潮汐影响下深水大直径超长钻孔桩施工技术

李向阳

中图分类号：TU74

【摘要】介绍潮汐影响下深水大直径超长钻孔桩的施工工艺和施工要点,并就内外部水压变化大、地质情况复杂等情况下，出现塌孔、穿孔漏浆、卡锤等问题进行原因分析和提出解决方法。

【关键词】潮汐深水 大直径超长钻孔桩内外水压 塌孔 穿孔漏浆 施工

1工程概况

七都大桥跨瓯江主航道采用五跨预应力变截面连续箱梁结构，主墩基础（21#～24#）共计52根钻孔灌注桩，直径Ф2000mm，桩长为84m～115m，单个主墩承台桩基13根，总长5037.5 m； 20#、25#及26#墩为直径1800mm钻孔桩，有效桩长78.7m～83.9m，每墩8根桩，共24根，总长1957.6 m。主墩20#边墩离岸586m，需要搭设施工辅助栈桥和平台，栈桥全长596m，宽4m；主墩施工平台长44m，宽20m；主墩钢护筒直径Ф2300mm，壁厚12mm，顶高程+5.5m，底高程-25m，河床面高程-12m，总长度30.5m，钢护筒入土深度13m，主墩基础一般构造图见下图1：

图1: 主墩桩基础一般构造图

2水文地质情况

2.1水文

七都河段属瓯江口过渡段（入海口），经受径流和潮流的双重作用，潮型指数为0.23，潮汐性质属规则的半日潮。工程场区为强潮地区，平均潮差4.54m，最大潮差6.8m。历年最高潮差7.38m，最低潮位-2.26m。

2.2气象

温州为我国东南沿海台风的主要登陆点之一，台风、雷暴天气活动频繁，每年5～11月份为台风影响期，其中7～9月份为台风盛行期，年平均出现次数4次，有严重影响的或在本地区登陆的，瞬时最大风力达12级以上，瞬时风速可达40m/s，定时最大风速达25m/s。

2.3地质条件

大桥桥址区地质情况复杂，地基土在勘察深度范围内依次可划分为10个工程地层：填土、粘土、淤泥、含淤泥中细砂、中粗砂、粘土、卵石、圆砾混粘性土、卵石；场地内地下水主要为赋存于陆域浅部砂层中的孔隙潜水和下部卵石层中的孔隙承压水二类，地下水具承压性，承压水头低于潜水位。

3 钻孔桩施工

3.1 施工工艺流程

深水桩基础施工工艺流程：施工准备→施工平台的搭设→钢护筒制作与埋设→施工机械设备的选择→循环系统的建立→钻孔→清孔→成孔检测→钢筋骨架的制作与起吊安装→导管的安装→水下砼灌注。

3.2 钻孔桩平台及钢护筒施工

深水钻孔桩均采用插打钢护筒、拼装水上作业平台，在平台上安装钻机从事桩基施工。平台大小以满足桩基施工要求为止，承载力要满足施工设备自重、施工动荷载等所有外力之和。水中钻孔桩作业平台采用打桩船插打φ800mm钢管桩作支撑系统，采用H700×300型钢作分配梁，上部采用贝雷片拼装、铺装桥面板搭设而成。

主墩桩基钢护筒直径φ2300mm，采用壁厚12mm的钢螺旋焊管，中间采用环形加劲措施。钢护筒直径比设计桩径大30cm，长度为下端埋入不透水粘质土层不小于1.5m。钻孔桩操作平台及钢护筒布置详见下图2。

图2：钻孔桩施工平台及钢护筒施工平面图

3.3 钻孔桩基础钻进施工

3.3.1 钻机类型选择

根据地层情况和钻孔孔深（孔底距平台面115m）的特点，钻孔桩穿过含淤泥中细砂、淤泥层、淤泥质粘土、含砂淤泥质粘土、中粗砂、卵石层、含圆砾粘性土、岩层,采用JP-8型冲击钻机。

3.3.2 泥浆性能控制指标

水上施工采用海水泥浆，淡水泥浆成本较高。海水泥浆建议配合比见下表1：

表1 海水泥浆建议配合比

序号 海水 钠土 PAC 纯碱 相对密度 黏度（s） PH值

深水区 375L 56.25kg 750g 750g 1.13 22.84 9.1

合适的泥浆性能对成孔至关重要，施工中要求每小时测定泥浆性能并及时调整到规范要求。采用优质膨润土、钠土或粘土等经试验后进行现场造浆，对于中上部软土层，泥浆护壁是关键，泥浆比重控制在1.20-1.3之间，泥浆粘度控制在22-28pa.s。穿过液化土和软土时，使用PAC泥浆。根据本桥水位变化情况，对于水中桩基，同一墩位采用在护筒之间设置连通装置，作为泥浆循环的通道，确保护筒内的水头，详见下表2：

3.3.3 钻进工艺的操作控制

钻孔桩钻孔分成三个阶段进行：钢护筒内的钻进阶段、钢护筒外的钻进阶段和清孔验收阶段。

3.3.3.1 钢护筒内钻进阶段

开始钻进时，进尺适当控制，特别是钻进到护筒下口位置时，慢速钻进，每小时进尺控制在0.5~0.8m左右，使护筒下口有坚固的泥皮护壁，防止钻头在提拉过程中对钢护筒下口产生破坏，然后在护筒内造浆。

3.3.3.2 钢护筒外钻进阶段

钻进至钢护筒护筒下口位置时，一定要慢速钻进，防止对已出现得下口变形和卷口的钢护筒造成更严重的破坏，同时也可能使得未出现损坏的下口钢护筒发生变形和卷口，最终导致钻孔事故的发生。

当钢护筒内泥浆的各项技术指标符合要求后，开始正常钻进。钻头出护筒3.0~5.0m后恢复正常钻进速度。每天的钻进深度要求控制，尤其是在土质松散的地质位置，进尺不宜超过10米/天，这样有利于泥浆对松散地质层的固结和稳定，有效的防止漏浆、穿孔及塌孔现象的发生。

钻进过程中定时检查泥浆指标，泥浆比重如有损耗或泥浆漏失，应及时加大泥浆比重或补充泥浆数量。遇地质变化，应根据上述各地质层泥浆指标适当调整泥浆指标。钻进过程中要经常检查钻机稳定情况，如有倾斜或偏移，应及时纠正，同时在钻进过程中随时检查钻机的易耗件，尤其是钢丝绳定期进行检查，一旦出现断丝，应立即进行维修或更换。

在粘土（淤泥）层钻进时要注意防止吸锤现象的出现，必要时可以采用向孔内倒入宕渣可解决吸锤问题。

在卵石层钻进过程中，随时检查锤牙，看是否磨损，及时加焊，保证钻孔直径，焊完锤牙后应慢速钻进并上下扫孔，待上下通畅后正常钻进

当钻进快达到设计孔深后，应放慢钻进速度，并随时进行孔深测量，同时对全孔上下进行扫孔。达到设计孔深后，对成孔的孔深等进行精确测量，确定满足设计要求后，进行清孔作业。现场工程技术人员，在钻孔过程中全过程监控，每天记录孔深、泥浆比重等数据4次，真实填写钻孔记录，不得涂改，将来直接以现场施工记录作为竣工资料。

3.3.3.3 清孔验收阶段

钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、中线进行检查，符合设计及规范要求后方可清孔，清孔采用换浆法进行。清孔时将钻锥提离孔底15cm左右，并保持泥浆正常循环，以中速将相对密度1.15～1.20的较纯泥浆压入，把钻孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出。直至泥浆的各项指标要求并经检验合格后，可提钻进行下一道工序。详见下表3：

表3 终孔的泥浆性能技术指标

项目名称 PH值 比重（g/cm3） 黏度（s） 胶体率（%）度 含砂率（%）

技术指标 8～10 1.03～1.10 17～20 ≥98 ≤2

当清孔泥浆指标达到要求后，开始下钢筋笼，在吊入钢筋骨架、安装完导管后,再次利用导管清孔2~3小时进行循浆，检测泥浆比重、含砂率、泥浆粘度及孔底沉淀厚度是否满足要求，如超过规定,应继续进行清孔,符合要求后方可灌注水下砼。在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止坍孔。