复杂地质大直径桩基施工工艺浅析

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摘要：本文主要介绍了在浙东沿海地区，针对施工区域的复杂地质条件，对主体结构工程大直径超长桩基施工工艺进行优化和改进，从而很好解决了沿海地区复杂地质下大直径超长桩基的施工难题，不但提高了桩基的成桩质量，而且也缩短了桩基施工周期，减少了对周边环境的影响。该施工方法也为类似施工提供了一种解决思路。

关键词：大直径桩基；复杂地质；质量

0引言

目前市域铁路在我国很多城市纷纷落地，尤其在经济发达的东部沿海地区，市域铁路的开通不但将城市周边紧密的联系在一起，而且也更大的促进了城市协调一体发展。但很多东部沿海地区由于地质构造较为复杂多变，使得公路或铁路桥梁桩基施工时较为困难，尤其是大直径超长桩基在复杂地质条件下施工时，由于桩基的孔径较大，穿越的地层较多，使得桩基成孔过程中或成桩质量产生一系列问题。普通桩基的施工工艺应用在上述情况时已不能满足施工要求及相关规定。在浙江台州市域铁路商海北街特大桥施工时，针对上述情况，项目部通过对施工工艺进行优化和改进，使得大直径超长桩基的施工质量得到有效保证，尤其是通过使用气举法进行清孔，使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了传统清孔工艺所产生的问题。通过对泥浆添加辅助外加剂，减少了浆液分离，大大增加了泥浆护壁性能和润滑度。通过现场实际使用，该施工工艺在大直径桩基施工中取得很好的效果。

1工程概况

商海北街特大桥起止里程：S1DK14+438.59～S1DK17+374.97，长2936.38m。该段线路规划沿路桥北环线北侧敷设，交通方便。该桥梁上部结构包括双线简支箱梁：25m、30m、35m、40m简支梁（D=4.0m～4.8m），30m简支梁（D=4.756m～5.328m），双线连续梁：（65+100+65）m、（50+90+50）m、（42.38+54.5+42.38）m，80m双线拱桥。桥墩一般采用双线矩形桥墩，基础均采用钻孔灌注桩基础，桩径根据工程性质分别有0.8m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m六种类型。其中桩径Φ1.0m钻孔灌注桩9根/567总延米，桩径Φ1.25m钻孔灌注桩315根/18779.5总延米，桩径Φ2.0m钻孔灌注桩125根/6137.5总延米，桩径Φ2.5m钻孔灌注桩18根/810总延米，其中桩径Φ2.5m桩基最长长度为70m，该桩基为商海北街特大桥（50+90+50）m连续梁62#墩主墩桩基础。

2施工重难点及应对措施

商海北街特大桥（50+90+50）m连续梁上跨朱家泾航道，连续梁主墩均位于航道范围内，其中62#墩桩基最长为70m。该墩桩基需穿越九种地质，分别是淤泥、流塑黏土、软塑黏土、灰色软塑黏土、硬质黏土、含圆砾石黏土、强风化灰岩及弱风化灰岩。桩基由于入岩较深需采用冲击钻进行施工，但由于冲击钻施工振动很大，对周边地层会产生较大影响，使得软弱地层在振动荷载下出现松动从而发生塌孔现象。并且该桩基桩长较长，桩径较大，成孔后若采用传统的反循环清孔会造成孔底沉渣超标，泥浆循环不彻底等问题。针对上述问题需对施工工艺进行针对性整改。由于桩基成孔时间较长，成孔时机械振动较大，因此为减小上述问题对孔壁的影响，需对泥浆进行改良，改善泥浆的润滑性，增加泥浆的粘度，减少其失水率，使得孔壁形成薄而坚、渗透性低的滤饼，同时增加泥浆的悬浮性，使得孔内碎渣悬浮时间较长，可随泥浆快速排出。桩基孔深到位后清孔采用气举法进行换浆清孔，即把孔外新制备的泥浆置换孔内高浓度泥浆，从而使得孔内泥浆各项指标满足要求。该清孔方法不但相对于反循环清孔更加快速，而且清孔效果好，孔底周边的沉渣均可快速清理，同时对孔壁影响小，进一步降低了塌孔发生的概率。

3主要施工工艺

3.1施工流程（图1）

3.2泥浆的制备

商海北街特大桥拟采用钠质膨润土、纯碱配制优质泥浆，过程中检测泥浆指标是否符合要求，随时进行调整；为了增加泥浆的粘度，减少其失水率，在配置泥浆时加入适量的CMC和两性离子聚合物。在施工期间设置试验员负责泥浆检查记录，随时调整泥浆性能并按《泥浆施工日常检查记录表》记录备案，满足现场要求。泥浆定时检测（1次/2h），根据钻进地层不同作出相应处理。尤其是在钻进过程中穿越不同地质条件时要更加注意泥浆各项指标的检测，当钻进至含粘性土圆砾层等易塌孔地层时，需增加泥浆比重、胶体率和粘度指标，从而增加泥浆的护壁性能和孔内静水压力，增强泥浆的护壁效果，防止塌孔。

3.3钻孔施工

成孔过程中必须对各层地质情况根据地质勘察资料进行详细核对及了解，对钻孔的直径及垂直度必须严格控制，对泥浆指标进行严格控制，确保钻孔的质量。在初次向孔内注入泥浆时要使得泥浆流位于孔中心位置，不得沿护筒壁注入，防止泥浆对孔壁冲刷从而的护筒底板孔壁松散坍塌。钻孔时需锁定钻孔中心位置，校核无误后方可进行钻孔作业。钻孔时将钻头端部与地面接触，调整孔深等参数进行归零。钻进过程中操作人员需根据电脑显示器确定钻孔的深度及垂直度，技术人员需实时严格监控钻孔参数，发现异常时需立即停止进行检查。在钻孔作业时，操作人员需时刻注意钻机的加压压力值、钻头压力值以及卷扬机受力值，当出现异常情况时需立即停机检查。

3.4清孔

钻孔到位后需对桩径孔深等进行检查，确认无误后开始进行清孔作业。由于该桩基直径较大桩长较长，需采用气举法进行换浆清孔，即把孔外新制备的泥浆置换孔内高浓度泥浆，从而使得孔内泥浆各项指标满足要求。泥浆注入后缓慢转动钻孔，对孔内底部泥浆加一步搅拌，同时注意孔内泥浆面标高，确保孔内静水压力，防止塌孔。孔内泥浆各项指标符合要求后，需尽快成桩施工。

3.5钢筋笼吊装

钢筋笼分节制作和吊装，经验收合格后，钢筋笼起吊不但采用单点吊装，需采用双点吊。采用汽车吊首先将钢筋笼水平吊起一定高度，然后大钩升起小钩下降缓慢将钢筋笼调整为竖直状态，，然后将小钩松开，将钢筋笼缓慢入孔。此案有型钢制作的卡具对钢筋笼进行临时固定，焊接后继续吊装下一节钢筋笼，所有钢筋笼均在钢筋加工场采用滚笼机制作，图1桩基施工流程图图2钻然后采用平板运输车运送到施工现场。钢筋笼起吊时，在顶部设置2个吊点（位置为顶部第1道加强筋位置）用于垂直吊装，在每节钢筋笼中部设置1个吊点（加强筋位置）用于翻身起吊。钢筋笼具体吊点见图4。

3.6水下混凝土灌注

灌注前确保导管底部至孔底距离为300mm～500mm，封底时采用隔水栓或者导管内设置可靠的可浮起的橡胶隔水球。大料斗底口放置锥形堵板，堵板用钢丝绳系住。备足首盘封底混凝土数量，首灌前现场需要有4辆装满混凝土的罐车在等候，灌注首批混凝土要由施工员或工班长统一指挥，大料斗内混凝土放满后，停止放料，立即提升锥形堵板，在大料斗内混凝土剩余1/3时，再次开始放罐车内混凝土。为了防止发生断桩现象，浇注首盘混凝土时，大料斗的混凝土量，应满足混凝土冲击隔水球全部下落后，初次埋置导管不小于1m的要求。混凝土开始灌注后，应连续进行，不得中断。

4钢筋笼吊装受力计算

4.1钢丝绳验算

本工程吊装用钢丝绳拟选用6×19S+FC-32mm，公称抗拉强度1870MPa。本工程钢筋笼吊装至垂直时，辅吊钩撤除，由固定于扁担梁上的四根钢丝吊绳四点受力，此时为受力最不利状况。因扁担梁下四根钢丝吊绳相应分散了起吊重量，因此，只需验算扁担梁上两根钢丝吊绳受力状况即可。受力验算简要模型如图5。钢丝绳受力应满足以下公式要求：其中：K：钢丝绳安全系数，8~10，本工程取10；P：单根钢丝绳实际所受到的拉力（kN）；Q：最大起重量（kN），本工程为100kN（10t）；n：钢丝绳根数，为2；α：钢丝绳与起吊中心线夹角，取30°；P0：钢丝绳最小破断拉力（kN），查表得本工程选用钢丝绳为682kN。经计算得P=577.4kN＜P0，因此，选用该型号钢丝绳可满足吊装要求。

4.2钢筋笼吊筋吊环计算

选本桥梁工程桩径2.5m桩长70m，钢筋笼重量为9.82t，采用HPB300Φ16mm钢筋制作吊环2个。4.2.1吊环受力计算公式式中：σ—吊环拉应力；n—吊环的截面个数，一个吊环时为2；二个吊环时为4；四个吊环时为6；A—单个吊环截面积；G—钢筋笼重量（t）；9807—t（吨）换算成N（牛顿）；[σ]—吊环的允许拉应力，一般不大于60N/mm2（已考虑超载冲击等应力集中系数、钢筋角度影响系数、钢筋代换等）。满足要求4.2.2吊筋抗拉强度计算。抗拉强度强度设计值满足要求。

5安全质量保证措施

①雨天旋挖钻机作业平台受雨水浸泡后，不能满足其地基要求时必须暂停施工，待作业平台晾干碾压密实后方可复工。②泥浆池沉淀池需设置护栏，护栏高度不得小于1.2m，护栏材料可采用48mm钢管制作，埋入深度大于0.5m且牢靠，悬挂醒目夜光安全警示牌及标语，并有足够的照明设施。③泥浆循环使用过程中防止泥浆泄漏，污染环境。④起重作业前必须检查制动器、吊钩、钢丝绳和安全防护装置是否完好，严禁机械带病作业。

6结束语

通过对桩基施工工艺进行改进和优化，使得大直径超长桩基的施工质量得到有效保证，尤其是使用气举法进行清孔，不但大大加快了清孔速度，而且还使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了传统清孔工艺所产生的问题。对泥浆添加辅助外加剂，减少了浆液分离，大大增加了泥浆各项性能，减少了泥浆的排放量，保护了周边环境。此方法为后续类似施工提供了借鉴和参考。

参考文献：

[1]JGJ107-2016，钢筋机械技术规程[S].

[2]TZ203-2008，铁路桥涵工程施工技术指南[S].

[3]TB10303-2009，铁路桥涵工程施工安全技术规程[S].

[4]江正荣.建筑施工计算手册[M].第三版.

作者:罗广 单位:中铁二十五局集团第四工程有限公司