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东营黄河公路大桥主桥超长群桩施工控制技术

东营黄河大桥项目经理部 2005-02-01

一、工程地质概况

1、工程概况

东营黄河公路大桥位于山东省东营市，是黄河最下游的一座特大桥，主桥为（ 116+200+220+200+116m）预应力钢筋砼刚构—连续结合梁。主墩 9#、10＃墩承台下分别设置49根，设计长度为115m的钻孔灌注桩；次主墩 8#、11#墩承台下分别设置42根，长度为108m、112m钻孔灌注桩；所有钻孔灌注桩直径为1.5m，桩中心间距均为3.9m。本文主要以10＃墩为例，介绍在比较复杂的地质条件下超长群桩施工控制技术。

2、地质条件

桥位处属黄河冲积平原地区，该地区的地质为第四纪冲积物和海陆交互相沉积物，位于郯城 --营口地震带与邢台--河间地震带之间，因历史上曾遭受来自这两个地震带内强震活动的影响，地质条件较为复杂，主桥地震烈度按Ⅷ度设防。

10#墩桩基位置处原地面以下三层为透水性强、触动易液化的软塑、局部流塑状的粉细砂、亚砂土层。三层以下的地质基本为亚砂土与亚粘土交替布置，局部地层中夹杂厚度不等的粉细砂薄层。（详见地质柱状图）

3、施工质量要求

（ 1）孔中心偏差＜5㎝；

（ 2）钻孔倾斜度＜0.5%；

（ 3）钢护筒中心线与桩中心线误差不得大于2.5㎝；

（ 4）通过检测管对桩基进行100%无破损检测；

按桩基数量的3%钻芯取样检验

二、钻孔桩施工控制工艺

1、钻孔平台

因 10#墩位于黄河主河槽中，受黄河水位影响较大，局部最大冲刷深度达11.34m，采取搭设平台作为桩基施工场地。钻孔平台设计承受集中荷载为45T，下部采用每根长25米直径φ72cm的钢管桩作基础,上部放置单层双排六四式军用梁作主要承重梁，上面摆放I 22 工字钢和方木形成施工平台。（详见钻孔平台布置示意图）

2、钢护筒制作及埋设

因 10#墩位置处地质条件复杂多变，为防止钢护筒在钻进施工过程中因局部地层扰动、液化发生塌陷、倾斜等事故，并考虑到护筒周围的土体要承受护筒本身自重及局部集中施工荷载（主要是通过护筒传递的第一盘混凝土或钢筋笼的重量），将护筒底标高定为深入第一层亚粘土1米，护筒顶高出常水位2.0m，长度为16---18m。考虑护筒运输与插打过程中自身刚度及垂直度、平面位置误差的影响，护筒采用δ=10mm的钢板卷制而成，直径为1.8m，保证焊缝密实，防止渗漏。

3、 钢护筒制作及埋设

钢护筒施工采用 25T机械式吊车，在钻孔平台上配合90型振动锤将护筒打入。为保证钢护筒的垂直度及平面中心位置满足施工要求，在钢护筒吊装到位后，用经纬仪对其垂直度、中心位置进行准确定位。施工中利用双层型钢导向架控制护筒插打过程中的垂直度。插打过程中为防止护筒受力偏心而造成倾斜，振动锤要沿护筒的对角线插打。并每进尺2米左右用经纬仪对其垂直度进行测量，若不符合要求及时纠偏，严重的要拔出重新插打。

4、 钻机布置原则

由于承台下桩基数量较多，间距较小，为防止两相邻钻机作业时由于振动或相互间水头作用影响，使下部的地层因扰动而发生坍孔乃至串孔，按隔桩钻进的原则施工，严禁相邻两根桩同时开钻；对已灌混凝土的桩基应至少静置 24h后周围桩才可开钻。

5、设备选择

超长钻孔灌注桩施工关键是设备的选型、混凝土配合比的选择、钻进过程中泥浆的配置及钻进速度的控制，并要保证整个施工过程的连续性。设备的优化、合理配置是保证施工过程连续的关键环节。经统筹比较：两台 50m3/h 拌和机作为混凝土拌和设备；混凝土运输采用四台6m3罐车；同时配备两台120KW/h 备用发电机。

10#墩设计桩长为115m，实际钻孔深度均在125m左右。根据孔深及地质情况，经比较选用7台GW-25型回旋液压钻机，钻头采用双腰笼式锥形钻。

6、钻孔桩施工控制

为了解地质情况和掌握钻进工艺，将前两根桩作为工艺试桩。结果表明：实际地质情况与设计提供基本相符。钻进方式采用正循环，钻进过程中泥浆能起到很好的护壁作用，可以有效的防止坍孔并起到悬浮钻渣容易清孔的作用。

7、泥浆配置

泥浆指标是保证成孔的关键，泥浆比重及粘度偏低则容易坍孔；偏高则不利于钻进，且会造成孔壁泥皮过厚而降低桩周摩擦力。结合实际情况，对于亚砂土地层，采用水、膨胀土和碱按一定比例配制泥浆进行护壁；对于粘性土（亚粘土）地层，直接利用自身粘土造浆护壁。（认真检验泥浆指标）

8、钻进过程控制

开始钻进时保持低档慢速进行，使泥浆比重取下表中的上限控制，使之逐渐起到护壁作用，开始钻进时泥浆比重有一个相对稳定的时期，因此每隔 15～20分钟检测泥浆指标并及时调整。根据钻杆进尺，当钻头接近护筒底部以上2～3米时，要特别注意将钻进速度放至最慢档并调整泥浆比重至最大，使护筒底部有足够的泥浆护壁，防止护筒底部薄弱区域出现坍孔、涌砂现象。当钻孔深度达到护筒刃脚下1.0m后，开始根据土质类别正常钻进。各地层钻进按下表技术参数进行控制：

对于超密超长的桩基施工，为保证成孔质量，在钻进过程中必须严格控制施工中的重要工序环节，具体措施为：

1）在钻进过程中经常用水平尺检查钻盘的水平度，观测引导钻杆前进滑道的垂直度和钻机稳定性，发现问题及时处理。

2）为保证桩的垂直度和孔径在误差范围内，每连续进尺20～30米用JJC-1A测井仪对桩的垂直度、孔径进行检查。若经测量垂直度或孔径不符合要求，则需扫孔至合格。

3）为防止掉钻，在进尺到80m处提钻检查钻具间的连接情况。

4）保持孔内2.5m水头，严格控制各项指标，特别是泥浆比重、粘度一般按以下时间进行检测：每工作班开始时检测泥浆出口处比重、粘度，以后钻进过程中每隔2小时测定一次进浆口和排浆口的泥浆比重、粘度、PH值等指标，并根据地质条件及时进行调整，同时相应调整钻进速度和钻压。

5)选择合适的钻进速度，配置合适的泥浆

对于亚砂土及粉细砂层要保持减压、中速钻进的方式，钻进速度一般保持在10～15r/min，并配置合适的泥浆比重，防止坍孔；

当钻进至粘土及亚粘土层时首先将泥浆比重调至最小，同时改变钻进速度，一般保持在20～30r/min。

6)特殊地质处理

当钻进到地面以下50m左右时，会遇到亚砂土层中的“板砂”层，此类砂层比较坚硬，不易进尺，拌有“跳钻”现象。对于这类地层需要将泥浆指标调至最大，减小钻压慢速钻进，防止出现大块“板砂”松动而扩孔，甚至坍孔；当钻到地面下100m左右的亚粘土和粘土层时，容易出现“糊钻”现象。对于这类地层，应将泥浆比重和粘度调到最小，并向孔内投适量砂石，同时适当控制进尺，防止缩孔。

9、清孔

清孔分两次进行：第一次是在钻孔达到设计标高后，将钻头提起 20～40cm，慢档空转，同时用相对密度为1.08～1.1的纯泥浆置换孔内泥浆，一般6~8小时左右能使孔内含砂率指标达到2%左右，泥浆比重1.10～1.15；第二次是在安装钢筋笼后，灌注水下混凝土前用导管清孔，主要是降低泥浆比重达到 1.05～1.10之间，同时要求沉淀厚度符合《规范》要求，一般2小时即可。从完成的所有桩统计，总清孔时间一般在8～10小时。

10、钢筋笼施工

钢筋笼施工包括场内分节制作与孔口对接。由于钢筋笼较长，合理分节既有利于运输与吊装，又能减少孔口焊接时间。按长度 18～22m进行分节，保持重量在3T左右，由一台8T吊车配合一台25T吊车即可保证吊装。设计要求主桥每根桩基安装检测管进行100%无破损检测，由于检测管100多米长，节头多，为确保检测管接头密封，采用两层焊接方式，先两接头直接对焊，再用10cm长套管封罩。钢筋笼孔口对接安排4台电焊机同时作业，一般在10～12小时完成。

11、配合比的选定

主桥 10#墩桩基设计为C30水下混凝土，由于本桥濒临黄河入海口，工程区域内水中SO42-与Cl-含量较高，对混凝土有一定的侵蚀性。为了提高混凝土的抗腐蚀性能，施工时采用在混凝土中掺加矿物质超细粉和高效减水剂的双掺技术，减少拌合混凝土的用水量，降低水灰比，提高混凝土密实度，改善其抗渗性能，从而提高抗侵蚀能力。

经试验选定配合比为 1：1.50：2.03：0.4（水泥：砂：石：水），掺入一定量的减水剂和超细粉以提高混凝土的和易性及抗渗性能。超细粉按25%等量置换水泥，石子为连续级配。混凝土坍落度设计为18～22cm，2小时后坍落度损失11.4%，初凝时间6小时，满足强度及施工要求。

12、混凝土灌注

灌注水下混凝土之前，首先对导管气密性试验，导管按连接顺序编号，灌注时按编号连接。以后每施工完 5根桩后对导管再次试验。由于导管100多米长，留在管内的混凝土就达3.5m3左右，通过计算首盘封底混凝土采用8m3的大漏斗封底。混凝土灌注过程中经常测量混凝土深度（由于桩较长，测绳采用3mm的钢丝），保证导管埋置深度在2.0～4.0m之间。当混凝土将达到设计标高时，应严格控制灌注速度以免超灌太多，给凿桩头造成困难，或超灌偏少，造成桩长不够，影响桩的质量。（在具体施工中，按超灌1.5m控制，同时采用自制的捞渣器捞取混凝土，来确定超灌高度）。一般4--6h即可完成。(首盘砼灌注)

三、结束语

在东营黄河公路大桥主桥 206根超长群桩施工中，桩基的垂直度及孔径控制良好，没有发生扩孔、缩径及孔径倾斜等质量事故。经对所有的桩基进行100％无破损检测及3％抽检钻芯取样检验，其结果均为Ⅰ类桩。后又成功的进行了工艺试桩试验；为复杂地质条件下超长群桩施工，积累了丰富的经验。

实践证明对于超长群桩施工控制应注意以下几点：

（1）设备的合理选择是保证施工顺利进行的基础；

（2）施工过程中泥浆指标及钻进速度的控制是施工的关键；

（3）混凝土配合比的合理选择是成桩质量的重要保障

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