粉砂地層大直徑深長水中樁基施工技術

杜超DU Chao

（中鐵十四局集團第三工程有限公司，濟南 250000）

0 引言

隨著我國工程技術水平的不斷提高，黃河上的橋梁跨度越來越大，大直徑深孔樁基的應用愈發廣泛。但黃河下游為沖積河道，地質條件較差，粉細砂、粉土地質條件下樁基施工質量控制難度更大，容易發生夾泥、塌孔、縮頸、斷樁等質量問題。

1 工程概況

東津黃河大橋主橋為雙塔雙索面鋼-混組合梁斜拉橋，孔跨布置（50+180+420+180+50）m，雙向六車道，主橋橋面寬34m。

19#主塔墩位于黃河主河道，樁基直徑2m，設計樁長112m，最大孔深130m，為大直徑超長水中灌注樁。鋼筋籠總長113.5m，主筋采用φ32mm螺紋鋼雙筋設計，最大總重量達32t，每套鋼筋籠分為10節，每節間連接方式為機械連接。

19#主塔位于黃河主河槽內，汛期最大流量5210m3/s，最高水位12.4m，河床最大沖刷深度12m。

黃河為粉砂粉土地質，土質松散、孔隙比大、遇震動易液化、穩定性差，樁基施工范圍土層無較好持力層，抗沖能力弱，施工難度大，需采取有效的措施來保證樁基施工質量（見圖1）。

圖1 地質情況及標高位置（單位m）

2 工程難點分析

①主塔樁基鉆孔深度130m，樁基垂直度和成孔質量要求高。且黃河內地質情況復雜，含砂高、不可控因素多，鉆孔施工難度大。

②水中大直徑超長護筒打設的垂直度控制及護筒在粉砂河床的抗沖刷穩定是一個重點。

3 主要施工工藝及質量控制要點

19#墩水中樁基施工采用反循環成孔工藝，搭設鋼平臺并打設36m直徑2.4m鋼護筒施工。利用鋼管串聯護筒、平臺上二級沉淀循環泥漿箱形成泥漿循環管路，泥漿采用優質膨潤土造漿。場內加工鋼筋籠，100T履帶吊孔口下放安裝。混凝土為導管法水下灌注。

3.1 施工平臺搭設

鋼平臺總體尺寸96*48m，分為2部分，分別為周圈支便橋和樁基施工平臺（見圖2）。

圖2 施工鋼平臺平面布置圖

樁基施工平臺區域，基礎采用φ630×8mm打入式鋼管樁，架設貝雷梁，橋面板采用30cm間距的I25a工字鋼及8mm花紋鋼板組成的整體式橋面板。孔口設計通用的可移動式橋面板，當樁基完成時可將下根樁基的孔口橋面板移至上根樁基頂口，可實現孔口橋面板輪流調換，此方法安全高效，施工便橋設計荷載12m3砼罐車、100t履帶吊+35t吊重。

3.2 垂直度質量控制

3.2.1 反循環鉆機的應用

參照以前黃河工程施工經驗，樁基主要采用正循環鉆機，鉆孔速度慢，護壁效果好；泥漿比重大泥皮厚易降低樁周摩擦力，泥漿比重及含砂率難控制，清孔時間長且清孔質量差，對于本工程而言成孔至灌注之間時間越長危險系數越大；同時該鉆機鉆桿較柔，對于超百米深長樁基垂直度很難保證。反循環鉆機護壁效果稍差，但成孔速度快，動力排漿，泥漿攜渣能力強，可吸取孔底的粒狀鉆渣，清孔效果好。護壁泥皮薄，但不影響護壁質量，且對樁基摩擦力影響較小，反循環鉆機滿足樁基質量要求，為縮短鋼平臺使用周期，保證施工工期，故選用反循環加雙護圈三翼刮刀式鉆頭進行樁基施工。

3.2.2 鋼護筒施工

19#主塔樁位所處位置河流湍急沖刷大，采用加長護筒，長度36m，直徑2.4m，鋼板厚14mm，護筒頂標高17.5m，底標高-18.5m，河床頂標高+6m，河床以上11.5m，入土深度24.5m。鋼護筒頂面與貝雷梁頂齊平，保證鋼護筒打設完成后可恢復橋面板，鋼護筒采用120型雙夾具振動錘配合100t履帶式起重機打設。過程中采用導向架進行鋼護筒定位，主要控制護筒垂直度及平面位置，導向架總長6m，平臺以上2m，平臺以下4m，導向架安裝定位時確保導向架自身垂直且平面偏位小于3cm并與橋面板進行焊接固定，護筒打設過程中用全站儀進行十字交叉測量保證護筒垂直度，經復測護筒傾斜度均小于1/130，平面偏差均小于30mm。

3.2.3 施工過程控制

鉆機就位前進行樁位復測，就位后再次對鉆機中心進行復測，控制樁基平面位置偏差，鉆機完成就位完成后用水平尺進行鉆機垂直度與水平度檢查，在鉆進過程中需經常對鉆機垂直度及水平度進行檢查，以控制鉆孔質量。通過樁基成孔質量檢測儀對樁基進行檢測，垂直度較好。

以往檢測鉆孔成孔質量常用的是下放探孔器的方法，此法存在精確度低、易破壞孔壁泥皮、時間長等缺點。此次樁基檢測采用JL-IUDS（C）智能超聲成孔質量檢測儀，可實現自動檢測孔深、孔徑變化及鉆孔傾斜度，具有不破壞護壁泥皮、精度高、信息反饋快、指導施工及時等優點，經檢測樁基垂直度均在0.3%以內。

3.3 鉆孔泥漿含砂率控制

因本工程地質的特殊性，對泥漿性能要求較高，鉆孔過程中，高性能的泥漿是保證成孔質量的必要條件。采用優質膨潤土進行造漿，開動鉆機進行泥漿循環，在制作過程中往泥漿內加入適量堿以調節泥漿稠度，制作完成后需經過漿液各項指標的檢測，達到規范要求：相對密度＜1.05、黏度20Pa·s-22Pa·s之間，含砂率＜0.3%后方可進行鉆孔施工。

為方便施工時泥漿的沉淀和儲存，每臺鉆機各配一個泥漿箱，長9m寬4m高2m，分為長7m寬4m的沉淀區與長2m寬4m的回流區兩部分，兩區域用鋼板隔開且鋼板高度比泥漿箱矮50cm，保證沉淀后的泥漿可溢流至回流區，回流區外側下端割出直徑40cm孔并安裝管路通至護筒內用于泥漿回流。

開始鉆孔，孔內泥漿攜帶著鉆渣通過反循環泵吸進入泥漿箱沉淀區，在泥漿箱內沉淀經過二級沉淀后通過循環管路回流至孔內，在泥漿箱沉淀后的鉆渣通過挖機裝至渣土車內運至棄渣場。每2m或地質變化位置留存渣樣，現場根據渣樣情況及時調解泥漿比重。

本工程樁基為大直徑深長樁基，控制含砂率是關鍵，含砂率控制不到位將導致孔內沉淀過厚無法下放鋼筋籠、也會增加二清時間及難度。在樁基一清過程中利用泥沙分離機，將孔內泥漿含砂率降低至1%以內，最大程度減少后續泥漿沉淀，降低對下道工序施工的影響，保證樁基的成孔質量。

樁基二次清孔采用氣舉反循環法進行清孔，通過空壓機往導管內通入高壓氣體，在導管內混合器底端形成負壓，下面的泥漿在負壓的作用下上升，并在氣壓動量的聯合作用下，不斷補漿，上升至混合器的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼續上升，從而形成了流速、流量極大的反循環，攜帶沉渣從導管內反出，排出導管以外，經過泥漿過濾，再將過濾后的泥漿返流回孔內參與泥漿循環，清孔過程中必須始終保持鉆孔樁內的原有水頭高度。

氣舉反循環清孔換漿速度快，清渣效果好，尤其對于大直徑深長樁基清孔效果顯著，此類樁基一般3-4小時可達到灌注條件。

3.4 鋼筋籠施工質量控制

3.4.1 鋼筋籠加工

鋼筋籠采用節段匹配進行加工，按設計要求加工完頂節鋼筋籠后，將頂節鋼筋籠前移，在后方按照涉及間距放好加強圈并固定，將第二節鋼筋籠與第一節鋼筋籠主筋用套筒進行連接并將主筋焊在放好的加強圈上，再解開套筒連接將第一節放置滾焊機上焊接外箍筋，將加工好的第二節鋼筋籠前移，如此循環將整套鋼筋籠加工完成，過程中嚴格控制主筋間距及與上節鋼筋籠接頭對接精度，鋼筋籠焊接過程中檢查其各焊接點，嚴格控制各焊接點的焊接質量，吊點位置需著重加強焊接。現場鋼筋籠制作完成后，每節鋼筋籠上綁扎標簽，并注明樁號、鋼筋籠編號、鋼筋籠長度。鋼筋籠采用三角支撐橫向加固，每隔4m一道，防止鋼筋籠存放和運輸過程中發生變形。

3.4.2 鋼筋籠吊點加固

為提高孔口鋼筋籠安裝時的吊裝安全，在鋼筋加工過程中每節鋼筋籠吊裝點位對稱增焊了兩個U型鋼筋及在穿杠位置加強圈上方焊接豎向短鋼筋頭加強吊點強度（鋼筋頭無法提前預測位置的，可在安裝時穿杠穿入前焊接，但必須保證焊縫質量）。保證鋼筋籠安裝完成后鋼筋籠在護筒內的定位準確，樁基鋼筋籠頂節頂端上下2m位置對稱焊接8個定位耳筋。

3.4.3 鋼筋籠孔口懸掛裝置

鋼筋籠為雙筋設計，在實際加工過程中為方便螺紋套筒施擰，雙筋之間間隔2cm間距，因鋼筋籠較重，孔口尺寸大，一般穿杠易變形且重量大，不方便施工，因此根據現場實際自制鋼筋籠吊具（見圖3），此類吊具環形穿杠可承受荷載大且方便現場實際操作、可將鋼筋籠穩定地懸掛在孔口。

圖3 鋼筋籠吊具

鋼筋籠頂頂端伸入承臺部分的主筋采用直徑5cm，單根長1.5m珍珠棉套筒包裹，方便后期樁頭砼的破除（見圖4）。

圖4 樁頭珍珠棉包裹

3.5 混凝土灌注過程質量控制

3.5.1 混凝土澆筑

儲料斗需有足夠的容量，樁基孔深130m，樁徑2m，即混凝土的貯存量應保證首批砼灌注后，使導管埋入混凝土的深度不小于1.0m，經計算首盤砼最少為8.56m3，實際施工首盤封底砼施工定為13m3。選用可裝4m3混凝土的大料斗，首盤灌注時用第一臺罐車將大料斗放滿，然后調用第二輛滿載的罐車進行封底，保證一次性封底混凝土方量大于13m3。

灌注前導管下端距離孔底30cm，按照規范要求澆筑過程中導管埋入混凝土的深度應控制在2-6m以內，因大直徑深長樁基，混凝土方量較大，混凝土灌注時間較長，存在諸多不確定因素（如：泥漿沉淀過厚、混凝土浮漿較厚等因素導致灌注過程中測量混凝土頂面不準確）在不影響導管拔出的前提下，導管埋深宜控制在6-9m之間，保證樁基混凝土完整性。

3.5.2 樁頭混凝土質量控制

樁基樁頭埋深18m左右，樁頭較深，傳統方法無法控制此類樁頭標高，經過研究，制作出適用于深埋樁頭混凝土質量檢查的一種新型組合式撈渣器。

面接近樁頂標高時，將小錐斗放入大錐斗內填充大錐斗空間，避免下放過程中沉渣提前將大錐斗填滿，大小錐斗分別拴上測繩一起順入孔內，在此過程中小錐斗牽引繩無需受力，跟隨大錐斗一起下，當到達撈取位置時先將小錐斗提出，大錐斗便可撈取當前所在位置的泥漿或混凝土，記錄好當前取出渣樣位置的標高后慢慢提出孔外，檢查錐斗內渣樣情況，通過觀察渣樣情況，錐斗內如有石子，則撈取標高上提30cm再次測量，如此循環，直至撈出無石子的渣樣，確定出混凝土頂面與泥漿面交界位置。如無石子，則撈取標高下降30cm再次測量，如此循環，直至撈出有石子的渣樣，確定出混凝土頂面與泥漿面交界位置。上下多次測量。樁頭超灌高度可控制在50-80cm高度。

可提前確定混凝土頂面標高及樁頂混凝土質量，不但在保證樁頭質量的前提下最大程度地減少混凝土的浪費，還避免了多次補方，縮短了灌注時間。

4 結束語

在樁基施工過程中通過采用深長護筒、護筒導向架、泥沙分離機、氣舉反循環清孔、超聲波檢孔儀控制了樁基的垂直度，降低了泥漿含砂率，減少了對孔壁的擾動，保證了成孔質量，在樁基灌注過程中采用自制撈渣器，減少了混凝土浪費，保證了樁頭質量。東津黃河大橋19#主塔樁基工程歷經66天施工完成，效果較好，超聲波樁基檢測100%為1類樁基，為以后的黃河樁基施工積累了寶貴經驗。