水中流塑状覆盖层坚硬斜岩面桩基础成孔施工技术

何作文 刘勇 李超 伍旭阳 陈小柏 中交二公局第二工程有限公司

1.工程概况

1.1 主墩桩基概况

玉环市漩门湾大桥及接线工程主墩承台下设38根φ2.5m钻孔灌注桩，均为嵌岩结构，桩身嵌入中风化岩层的深度不得小于3倍桩径。根据地质条件，桩基长度分为24.5m和35.5m两种，其中35.5m桩基8根，24.5m桩基30根。

1.2 水文条件

漩门湾大桥位于漩门大坝内侧，随着漩门湾围垦二期的完成，桥址区水域已经成为封闭的蓄淡区，与外侧乐清湾海水没有水流交换，水面平稳，水位变化小，水质逐渐淡化，在长期侵水的情况下对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐烛性，在干湿交替的情况下对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐烛性。

1.3 工程地质条件

主墩位置水下基岩起伏变化较大，水域上部分布海积流塑状淤泥、淤泥质土，厚度3.0～18.9m；局部可塑状海积相粉质黏土；下部为坡残积相含碎石粉质黏土，厚度1.5～7.4m。底部基岩为白垩系下统西山头组凝灰岩，局部侵入岩花岗斑岩岩脉，基岩埋深位于水底3～22.5m，基岩面起伏较大。根据原地勘报告，岩层饱和抗压强度约50～80MPa，经过补勘确认，部分桩位岩层饱和抗压强度均在100MPa以上，最大饱和抗压强度为160MPa，岩石完整性好、强度极高。

2.施工难点

主墩桥位处河床表面分布流塑状淤泥，淤泥下方即为风化岩层，钢护筒无法采用常规的振桩锤打设的方式施工；基岩面起伏较大，主墩墩位处横、纵桥向均有陡坡，桩基开孔困难、护筒底部容易漏浆；主墩濒临现有大坝，大坝回填过程中部分块石滚落到桥位处，加剧了桩基开孔的困难和护筒底部漏浆现象。

3.桩基成孔工艺

3.1 钻孔平台搭设

3.1.1 钻孔平台设计

主墩全部位于水中，桩基施工前需搭设钻孔平台变水上施工为“陆上”施工。钻孔平台采用“梁柱式”结构，钢管桩采用φ1000mm×10mm 的钢管，钢管桩纵、横向间设置20a 的剪刀撑和φ273 mm×6 mm 平联钢管连成整体，钢管桩上部设置2HN500×200mm桩顶主梁，采用牛腿和钢管桩焊接固定，主梁顶设置“321”型贝雷承重梁，贝雷梁顶为工25a分配梁和δ=10mm厚桥面板。钻孔平台每边比承台宽约3m，以便于布置钻机等设备。

3.1.2 钻孔平台施工

钻孔平台施工采用“钓鱼法”悬臂拼装。下部结构钢管桩吊装设备采用80t履带吊，配合DJZ90型振桩锤进行沉桩。桩基振沉到位后，检查钢管桩入土深度、平面位置和倾斜度等。经检查合格后，安装桩间平联、斜撑和桩顶分配梁。

根据80t履带吊吊装能力，钻孔平台贝雷主梁在后场拼装，一组（两排）贝雷整体起吊安装。贝雷梁吊装到位后，依次安装型钢分配梁、桥面板，最后安装栏杆等附属结构。

3.2 钢护筒施工

3.2.1 护筒设计

主墩桩基直径为2.5m，护筒直径比桩基大30cm，即采用2.8m直径钢护筒。护筒壁厚随深度相应调整，护筒底部采用厚钢板，护筒顶部采用薄钢板。护筒采用环氧重金属防腐涂料进行防腐处理。

3.2.2 斜岩面处理

主墩河床表层为流塑状淤泥，无法作为钢护筒的持力层；基岩顶横、纵桥向均有较陡的斜岩面，需将护筒范围内的斜岩进行处理，方可保证钢护筒埋置的稳定性、防止护筒底部漏浆。

先用吊车将钢护筒放进钻孔平台顶预留孔内，利用护筒自重穿越淤泥层，使护筒底落在斜岩面上，然后向护筒内回填大粒径石块将斜岩面填平，用冲击钻在护筒内反复冲击，直至斜岩面处理完成。冲击钻可选用10～15t重的钻头，钻头直径比护筒内径略小，防止扩孔系数过大。冲击过程中，回填块石被击碎后，由于斜岩面的存在护筒底口可能存在漏浆现象，这时采用捞渣桶进行护筒内钻渣清理，尽量减少护筒内扰动，减少泥浆外漏。

3.2.3 护筒跟进

钢护筒无法采用常规的振桩锤打设的方式施工，根据实际情况，采用冲击钻冲孔、护筒跟进的方式进行施工。

（1）护筒初步振沉。首先用平板车将分节制作好的钢护筒运输至钻孔平台上，然后用履带吊将护筒逐节接长，利用护筒自重穿越河床淤泥层，直至护筒不再下沉为止。

（2）冲击钻冲孔、护筒跟进。护筒停止下沉后，首先复核护筒的平面位置及倾斜度，满足要求后冲击钻就位，在护筒内进行冲孔，直至孔底进入风化岩层深度≥1m，冲孔过程中护筒同时跟进下沉。

钢护筒采用冲击钻冲孔后再跟进的工艺施工，护筒无法靠自重跟进到冲击孔内，考虑采用振桩锤振动跟进下沉的工艺租金高经济效益差，利用废旧短节HN500×200mm型钢拼接在一起形成一个边长大于3m的承重矩形板，每次跟进护筒时利用矩形板盖住护筒，然后用钻机自身的锤头砸在矩形板上使护筒跟进。该方法不仅能快速高效的使护筒跟进，也能防止护筒变形。

（3）钢护筒联接。采用型钢在护筒顶部进行联接，使所有护筒连成整体。

（4）护筒导向。护筒跟进过程中为了保证护筒垂直度，增加三道导向措施，分别位于钻孔平台顶面、平台钢管桩上平联管及钢管桩下平联管位置。平台顶面导向利用短节HN500×200mm型钢做限位，型钢底部焊接在钻孔平台顶面；钢管桩上、下导向为工25a型钢组拼成的井字架。

（5）护筒底堵漏。护筒跟进时，先用冲击钻冲孔再将护筒锤击跟进，冲击孔与钢护筒之间贴合度不可能太高，护筒底可能出现漏浆现象。为防止护筒底部漏浆污染外部水系或防止河床底淤泥进入护筒内部影响清孔质量，施工时安排潜水人员进入护筒内，将护筒底部缝隙进行封堵。

3.3 钻孔工艺

3.3.1 设备选型及泥浆制备

本项目选用冲击钻作为成孔设备。泥浆的制备：将膨润土、水、纯碱等按比例制成基浆。新制泥浆每1m3配比为水：膨润土：NaOH＝1000：120：1(kg)，配比应根据各个桩位处实际地质情况进行反复适配。

3.3.2 冲击成孔

（1）冲击钻机就位。在现有钻孔位置处移动钻机使其就位，移动过程中必须保持钻机平稳，不发生倾斜、位移，待护筒内泥浆储备达到要求后，将钻机中心对准钻孔中心，误差满足要求后准备进行钻进。

（2）钻进施工。下放钻头至孔底，开启卷扬机以2m左右冲程反复对岩面进行冲击，在冲击过程中，根据钻进情况，缓慢均匀下放钢丝绳。冲击钻机连续作业，直至冲击效率低下时，更换成旋挖钻机进行捞渣，捞渣完成后，开走旋挖钻机，重新对中冲击钻机，继续冲击。反复操作以上工序，直至满足设计要求后，停止钻进，准备进行清孔。

3.3.3 清孔

桩基清孔采用两次清孔工艺，均采用气举反循环法进行。

（1）首次清孔。钻孔至桩基设计底标高时，移走钻孔设备，进行首次清孔。在孔口安装夹板，下放清孔用导管，同步把气管接好并绑扎固定在导管外侧，导管顶口与泥砂分离装置对接。启动空压机送气，利用反循环法进行清孔，送气时从小到大，气压应稍大于导管底部水头压力。

（2）二次清孔。钢筋笼和导管下放完成后，砼灌注前对孔底进行第二次清孔。二次清孔工艺与首次清孔相同。

3.3.4 成孔质量检测

钻孔达到设计深度后，核实地质情况，通过捞取孔底的钻渣，与地质柱状图对照，并对桩底岩石力学指标进行检测，如与勘测设计资料不符，及时通知监理工程师及现场设计代表进行确认处理；如满足设计要求，立即对孔深、孔径、孔型进行检查。孔深采用测量绳检查，孔径和孔型采用超声波检孔仪进行检查。

3.4 钢筋笼安装及水下混凝土灌注

钢筋笼在加工场滚焊机上绑扎完成后，运输至施工现场采用吊车吊装下放至检测合格的桩孔内，分节制作的钢筋笼之间采用直螺纹套筒连接。水下混凝土采用刚性导管法进行灌注，应注意导管的水密性、首次浇筑方量、浇筑过程中导管埋深等。

4.结束语

玉环市漩门湾大桥及接线工程主墩桩基地质情况复杂，基岩面起伏较大，横、纵桥向均有较大的陡坡，且部分桩位处散落大粒径石块，桩基施工时通过采用斜岩面处理、钢护筒跟进、护筒底堵漏等措施保证桩基施工质量，可为类似工程提供借鉴。