中铁大桥局集团第五工程有限公司 江西九江 332001
摘要：武汉市青山长江公路大桥20#墩主塔设置60根Φ2.8m向Φ2.5m变直径钻孔桩群桩基础，桩长84m，钻孔深度达115m，采用旋挖钻机进行施工，介绍其超深大直径桩旋挖施工工艺及主要施工过程。
关键词：超深；变直径；钻孔桩；旋挖施工；施工技术
一、工程简介
武汉市青山长江公路大桥为四环线东北跨越长江段，全长7548m。其中主桥长1638m，为双塔双索面全漂浮体系斜拉桥，两个主塔墩分别为19#主塔墩及20#主塔墩。
20#主塔墩设置60根由Φ2.8m向Φ2.5m变直径钻孔桩群桩基础，桩基为摩擦桩，呈梅花形行列式布置，单根桩长84m，桩顶标高-5.0m，桩底标高-89.0m，上部15m桩径为Φ2.8m，下部69m桩径为Φ2.5m。桩基混凝土采用C40水下混凝土，单桩方量为431.1m³。
桥址地层由上至下粉细砂层（-2.0m～-16m）、圆砾层（-16.0m～-19m）、泥质粉砂岩层（-19m～-87m）、微胶结砂岩（-87m～-90m）组成。微胶结砂岩最大抗压强度7.5MPa。
二、方案总述
利用20#主塔哑铃型双壁钢围堰作为施工钻孔平台的承重结构，底节围堰内支撑兼钢护筒导向架和钻孔平台的作用。底节钢围堰由工厂整体加工制造，浮运至墩位，锚定系统精确定位，插打围堰定位钢护筒并挂桩形成钻孔平台。
利用200t浮吊辅以YZ-300×2联动电动液压振动锤将护筒振动插打到位，采用旋挖钻机进行水上超深变直径桩基施工。
三、钻机选型
根据平台至设计桩底达到115m，钻孔变直径2.5～2.8m和微胶砂岩层的特点，选用钻机南车TR550C型、三一SR460型旋挖钻。因钻进深度较深，为保证成孔垂直度，钻进过程中安装导正器，以保证垂直度。
表1 TR550旋挖性能参数表
四、钻孔桩施工工艺
4.1施工场地布置
围堰两侧布置2台200t浮吊及履带吊作为起重设备，设置施工栈桥联通河岸与围堰平台用于机械进出、材料运输及钻渣运输通道，侧边布置一条泥浆船用于泥浆循环。利用底节围堰内支撑做钻孔平台支撑结构，铺设平台面板作旋挖钻孔施工平台。
4.2钢护筒插打
20#墩双壁钢围堰定位完成进行钢护筒插打施工。钢护筒采用外径2848mm，壁厚24mm钢板带卷制；单根桩护筒总长：51.0m，钢分两节吊装，底节为17m，顶节为34m。码头整体下河，船舶运输至墩位，200t浮吊翻身起吊，导向架导向，200t浮吊安装YZ300液压振动锤并震动下沉到位。护筒插打流程：200t浮吊靠近围堰两边沿对角锚碇→插打围堰对角的钢护筒→移动200t浮吊，靠近围堰另一个对角锚碇→插打围堰另一对角钢护筒。
用全站仪切边秒差法测定上游和下游的垂直度。用全站仪切边秒差法测定上游和下游的垂直度。先切住第一节钢护筒外缘顶口外缘处，读出水平角L1，再转动望远镜测出第二节钢护筒顶口外缘，读出水平角L2，计算秒差ρ=L1-L2，利用公式n1=ρ*s理论/h/206（s理论是仪器到钢护筒中心的水平距离，h为钢护筒长度）计算垂直度，若n1大于1/1000则需作调整。我们用测距法测定正对仪器方向的垂直度分别在第一节和第二节钢护筒顶口粘贴反射片，测出仪器到第一节钢护筒顶口的水平距离s1和仪器到第二节钢护筒顶口的水平距离s2，通过公式n2=（s1-s2）/h计算第二节钢护筒在仪器方向上的垂直度，逐步调整钢护筒使n2<1/1000。但测量上下两点的水平距离时应尽量使两点在同一铅垂线上。
钢护筒垂直度通过在围堰内水面上设置浮船，在钢护筒插打过程中，安排专人在水面处进行观测，插打钢护筒过程中，长江水位为+16.0m左右，导向架底为+24.0m，能有效对护筒垂直度进行控制，当观测垂直度误差过大时，可以及时利用导向架进行调整，保证钢护筒的垂直度达到要求。
4.2泥浆循环系统布置
在围堰两旁边各布置一艘泥浆船与一艘钻渣船，与出浆管、进浆管及悬挂于泥浆船中的高压泥浆泵等构成泥浆正循环系统。泥浆从孔口经由出浆管进入泥浆平台进行泥浆分离净化后，进入泥浆船，再由泥浆泵将泥浆经由进浆管送回孔口。主要钻渣混合物由钻机钻头携带至孔口储渣斗内，由浮吊吊装钻渣至钻渣船，由钻渣船运走，达到清渣的目的。
4.3泥浆制备
泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力,以确保孔壁的稳定。如果钻孔中的泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用;如果泥浆的比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。
根据试桩取得的泥浆配合比为膨润土：水：碱：纤维素=1：6.5：0.004：0.002。先在拌浆桶内加入一半重量（3250kg）的水并启动搅拌机，加入1000kg膨润土搅拌约5分钟，然后依次加入4kg火碱、2kg纤维素及3250kg水，搅拌20分钟左右，充分搅拌均匀。现场测得泥浆搅拌桶内泥浆指标为：泥浆比重：1.06；黏度：17.6Pa•s；含砂率：0.3%；胶体率：99%；pH值：9，各指标均满足规范要求。泥浆搅拌完成后注入泥浆池存放备用。
4.4钻进
钻孔桩施工采用旋挖钻钻机成孔。开钻前，首先测放桩位中心线，并在钢护筒上设置明显标记，在钻进过程中对桩位进行复核。因钻进深度较深，为保证成孔垂直度，钻进过程中安装导正器，以保证垂直度。为满足变径桩的孔径变化，首先采用Φ250cm钻头自护筒顶口至-20m高程后采用扫孔钻头自护筒顶0.0m至-20.0m段（护筒内）进行扫孔，清除护筒内壁泥渣。再次使用Φ250cm钻头钻进至-89.0m的设计孔底高程。
钻进过程中钻头的选择应根据土层情况和钻孔方式进行选用。粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土地层使用斗齿钻头，碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层使用截齿钻头。
图6斗齿钻头 图7截齿钻头 图8扫孔钻头
旋挖钻机在钻孔过程中根据地质情况，控制进尺速度，防止卡钻或埋钻，严格控制钻头升降速度，减小钻斗升降对孔壁的扰动，避免造成塌孔事故。
4.5终孔、清孔及成孔检测
1）、终孔
当钻孔深度达到设计要求时，立即对孔深、孔径、和孔底沉渣量进行检查，并采用气举反循环工艺+泥浆净化器过滤进行一次清孔；保证桩底沉淀层厚度符合设计及规范要求，根据设计图纸要求，沉渣厚度应小于10cm。
2）、检孔
成孔质量由专业检测人员用超声波孔壁测试仪检测测量孔径、孔形、垂直度、孔壁状况，并提供检验报告；利用测锤测量孔深及孔底沉淀厚度。
4.6钢筋笼加工及安装
钢筋笼总长为78.5m，单桩钢筋笼总重为30.3t，钢筋笼采用变径设计，其顶部16.5m为双层主筋，主筋采用Φ28mm钢筋，双层主筋段每隔200cm设置20mm厚钢板加劲环。主筋采用直螺纹套筒连接。钢筋笼采用胎架长线法在车间加工制作，主筋采用Φ28mm钢筋，采用直螺纹套筒连接。分节长度18m运输，长度分别为16.7m、18m、18m、18m和15m；安装时由浮吊提起，整体下放到位。在钢筋笼制作时，根据设计要求安装超声波检测管。
4.7二次清孔
为达到正式施工时灌注水下混凝土的条件，应复查桩底沉渣厚度，不满足要求时进行二次清孔，二次清孔采用气举反循环换浆法。
二次清孔应达到以下标准：泥浆比重：1.03～1.10；粘度：17～20s；含砂率：<2％；胶体率：>98％。
计算首批混凝土储量控制在12m³左右，以满足导管初次埋置深度要求。
3）、混凝土灌注
桩身水下混凝土灌注采用垂直导管法，采用拔球+隔水栓的方式。单桩混凝土量近401.7 m3，混凝土主要由岸上混凝土工厂供应。灌注砼前需在填充导管内安设泡沫隔水栓塞，待18m³储料斗和2.0m³漏斗储满砼后，开始“拔球”灌注水下砼，拔球后混凝土要连续灌注，不得停顿，保证整桩在混凝土初凝前灌注完成。
砼灌注过程中要有专人测量砼面标高，正确计算导管在砼内的埋置深度，导管埋置深度适当，正确指挥导管的提升和拆除，保证埋置深度不大于6m，不小于2m。
灌注过程中记录混凝土灌注量及相对应的混凝土面标高，桩基超灌高度按0.5m～1m控制。
五、结语
20#墩主塔水上大直径钻孔桩机通过悬挖钻机施工，根据现场实际地质情况选择适合该地质的旋挖钻头进行钻进，由试桩试验出符合地质条件的泥浆配合比，大大加快了施工进度，为主塔在一个枯水期提供了保障，大大缩短水上施工工期，又有效确保了水上超长大直径桩基成桩质量。
武汉青山长江大桥20#主塔墩60根桩基采用2台TR550C和2台SR460旋挖钻机进行施工，桩基施工于2015年12月27日开工，于2016年3月18日全部灌注完成，共耗费时间83天。所有桩经检测均为I类桩。
参考文献：
[1] JTG/TF50-2011[S].《公路桥涵施工技术规范》.人民交通出版社,2011.
论文作者:刘涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/20
标签：泥浆论文; 钻孔论文; 围堰论文; 浮吊论文; 钻头论文; 混凝土论文; 钻机论文; 《基层建设》2017年2期论文;