特大桥梁超长大直径变截面桩基施工技术

李佳航

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安710024）

1 工程概况

本工程主墩布置16根桩径2.8m2.2m的变截面钻孔灌注桩，桩间距5.6×5.6m（横桥向×顺桥向），过渡墩布置6根桩径2.8m2.2m的变截面钻孔灌注桩，桩间距5.6×5.6m(横桥向×顺桥向)，共计桩基92根，桩基长度在35～95m，25m以下设计桩顶桩径为Φ2.8m，25m以下设计桩底桩径为Φ2.2m。

2 钻孔灌注桩施工技术与平台布置

2.1 施工工艺

施工准备—测量定放样—埋设孔口临时护筒—钻机就位—设置泥浆池、造浆—钻孔—成孔—第一次清孔（—下设永久钢护筒）—制作、安放钢筋笼及声测管—导管安装—二次清孔—拌制、运输混凝土—浇筑水下混凝土—凿除超灌混凝土桩头—清理桩头、无损检测。

2.2 施工平台布置

为满足施工要求，引桥15#、39#-44#墩台和主桥1#、2#墩、5#墩场地坡度较大，需提前平整场地。

3 施工技术措施与要点

3.1 钻孔施工的技术措施和要点

3.1.1 放样测量

采用电子全站仪精确定位桩孔位置，并按桩位点拉制四根控制桩，用四根控制桩控制护筒长度的埋设情况，使之精确定位。桩身为3cm×3cm，高80cm的木桩，需埋地45cm，顶部埋设测钉用水泥砂浆或混凝土保护，以防止施工时受到干扰[1]。

3.1.2 施工钻机就位

在钻进过程中，提前检查其性能状况，确保钻机正常工作。检测基台，确认基座牢固，避免在施工过程中发生地基不均匀沉降，如有必要再次打夯地基。

3.1.3 施工钻孔顺序

墩基通常是群桩或排桩，为避免相邻的桩孔在浇灌时串孔，而且浇筑设备的自重很大，在浇筑时既要保证成桩质量也要保证浇筑的安全，施工过程中应采用跳桩或跳排的钻孔顺序。

3.1.4 施工临时护筒埋设

测量员放样护筒位置，撒上白灰记号，采用挖埋法，用人工配合挖机挖到护筒底高程，汽车吊将护筒放置在基坑内，进行校核，护筒四周用土压实[2]。

3.1.5 泥浆制备

浆液配制应选择钠基膨润土。混合浆是按施工阶段和地层特征来制作混合浆料，可参照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650—2020)所规定的性能指标，并根据实际情况做出调整。

对桩内开挖量进行计算，泥浆池、沉淀池等容积不得小于桩孔2倍容积；为防止泥浆污染河流区雨水收集保护区域，须采取必要的防渗漏措施。

3.1.6 冲击钻进

主桥：先用2.8m钻机钻孔至2.8m桩孔设计桩底，经现场技术人员确认后，更换2.2m钻头，冲孔入至2.2m桩直径设计孔底。在换钻期间，要确保其不移动，快到护筒底(2.8～2.2m变型截面)时，应减小行程，慢速钻进，防止扩、塌、偏斜事故发生。

3.1.7 施工掏渣

碎渣携带大量泥土挤入孔壁，而且多数都是经由掏渣筒流出的，所以当冲击一定的时间后，就应该立刻把冲击锤拔出，并换掉钻渣筒，往下钻至钻孔底部，取出钻渣，放入弃渣沟。一旦钻渣过厚，则浆液就无法使所有的钻渣上浮，钻锤打击不到新土(岩)层，或会使浆液慢慢变稠导致吸收了大部分的撞击能量，或阻碍钻锤旋转，而使撞击的进尺力明显减弱，甚至有冲击成梅花孔、扁孔等的风险，所以需要重新进行掏渣。

3.1.8 施工终孔

钻到设计深度以后，要检测地质情况。把钻渣和地质柱形图进行比较分析，以检验地质条件是否满足工程设计条件。立即告知监理工程师和现场设计代表并加以证实。如达到设计条件，应立即检验孔径、孔形、孔深、垂直程度，在清孔后再对孔底的沉渣物加以检查。

3.1.9 施工孔径、孔形测量

在桩孔成孔、钢筋笼下入之前，要对孔径及孔形进行检测。本项目以桩直径为基准，并用笼式井径器(试笼)入孔进行了测量，笼式井径器选用螺纹钢筋制成，其外径小于孔径100mm，且不得超过钻孔的设计口径，以Φ25mm/Φ28mm为宜。检验时，先将井径装置提起，孔心与起吊钢缆高度保持一致，慢慢插入孔内，上、下无阻力，说明孔超过试笼的直径。

3.2 清孔施工的技术措施和要点

根据工程设计需要，采取了气举—反循环法为钻孔桩的清孔方法。相对于传统的清孔工艺，需要设置更多的空气压缩机、浆液分离器、清管设备。清孔工艺要测定泥浆的密度和含砂率，沉渣中应无大粒度碎石。开孔率要求：

主桥孔底(端承桩)淤积厚度不超过50mm，引桥(摩擦桩)不得超过150mm。

膨润土泥浆：槽孔内泥浆密度≤1.03～1.10g/cm3，黏度为17～20s，含砂量在2%以下。清孔结束后，如4s内没有浇筑混凝土，要再次测出沉渣量，如超过规定，必须重新清理。

混凝土注入：浇筑混凝土前，应对混凝土运输管路和容器洒水润湿，在浇筑管道内下放隔水球，待储料斗注满混凝土后，开始浇筑混凝土。导管的初始埋设深度不应少于1m，且应保证导管底部高度的要求，在封底时确保导管埋在混凝土中的深度不少于1m。混凝土用专用运输车辆运到施工地点，通过汽车吊提升料斗入仓。

4 施工中应注意的问题

该桥梁桩基础直径为2.8m，最大桩长95m，最大桩深达100m，超深桩径特大桩基础施工困难，施工过程中易出现塌孔，成孔后清孔质量难以保证。钢筋笼孔口吊装的难度较大，主桥各桩孔采用两笼式结构，2.2m单笼最大吊重46t左右，2.8m长单笼重量37t；主梁内外双层、双筋等连接形式，节点数量多，对接困难。

应对措施：根据现场地质条件，采用不同深度护筒和不同型号钻具钻进施工，并使用质量最高的膨润土泥浆护壁，避免在打孔时发生塌孔。在成孔后用气举反循环的方式进行清孔工序，使其超深桩孔的沉渣层厚度符合设计要求。加工专用的打梢盘，钢筋笼吊起用180t履带吊起，将单节钢筋笼的长度增加，以减少孔口对接次数；保证钢筋笼加工精度，钢筋笼先进行试拼装校核。

超深桩倾斜度控制困难。应对措施：采用冲击钻施工成孔。地面平整牢固，确保钻机水平。强化钻孔过程的控制，每钻进4m测孔倾斜度，及时发现、纠正。控制钻孔速度、钻孔压力、降压钻孔。根据孔的深度和孔径选择合适的钻孔设备和钻孔方式。

5 施工期间事故的预防与治理

5.1 塌孔的防治与治理

孔洞的崩塌事故很容易出现，在桩孔塌陷时要细心地察看现象，孔内水面冒出细水泡，无进尺或进尺差甚微，孔深忽然变浅，钻头无法到达原先的深度等，都显示已经塌陷。

事故预防措施：在对松散的土壤地层冲磨时，要控制尺寸，并选择比重大、黏性高、胶体率高的优质泥浆；护筒长度符合要求并与孔壁要紧密，护筒外侧周边须用黏质土回填，并分层均匀地夯实；清孔时要注意龙头在孔内的高度；清孔时泥浆要有足够的强度和黏性。

事故处理方法：在孔洞坍塌后可以回填再冲，或将钢护筒下至未坍塌处至少1m；孔内如果坍塌情况不严重，可以提高泥浆比例继续钻孔。如果严重的话，可把砂岩、黏土混合物填在坍塌部位上1～2m，或者全部回填，继续冲孔。

5.2 钻孔的预防和处理

事故预防措施：钻孔规格要统一，定期检测钻孔直径，对有损坏的钻孔头进行修复或替换；在钻时要控制尺寸，选用比重、黏度、胶体率高的优质泥浆，并确定护筒口的水头标高。

事故处理方法：出现收缩孔洞，可通过钻孔头上下反复扫孔的方法扩大或用黏土片石填筑缩小孔洞，待密实后再钻孔。

5.3 防止和处理卡埋式钻具

卡埋钻具是在钻孔工程施工中最容易发生并且危害性很大的一类事件，所以在工程施工过程中就应该采用积极主动的措施加以防范，而如果出现事件，就应该采取有效措施，及时处理。卡埋钻具的处理方法主要是：

垂直吊挂，即通过吊车或液压顶升机垂直将其起吊。

钻头磨削附近的疏松法，也就是利用反循环或水下切削等方式，把周边沉渣重新清理一遍，然后再起吊。

高压喷射，是在原钻头二端相对称地开两个小孔(小孔中心距钻头边缘0.5m左右)，然后放入喷射管对准被卡的钻孔头高压喷射清洗，直到将二孔全部喷穿，并使原来的孔眼中心位置保持不变。

护壁挖除法，当卡钻位置不深时，采用护筒、水泥等材料进行护壁，人工直接挖除。

5.4 防止桩基钻孔偏移现象

事故预防性保护措施：安装的钻机须稳固、垂直；软硬岩、陡坡时，要控制进尺、低速运行钻进，或者采用卵石、片石充填后再钻入。

事故处理方法：一般性的偏斜，将钻头上、下多次扫孔，使桩孔成正直；钻偏严重的情况，需用砂砾及黄土回填，密实后再行钻孔。

5.5 钻孔漏浆

事故预防措施：在施工前期，对靠近桩位的坑洞、枯井等孔洞加以回填；地下水位较深或桩侧土缺乏水时，在钻孔中应用黏稠性很大的水泥浆；护筒埋设时，在侧壁周围使用黏土分层回填压实。

事故处理方法：低速下钻，加稠泥浆。

6 结语

施工过程中，应认真对每道工序进行检查（深度、孔径、孔底沉渣、浇筑所用混凝土质量、泥浆质量等），经验收合格方可进入下道工序，并且通过加强过程控制，不断完善施工措施，使其满足技术要求和设计文件，确保施工质量。