水中大直径钻孔桩施工

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。

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。

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