紫阳港汉江大桥主墩深水桩基础施工关键技术

紫阳港汉江大桥主墩深水桩基础施工关键技术

张闫岗

陕西建工机械施工集团有限公司 西安 710032

【摘 要】本文结合紫阳港汉江大桥主墩深水桩基础施工实践，重点介绍了3#、4#主墩钻孔施工平台的搭设、钢护筒的制作、钻孔灌注桩成孔、钢筋笼制作与安装、水下混凝土灌注等施工工艺技术。

【关键词】钻孔平台 钻孔灌注桩 施工技术

一、工程概况

紫阳港汉江大桥位于陕西省紫阳县城，大桥横跨汉江，为将南岸规划新区与北岸主城区连接起来而建设。大桥工程全长333.48m，主桥为三跨（66m+120m+66m）预应力混凝土连续刚构，主墩为深水基础，分别为6根Φ2.0m、桩长为40m桩基。本工程桥址处于安康火石岩电站水库倒灌水位影响范围内，桥位处水深25-40m,河面宽度200-300m。主要地层为淤泥、粉砂、含碎石淤泥、卵石、强风化炭质板岩、中风化炭质板岩，强风化辉绿岩、中风化辉绿岩。

二、平台设计及施工

1、平台设计：桥梁深水桩基础, 深水环境对它产生许多直接作用, 而且对其设计理沦和施工技术都有影响。不论是基础类型选择、基础埋深确定、外荷载或作用力的计算及地基承载力与沉降量确定等问题,均与其有关。紫阳港汉江大桥梁深水基础在设计与施工时,必须将水的流速、水的深度及由深水所引起的其他约束条件联系起来综合分析,并采取相应措施。该桥主墩位于常年有水的库区,施工时受洪水、通航、大流速和冲刷的影响,因此,主墩桩基础施工采用固定钻孔平台该平台。该平台由钢管桩、护筒、平联及斜撑、贝雷梁、上分配梁、下分配梁和面板组成。钻孔平台采用Φ1000mm钢管桩固定。

2. 钢护筒的制作。钢护筒在钢结构加工厂内制造,采用6mm 钢板卷制而成,钢板卷制方向与钢板的轧制方向一致;为利于钢护筒下沉，设置了30cm底口加强板，并开刃脚。根据浮吊的性能, 将护筒分为5节,共44米长,打入土中约 13米,护筒对接处切割成45#坡口,两个护筒对接在一起时开成90#坡口。

3、固定钻孔平台的搭设。3#、4#墩钻孔平台长31m，宽12.5m，标高为332m。上部结构为贝雷型钢结构，下部为钢管桩和钢护筒组合结构。钻孔平台采用20t浮吊及驳船、平板船配合搭设平台。浮吊上设ф1000 mm 钢管桩简易导向装置,利用浮吊并用振动锤振动打设钢管桩，钢管桩按从上游侧到下游的方向打设。每打设一根钢管桩，立即进行相邻粧间平联安装，使钢管桩形成整体。钢管桩打设完毕后进行上部结构安装，在后场加工完毕后运至现场直接吊装。桥梁纵梁采用贝雷片组拼而成，贝雷片纵向用贝雷销联结，横向用45型定型支撑片联结，为增加贝雷梁稳定性，用角钢做U型卡，通过倒扣的方式将贝雷梁与钢管桩连接成整体，同时将贝雷梁与下分配梁通过点焊的方式连接，增加稳定性。分配梁与分配梁之间采用点焊连接，贝雷梁和分配梁之间采用钢板及U型螺栓连接。面板采用10mm花纹钢管铺装，钢板与上分配梁之间点焊连接。桥面采用小钢管（直径4.8cm）做成的栏杆进行防护，栏杆高度1.2米，高度方向设置两道横杆。钻孔平台搭设完毕后，利用浮吊配合120振动锤进行钢护筒下沉，钢护筒入土深度不小于10m，按照从上游到下游的顺序进行。每完成一根钢护筒，立即与钢管桩进行平行连接。以此类推，直至打完6根钢护筒，形成水上钻孔平台。

3. 钻孔灌注桩施工技术

1、钻孔准备工作

1.1、注浆加固处理

由于钢护筒底位于砂卵石层 ,在钻进过程中穿越砂卵石层时间较长,为避免流沙、塌孔等病害发生，采用钻孔注浆加固方案。注浆孔布置在单一群桩孔外围,孔距2m ,正方形布孔。在钢护筒平台钻机定位后, 从钻孔施工平台下入<128 套管到河床底固定。在套管内跟管钻进到淤泥层底并进入强风化岩石0.5 m,固定套管,开始注浆。待凝6h ,扫孔、钻进3m注浆，待凝、扫孔、钻进、注浆循环至卵石层底部,最后回收套管,钻机搬往下一个孔位。

1.2钻机选型

根据地层情况和钻孔孔深（孔底距平台面60m）的特点，钻孔桩穿过淤泥层、粉砂层、卵石层和强各种风化岩层。确定钻机选用JP-8型冲击钻机。钻孔平台计划最多同时布置2台钻机，布置原则为相邻行列不同时布置。

钻机采用浮吊吊放至钻孔平台钻孔位置，安装就位。就位时利用在钢护筒上设置的四个控制点用十字交叉法找出桩中心，使冲击锤中心与桩中心在同一竖直线上，其偏差应小于2cm。钻机就位垫平后，用四个定位卡将钻机底座与钢护筒及施工平台固定，做到钻机安装水平稳固。

1.3 泥浆制备与循环

采用黄黏土造浆护壁,泥浆添加聚丙烯酰胺,钻进过程泥浆比重控制在1.35～1.45 之间 ,粘度控制在22Pa·s～30Pa·s 。利用相邻孔口护筒作为钻孔泥浆的造浆池

,由于汉江水位落差大、变化无规律 ,考虑水位急涨急落水头调整不及时造成安全隐患及反复割焊钢护筒操作困难,不设置连通管,采用大型泥浆泵进行泥浆循环;钻孔中的钻渣通过正循环悬浮,孔内泥浆泵抽至钻孔平台上,通过泥浆分离器,泥浆进入泥浆护筒,再通过泥浆泵泵送至孔底钻头进行循环。同时在水中设置一条泥浆船,负责钻渣的清理和外运,由运输船运输至指定位置弃置。钻头内的水头高度通过泥浆泵进行调节,随时监控护筒内外水位标高,始终保证正在钻孔的护筒内水头高度比江面高1.5 m～2.0 m 。

2、钻孔施工

2.1 成孔顺序

遵循相邻孔不同时钻进的原则 ,保证钻进时护筒跟进不影响水中平台使用 。

2.2钻进控制

钻孔桩钻孔分成三个阶段进行：钢护筒内的钻进阶段、钢护筒外的钻进阶段和清孔验收阶段。钻孔顺序按间隔跳钻的原则防止坍孔和穿孔的发生。

（1）钢护筒内钻进阶段

开始钻进时，进尺适当控制，特别是钻进到护筒下口位置时，慢速钻进，每小时进尺控制在0.5~0.8m左右，使护筒下口有坚固的泥皮护壁，防止钻头在提拉过程中对钢护筒下口产生破坏，然后在护筒内造浆。

（2）钢护筒外钻进阶段

当钢护筒内泥浆的各项技术指标符合要求后，开始钻进。钻到护筒底 50 cm～100 cm 时,停止钻进,在孔底投入1t左右的水泥,锤击搅拌均匀后，提起钻头，提高护筒内水头2 m，然后静置20 h左右,进行护筒加固即让水泥浆进入裂隙防漏。在砂及卵石夹土等松散层钻进时,按1∶1投入黏土和小片石(粒径不大于 15 cm) ,用冲击锤小冲程反复冲击 ,使泥膏、片石挤入孔壁 ,必要时反复冲击2次～3 次。钻孔过程中如遇到异常情况需停钻时,提出钻头,并增加泥浆比重和粘度,保持孔壁稳定。钻头出护筒3.0-5.0m后恢复正常钻进速度。钻进过程中要经常注意土层变化，每进尺2m或在土层变化处应捞取浆样，判断土层，记入钻孔记录表，并与地质柱状图核对。

当钻孔接近设计标高后，应放慢钻进速度，并随时进行孔深测量，同时对全孔上下进行扫孔，当达到设计孔深后，对成孔的孔深等进行精确测量（将测绳提出，用钢尺进行精确标定），确定满足设计要求后，进行清孔作业。

（3）清孔验收阶段

钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、中线进行检查，符合设计及规范要求后方可清孔，清孔采用换浆法进行。清孔时将钻锥提离孔底15cm左右，并保持泥浆正常循环，以中速将相对密度1.15～1.20的较纯泥浆压入，把钻孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出。直至泥浆的各项指标要求并经检验合格后，可提钻进行下一道工序。

当清孔泥浆指标达到要求后，开始下钢筋笼，在吊入钢筋骨架、安装完导管后,再次利用导管清孔2－3小时进行循浆，检测泥浆比重、含砂率、泥浆粘度及孔底沉淀厚度是否满足要求，如超过规定,应继续进行清孔,符合要求后方可灌注水下砼。在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止坍孔。

3、钢筋笼制作及安装。

钢筋笼在钢筋加工棚内分节制作，现场分段对接，钢筋笼标准分节长度为9m。具体长度根据钢筋笼总长度、加工钢筋长度及现场吊装设备情况确定。钢筋笼加强箍筋处加焊临时十字支撑，以增强其刚性，并在吊放过程中依次拆除。钢筋笼分节对接采用单面焊，焊接长度不小于10d的搭接，并且保证各节钢筋笼在同一竖直轴线上。钢筋笼下放至设计标高后，定位于孔中心，将主筋或其延伸钢筋焊在护筒上，以防骨架在浇注混凝土时上浮及移位。入孔后牢固定位，容许偏差不大于5cm，并使钢筋笼处于悬吊状态。

4、水下混凝土灌注

混凝土由拌合站集中拌和后,采用混凝土运输车运输至岸边,混凝土直接放料到混凝土输送泵内,泵送灌注至孔内。成孔检查合格后，导管直径为30cm左右，采用丝扣连接，安装经过水密试验的导管。在砼灌注前，应储备足够数量的砂、石料，水泥，以保证施工的连续性。根据计算的混凝土初灌量，考虑到施工差别在工地加工比计算初灌量多约1方左右容量的混凝土储料漏斗，直接架设在护筒顶口上的工字钢梁上，保证首批混凝土灌注后导管不小于1m的埋深。混凝土首批灌注后继续连续灌注，在灌注过程中，导管的埋置深度一直控制在2-6m。灌注的桩顶标高高出设计标高约1m。混凝土灌注过程中，应保持孔内水头。水下混凝土的塌落度以18～22 厘米为宜，并有一定的流动度，清孔后灌注水下混凝土的工作应迅速，防止塌孔和泥浆沉淀过厚。每根桩灌注时间不应太长，尽量在8小时内连续灌注完毕，必要时加缓凝剂，以防止顶层混凝土失去流动性，提升导管困难。灌注水下混凝土前和灌注过程中应填写检查证并做好施工记录。

结束语

实践证明深水桩基础特别是桩深达到40 m以上的桩基础钻进采用反循环钻机进行施工是好的方案选择

, 效率比正循环钻机钻进高得多，而且可大大减少了断桩的可能, 保证了成桩的质量。深水桩基础施工中由于孔深，水压大，灌注砼前对导管必须做水密性试验和承压试验。下放导管时要认真检查每一个接头有无密封圈，防止接头间橡皮垫被导管内高压挤爆导致进水。

参考文献

[1] 贺茂生 杨雪瑞，紫阳港汉江大桥3#、4#主墩水中钻孔平台施工图设计；中交第二公路工程局有限公司 2011 1-26.

[2] JTJ F80/1-2004,公路工程质量检验评定标准[S] .

[3] JTGF50-2011,公路桥涵施工技术规范[S] .

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