某桥梁工程水下钻孔灌注桩施工及质量控制

【摘要】水下灌注桩工程属于隐蔽工程，施工难度大，质量要求高，稍有不慎，极易做成断桩、成桩达不到强度要求等质量通病，文章通过具体工实例，详细介绍了灌注桩施工及质量控制措施。

【关键词】灌注桩；施工；钢筋龙吊装；水工下混凝土；质量检测；桥梁

前言：在进行梁桥工程建设时，通常都需要横跨河流、湖泊等区域，桥梁的部份桩基础，必须建在水下，做好钢筋龙吊装和水工下混凝土等施工和质量控制，是确保桩成功的关键。

1、工程概况

某大桥为三跨预应力混凝土挂篮悬浇结构体系转换连续梁桥。跨径组合为（40+60+40）=140m，见图1。

图1 大桥主桥示意图

主桥墩P

1

4、P15采用书1000mm×46.5m钻孔灌注桩。桩尖高程-45.0m，嵌固在⑨号砂质黏土层中。

桩顶高程1.50m处于平均低平潮与历史最低水位之间，桩位处平均水深6.50m左右。

大桥跨越拦路港中由上、下行2座分离式单幅宽13.04m桥组成，主桥墩下，共有40根钻孔灌注桩。

2、钻孔灌注桩施工工艺流程

墩台、桩基定位―建立水上平台及其连接岸上的施工栈桥―成孔―第一次清孔―测孔深、孔径及沉渣―安放钢筋笼―下导管―第二次清孔―测定沉渣―安放隔水塞―连续灌注水下混凝土、测坍落度、做混凝土试块一桩身质量无损检测。

3、钻孔灌注桩主要施工技术

3.1建立水上平台及其栈桥

3.1.1平台的功能与结构

平台及其栈桥应满足钻孔灌注桩施工工艺流程对平台平面和高程的要求，兼顾承台施工的需要，并要确保施工期内各种工况下平台总体结构强度、刚度和稳定性。

1）平台布局如图1所示，主桥墩P

1

4、P15之间留足通航口门宽≥40m。平台平面内的结构构件同承台轮廓周边线及桩孔孔位彼此协调，互不干扰。平台、栈桥的高程为最高水位+安全超高之和。

2）平台荷载，应取钻孔灌注桩、承台施工（水下钢套箱施工法）中的最大垂直荷载。安全系数取2.0，以确保钻孔成桩机械设备的稳固，主动控制桩孔的垂直度。

3）平台的上、下游迎水面，设置防撞击护桩。

栈桥应充分体现施工便道的作用。钻孔桩的泥浆制备、循环、管道敷设、水上与陆域，通过系统规划布局，由栈桥加以联系沟通。

3.2护筒设置与安放

3.2.1护筒设置

1）护筒为桩孔定位与导向。钻机成桩作业过程中，护筒内浆液面标高与护筒外水位始终不小于1m的差值作用下，不漏浆液。

2）护筒长度见图2。

图2钢护筒示意图

3）护筒制作：

①采用厚6mm钢板，工地配卷筒机械，每2m为一节，筒体竖向采用坡口焊接，经磁粉探伤，满足强度和水密检验。筒下口节段长取3m。

②护筒上、下节段结合，采用标准配件法兰盘焊固在端口，组装时，法兰之间嵌垫厚20mm橡胶止水。高强螺栓紧固（可套用农用排灌输水管件）。

⑧护筒按桩位孔号加工，高程2.5m以下难以回收，采取编号加工，经整体组装满足垂直度、内壁光滑无凸出为合格。

3.2.2护简安放

1）测放桩位。以承台为单元，承包商将每座承台的纵、横线、轮廓边线及其平面的所有桩位，以施工坐标的方式引放到水上平台的专设的龙门板平行线上；水准高程则引测到堤岸的临时水准点上。

2）根据桩位河段潮汐水文特征，选择每天出现的二次低平潮中的白天的那一次，当流速趋近于0的憩流之际的O.5一1.0 h之内完成安放。

3）安放起重吊装机械和定位导向架等。

4）潜水员清除承台水下河底可能有的障碍物；

护筒定位时，在筒的下端与河底接触部位作辅助性拨正工作。

5）护筒在导向架、缆风绳呵护下，采用压重锤击（振动锤），将护筒埋入河床下约2m的深度。

3.3成孔作业要点

1）成孔应严格照《钻孔灌注桩施工规程》操作。结合河流、水上平台的具体实际，强调钻孔机机架的水平稳固、竖向挺直，实现钻孔桩作业的全过程始终保持“三心归中”，即钻机顶部起吊钢索、转盘中心、护筒中心三者归于同一垂直线上。这是后续工序吊放钢筋笼、下导管、灌注水下混凝土质量控制的根本措施之一。

2）成孔作业要连续作业、同步记录。这是检验钻机设备，泥浆护壁效果及其泥浆制备、循环、处理，操作人员到位率、劳动质量，管理层综合素质的综合体现。结合上海地区软土特点，开钻的初始阶段为厚约10m的淤泥粉质黏土，钻机进尺宜缓慢，往下土质渐好，通过试验孔总结出适合本工程的一套具体的操作方法。

3.4钢筋笼制作与吊装

本工程为全笼，上端包括伸入承台的连接段，下至桩孔底，全长47.7m。设计配筋分为三段，即桩顶以下20m、20～30m、30～46.5m。钢笼施工流程是：车间分段制作（定尺一般在9～10m）一驳运至钻机平台进行水平焊接成节一按节起吊进桩孔一上、下节钢笼在平台以上1m处进行垂直对节焊固一安放到位，悬吊且固定。

分节吊放进孔悬吊对焊时，下节笼先进孔并露在平台以上1m左右、上节笼必须由汽吊（其臂长满足其悬吊上节笼长度），并使其保持前述的“三心归中”。采取此项措施，可避免钢筋笼放不下的常见“通病”。 3.5导管防卡阻措施

采用导管法灌注水下混凝土的导管外径280mm，钢筋笼竖向最小内径位于每2m的一道巾20mm加劲内箍处，其相应内径为780mm。据此分析，导管内钢筋笼之间的间隙只有250mm，导管在垂直升降的频繁动作中，轻微晃动即靠擦在书20mm内箍筋上，加上桩孔垂直度允许偏差等因素，导管同钢筋笼的卡阻，成为钻孔桩施工中又一个常见多发的“通病”。为此，我们在实践中摸索到防卡阻的办法是：在导管的-35m和-15m处，焊固?16mm导向筋，沿圆周向均分6根。

3.6灌注水下混凝土

这是钻孔桩最关键的分项工程。其混凝土配合比、供料、运输、灌注方式是相互关联与制约的。但必须紧紧抓住连续浇注这个纲，以最迅速的方式一气呵成地完成一根桩的灌注。为此，采取如下对策。

3.6.1严格控制水下混凝土的技术指标

1）混凝土配合比不仅必须满足桩身设计强度，同时又要最大限度地适应导管法灌注水下混凝土的机理与工艺要求。

2）试配混凝土用的材料，应是实际施工的材料。

3）试配成的混凝土强度，应比桩身设计强度C25提高一级为C30。

4）水灰比是直接体现混凝土和易性、流动性的因素之一，从我们多年施工实践中得到结论：如果水灰比在0.4以下，将无法灌注，增大到0.5～0.6为宜。

5）水泥用量以（400～500）kg/m3为宜，含砂率宜取40%～45%。

6）隔水层交界处的混凝土初凝时间，不得早于桩身全部混凝土灌注时间，一般为6～8h。

3.6.2密切注视灌注过程中导管内的超压力导管内外形成的混凝土顶面高差。

2）导管具有强度，管壁厚4mm，接头光滑螺纹金加工符合拆卸灵活方便的要求。管长标准节长以3m为宜，近桩尖的非标准管节长≥4m，水密性好。

3.6.3控制导管埋深

1）灌注首批混凝土，导管下口距桩孔底宜30～40cm，确保混凝土下落至孔底、快速地冲翻扩散并将管口被埋入混凝土中。

2）精心测算导管埋入深度。一般埋深3～5m为宜。随着商品混凝土橄榄车泵送的连续性，适时地上下抽动导管，测算与实测管外的桩身混凝土顶面高程。每灌注一辆橄榄车约6m3，桩身混凝土面升高7.5m，由此可拆卸约2节导管。管口埋入混凝土面的深度，在任何顺利的情势下，都必须保持≥2m的埋深。

3）防止钢筋笼上浮。在混凝土灌注之前，做好吊筋的固定。桩身混凝土面上升到钢筋笼配筋截面的变化加密处，灌注速度宜慢。

4、钻孔灌注桩质量控制

1）钻孔灌注桩的测量放样包括平面和高程，施工单位必须做到“有放必复、放复分开”。

2）钻孔桩的各种原材料、商品混凝土，由施工单位材料员持证上岗，实行先试验合格凭检测报告和有关质量保证资料齐全，方可使用。

3）强化现场施工管理。钻孔灌注桩工艺环节多、隐蔽性强、一环扣一环，必须环环扣紧。成孔，下钢筋笼，下导管，特别是灌注水下混凝土，直接关系到钻孔桩的成败。

4.2监控结果

主桥墩P

1

4、P15，上、下行，合计4座分离式承台下各有10根钻孔灌注桩，总计40根桩，质量结果如下：

2）高应变测试6根，占总桩数15%，单桩极限承载力全部满足设计要求。

3）低应变测试36根，占总桩数90%，合格率100%。其中I类桩30根占83%、II类桩占17%，没有出现Ⅲ类桩。

4）超声波测管测试18根，占总桩数45%，合格率100%。其中A类桩15根占83.3%，B类桩3根，占17%。综上各种无损检测结果，全部为合格桩。