖底为中砂层。护筒采用壁厚为φ12mm的钢板加工制作，护筒两端采用8mm厚钢板加焊加劲箍。护筒采用90KW振动锤施打，每节长度1.5m， 7节全长共10.5m，进入中砂层2m以上，以保证护筒底不发生漏浆现象。

3.3 泥浆制备

对土层为砂层的大直径深孔，造浆性能差，泥浆控制尤为重要。一般选用塑性指数＞25，小于0.005mm黏粒含量＞50%的黏土制浆。当缺少适合的黏土时，可用略差的黏土，掺入30%的塑性指数＞25的黏土。膨润土泥浆具有相对密度低、黏度好、含沙量小、泥皮薄、固壁性能好等优点，是钻孔施工的优质泥浆。

竹屿湖大桥选用优质黏土加工后投入护筒内，用钻头冲击造浆。钻进过程中泥浆相对密度1.2～1.4，含砂率≤4%，泥浆指标应实时监测，确保泥浆质量满足要求。同时，水中桩基施工受湖面水位涨落影响，当护筒外侧湖面水位下降时，利用泥浆泵从护筒内抽出泥浆部分；水位升高时，向护筒内补充泥浆，确保护筒内外水头差满足要求，防止水头过低造成塌孔或水头过高造成泥浆反串。

3.4 钻进成孔

打桩设备选用冲击钻机，开孔时应用小冲程缓慢冲击，等钻进深度超过钻头高度与冲程之和后，才能按照正常冲击速度进行钻进。钻进过程中，钻头要匀速起落，不能突然变速或骤停。钻孔作业要连续进行，钻进过程中要经常捞取渣样，检查岩土层变化的情况并作好记录，随时和地质剖面图核对。

在钻孔排渣、提钻头除土等原因停钻时，必须将钻头提出孔外，孔口进行护盖，以保证安全。为加快现场施工进度，确保节点任务实现，合理部署多机同时作业，相邻间距在5m范围内的桩位应在完成浇筑24h后才能开始，以避免干扰邻桩混凝土的凝固，确保成桩质量，防止断桩。

3.5 清孔

当成孔至设计持力层层或设计标高后，要对孔径、倾斜度等进行检测。检测宜采用超声波探测仪等专用仪器，当缺乏专用仪器时，可采用外径为桩基钢筋笼直径加100mm、长度为4～6倍外径的钢筋检孔器吊入孔内检测。

常用的清孔方法有抽浆法、换浆法、掏渣法等。清孔时将钻头提离孔底，钻机慢速空转，确保泥浆及沉渣正常循环置换。当泥浆指标达到相对密度1.05～1.10，黏度17～20Pa·s，含砂率＜0.5%后，停止清孔。

因钢筋笼吊装、导管安装等工序准备时间较长，在灌注前应再次检查孔底沉渣厚度和泥浆性能指标，不符合要求，则应进行二次清孔，保证沉渣厚度小于5cm。

3.6 吊装钢筋笼

钢筋笼应在钢筋加工场内集中加工。钢筋下料时，端头应用砂轮切割，钢筋接长采用镦粗直螺纹接头连接。为减少钢筋笼在吊装过程中变形，钢筋笼每隔2m设置一道加筋箍筋。为确保钢筋保护层厚度，在钢筋笼环向加焊定位钢筋。桩径为0.8～1.5m时，需在钢筋笼内侧等间距布设3根超声波检测管。

钢筋笼可分次吊装入孔或一次入孔。水中桩基施工作业面有限，起吊设备摆放、吊装等受限较大，多采用分次吊装入孔方式。吊装时，钢筋笼顶面应进行可靠固定，使钢筋笼不偏移和上浮。钢筋笼下放时应缓慢均匀，避免钢筋笼倾斜或摆动，防止塌孔。起吊时要有专人统一指挥，注意安全。

3.7 水下混凝土灌注

根据湖区水文地质条件，桩基混凝土采用C35海工砼，掺入膨胀剂和阻锈剂，降低混凝土的电通量和氯离子含量，以提高桩基的密实度和抗海水腐蚀能力。水下混凝土灌注使用的钢导管内径为30cm，灌注前应对导管进行水密承压和接头抗拉试验。

为了保证首批混凝土数量能满足导管初次埋置深度≥1.0m和填充导管底部的要求，需计算首批混凝土的数量，计算公式如下

V≥πD2/4*（H1+H2）+πd2/4*h1

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=Hwγw/γc；

式中Hw—孔内泥浆的深度（m）

γw—孔内泥浆的重度，kN/m3；

γc—混凝土的重度，取24kN/m3。

浇筑时预先用钢丝绳把隔水板悬吊在漏斗下口，待储料斗内储备足够数量的混凝土后，快速拉起钢丝绳，混凝土即压住皮球下沉至孔底，排开泥浆，灌入钻孔内，埋住导管口。灌注开始后，应紧凑、连续进行，严禁中途停止。尽量缩短拆除导管时间，下料应掌握好速度，不宜过快过猛，以免造成气堵。

灌注过程中，应及时量测钻孔内混凝土顶面高程，观察孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，及时提升和拆除导管。为保证混凝土强度和桩身质量，桩顶标高应超灌1.0m以上。

4 结束语

钻孔灌注桩技术作为一种成熟的工艺，在桥梁水中桩基施工中已经得到广泛应用。把水中桩基施工过程工序中的重点和难点在专项方案中进行阐明，做好对现场技术人员和工人的交底与培训，保证机械、材料和安全设施的投入，以保障各工序科学有序开展，是确保桩基施工质量的关键。