马宁特大桥深水钻孔灌注桩施工技术的探讨
2017-09-04
1 工程概况
马宁特大桥是佛山市北�至均安公路主干线高赞至均安南沙段二标关键控制工程项目，为佛山市干线公路网中规划“纵五”公路主干线的一部分。全长1707米，桥梁下部结构为钻孔灌注桩基础、高桩承台、空心薄壁墩，上部结构及跨径组合为：16×30m[简支转连续小箱梁]＋3×50m[现浇连续箱梁]＋（76＋2×130＋76）m[续刚构]＋3×50m[现浇连续箱梁]＋17×30m[简支转连续小箱梁]。主桥上跨容桂水道，为广东省一级通航航道，桥位处水面宽约400m，水深10m～23m，三个主墩20#、21#、22#均为20m左右的深水桩基。
主桥主墩左右幅分开设置，每幅墩布置有6根D220钻孔灌注桩，桩顶标高0.2m、桩长45m～47m，为嵌岩桩，桩底嵌入微风化岩不小于5m。
2 施工方案及工艺研究
主墩水中桩基采取在墩位处搭建钢平台的方式施工，按照栈桥及平台设计图，于墩位处搭建平台，将20#墩平台与北岸相联、将21#、22#墩平台与南岸相联，预留20#至21#墩间水道通航，每个平台上布置2～3台冲孔桩机进行钻孔桩施工，钢筋笼在岸上集中制作、用驳船运至桩位处、用50吨浮吊起吊安装。钻孔灌注桩施工流程如图1所示。
2.1 施工场地准备
施工前应将场地平整好，以便安装钻机进行钻孔。在场地平整好后，按照设计图纸利用全站仪测放各钻孔灌注桩桩孔位置，并在桩周设置护桩。
2.2 钢护筒定位沉放
2.2.1 施工流程
平台搭建后，于平台上加工制作钢护筒定位导向架，用50吨浮吊起吊钢护筒置于导向架内，用振动锤振动下沉。
2.1.2 振动锤选择
按激振力(P)大于土的动摩阻力(R)减去钢护筒与振动锤自重(G)的和进行计算分析（即P>R-G），确定选择BDH-25型振动锤。
2.2.3 导向架制作与安装
导向架上下层导向之间的间距不小于5m，具有足够的刚度，在测量人员的指挥下，将导向架安装在平台上，并以电焊固定。
2.2.4 钢护筒下沉
钢护筒全长35m，于岸滩加工，上船运至桩位处，以50吨浮吊起吊送入导向架内，使其自由下沉，起吊船脱钩，起吊船吊起振动锤至钢护顶口，校正钢护平面位置和垂直度符合要求后起振下沉。
钢护筒下沉至上层导向口时停振，拆除上层导向口，再次振动下沉至下层导向口，拆除导向架，继续振动下沉直至设计标高处，并再次测量复核护筒位置。
2.3 钻孔灌注桩成孔
2.3.1 钻机选型
由于钢护筒入河床深度达14m，可有效抵抗钢护筒处局部冲刷，且入粘土层有1m，做好冲孔时泥浆制备与循环，可保证护筒底不至塌孔。根据在珠三角地区钻孔灌注桩施工经验，选择冲击成孔钻机进行桩基施工。
2.3.2 钻孔编号与施工顺序
各墩桩基编号详如图2所示，每墩布置3台冲孔钻机，按先左幅后右幅进行施工，各墩单幅桩基施工时，首轮三台桩机分别对Z20-1、Z20-4、Z20-5三根桩进行施工，而后再对Z20-2、Z20-3、Z20-6桩 基进行施工，其它各幅桩基施工顺序同此进行。
2.3.3 泥浆制备及循环
钻孔施工前首先在泥浆船上采用泥浆搅拌机搅拌膨润土泥浆,泥浆纯搅拌时间不得少于3分钟,新制泥浆经膨化24小时后方可使用,达到要求的泥浆利用3PNL泵泵送至钢护筒内,当钢护筒内泥浆性能满足施工要求后即可开孔冲进。
选用膨润土、分散剂、降失水增粘剂和聚丙烯酰氨等制浆材料制备符合表1所要求。
采用泥浆净化器进行除渣处理后的泥浆,满足指标要求的可进行重复利用,经多次重复使用的泥浆,如果指标降低,应采取措施进行调整,严重超标的应废弃更换。进行泥浆消耗量统计,测试出单根桩和每立方米成孔工程量的泥浆消耗量,以便更准确的为钻孔施工准备泥浆。
以邻近钢护筒作泥浆池，将待钻孔钢护筒与相邻钢护筒通过钢板制作的流槽相连，在作泥浆池的钢护筒内安装泥浆泵，将泥浆抽入待钻孔钢护筒内，钻孔内的泥浆经流槽流入相邻钢护筒内如此形成泥浆循环。
在泥浆流槽处安置存渣平台，冲孔进行中，安排专人在泥浆流槽内捞取钻渣，将钻渣存在平台上，待到一定量时再转入泥浆船上，从各孔内钻出来的钻渣必须经运输船运到指定地点处理。
2.3.4 钻机安装、调试及移位
钻机经船泊运至桩位处，用浮吊起吊安置在钢平台上，经测量、对中、调平后，将钻机固定在平台上。
在平台上放出桩中心护桩，钻孔过程中，每间隔一定时间要进行校核，发现偏位立即纠正。
2.3.5 钻进成孔
主墩桩基处，表层河床均为砂层，钻进前须在钢护筒内注满符合指标的泥浆，以小冲程冲进，随着进尺不断检查泥浆指标，当泥浆指标不符合要求时，要及时调整。
当钻进在钢护筒内进行时，要经常校正钢丝绳中心与桩中心偏差，及时纠正，防止冲锤碰撞钢护筒。
冲孔中要注意渣样的捞取，一般地质每进尺一米要取一次渣样留存，在进入不同地层交界处附近时要加大取样频率，通过渣样与地质勘探资料比对，绘制实际地质柱状图。尤其要加强接近进入弱风化或微风化岩时的取样工作，一旦进入弱风化或微风化岩，要及时通知监理工程师现场核实，并报设计单位，以共同确定桩基入岩深度，为下一步终孔提供依据。
2.3.6 清孔
孔深达到设计标高，孔径、竖直度符合设计及技术规范要求。终孔后立即进行清孔，清孔时以低稠度泥浆逐渐替换孔内泥浆，同时使用滤砂器，并以人工配合清除泥浆内岩渣，并确保清孔后泥浆性能符合表2。
2.4 钢筋笼制作与安装
主墩各桩基单根钢筋笼总重25吨左右，钢筋笼主筋由80根HRB400φ28mm钢筋构成，并且每二根沿纵向间隔180cm点焊成一束。钢筋笼螺旋筋为HRB400φ12mm。主筋可采用搭接焊、绑条焊、直螺纹连接、机械连接，但不论采用哪种方式都要符合技术规范要求。每个断面的接头数量不大于50%，相邻断面间距不小于150cm，在钢筋笼主筋数量发生改变的断面上下各150cm范围内避免出现接头。
钢筋笼经船运至孔位处，用浮吊起吊，按从底节到顶节的顺序逐一接长，在钢护筒两侧堆码砂包，砂包高出护筒10cm，砂包顶横置一条28号槽钢，先将底节钢筋笼放入孔内，用两根钢扁担将底节钢筋笼搁置在槽钢上，再吊起上一节钢筋笼，缓慢下放并通过人工转动使之与孔内钢筋笼主筋对齐，然后逐一连接，连接完成后连同底节钢筋笼吊起，取出钢扁担，将钢筋笼下放，如上法连接各节钢筋笼。钢筋笼是悬吊在孔内，钢筋笼底距孔底20cm，为保证钢筋笼在孔内居中，除在钢筋笼周围安装有定位钢筋外，在钢筋笼顶部加筋箍四周对称焊8根φ28mm钢筋，使之支撑在钢护筒壁上。
2.5 水下混凝土施工
2.5.1 灌注混凝土
水下混凝土灌注是钻孔灌注桩的主要工序，也是影响桩身质量的关键，要通过试配确定满足强度、和易性、流动性及胶凝等要求的混凝土配合比,灌注前要仔细测量沉渣，只有沉渣厚度满足设计及规范要求时，才能进行灌注施工。
导管采用壁厚12mm、内径280mm的无缝钢管，螺纹连接，且导管须经水密试验验证不漏水，考虑扩孔因素，主墩单根钻孔灌注桩混凝土方量约200m3，采用泵送混凝土灌注，预计灌注时间7小时。
经计算首盘混凝土方量10m3，为避免首盘混凝土灌注时孔内泥浆上涌，污染江水，灌注前将孔内泥将抽出15m3左右。
采用剪球法灌注水下混凝土，用双层编织袋包裹混凝土、用8mm铁丝捆绑牢固，成圆球形，外径比导管内径略小，空隙用编织袋堵塞，阻水球安置在导管口下30cm左右，铁丝绑扎在上方吊钩上，与导管口同轴。
利用冲孔桩机卷杨机提起灌浆斗，将灌浆斗与导管相连，连同灌浆斗与导管一起放入孔内，确认导管底接触孔底，做好标记，再将导管提高40cm，拉紧卷杨机手刹。
将储料斗安置在灌浆斗一侧，出料口对准灌浆斗，先将混凝土注满储料斗，再注满灌浆斗，用钢丝钳剪断阻水球铁丝，待灌浆斗内混凝土面下降1/3时打开储料斗出料口闸门，使储料斗内混凝土快速流入灌浆斗内，并连续不间断地灌入孔内。
灌注过程中，导管埋深不大于6m，每次拆管后导管埋深不小于3m，以确保导管不至被拔出混凝土面。
主墩钻孔灌注桩顶设计标高位于承台底面上20cm，为保证桩顶质量，混凝土灌注高度要高出桩顶设计面不小于150cm。
平台上灌注混凝土示意图如图3所示。
2.5.2 水下混凝土灌注过程中应注意的问题
（1）混凝土灌注前，料场合格的砂、碎石、水泥、外加剂等材料不少于设计用量的2倍。
（2）对混凝土拌合机械、输送泵进行检查、维护，保持性能良好。
（3）严格控制进行储料斗内混凝土的坍落度，坍落度太小，混凝土流动性差，易造成堵管。坍落度太大，混凝土易泌水离析，也会造成堵管。
（4）严格按设计配合比投放外加剂，避免混凝土提前初凝造成堵管。
（5）灌注过程中，应不时上下缓慢提升导管，避免导管埋置太深混凝土初凝后提不动或混凝土假凝而堵管。
（6）供电设备、混凝土拌合设备和泵送设备必须是双套，防止机械故障造成断桩。
结语
钻孔灌注桩技术以其适应强、抗震性能好、操作方便、施工安全等优点被广泛地应用于跨径桥梁建设工程中。然而，钻孔灌注桩施工工序繁多，隐蔽性强，且大多在水下施工，这进一步增加了钻孔灌注桩施工的难度。因此，对钻孔灌注桩的施工工艺要求和质量控制显得尤为重要。
参考文献
[1]高大钊,赵春风,徐斌.桩基础的设计方法与施工技术[M]．北京：机械工业出版社.
[2]黄楚周.桥梁工程中钻孔灌注桩基础施工技术探讨[J].山西建筑.
[3]林兴刚,郝伟,韩夏冰等.某高架桥大孔径钻孔灌注桩施工技术研究[J].施工技术.
[4]刘耀东,余天庆等.深水超长大直径钻孔灌注桩施工关键技术研究[J].华中科技大学学报(城市科学版).
