1.前言

    随着我国国民经济的发展，许多水上大型桥梁工程得以兴建，而目前大部分桥梁工程均采用钻孔灌注桩形式，钻孔桩也向着大直径方向发展。

    2.工法特点

    ①在裸露岩石的河床以及水深较深的淤泥质河床上搭设钻孔桩施工平台；

    ②解决在潮汐影响较大情况下，桩基础的施工；

    ③在有特殊环保要求的水中做好环保、水保工作；
   
    3.适用范围

    桥梁桩基础工程以及沿海临近房建、港口工程桩基础施工。

    4.工艺原理

    采用水中插打钢管桩的方法修筑平台，在平台上利用大扭矩钻机进行大直径成孔，下放钢筋笼、导管法水下灌注砼。

    5.施工工艺流程及操作要点

    5.1施工工艺流程

    修筑栈桥→平台施工→埋设钢护筒→钻机就位→钻孔→成孔→第一次清孔→安装钢筋笼和导管→第二次清孔→灌注水下砼。

    5.2操作要点

    5.2.1栈桥的修筑
     
     由于在晋江中修筑桥梁基础，且桥梁结构较为复杂，线路较长，水中又是该工程的关键控制工程，因此需要修建一座栈桥。该栈桥作为施工通道，只能通过轻型车辆和施工人员。

    5.2.1.1栈桥钢管桩基础施工
      
    栈桥位于桥址上游，宽度为3m，长为288m。采用φ529mm钢管桩基础，主梁为I40a和I36a工字钢，桥面为8mm厚钢板，两侧焊护栏加装安全网。在施工时对每根钢管桩进行测量放样，边放样，边打桩，打桩过程人为控制钢管最后偏差，保证其误差在±20cm之内。根据晋江水文地质资料以及承载力要求，钢管需伸入卵石土2m，但在个别地段桩位周围存在孤石或者桩位下面为裸露岩石的河床，导致钢管无法下沉至设计桩位，对于此种情况，我们将在靠近原桩位、同排桩进行加密，一般情况所打钢管桩均能满足要求。
       
    在栈桥钢管桩施工时，对于所有需加长的钢管桩，选用同规格型号的钢管进行焊接，焊接时先将两钢管接缝处满焊。待满焊结束后，再焊接搭接板，搭接板选用25cm×15cm,8mm厚4块钢板。焊接完成后必须将焊渣清除，保证焊缝无明显残留焊渣，无蜂窝。避免在栈桥使用中由于桥上通过车辆或平台打桩时的冲击力，对焊缝造成剪性破坏，同时保证工程结束后钢管可以顺利拔出，利于材料回收。

    5.2.1.2栈桥桥面施工

    钢管桩施工完毕后，需在两钢管桩内侧焊接剪力板，对角剪力板焊接槽钢作为剪刀撑，首先在钢管上割槽口，进行I36a工字钢架设，I36a架设时应注意工字钢与钢管的连接，用小钢板将工字钢卡住焊接，然后进行纵向I40a工字钢架设，在工字钢架设时应注意两工字钢的连接焊缝应错开布置，避免出现在同一截面上，连接时用40cm×35cm搭接板两侧焊接，先将两个工字钢接缝处满焊，随后用钢板搭接。在架设工字钢时应用水平管将所有的工字钢找平，保证上部水平。在栈桥施工完成后，在栈桥两侧焊接护栏和加装安全网。

    5.2.2平台的修建

    在对图纸上承台及桩基尺寸分析后，综合钻机尺寸，在经济实用的前提下，对平台进行施工，以下是施工时对平台的主要要求：

    ①钢管桩倾斜率在1%以内；

    ②平台高出最高潮水位至少2m。

    ③平台所铺方木要连接紧密，缝隙不得超过10cm。

    ④平台必须平整，各连接处必须牢固，各钢管桩之间焊接剪力板，用剪刀撑连接，增强整体性。

    5.2.2.1钢护筒的沉放

    钢护筒直径为2800mm， 采用8mm厚钢板现场卷制焊接而成，钢护筒每4节焊接为一个整体，焊接时采用双面焊，焊接完毕后，用煤油在焊缝处进行渗透性试验，以避免钻孔中钢护筒漏浆，对于有渗漏处应重新加焊。

    所加工的钢护筒要满足施工要求，即护筒直顺，不变形，护筒须保持一定强度，能满足护筒在转运，及吊装过程中的变形要求，其变形量应控制在5cm之内。钢护筒在沉入河床后孔的倾斜度应保证小于1﹪。

    护筒沉放时要竖直，中心位置偏移要满足规范要求，同时护筒沉放时要综合考虑桩基设计嵌岩要求，，并根据桩顶标高及晋江水文及地质资料控制护筒沉放深度；沉放过程当中应注意钢护筒的变形值，在钢护筒沉放过程中桩锤避免在同一处将护筒震动，应及时对称、交替沉放。在钢护筒打至最后一节时，若锤击10分钟之内，无明显下降，应停止沉放。对于裸露岩石的河床，我们先将钢护筒沉放至距河床20cm左右,然后待钻机就位后，在钻进过程中逐步将钢护筒打入要求深度。晋江中钢护筒深入河床以下大都在10m以上，由于河床地质较为特别，而且环保要求高，所以钢护筒打入深度较为保守。

    5.2.2.2平台承载力试验

    在第一个平台施工完毕后，必须对其进行静载沉降观测，观测时我们将大约50t钢板和钢管依次作用于平台上，并在平台上取6个点进行沉降观测，刚开始我们将10t钢材吊放在上面，进行12小时观测，每两小时观测一次，发现无明显沉降；待12小时之后，我们每12小时加吊装10t钢材，随后每4小时观测一次，再共计36小时之内将所有材料吊装到位，然后每六小时观测一次，共计观测72小时。在最后观测36小时内平台上6个点，平均沉降10mm，经过观测数据分析说明我们设计平台达到施工要求。

    5.2.3钻机就位

    采用JK-80型冲击钻机进行冲孔，钻机性能良好，钻锤重量不得轻于8吨，钻锤直径不得小于设计桩径。钻机安装后的底座和顶端要平稳，在钻进中不得产生位移，钢丝应与桩中心线要重合（允许误差2cm）。

    5.2.4钻孔

    在平台修建好以后，进行水中桩基础施工，我们设计的平台中，同时可以容纳两台钻机作业，由于本桥所处地段位饮用水源地，所以在施工中我们尽量减少泥浆的泄漏，主要的办法是把要打的桩基周围的钢护筒用溜槽连接起来，泥浆在两个或两个以上护筒之间进行循环；在水上由于平台尺寸限制，采用泥浆过滤器，及时用泥浆清运船运至指定地点，在钻孔过程中每次提锤时，应用清水将桩锤清洗，以免泥浆流落到江中。

    在平台桩基础钻进过程当中，一般都按照陆地上钻孔桩施工进行，但是由于河床地质复杂，在钻孔过程中会出现一些新的施工技术难题。比如，在打桩过程中护筒角泥浆泄露，都采用增加钢护筒的方法。

    在钻进过程中出现在钢护筒以下的砂层发生坍塌，但孔内泥浆未发生泄漏，在处理此项问题时我们主要采取以下几点：①首先必须使泥浆比重在1.4以上（终孔清孔前）；②采取低冲程慢速冲进，进尺一定要慢，以防止大面积塌孔而造成更多的泥浆泄漏；③在不漏浆时，塌孔以后也可以加入一定数量水泥，按正常速度冲进。
  
    在钻孔过程中很容易出现掉锤、卡锤现象，给施工带来了极大的困难，为了防止出现这种现象，节省开支，争取时间，须对桩锤进行防护：①在冲锤底部点焊钢筋箍（至少φ25），通过判断钢筋箍是否变形可以判断孔壁是否光滑，及时发现问题并及时解决；②为防止掉锤打捞得困难，在锤的中部还需要用钢丝绳予以固定，这样一旦掉锤或卡锤对于打捞与提出有帮助。

    在钻孔过程中，应将泥浆比重控制在1.25以上，由于河床以下砂层较厚，所以泥浆不能太稀而造成塌孔，如果塌孔可以加入一定量水泥进行护壁。

    5.2.5成孔

    5.2.5.1开孔时位置要准确，在整个钻孔过程中保证钢丝绳与桩中心重合（要求每次交接班时对钢丝绳进行对中校核，误差2cm）。
  
    5.2.5.2钻进作业要连续进行，钻孔记录要及时填写（正常钻进时时间间隔最多不超过4小时），还要随时控制泥浆稠度，要注意地层变化，在地层变化处均要捞取渣样（捞取渣样要求：地质变化处必须取样；正常钻进每2m取一次。对于嵌岩桩，接近微风化层时每0.5m取一次）。渣样提取后存放在小塑料袋中，并标明取渣时间、标高和渣样名称，以便查看，判明后记入记录表中并绘制地质柱状图。
  
    5.2.5.3钻孔深度达到设计孔深后（对于摩檫桩，孔深不得小于设计孔深；对于嵌岩桩，孔深至少超深设计孔深5cm，并要嵌入岩层设计深度），采用检孔器（直径2m，要求箍筋在外，竖筋在内，长度大于8m）对孔深、孔位进行检查，要求满足以下规范要求：孔位允许偏差50mm；孔径不小于设计值；倾斜度小于1%，符合要求后方可成孔。
  
    5.2.6第一次清孔

    在钻进至设计桩底标高后，进行清孔，由于孔内泥浆普遍存在含砂率较高，而无法进行加水清孔，我们可以加入一定数量的膨润土，然后加入膨润土量5%的纯碱进行清孔。

    5.2.7安装钢筋笼和导管
 
    钢筋笼的制作尺寸按照设计图纸进行，摩檫桩的钢筋笼长度按照设计图纸制作，嵌岩桩的钢筋笼长度按照实际孔深制作。由于钢筋笼较长，采用分段加工，钢筋笼经检查合格后方可允许安装，钢筋笼的接头采用单面搭接焊。主要要求：

    ①安装钢筋笼时含砂率不得大于10%，沉渣厚度不得大于20cm；

    ②在骨架外侧设置控制保护层厚度的垫块，其间距竖向为2m，横向圆周不得少于4处；

    ③焊接质量：焊接长度不小于10d，宽度不小于0.7d,厚度不小于0.3d，焊缝要饱满，焊渣清理干净，不得烧伤母材。同一截面的焊接接头数量不得超过接头总数的50%。焊条必须采用5字头；

    ④钢筋笼在吊装的过程中不变形；

    ⑤接头焊好经报检检查合格后方可入孔； 
   
    ⑥焊工必须持证上岗；
   
    ⑦钢筋笼的定位：控制顶面高程采用吊筋（吊筋长度=护筒顶标高-桩顶标高）；
    
    ⑧声测管要求高出承台底部50cm，采用四根声测管对称布置在钢筋笼内侧，并注满清水，接头出密封不漏水。
    
    钢筋笼安装完毕后安装导管，导管直径为300mm,导管事先必须要做水密试验，保证导管的水密性良好，在安装导管时应注意：丝扣处要刷洗干净并涂抹黄油，检查垫圈完好后拧紧，保证不漏水。安装导管的过程中要记录号安装顺序和长度，作为灌桩拆管的依据。

    5.2.8桩基砼灌注

    由于栈桥在设计上未考虑砼灌车通行，所以我们在灌注过程当中采用砼泵输送，管道采用φ180mm进行泵送。在泵送时，应注意砼骨料的级配，应根据设备上规定在符合规范的情况下选用级配合理的骨料进行砼拌制。

    本桥桩基砼设计为C30水下砼，灌注砼前所有的准备工作必须完善，主要包括：人员、设备全部到位，首批砼满足规范要求（不小于8m3），由试验室开出施工配合比，具备应急措施，原材料数量足够并检验合格等。以上的准备工作完善和泥浆的性能指标以及沉渣厚度达到规范和设计要求后方可开盘。
  
    首批砼拌和物下落后，砼必须连续灌注。导管埋设控制在3～6m之间，拆除导管时必须先测孔深，与实灌数量进行对比，确认无误后，现场根据技术人员的要求进行拆除。灌注砼要作好原始记录。主要要求：
   
    ①首批灌注砼的数量要满足导管首次埋置深度和填充导管底部的需要。导管提离底面0.2～0.4m，埋深1m，混凝土初灌量按下式计算：

     V=π/4D2（H1+H）+π/4d2h1

    式中：V——初灌量（m3）；D——实际桩孔直径（m）；H——导管埋深，初灌时不小于1—1.2m；H1——导管底口至孔底高度（m）；D——导管内径（m）；h1——孔内砼达到埋管高度时，导管内砼柱与导管外水柱压力平衡所需的高度即：h1=Hwγw/γ0   故料斗的容积不小于初灌量。

    ②砼的坍落度控制在18～22cm之间。

    ③计量设备准确，严格按照施工配合比进行计量。

    ④在灌注砼的过程中，禁止随意上下拉动导管，拆除导管时，要慢慢提动导管，导管的接头处不得用水冲洗，拆除的导管要集中堆放。

    ⑤整个桩的灌注要在砼的初凝时间前完成。

    ⑥为了保证桩头质量，超灌50～100cm。

    5.3劳动力组织
 

    6.材料与设备
 

    7.质量控制

    7.1钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法
 

    7.2桩的钢筋骨架允许偏差和检验方法

 

注：d为钢筋直径，单位为mm。
 

   
    7.3钻孔桩泥浆性能指标表
 

    7.4清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17～20s，灌注水下砼前孔底沉渣厚度，柱桩不大于5cm，摩檫桩不大于20cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

    8.安全措施

    8.1施工人员应认真贯彻执行安全生产规程中的各项规定，加强现场安全教育工作。增强职工的安全意识，建立安全生产交底制度，要针对施工内容进行交底，并作书面记录。

    8.2工程施工中，当班的项目管理人员，各工序责任人，应定期和不定期对施工的机械设备、测量计量仪器具的维护、磨损、连接和状态偏离等状况进行检查和技术复核。及时对机械设备进行保养、维修。

    8.3起重吊装设备使用前，均应按程序进行检查和试运转验收，确认合格后报监理鉴认批准再投入使用。

    8.4施工员起重工要对投入的起重吊装设备新旧程度、起重能力及司机的熟练程度有所了解，严格遵守“十不吊” 规定。

    8.5孔口用钢筋网片或木板铺盖，防止人和物掉入其中。对现场危险区、泥浆池周围设立防护栏，作为泥浆循环用的护筒周围拉上三角旗予以警示。

    8.6应制定施工现场用电安全措施，、安装、维修或拆除临时用电设施必须有证专业电工进行

    8.7施工现场所有电器设施都应做好接地保护。施工现场所有电线电览均应与平台做好绝缘保护。

    8.8电器安装全部完成后应试运转，包括对双电源的切换试验成功后才能正式使用。

    8.9施工用安全设施、设备，包括安全帽、安全带等劳动防护用品须经检查，验收通过准予使用。

    8.10在平台上施工时，平台周围要设置防护栏杆，栏杆要预备若干救生圈（带30米左右绳），施工人员要佩带安全帽、救生衣，要穿平底防滑软底鞋。实行每个班次至少清点一次

    8.11对于平台钻孔桩施工应有气象和海洋环境图，配备施工作业区和避风区范围之内的海图、潮汐表、航海和航行通告，每日收听气象预报并作好记录。

    8.12钻机在工作时，其导轨底部必须用枕木、钢锲垫实，防止钻机移位。台风来临时，钻机用钢丝绳拉住、将钻机与平台焊接固定或将钻机转移。

    8.13水上施工时，平台和运输船舶配备手机，昼夜保持通讯畅通，按规定显示有效的航行、停泊和作业信号。

    9.水保、环保措施

    9.1施工水土保持措施

    9.1.1认真学习贯彻国家、铁道部、地方政府、业主、监理工程师及合同条款有关水保法规及规定，明确本工程的水保要求，健全水土保持体系，把水保工作作为一项重要施工管理内容。

    9.1.2制定和落实水土保持措施，避免地面排水、水土流失造成水资源破坏及污染；

    9.1.3采取措施保证因施工生产的地面排水、水土流失及污染等不超过发包人要求规定的数值,也不超过适用法律规定的数值；

    9.1.4保证原有交通的正常通行和维持沿线村镇的居民饮水、农田灌溉等的正常使用；

    9.1.5在施工中做好施工弃渣的处理严格按批准的弃碴规划有序地堆放和利用弃碴,防止任意堆放弃碴降低河道的行洪能力和影响其他承包人的施工和危及下游居民的安全。

    9.2 水环境保护

    9.2.1根据地形、工程分布及施工部署，在施工中制定防水资源破坏、污染规划及实施方案。

    9.2.2施工前作好施工驻地、施工场地的布置和临时排水设施，保证生活污水、生产废水不污染水源、不堵塞既有排水设施。

    9.2.3布置大型临时设施时，不压缩河道，不破坏既有水利设施，保证排水畅通。

    9.2.4施工中产生的废泥浆，在排放前先沉淀过滤，废泥浆和淤泥使用专门的泥浆船运弃，防止遗洒，污染江面，防止污染工地区域水源。

    9.2.5施工中对弃碴场地按设计进行防护，随弃碴随防护，防止水土流失，保护水资源。

    9.3、临时工程水土保持措施

    9.3.1拌和站及职工驻地产生的废水，采用多级沉淀池过滤沉淀，处理达标后排入河道。污水处理的工艺流程为：污水→收集系统→多级沉淀池→沉淀净化处理→排出。

    9.3.2冲洗拌和站及沉淀中的废碴处理方案为：集中弃往设计指定的弃碴场，完工后统一对弃碴场进行复耕。

    10.效益分析

    10.1水上作业的大直径大深度钻孔桩，在利用钢管桩平台作为钻孔平台，其中钢管桩可以反复循环，可以在工程中进行摊销，减少施工造价，缩短工期。另外，可以利用平台的箱体结构，利用串联的钢护筒，改造成钻孔所需要的泥浆制备池和沉淀池，使的钻孔桩几乎不受风浪影响，类似于陆地施工。大直径大深度深灌注桩相对打入桩（钢管桩、钢筋混凝土预制桩）在基桩的高承载力及基桩使用寿命等功能方面具有一定的不可替代性效益，尤其对于大型桥涵主墩、辅助墩基桩方面更有利于实现工程设计的技术要求；

    10.2水中大直径大深度灌注桩的工程应用，除了桥涵引桥桩基具有上述效益外，对大型港口工程，以及一些临海建筑都有较广泛的应用前景。

    11.应用实例

    晋江特大桥全长4267.005m，其中有288 m位于水中，该段水中主桥基础采用φ2.5 m，桩长均在65 m的钻孔灌注桩，用了240天就顺利完成了栈桥、平台和桩基础施工。共计完成桩64根，桩基检测均达到I类桩。