水下钻孔灌注桩施工技术研究

摘要：水下钻孔灌注桩承载能力高，沉降量小，被广泛应用于跨河桥梁施工中。本文详细介绍了黔江特大桥主桥水下钻孔灌注桩的施工工艺及流程，分析并解决了水下钻孔灌注桩的施工难点，为今后类似工程的施工积累了一定经验。

中图分类号：U443.15 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

黔江特大桥位于广西来宾市武宣县城南，横跨黔江，桥轴线方向与水流方向交角为85°。主桥全长412m，结构形式采用106+200+106m预应力混凝土变截面箱梁连续刚构桥。该桥3#、4#主墩为双薄壁墩，且均位于水中。基础采用15桩承台，桩径2.5m，桩长27.5～33.5m，入岩深度为10.09～14.39m。

根据该桥的地质资料，桥位处河床无覆盖层。基岩为灰色中风化白云岩，质地较硬，岩层整体较为完整，局部存在破碎现象。岩体承载力容许值为2500KPa，饱和单轴抗压强度标准值为80MPa。桥位区地表水体为黔江，属广西区主要水系之一。该河主要接受大气降水、周边岩溶裂隙水及各支流的补给；流量大，流速较急。该桥的水文资料表明，该桥最高通航水位为63.69m，近期最低通航水位为32.49m。3#墩对应河床标高为13.08m，4#墩对应河床标高为19.48m。该桥整体布置图如图1所示。

图1 黔江特大桥主桥整体布置图

2施工准备

根据该桥所处地理环境特征，在桥位下游侧的两岸分别设置钢管桩+贝雷梁栈桥，由陆地向水中推进，形成水中主墩施工通道。在主墩位置加宽栈桥，以栈桥为基础，自下而上施工锚桩、钢管桩，并搭设整体式施工平台。

栈桥设计荷载800KN,设计时速5km/h。在3#墩侧设置长度93m的栈桥，4#墩测设置长度84m的栈桥。 栈桥顶面标高为45m，桥面宽6m，钻孔平台位置加宽为8.7m。两侧栈桥第一跨均可在岸上施工，便于向水中推进。栈桥各墩均采用3根直径为800mm的钢管桩，壁厚8mm。岸上第一跨栈桥施工完毕后，向河心方向继续悬拼贝雷梁，并在前段安装导向架。采用50吨履带吊下沉钢管桩，着床后垂直度不得超过1%。利用GSDⅡ型地质钻机在钢管桩内取直径为270mm的岩芯，孔深3m。在孔内安放5m长20a工字钢，并压浆。浇筑水下钢管桩底部及承台混凝土，保证钢管桩的承载能力。待混凝土初凝后，在钢管桩内灌砂至桩顶2.5m，其上浇筑C30混凝土。灌砂过程中采取浇水、振捣的办法保证灌砂密实。安装桩间联接系及贝雷梁，铺设桥面系，完成一跨栈桥的铺设。按照上述方法，完成整个栈桥的架设工作。

整体式施工平台主要由锚固桩、定位支撑桩、上下平联及桥面系组成。利用设计图中9根直径为2500mm的防撞桩作为锚固桩，通过上下平联与支撑桩联成一个整体，抵抗整个平台所承受的水平力。定位支撑桩由48根直径为630mm的钢管桩组成，起到支撑平台的作用。见图2所示。在已搭设好的栈桥上施工1#、3#锚桩，并安装与1#、3#锚桩同轴线的钢管支撑桩及2#锚桩的钢护筒。相邻钢管支撑桩间联接成稳定的三角形结构，钢管支撑桩施工完毕后，安装桥面系，向上游推进工作平台。重复上述步骤，直至整个施工平台搭设完毕。施工过程中遇到河心及上游侧锚桩，可先安装钢护筒，暂不成孔，当平台上有足够的空间后，再行成孔。待整体式施工平台搭设完毕后，即可在平台上安装龙门吊机。

图2 整体式施工平台桩位布置图

3钻孔灌注桩施工方法

该桥钻孔桩施工工艺流程为：钻孔桩测量定位安装导向架钢护筒加工及就位钢护筒下沉孔位精确放样钻孔清孔安放钢筋骨架检查沉渣厚度二次清孔浇筑混凝土。

对桩位中心线进行精确放样，并在上下平联处安装导向架。导向架对角设置有四个纠偏顶，用来调节护筒的平面位置。护筒安装过程中如产生倾斜，可采用纠偏千斤顶做适量调整。导向架见图3所示。

图3 导向架示意图

采用定长12m的成品钢护筒，根据现场实际需要进行切割。每节钢护筒顶口均设置十字撑，防止起吊时护筒变形。将直径4.5m，高1.0m的钢围圈固定在护筒底部，与护筒一起下沉。导向架安装完成后，利用测深仪沿导向架四周准确测得桩位处河床面标高。根据所测数据，将底节护筒底部与刚围圈切割成与河床大致吻合的形状，并在护筒上做好方向标记，以免在护筒下沉的过程中方向发生偏转。严格控制护筒的倾斜度≤1%，顶面偏差不大于5cm。钢护筒安装到位后，将钢护筒与平台进行联接，防止钢护筒移位。潜水员潜至河床底，检查钢围圈与河床底的接触情况。若存在缝隙，使用土袋或水泥肠袋进行封堵，并在钢围圈内浇筑水下C25不分散混凝土。浇筑前，先在护筒内填塞一定数量的片石和适量粘土，防止混凝土窜入钢护筒中。

钻机就位，并钻孔至指定深度。成孔时，在护筒内加入适量粘土，反复冲砸造浆，必要时加入适量烧碱。适当加大泥浆比重，增强浮渣效果。为保证泥浆质量，施工平台上备泥浆分离器，将砂石钻渣从泥浆中分离出来。对于达不到要求的泥浆，可采用泥浆船集中外运。

利用泥浆循环管路和泥浆净化器形成的泥浆循环系统进行清孔。持续换浆直到排出的泥浆含砂率与换入泥浆的含砂率接近为止，确保灌注混凝土前泥浆相关指标不超过容许值。换浆过程中及时注入新鲜泥浆，保持水位。清孔后测量沉渣厚度。

将钢筋笼逐节下放，在护筒上口接长钢筋笼，上下节中心线要保持一致，不得偏斜、弯扭。钢筋笼吊装就位时应严格对中，不能碰撞钢护筒。安装固定声测管，声测管顶端高出护筒顶5cm～10cm。下放过程中，声测管内需灌满清水，并将上口封死，防止污物堵塞声测管。钢筋笼顶端设置吊筋，控制钢筋笼位置，防止灌注混凝土时，出现钢筋笼上浮现象。

桩身混凝土灌注前，必须进行导管水密承压试验，试压压力采用0.7Mpa（孔底静水压力的1.5倍）。持荷时间满足相关要求，检查合格后方可使用。导管拼装时，轴线偏差不宜超过孔深的0.5%，且不大于10cm。首灌混凝土在灌注过程中易堵塞，此时应加大设备的起重及供料能力。首灌采用12m3混凝土储料斗，待储料斗储满后，开始“拔球”灌注水下混凝土。浇筑过程中，及时量测混凝土面标高，控制导管埋深在2m~6m。为保证桩身质量，桩头仅清理到设计标高上方50cm左右。在桩身混凝土达到设计强度，桩头清理完毕后后，进行桩身超声波检测。

4钻孔灌注桩施工难点及应对措施

该桥3#墩侧河床较陡，最大倾斜角度达43°。钻孔桩施工时，护筒范围内岩面可能存在高低不平、岩面倾斜，容易造成孔偏、孔斜现象。为避免这一现象的发生，施工时采用5m3左右小片石和粘土将空洞堵住，找平岩面，外部用水下C25不分散混凝土封堵。钻孔时，先采用冲击钻将桩底低冲程打密，并在空洞处形成泥浆壁。如在钻孔过程中发现孔偏、孔斜的现象发生，则立即停钻，用片石回填至偏、斜上方0.3～0.5m处，重新冲砸造孔。

根据桥位处的地质特点，钻孔桩向岩层内掘进时，可能会遇到溶洞。若溶洞规模较小，且有填充物填满时，先进行固结灌浆预处理，待固结体达到一定强度以后再钻孔施工；当溶洞内无填充物时，可抛片石对空洞进行回填，再继续进行钻进施工。当溶洞规模较大或穿越地下暗河时，可采用钢护筒跟进至溶洞底的方法进行处理。

钻孔桩灌注混凝土时，可能会发生钢筋笼上浮现象。灌注混凝土过程中, 应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深。当混凝土埋过钢筋笼底端 2 m~3 m 时, 应将导管及时上提至合适高度。当发生钢筋笼上浮现象时, 应立即停止灌注混凝土，分析并准确计算导管埋深, 提升导管后再进行浇注。

为避免断桩的情况发生，在混凝土浇注过程中，灌注过程必须连续、快速，混凝土供应要足量。确保导管的密封性，提升导管要准确可靠，并严格遵守操作规程。保持混凝土具有良好的和易性和流动性，坍落度控制应满足灌注要求。在灌注混凝土过程中应尽量避免停电、停水现象发生。

5 结语

水下钻孔桩施工受环境因素影响较大，这就要求能够针对现场条件提出合理的施工方法，对可能产生的情况提出必要的应对措施，严格把控施工质量。本文详细介绍了黔江特大桥主桥水下钻孔灌注桩的施工工艺及流程，分析并解决了水下钻孔灌注桩的施工难点，为今后类似工程施工积累了一定的经验。

参考文献：

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[2] 冯忠伟, 杨世新．水下钻孔灌注桩的施工技术及质量控制[J]．山西建筑．2010, 36(24):237-238．

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