河惠莞高速公路枫树坝特大桥钻孔灌注桩施工探析

郑光辉,冷昊华

(广东省南粤交通河惠莞高速公路管理中心,广东 广州 510101)

0 概 况

枫树坝特大桥位于龙川县赤光镇境内主桥为双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，主桥全长640 m，桥跨布置为160+320+160 m(图1)，塔墩梁固结体系。

图1 主桥桥型布置图(尺寸单位：cm)

枫树坝特大桥4#墩承台平面尺寸为20.1 m×25.6 m，高5 m，4#主墩承台共设置20根Φ2.2 m的钻孔灌注桩(图2)。桩类型为摩擦桩，采用冲击钻施工，桩长为75 m，采用C30水下混凝土。

图2 主墩4#桩基平面布置图(尺寸单位：cm)

大桥位于丘陵区，地形起伏较大，4#主墩位于枫树坝水库北岸(图3)，主要地层为强风化砂砾岩，厚度43.1 m以上，其余以下地层主要为强、中风化砂砾岩夹层多次交替布置(表1)。地表均为遇水易崩解的覆盖层，迎水坡岸极不稳定，水位变化导致冲刷，常发生垮塌情况。

表1 4#墩典型地质状况表

续表1

1 钻孔灌注桩施工

1.1 钻机选择

根据设计文件及详勘资料，桩基一直处于强风化砂砾岩和中风化砂砾岩的交替变化地层段等特点。枫树坝大桥主桥4#墩桩基采用冲击钻施工，冲击钻施工工艺成熟，适用于各种地层，成孔质量好且清孔后孔底沉渣少。

1.2 施工工艺流程

钻孔桩施工工艺流程为：施工准备→钻孔平台填筑→钢护筒定位、埋设→钻机就位→造浆、钻进成孔→清孔换浆→钻机移位→检孔→安放钢筋笼→导管水密试验、下导管→沉渣厚度测试(不合格二次清孔)→灌注水下混凝土、泥浆回收→平台拆除→桩基检测。

1.3 泥浆制备

本项目采用河水造浆桩基成孔工艺，造浆材料主要选用以蒙脱石为主的钠基膨润土(含沙率小于4%)、纯碱(Na2CO3)作为分散剂、纤维素(CMC)。根据不同地质情况，加入不等量的钠基膨润土，制备出不同密度、粘度、护臂效果好、成孔质量高的泥浆。实际施工过程中，由于地层情况风化砂砾交替变化，不能完全按实验室配合比施工，主要是胶体率达不到指标，一般只能到达80%左右。实验室就胶体率问题对原状土泥浆进行试配，通过调整钠基膨润土、纯碱(Na2CO3)、纤维素(CMC)的含量来提高泥浆胶体率达到95%以上，其中钠基膨润土4.5%、纯碱(Na2CO3)3.5%、纤维素(CMC)4.5‰(配比相对泥浆比例)。

1.4 施工工艺简述

在4#主墩位置搭建施工平台，平台采用土石混合料填筑，考虑到平台现状坡岸较陡，为保证4#墩基础施工安全，在平台填方边坡外侧设置衡重式挡土墙固脚+围挡。冲孔过程中根据不同土质特征，不断调节泥浆指标和钻孔速度，泥浆循环采用泥浆泵进行泥浆循环，反复循环直到终孔。终孔完毕后采用超声波成孔检测仪分别对桩径、倾斜度及实际孔深等，满足规范要求后下放钢筋笼。

钢筋笼采用数控制作，钢筋笼按12 m长度分节制作，主筋接头采用直螺纹套筒连接。同时安装超声波声测管，声测管长度要和钢筋笼长度保持一致。

本工程水下混凝土浇注导管选用Φ300 mm×8 mm的无缝钢管，快速接头，导管长度以每节2.7 m为主，配备一套4 m长底管及两套1 m、0.5 m长调节管。水下混凝土灌注完毕后，进行超声波桩基检测，检测完毕进行孔底压浆处理。

2 施工出现的问题及处理方法

2.1 钢护筒定位和埋设

桩基顺利完成的首要环节关键是控制钢护筒的垂直度。项目钢护筒采用δ=12 mm钢板卷制，内径大于设计桩径20 cm，本区段的孔口地质条件较好，孔口护筒长度取2 m。为确保孔口稳定、地表水不进入孔内及钻孔内泥浆不外流，将钢护筒的埋设高度高出地面30 cm。

本工程首先采用挖掘机开挖出深度1.7 m左右，直径超过桩径20 cm的坑，根据护桩中心点埋设护筒，以降低护筒位置偏差，再用粘性土回填护筒外侧并夯实，再用全站仪测量钢护筒的埋设精度，使得其平面位置偏差<±50 mm，倾斜度<1%。

2.2 塌孔

冲孔过程中，由于受外力冲击，或者停止泥浆循环时间过长等导致塌孔现象。采取回填优质材料后重新冲孔处理，或者采用插入钢护筒护壁应对出现较大塌孔发生。

2.3 黏锤

钻孔至硬塑粘性土层时，岩土黏性太大，极易出现黏锤现象。针对黏锤现象，采取的措施是：

(1)向桩孔内注入稀泥浆或者清水，减少岩土层和锤体之间的摩擦力。

(2)抬高锤体下落高度，提高冲击动能，使锤体和岩土层分离。

2.4 桩孔垂直度校正

由于本工程桩孔长度达78 m，入土较深，穿越不同岩层土质，在竖向荷载、土压力及水压力等作用下，4#主墩探明施工过程中有11桩孔垂直度出现不同程度的偏移，以下主要介绍其中4#墩桩孔垂直度校正情况(图3)。

图3 4#墩桩基垂直度校正情况

针对上述情况采取的纠偏措施有：

有意将桩机位移3～5 cm， 增加始纠处的着力点面积，有利于形成台阶，同时采用小冲程， 回收钢丝绳确保钢丝稍紧，确保纠偏的效果。

回填直径为孔径1/3～1/2的块石，块石强度略高于岩层强度，先投入2～3 m高度，用锤头冲击使之密实，再进行第二次、第三次投石，直至回填到偏斜孔段以上1 m位置。

形成了大孔段的S形桩孔时，用水下混凝土浇注到偏斜孔段以上1 m的位置，持凝固后再行冲进纠偏。

3 结 论

枫树坝特大桥4#主墩桩基施工中采用河水造浆成孔工艺，充分利用现场已有的资源，大大节省的施工成本。不断优化施工过程中存在的问题，达到了缩短工期、保证质量的目的。由于桩基直径大，土质不稳定，极其容易造成桩孔出现偏移，影响成桩的进度和质量，建议在施工现场准备一定数量孔径1/3～1/2的块石材料，桩孔出现偏移时确保及时回填材料再回冲。同时本工程对成孔偏移纠偏的处理方法也可为其他特大桥施工提供借鉴。