论钻孔灌注桩深水成桩施工技术

2021-06-27许传财

四川水泥 2021年6期

许传财

（上海市水利工程集团有限公司，上海 201802）

1 概况

某水文监测站工程位于长江边上，由两座水文测站组成，工程主要建设内容包括测亭、引桥、防撞警示墩等。其中水文站测亭1 位于某闸外河岸以东200m 的深水中，测亭下部基础为10 根直径800mm 桩长38m 强度C35 的钻孔灌注桩组成；水文站测亭2 位于两座丁坝段一线海塘外侧124m 的深水中，测亭下部基础为9 根直径800mm 桩长38m 强度C35 的钻孔灌注桩组成。

2 影响因素

该工程区域位于长江河口段（江阴至长江段），施工时段处于梅雨季节，大风、暴雨天气频发，严重影响钻孔灌注桩的施工进度。加上区域地质差，多为淤泥及淤泥质粘土层，且厚度较大，有些区域接近10m。粘土层多见于-22.27m 以下。因此，钢管护筒的埋设深度势必对钻孔灌注桩成桩的质量产生严重影响。在长江南支的新桥水道是一条涨潮槽，该段径潮流相互作用强烈，涨潮优势明显，在口门附近的多年平均超差2.66m，最大潮差4.62m，在口内为反复流，落潮流速大于涨潮流速，属于中等强度的非正规半日浅海潮。这对水上排架管桩沉桩及钢管护筒埋设的安全、施工进度及钢管护筒埋设的精确度都造成严重影响[1-2]。

3 施工难点

钻孔灌注桩深水成桩的施工重难点有：排架钢管桩水上沉桩时如何精确定位是难点；如何保证排架钢管桩型钢的吊装及固定的安全性是施工难点[3]；钢管护筒的沉桩及焊接质量及可靠性是施工难点；如何进行桩孔精确定位和垂直度控制是施工重点；桩壁稳定性控制是监测难点；如何避免断桩，保证桩身完整性是施工难点[4]。

4 施工方案确定

本工程钻孔灌注桩成桩前，水上钢管桩排架已施工完毕，同时钢管护筒埋设就位。为避免成桩过程发生孔壁坍塌、断桩、江水内灌等意外现象发生，保证钻孔灌注桩混凝土浇筑的连续性及成桩质量，钢管护筒底部一定要深入有效土层且不小于1 倍护筒直径，护筒顶部宜高出施工期最高水位1.5m～2.0m，并根据水位作一定调整[5]。结合情况研究决定，钻孔灌注桩成桩分三阶段进行。第一阶段：利用150t 的驳船，将一定量的排架钢管桩通过码头转运至施工指定区域，然后利用200t 的浮吊船进行起重沉桩，沉入深度及排架间距满足设计荷载及施工要求，最后再利用浮吊船将H 型钢吊装至排架钢管桩上，并固定牢固。第二阶段:利用150t 的驳船，将一定量的钢管护筒通过码头运至施工指定区域，然后再利用浮吊船将钢管护筒按指定位置进行沉入，直至设计深度。第三阶段：利用浮吊船将钻机吊装至钢管排架上，钻孔成桩，当成桩混凝土达到设计强度后再进行凿桩，凿桩长度不小于1m。

5 钻孔灌注桩施工

5.1 施工要点

5.1.1 排架钢管桩沉入深度确定

钻孔灌注桩桩机自重22t，施工平台需跨越三排桩，每排两根桩，共计6 根，故：

Po=22×9.8N/kg=215.6kN，人群荷载标准值为2.5kN/m2，考虑到动力系数为K0=1.1，安全系数为K=2.0，故G1=KO×K×215.6≈475kN。因本工程所采用的是规格为长12mΦ400mm 敞口式钢管垂直沉入，钢管横向间距5.2m，纵向间距3.4m,故桩端承载力可忽略不计。单根桩轴向受压容许承载力[Ra]可按下列方法计算：

u—桩周长，即：u=3.14×0.4=1.256m；

ai— 振动沉桩对各土层桩侧摩阻力的影响系数，按规范取值0.7；

qsik—极限侧阻标准值，因土层处于软塑粘土中，故按规范取值为40kPa；

li—桩在局部冲刷线以下的有效长度（6m)；

计算得：[Ra]=0.5×1.256×0.7×40×6=105.5kN。

则6 根桩的承载力为：6×[Ra]=633kN>G1=475kN，满足设计要求。

5.1.2 排架钢管桩沉桩

利用驳船将排架钢管桩运至施工指定区域后抛锚就位，然后用浮吊船通过系在排架钢管桩一端的钢丝绳将钢管桩缓慢吊起，待钢管桩处于垂直状态时，再利用振动锤上的抱桩器将合拢抱桩并锁定。将钢管桩水平移动直至指定位置，然后将桩缓慢下放，下放过程中时刻保持桩架与桩的倾斜度与设计要求一致，在下放完毕后，立即检查桩锤、桩身是否在同一轴线上，以避免造成偏心沉桩。同时将钢管桩斜度调整到设计的斜度，慢慢下沉，然后再测量复核，复核无误后再开始沉桩。沉桩时采用振动锤将桩缓慢沉入，直至设计标高。当水位较深，沉桩后入土深度满足不了设计要求时，需及时进行接桩，接桩时确保接口对齐，焊缝饱满可靠，符合规范要求。当所有钢管桩都沉入就位后，再用浮吊船将搁置于驳船上的H 型钢缓慢起吊，并放置于排架管桩上，后采用Φ22 钢筋将H 型钢与钢管桩焊接固定牢固。平台横梁和纵梁采用[32 槽钢将制定区域进行满铺，便于作业人员休息及小型工器具堆放。

5.2 钢管护筒埋设

为避免在钻孔过程中发生护筒下沉，并考虑到水头压力对护筒筒壁产生变形影响，经研究决定采用规格为内径Φ850mm、壁厚10mm、长24m 的钢护筒进行埋设。在驳船将钢护筒运抵施工指定区域后抛锚就位，通过气割在钢护筒靠上一端向下5cm 处对称各切割一个5cm×5cm 的孔洞作为吊点，然后通过卡环与钢丝绳捆绑作用于一点，且保证钢丝绳与水平线的夹角呈450，最后利用浮吊船通过卡环将钢护筒缓慢起吊，待钢护筒呈垂直状态时，再利用振动锤上的抱桩器将合拢抱桩并锁定。将钢管护筒水平移动直至指定位置，然后将其缓慢下放，下放过程中时刻保持桩架与钢护筒的倾斜度与设计要求一致，在下放完毕后，立即检查桩锤、护筒筒壁是否在同一轴线上，以避免造成偏心沉入。同时将护筒斜度调整到设计的斜度，慢慢下沉，然后再测量复核，复核无误后再开始沉入。沉入时采用振动锤将其缓慢沉入，直至设计标高。

因钢护筒较长，运输及吊装困难，故经研究决定，将钢护筒平均分为两段（注：每段长12m）进行吊装沉入，当第一段沉入到一定深度后，在护筒外壁顶端向下1m 处对称各焊一块厚1.5mm 的直角三角形钢板，然后继续沉入，直至钢板与平台上的槽钢接触牢固。拆除卡环、钢丝绳及抱桩器后，利用气割将留有孔洞部位的护筒水平切除，后再重复第一段的吊装方法将第二段护筒吊装至指定位置，并确保两接口能紧密结合后，通过二氧焊将两段护筒焊接牢固，提起护筒，利用气割将两侧钢板切割后抽取平台上的槽钢，采用振动锤将其缓慢沉入。沉入后，确保护筒顶部宜高出施工期最高水位1.5m～2.0m。当护筒埋设完毕，在其上设置一个0.3m(长）×0.2m（高）的溢浆口。

5.3 钻孔及成桩

5.3.1 钻孔、成孔

因桩基地质条件较差，为防止在钻进过程中发生孔壁坍塌，故本工程采用正循环回转钻孔。钻孔前，再利用GPS 仪器对桩轴线进行精确定位，并确保钻杆、钻锤、桩位中心在一条垂直线上。开始钻进时宜慢不宜快，密切注意孔内水位，随时检查泥浆的相对密度及粘度，并根据钻渣及泥浆指标判断地质情况。当发现泥浆指标异常时立即停止钻进，分析判明原因。若泥浆指标过于偏低，添加大量膨润土后依然偏低时，认为严重塌孔。故在移离钻机后将钢护筒接长，接长长度根据实际情况判定，接长方法重复5.2.2 条。若泥浆指标变化较小时，可在泥浆中添加适当的砂砾，并增加泥浆浓度后继续钻进，直至设计位置。因考虑到沉渣影响，故在钻进时要超钻30cm。

在钻孔完毕后，及时移离钻机，用提前制作好的规格为长6.0m、Φ0.8m的钢筋笼检孔器对孔径、垂直度及桩深进行检测。若孔径小于设计值时，则对钻锥加焊刀片增加直径，并在孔径小于设计值位置反复提升钻锥扫孔。

成孔检测一般包括孔的中心位置、倾斜度、钻孔底标高、深度、直径、护筒顶标高等。孔的中心位置控制在±100mm 范围内，孔径≥设计桩径，倾斜度＜1%，孔深≥设计规定。

5.3.2 钢筋笼制作及吊装

钢筋笼制作前对进场的钢筋及时抽样复检，复检合格后方可进行钢筋笼制作。因本工程钢筋笼较长，一次制作成型对运输及吊装不利。故本次钢筋笼制作分为五段，在驳船上进行加工，即：9.0m、9.0m、9.0m、9.0m、2.1m。钢筋笼主要有16 根Φ22 的主筋和Φ8@100 的箍筋组成，加强箍筋规格为Φ 16，每隔2m 设一根，接头采用5d 的双面焊。定位筋每隔2m 沿钢筋笼周边均匀设置4 根，并与加强箍筋位置一一对应。主筋接头采用双面贴角焊，接头错开1m，焊缝厚度8mm，控制在同一截面上搭接钢筋接头根数不超过主筋总根数的50%，搭接长度为双面焊5d。搭接方式为主筋间采用搭接焊，主筋与箍筋间采用电焊，螺旋筋与主筋间采用间隔电焊，制作允许偏差按钢筋加工规范进行，钢筋笼主筋间距偏差为±10mm，箍筋间距为±20mm，骨架外径为±10mm，倾斜度为±0.5%，保护层厚度为±20mm，中心平面位置±20mm，顶端高程±20mm。

因钻孔灌注桩桩长为38m，故钢筋笼分五节安放，孔口对接的方法。每节钢筋笼主筋焊接完毕后补足接头部位的箍筋方可继续下笼。钢筋笼的现场吊装利用钻机上的卷扬机械通过吊挂装置滑轮上的钢丝绳进行控制。钢筋笼现场吊装需由专人指挥，为防止钢筋笼弯曲变形，起吊时笼内必须安设支撑杆，随笼的下沉依次取出。吊装时对准孔位，尽量竖直轻放、慢放，遇障碍物可慢起慢落和正反旋转使其下落，下落无效时立即停止下落，查明原因后再行吊装。不允许高起猛落，以防弯曲、扭曲变形，更不能碰撞孔壁而引起坍孔。钢筋笼就位完毕后，在孔口用事先焊好的吊环筋固定以使钢筋笼定位，避免浇筑混凝土时钢筋笼上浮。

5.3.3 成桩养护

为保证钻孔灌注桩的成桩质量，故选用商品混凝土。为确保混凝土的浇筑质量，防止断桩、夹泥、堵管等意外现象发生，在混凝土浇筑时加强对混凝土运输及浇筑时间、坍落度的控制。因为混凝土的运输及浇筑时间约为2h，满足混凝土的初凝时间要求，混凝土坍落度控制在18cm～22cm。混凝土灌注工作连续进行，当混凝土面接近和进入钢筋骨架时，保持导管较大埋深，放慢浇筑速度，减少混凝土对钢筋笼的冲击。当混凝土面进入钢筋骨架一定深度后，适当提升导管，使钢筋骨架在导管下口有一定埋深。导管的埋置深度一般宜保持在混凝土面以下2～6m，且严禁把导管低端提出混凝土面。混凝土实际浇筑高度高于设计桩顶高程1m 以上，当设计桩顶标高达到或接近设计标高时，桩顶混凝土泛浆充分，以确保设计桩顶高程以下桩身混凝土强度符合设计要求[6]。