川滇金沙江特大桥干式旋挖桩成孔技术

王三文

摘要 金沙江特大桥云南岸桩基下穿岩层硬度较小，桩基下方钻探揭露岩芯溶孔、溶隙较发育，溶蚀现象明显，地勘资料显示桩基下方有多个全填充的溶洞；再加上云南岸施工场地狭小，考虑对周围环境影响小、水电需求较少、缩短工期等方面原则，提出了一种干式旋挖桩专项施工技术方案。采用旋挖钻机与钢护筒相互配合，完成相应的钻孔作业，再利用导管法完成混凝土灌注，并围绕着施工准备、测量放样、钢护筒埋设、桩中心轴线检查、钻进作业、成孔检查、钢筋笼吊装以及混凝土灌注等层面，梳理施工过程中应用的关键技术，实现对干式旋挖桩施工技术的精准控制。

关键词 桩基础；干式旋挖；钻孔；关键技术

中图分类号 U443.32文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0037-04

0 引言

近年来，随着我国基础设施建设的不断加快，桥梁基础施工经常面临着暗河、流沙、岩层、岩溶等复杂的地质条件。此外，在桩基施工中，易受到管理能力、周边环境、施工技术等因素干扰与机械设备的限制，许多学者对摩擦桩、端承桩进行了对比分析，明确了不同桩基施工方案下地层承载桩周围的摩阻条件，为桩基施工技术方案的选择提供了思路[1-5]。该文依托金沙江特大桥建设，介绍了云南岸主桥桩基础干式旋挖桩施工的关键技术，以期为同类型桩基的施工和技术管理提供参考。

1 概况

1.1 工程概况

金沙江特大桥主桥为1 060 m的单跨双塔钢桁梁悬索桥，四川岸无引桥，主桥直接与隧道连接，云南岸引桥为2×40 m的钢混组合梁，大桥全长为40 m。主缆跨度布置为：172 m+1 060 m+230 m。四川岸为隧道式锚碇，云南岸为重力式锚碇。主塔为门式钢筋混凝土桥塔；云南岸桥塔高为172 m，四川岸桥塔高为142 m。

索塔基础采用桩基加承台形式，单个承台平面尺寸为25.5 m×25.5 m，高为7 m。每个承台下布置16根直径3 m的桩基础，采用4×4行列式布置；按端承桩设计，桩顶段为钢管混凝土组合构造；桩间中心距为6.7 m、净距为3.5 m。现介绍云南岸主墩桩基础采用干式旋挖桩成孔的关键技术。

1.2 桩基地质概况

根据金沙江特大桥云南岸主墩桩基钻探资料以及地质调查，云南岸桩基下穿岩层为下伏上元古系震旦系上统灯影组白云岩、页岩和泥灰岩；岩体呈破碎状，白云岩（中风化）frk=34.5 MPa、泥灰岩（中风化）frk=29.5 MPa、页岩（中风化）frk=11.6 MPa。整体产状为背斜式，与桩轴线夹角为86.2 °。桩基下方钻探揭露岩芯溶孔、溶隙较发育，溶蚀现象明显，地勘资料显示桩基下方有多个全填充溶洞。

1.3 工程难点分析

（1）金沙江特大桥桥址区位于多条地震断裂带交汇处，地震烈度较大，近期地震活动频繁，一旦发生地震，将对施工造成极大影响。

（2）生活、生产用水困难，对混凝土拌制影响较大。

（3）云南岸主墩桩基桩径大，桩长较长，最长的桩长为56 m，超长桩基导致混凝土灌注时间长、方量大，在灌注过程中易出现混凝土初凝现象，造成导管堵塞、卡管等情况。

（4）永久性钢护筒直径高达3.35 m，最大长度为18 m，重量达41 t；桩基钢筋笼采用双层钢筋笼设计，内外层钢筋笼自重最大重量达105 t，安装难度极大。

（5）山区施工场地狭窄，场地布置较为困难。

2 桩基施工关键技术

2.1 施工方案与工艺流程

将多种桩基础施工方案进行比较，并进行了分析，确认该项目中的桩基采用干式旋挖桩专项施工技术方案。

干式旋挖桩原理。第一步：使用底部带活阀的桶式钻头，回转破碎的岩土，并将已破碎的岩土装入钻斗；第二步：使用钻机提升装置、伸缩钻杆，将钻斗提升到钻孔外进行卸土，如此循环往复，不断地提土、卸土，直至钻至桩孔的设计深度。

对于附着力好的岩土层，可以采用干式和清水两种钻孔工艺，两种钻孔工艺均不需使用泥浆护孔。但是，对于松散、易滑、易坍塌的岩土地层，或者地下水水位较高且分布广泛、桩孔孔壁不稳定的情况，则需在钻孔过程中采用静态泥浆保护桩孔孔壁，向桩孔内注入桩孔壁以保护泥浆（或稳定液）。

干式旋挖桩施工流程大致为：

（1）施工准备与测量放样。

（2）埋设临时护筒。

（3）检查桩中心抽线。

（4）钻机就位。

（5）钻孔。

（6）成孔检查。

（7）吊装钢筋笼。

（8）灌注混凝土。

根据施工现场的勘察结果，进行了桩基础间距的合理设计，并据此校核了单桩基础的承载力，确认了专项施工方案的可行性。

2.2 施工准备与测量放样

施工准备：对照项目设计合同、文件和图纸，对桥梁结构尺寸、标高等参数完成审核，编制桩基施工方案，并开展施工技术交底，组织施工管理人员进行安全教育培训。

测量放样：首先将采用的测量仪器放出桩中，钉桩；然后以桩心为圆心，拉线画圆，并撒上白灰，钻机就位、钻孔，其中单排桩、群桩位置的允许偏差分别为10 mm、20 mm；最后钢护筒安装就位，护筒中心与桩基中心的允许偏差＜50 mm。

2.3 埋设临时护筒及检查桩中心抽线

护筒选用厚度不小于10 mm的钢板制作；护筒内径宜大于钻头直径200～300 mm；护筒上部宜开设1～2个溢浆孔；护筒顶端应高出地面≥300 mm；护筒埋设一般宜为2～4 m。

埋设好护筒后，对护筒的垂直度、偏移分别进行校核，确保护筒垂直度＜1%，允许偏差≤50 mm。

2.4 钻机就位

（1）钻机本身带有水平调整装置，用来校核钻杆的垂直度。

（2）钻具类型包括：锥螺旋钻头、筒式钻头、取芯钻斗、捞渣筒、扩底钻头、旋挖钻斗等。

2.5 钻孔及成孔检查

（1）旋挖前应通知现场监理工程师及建设单位工程师，核对桩号及设计桩径、桩长与超前钻所对应的孔号，并记录冲孔的开始时间。

（2）采用间隔成桩的施工顺序。其中，新浇筑成型的桩基础与相邻桩基础孔的安全距离≥4倍桩径，或者成桩间隔时间≥36 h。钻机钻斗倒出的土石，距桩基孔口的最短距离应不小于6 m，并及时清除。

（3）在旋转钻机施工过程中，应始终确保钻机处于稳定、安全的作业状态。必要时，可以在施工现场增设钢板或垫板，以保证钻机的作业和安全行走。

（4）在钻进过程中应密切观察护筒是否移位，钻杆是否倾斜，一旦发现问题及时进行纠正。

（5）对钻进完成的孔（孔位、孔径、孔深等）进行检查，满足要求后进行下一步流程。

2.6 制作与吊装钢筋笼

2.6.1 制作钢筋笼

（1）加工钢筋笼：钢筋笼基本节长度为9 m，不足9 m的节段，则以实际测量的尺寸为准；钢筋笼节段之间采用直螺纹钢筋连接套筒的方式进行连接，每一截面上接头数量不超过主筋接头数量的50%，接头错开距离应＞35d（d为主筋的直径）；按设计要求的钢筋位置布置好箍筋，箍筋应与主筋连接紧密缠绕，将箍筋点焊在主筋上；桩基础的钢筋笼，应按设计长度划分节段，并标注编号，以保证钢筋笼相邻分段，能够在胎架上配对连接。钢筋笼定位架示意图见图1所示。

（2）安装声测管、垫块：按照桩基图纸，将钢筋笼绑扎定形后，在钢筋笼的内侧圆周布置声测管（桩径2.2 m桩径布置4根、桩径3 m布置6根）；每根声测管管路均用管箍进行连接，并焊接牢固。安装声测管时，垂直度容许偏差＜0.5%，应保持接缝处孔壁过渡的部位圆顺、光滑。声测管安装好后，在端口焊接2 m厚的铁皮进行封堵，以防止在施工时水泥浆等杂物流入声测管，堵塞声测管管路。

在安放过程中，应控制桩孔孔壁与钢筋笼骨架之间的净距，保证钢筋笼骨架的保护层厚度符合设计要求。根据设计要求，可采用5 cm厚的预制混凝土垫块。在布设垫块时，应沿着桩体横向圆周布置4个；沿桩基长度方向进行布置，间距为2 m。

（3）钢筋笼骨架存运：钢筋笼制成后，应标注钢筋笼段号与对接定位钢筋，拆开所有接头，将钢筋笼骨架运输至各桩；钢筋笼骨架在存运过程中，应在支撑箍周围安装等高垫木，防止钢筋骨架水锈污染、油污污染。

2.6.2 吊装钢筋笼

将钢筋笼分节，并按顺序吊放至桩孔内；调节各钢筋笼的位置，避免与桩孔孔壁碰撞，使钢筋笼稳定下放，并在钢筋笼顶部设定相应的位筋，与钢护筒焊接固定。钢筋笼吊装示意图见图2所示。

2.7 灌注混凝土

由于导管法浇筑无水或少水孔的混凝土施工工艺，具有可视性好、效率高、安全性好、质量可控、施工问题易处理等优点，可以大大节约施工成本，因此该项目桩基混凝土浇筑采用导管法，步骤如下：

第一步：拌制混凝土。

无水灌注法所采用的混凝土有特定要求，混凝土配合比应采用C35水下混凝土的配合比进行设计。

第二步：开球。

在初次浇筑混凝土时，管口应与桩孔底部保持有40～50 cm的距离，在开球时无须考虑导管的埋深，只要求连续供应混凝土，确保上层的混凝土一直处于未初凝状态。

第三步：控制浇筑埋深。

无水灌注桩混凝土的密实，主要通过自重与混凝土下冲力实现。在浇筑混凝土时，若导管埋深过大，则会导致导管外部混凝土因自重过大，出现翻浆困难的现象，产生堵塞导管；若导管埋深过小，上层混凝土会因导管内部灌注混凝土的冲击力过大，产生离析的现象，该方法的导管埋深应控制在2～5 m。

第四步：无/有振捣的转换。

在浇筑过程中，存在无/有振捣浇筑工艺的转换，这是因为在混凝土浇筑至桩孔口附近时，由于导管内部混凝土下冲的高差缩小，下冲力相应变小，而且导管外部混凝土埋深相应较浅，上层混凝土自重产生的压实力相应变小，导致桩孔孔口附近混凝土不能自密实，因此在干桩施工过程中，需要进行人工振动。

第五步：处理浇筑桩头。

桩顶混凝土浇筑属于桩顶浇筑区，是与上构（如承台）直接相连的关键部位。在浇筑过程中，需要精确把控，以保证后期桩头混凝土质量与下构的有效衔接。混凝土浇筑示意图见图3所示。

3 结语

通过该项目桩基的施工经验，考虑该项目的交通运输、不良地质、工程地质条件等条件，最终确认了钢护筒与干式旋挖钻机配合成孔的技术，并对干式旋挖桩在施工过程中的关键技术进行了详细梳理，最终促进了施工质量与桩基管理水平的协同提高。但现阶段桩基的研究成果主要集中在技术和管理方面，今后应注重质量保证体系的建设，加强施工过程的控制，全面推行“三检”制度，严格把控设备和材料关口，始终贯彻绿色文明的施工理念，为后续桩基施工提供良好的示范经验。

参考文献

[1]商治， 傅志强， 宗雷， 等. 岩溶空洞软弱地基稳定性分析与加固处理[J]. 施工技术（中英文） ， 2021（22）： 78-83+101.

[2]王鑫， 闫宇， 周生建， 等. 近海浅覆盖层中桥梁基础设计与施工关键技术[J]. 城市道桥与防洪， 2023（11）： 134-138+320-321.

[3]赵多苍. 跨海大桥大直径钻孔桩全回转钻机施工关键技术研究[J]. 铁道建筑技术， 2021（1）： 128-133.

[4]马辉. 公路桥梁桩基础钻孔灌注桩施工的关键技术研究[J]. 工程建设与设计， 2023（17）： 174-177.

[5]丛炳刚， 姜金凤， 王兆刚， 等. 高速铁路跨黄河大桥超百米级钻孔灌注桩成孔技术[J]. 施工技术（中英文）， 2023（13）： 49-53+59.