水中钻孔灌注桩基础施工陈小波（中铁大桥局集团五公司长沙洪山大桥项目经理部）摘 要 钻孔桩基础因具有广泛的适用性，较低的造价而越来越广泛 地适用于桥梁基础，特别在江河湖泊及沿海地区建桥，钻孔桩基础更具 优势。本文结合湖南长沙市二环线捞刀河大桥钻孔桩施工实践，介绍水 中钻孔灌注桩基础施工的过程。关键词 捞刀河大桥 水 中 钻孔灌注桩 施 工1、工程概况工程属长沙市二环线跨捞刀河的一座大桥，主桥为 45+3*70+45 米五 跨连续箱梁。其中2#、3#、4#三个墩共24根1.8m桩全部采用钻孔桩 施工，桩长均为64m地质情况为除河床表面为1.5-2 m砂卵石层外，其 余全部为第四系冲击层白晋系全风化、 强风化长石石英砂岩， 部分有 4-6 m弱风化夹层。该河常水位为+27.04 m，历史最高水位37.68 m。我们於 3月份开工，正好是涨水季节，施工水位在 +28-32.5 m之间变化，河床高 程为： +23.5 m 左右；捞刀河系湘江一支流，其水位受上游山水影响大， 而山水的特点易涨易落。此桩基施工受季节性涨水影响，所以选择施工 方案时应充分考虑这一点。2、钻孔前的准备工作 根据该工程的施工季节和捞刀河的实际情况，经研究讨论决定，先进行钻孔桩施工，待桩基完工后，再下沉单壁钢围堰，进行承台施工 这样施工的优势在于，施工受水位及水流影响小，施工进度易控制。 2.1插打定位桩我们根据围堰的尺寸确定定位桩的桩中心比围堰的外径大1.3 m在150t机驳船头焊一定位导向架，将八根 800钢桩插打到位，保证入岩 3m以上，误差控制在5cm以内，并按平台高程计算出钢桩顶面高程，焊 接桩帽。 2.2搭设施工平台用I56顺桥向两相连，再在其上用I56焊接平台方格，定出桩位的 准确位置，焊接插打护筒导架，焊接平台栏杆及布置靠帮设施。 2.2.1打钢护筒，保证护筒入岩3m以上。加固平台，在护筒外侧焊接牛腿，将护筒和平台大梁联成一体， 与钢桩一道承受平台及施工荷载。 3、钻孔灌注桩施工 3. 1成孔方法及护壁泥浆的性能指标。成孔方法：利用主动钻杆带动钻头旋转、舌I、碾岩地层正循环钻进, 利用泥浆抽排泥浆、冲起、带出钻渣，从而达到钻进的目的。泥浆的性能指标相对密度粘度含砂率胶体率酸碱度1.2 1.4519 289095%8103.2 钻孔机械的选择3.2.1 钻机采用GY-20B钻机，该钻机的特点是扭距大，并且立轴具有自动导向 功能，在钻机摆放水平的情况下，可以利用立轴的导向性能从而确保钻 机的垂直度。3.2.2 钻头在第四系地层及全风化，强风化岩层中钻采用 1.8m 四翼刮刀钻头， 该钻头特点是在软地层中钻进效率高；在弱风化岩层中钻进时，采用1.8m 滚刀钻头，该钻头特点在硬岩层中钻进效率高，且钻进阻力小，对 钻机磨损较小。3.2.3 泥浆泵采用3PN泥浆泵，该泵具有泵量大（108m3/h）,性能稳定的特点。3.3 钻机就位 钻机就位前，应对钻机的各项准备工作进行检查，包括平台与钻机 底座处的平整及加固，利用 35t 水上浮吊，一次性吊装就位，经过中主 动钻杆中心对准桩位中心，并保证偏差小于 2cm。3.4 钻孔 开钻前对各机械进行检查，并复测钻机就位情况，钻机是否摆放水。 钻机开钻时，应慢速推进，待导向部位全部钻进土层后，方可全速钻进。钻进过程中，应加强对平台的检查及钻机的检查，保证钻机摆放水 平，保证钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和桩孔中心三者在同一铅垂 线上。直至钻孔到位，经监理检查认可后，终孔，换浆，拆除钻孔设施，准备吊放钢筋笼。3.5 及时填写钻孔记录，详细记录钻进时间、土层、停机、土 层变化及取渣样情况、标高、孔深等。 4、钢筋笼的制作和吊放钢筋笼的制作按图纸分节制好后，在浮运过程中要防止钢笼的变形。 钢筋笼吊放前，要检查各种钢筋的型号与数量是否同设计相符，钢筋笼 保护层用的钢筋是否已焊接牢固，保护层是否按要求固定好。由于钢筋笼的长度为65m为保证在接长时钢筋笼顺直，每节钢筋笼 制作完毕后，在其两端搭按焊缝中心处，作出垂直于钢筋笼的截面，并 用油漆划上标记，在钢筋笼逐步下放接长时，使上下两标记互相重合， 保证钢筋笼的顺直。制作钢筋笼内箍筋时，我们动了点脑筋将内箍筋的撑筋作了修改， 原三角形的撑筋改成十字型的撑筋，并将撑筋在钢筋笼起吊后下放前将 其取下，重复使用达至节约钢筋的目的，也给水下灌注时增加导管的活 动空间。钢筋下放完毕后，按设计要求检查并作好相关的签证记录，备案。5、清孔5.1 清孔的目的 清除孔底沉渣，提高桩端承载力，清除孔壁泥皮，提高桩身摩阻力， 减少孔内泥浆相对密度，便于灌注水下砼。5.2 清孔的质量标准泥浆的相对密度1.05-1.2粘度为17-20Pa.S，含砂率4%。，孔内沉 渣应注于 20cm。5.3 清孔的方法 清孔的方法有很多种，在此仅介绍一种最常用的方法，采用气举反 循环清孔换浆。5.4 清孔应注意的事项5.4.1 孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。5.4.2 压风管注入水深度不小于 20m。5.4.3 清孔开始时，应先补浆再送风，清孔完毕时应先停风再停 浆。刚开始送风，导管不宜插到底，因为底部泥浆浓易堵管，待出浆后 徐徐下落。5.4.4 进的泥浆应符合清孔完毕的泥浆质量标准。5.4.5 由于清孔导管也是水下砼灌注导管，导管使用前必须做水 密，承压、接头抗拉等试验。取浆必须是导管排出的泥浆，孔内沉淀的测量方法，用两个测锤进 行测量，一个尖锤，一个平锤，尖锤和平锤之差即为沉渣厚度。两测绳必须在验孔前用标准钢尺进行复测，未经校验的测绳不得使 用。6、灌注水下砼6.1 导管采用内径25cm导管，连接方式为法兰盘。节长：底长 4m, 端无 法兰盘，其余为1-2m长，导管下之前都必须做水密，承压、接头抗拉等 试验，下放的导管必须顺直，接头处平整，加密封圈后密封可靠，不漏 水，不漏气。6.2 砼 采用泵送法输送砼。砼经搅拌车运到现场，入泵车以前，必须检查 砼的质量无离析，泌水，塌落度控制在 18-20cm。6.3 导管的埋深6.3.1 开盘时，导管下口离孔底 25cm-40cm。 632导管的初次埋深不少于1m灌注过程中应不小于2m 6.3.3 导管的最大埋深，导管埋入已浇砼内越深，砼向四周扩散 的效果越好，砼越密实，表层也平坦，但埋太深，易造成堵管，在砼灌 注顺利不堵管的情况下，可控制在 6m以内，但现场要灵活控制。 6.4 灌注水下砼 6.4.1 用活门式拔球。 6.4.2 球前应复测孔深，泥浆沉演的厚度。 6.4.3 拔球时用 2.2 立方米的大斗拔球，并且在 1.5 立方米的漏 斗砼，泵车也同时送料，确保导管初次埋深在 1m以上。 6.4.4 一旦拔球，必须连续灌注，因故停盘时间不大于 30 分钟。 6.4.5 每次拆导管前，都必须测出砼面的标高，用砼面的标高减 去导管底口标高，计算出财管埋深。 6.4.6 灌注完毕砼面应高出设计桩顶 0.5-1m。7、在钻孔过程中易发生的事故及处理方法 7.1 掉钻在钻孔桩施工中掉钻后如何将钻钻头从孔中将其捞出是处理掉钻的 关键，下面介绍两种的简易捞钻方法。7.1.1 摆线螺旋钩法：掉钻后用测锤测出钻水的准确位置，所以 数据确定打捞杆的长度（打捞杆为地质钻探中常用的 50 钻杆）在杆的未 端用25圆钢弯成的螺旋弯钩，水平投影为摆线放射状。将打捞杆接长 下放至孔底，在 90范围正反交替启动钻机，启动前应将提杆的钢丝绳 放松20-30cm, 旦打捞钩进入钻头空隙，便自动下落， 然后钻盘正方向 最低速动转，最好多次点动，慢慢提打捞杆的挂绳，观察绳的受力状态 看是否钩住钻头，这种方法打捞钻头效率极高，而且简单易于操作。7.1.2 锚式活钩法：此钩形状似船舶用的锚，但其钩是可转动的。 利用锚的自重下放，直至钢丝绳不带劲，起钩，反复起落钢丝绳，一旦 挂住钻头，徐徐提升钢丝绳。一旦钻头埋住，此法便行不通。7.2 塌孔 造成的塌孔的原因很多，在软弱的土层或泡水变软的软质岩层中易 生塌孔。塌孔造成的损失极大，我们在钻孔过程要加强责任心，改善泥 浆的性能，提高护壁的效果。钻塌孔发生孔后，在条件允许的前提下， 改用冲击钻处理要方便些。下面介绍塌孔的几种处理方法：7.2.1 回填片石和黄土的方法 此种方法较多常见，按一定的比例投入黄土和片石，再用冲击锤砸 实。可能一次达不到目的，需往两次甚至更多次才可以处理好，这种方 法对于坍塌扩孔孔径不大，但沿桩向较长效果比较明显。7.2.2 插打护筒法 若发生塌孔的位置离孔口不深，可用插打护筒的方法处理。倘若是 磨擦桩，而位置又较深，此种方法便不适用，一者不经济，二者桩的承 载力受到影响。7.2.3 水下灌注砼法 此种方法适用坍塌孔径较大，而且沿桩向不长，先测出塌孔的位置， 塌孔以下部分用河砂回填至塌孔下口往下 0.5-0.8m ，然后灌注水下砼到 塌孔上口 0.5m，等到强度后重新钻孔，钻孔后形成的一中空的倒台形， 其稳固性很好。7.3 漏浆 在钻孔过程中，漏浆是常见的事故。特别在有溶洞和岩层露盖层不 厚的地层或裂隙发育较完全的岩层中，在钻孔前我们便要分析岩层的性 质，据此来按选定成孔的方法和作好预防事故的发生的措施。7.3.1 有溶洞地层漏浆的处理 一旦发生漏浆，立即提升钻头，以防塌孔或钻头打横而卡住。再根 据地质报告和现场情况，回填片石和黄土，经多次反复冲击也就是在海 洞中再造孔壁。7.3.2 覆盖层不厚的地层 此类情况漏浆一般发生在护筒底口，如果是遇 上此类地层，在钻孔 至离护筒底口 0.7-1m 时,便往护筒中投入片石和黄土 ,重复一到二次 ,使 孔壁坚固密实 ,防止漏浆发生 ,一旦发生漏浆 , 采取如下方法处理比较妥 当,护筒外用砂袋进行压重和护筒内 ,用片石和黄土回填 , 重新钻进。如若 是旋转钻, 最好改用冲击钻比较方便 ,如有必要还可以进行压浆处理。7.3.3 岩层裂隙漏浆处理当在钻孔过程中发生此种情况 , 用片石和黄土回填 , 并加入一定比例 的水泥。实践证明 , 裂隙漏浆时加入水泥造浆效果特别显著。8、安全质量措施8.1 施工平台必须焊接牢固，满铺脚手板，平台四周加焊防护围 栏，平台下铺设安全网。8.2 水上施工注意滑倒，严禁穿拖鞋。8.3 电线路及电器设备应由电工检查，不得有漏电现象，非电工 不得私自接线。8.4 平台四周应设防撞轮胎，以防施工必须备好救生船、救生圈、 救生衣，高空作业必须系安全带。8.5 夜间航道设警示灯。8.6 各工序前，应进行安全技术交底。8.7 建立和健全安全管理机构，各工点应有专人负责安全巡视、 监督、检查、落实等工作，促进安全生产，杜绝事故发生。8.8 在任何情况下，严禁施工人员进入没有护筒或其它防护施工 钻孔中处理事故。9、结束语桥梁基础施工是整个桥梁施工的关键，施工顺利与否，直接影响到整个工程是否能如期完成。而且，桩基础质量好坏是整个结构承载力的 关键所在，而基础的施工过程在很多情况下是看不见、摸不着的，全凭 经验判断。所以，我们在进行基础施工前，要认真分析地质情况，制订 适合本工程的施工方案，同时，在施工过程中时刻盯住现场，善于发现 问题，并及时解决问题。桩基础施工出现事故再来处理，既耗资耗力， 更重要的是延误工期，有损单位信誉。做到预防为主，把损失减少到最 小。