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1、水溪大桥破碎地质条件下的深桩基施工技术田德红赵春生王彬（中国水利水电第七工程局六分局紫坪铺公路项目部）摘要：本文主要介绍了白水溪大桥在破碎地质条件下的深桩基人工成孔、钻孔、水上灌注桩、水下 灌注桩的主要施工技术及实际施工时遇到的难题及处理措施。关键词：白水溪大桥 桩基技术措施1 工程概况K1032+163.25白水溪大桥位于四川岷江紫坪铺水利枢 213国道库区淹没段改建工程I 标段，是213国道库区淹没段改建控制性工程之一。白水溪大桥横跨白水溪沟，沟谷呈 U形，高差达50多米，沟床宽30多米。桥位区两 岸斜坡地带为崩坡积块碎石土，左岸层厚 9.5821.78m,右岸层厚038.20m,沟床中为
2、 冲洪积堆积层漂块石土，层厚 1517.10 m。下伏强风化砂岩和强、中风化碳质页岩（8 11m），岩性软弱，属软质岩类，强度和承载力低，完整性差；微风化碳质页岩（57m），属软质岩类，具有一定的承载力；中风化、微风化砂岩，该层厚度大，稳定性好。白水溪大桥桥宽8.0m,上部结构为1 25m+3 40m预应力“ T”型梁，下部为组合 式桥台，柱式桥墩，墩高为27.546m，钻（挖）孔灌注桩基础，桩径1.5m，桩深28.5 42m。2主要施工技术2. 1人工成孔2003年10月1日白水溪大桥开始进行4#台的桩基人工挖孔，3#墩、0#台、1#墩也相 继开挖。挖孔前先平整场地，定出桩孔位置，在孔口四周
3、挖排水沟，搭建防雨棚。由于地 质条件复杂，且渗水量较大，挖孔过程中采用空压机、风钻、风镐、发电机、潜水泵配合 使用。开挖料用手动辘轳提出孔外，当开挖深度超过30m时采用电动卷扬机。每根桩基开挖时配置5个人，平均日进度1m左右。3#墩桩基在开挖深度至20m时，地质情况为碳质 页岩，碳质页岩强度低，且极其破碎，渗水量大，出现了塌孔，进展缓慢。将施工循环进 尺进行了调整，采用小进尺多循环施工，并且护壁砼强度及钢筋配筋率都提高。每循环开 挖0.5m，桩基中部超深0.6m作为集水坑，水位低于工作面，立即进行钢筋砼护壁的施工， 在砼达到一定的强度后，即进行下一循环的施工。2. 2钻孔施工2#墩处于溪沟旁，
4、地下水位高，无法采用人工挖孔。根据设计单位提供的地质资料， 桩基上部20m为漂石层，经过钻机选型对比，采用冲击钻成孔。冲击钻整机就位时，提升钻头的钢丝绳中心必须与桩基中心重合。施工时首先采用钢筋砼锁口，以增加孔口的承载力。然后孔口使用钢护筒，护筒壁厚1cm,护筒内径1.7m,护筒埋深1.5m。桩孔采用泥浆护壁，人工向孔口投放粘土，反复提升钻头冲击孔口内粘土， 搅拌成为泥浆。泥浆的性能指标：相对密度 1.201.40，粘度2230（S），胶体率95%, 失水量w 20mL/30min，泥皮厚w 3mL/30min，静切力35Pa,酸碱度811Ph。冲击钻机成孔工艺如下：（1）钻机就位，在埋好的护
5、筒和备足护壁泥浆粘土后，将钻机就位，立好钻架，对准钻孔中心，固定好撑杆，就可开始冲击钻进。钻机的底座和顶端应平稳，不得产生位移 和沉陷，钻架顶部的起重滑轮槽缘的铅垂线应对准护筒中心，其偏差不得大于2cm。（2）开孔，开孔时应先在孔内灌注泥浆。如孔中有水，可直接投入粘土，用冲击钻 以小冲程反复冲击造浆。开孔及整个钻进过程中，应始终保持孔内水位高出地下水位（2#墩处为河中水位）1.5m2.0m，并低于护筒顶面0.3m以防溢出，掏渣清后应及时补水。在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时， 可按1 : 1投入粘土和小片石（粒径w 15cm）， 用冲击钻小冲程反复冲击，使泥浆、片石挤入孔壁。必要时需重复回填
6、反复冲击23次。开孔或钻进遇有流沙现象时，加大粘土减少片石的比例，按上述方法进行处理，力求 孔壁坚实。由于开钻时冲程小，冲击力不足，可采用人工开挖，挖下之后作护壁，人工掘 进困难时再用冲击钻造孔。（3）钻进钻进时的注意事项：1）冲程应根据土层情况分别规定：在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中时 采用高冲程（100cm），在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时采用中冲程（ 75cm）。2）通过漂石或岩层时，如表面不平整，应先投入粘土、小片石将表面垫平，再进行冲 击钻进，防止发生孔斜、坍孔事故。3）要均匀地松放钢丝绳的长度。软弱土层每次可松绳 58cm,密实坚硬土层每次可松绳35cm。4）冲程
7、大小和泥浆稠度应按通过的土层情况掌握。当通过砂、砂砾石或含砂量较大的 卵石层时，宜采用1m2m的中、小冲程，并加大泥浆稠度，反复冲击使孔壁坚实，防止 坍孔。当通过含砂低液限粘质土层时，因土层本身可造浆，应降低输入的泥浆稠度，并采 用1m1.5m小冲程，防止卡钻、埋钻。当通过坚硬密实卵石层及漂石、基岩之类土层时， 可采用46m的大冲程，使卵石、漂石或基岩破碎，并加大泥浆稠度，反复冲击使孔璧坚 实，防止坍孔。但大漂石和探头石易使孔身偏斜，一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使 钻孔竖直。5）在任何情况下，最大冲程不宜超过 6m，防止卡钻、冲坏孔壁。6）为正确提升钻头的冲程，宜在钢丝绳上作长度标志。7）
8、在掏渣后或因其它原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡 钻。（4）掏渣：破碎的钻渣，部分和泥浆一起被挤进孔壁，大部分靠掏渣筒清除出孔外， 故在冲击相当时间后，应将钻头提出，换上掏渣筒，下入孔底掏取钻渣，倒进钻孔外的倒 渣沟中。一般在密实坚硬土层每小时纯钻进小于 510cm、软弱土层每小时纯钻进小于 15 30cm时，应进行掏渣。或每进尺 0.51.0m时掏渣一次，每次掏45筒，或掏至泥浆内 含渣显著减少、无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。（5）检孔：钻进中需用检孔器检孔。检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度为孔径的46倍。每钻进46m,接近易缩孔（孔径减少）土层或更换钻
9、锥前，都 必须检孔。当检孔器不能沉到原来钻达的深度或大绳偏移护筒中心时，应考虑可能发生了 弯孔、斜孔或缩孔等情况，如不严重时可调整钻机位置继续钻孔，当情况严重时，应立即 停钻，用粘土夹小片石回填到锥检孔器标高以上0.5m处，然后冲击重钻。（6）清孔：其目的是抽、提孔内泥浆，清除钻渣和沉淀层，为下道工序灌注水下混 凝土创造良好条件。1） 清孔质量要求：孔底沉淀厚度不得大于 0.2d （d为成孔直径），泥浆含砂不大于4%。2） 清孔方法：采用掏渣清孔法，应掏到用手摸泥浆中无23mm大的颗粒为止，并使 泥浆比重小到1.11.25。3）沉淀土层的测量：沉淀土厚度从锥头底部所到达的孔底平面算起。2#墩桩
10、基于2003年11月11日开孔，两台冲击钻机同时钻进，采用24h连续作业，平 均日钻进量1.52.0m。2003年11月28日2#墩右1桩孔在钻至28m时出现了塌孔，孔口 位置的土体产生下陷，塌孔情况较严重。根据钻渣，发现在桩孔深915m处为碳质页岩层，碳质页岩强度低且破碎。经过分析，塌孔原因是由于破碎的地质条件及溪沟过大的水 压力，泥浆不能对桩孔孔壁起到保护作用，且钻孔时对破碎的碳质页岩层孔壁周围土体振 动较大。根据这种情况，采用钢护筒护壁。钻头提出桩孔后，采用片石将桩孔全部回填至 孔口位置，重新开孔钻进，钻头超前 1m,然后向下跟进钢护筒进行护壁，起到护壁作用。 每节钢护筒壁厚1cm，钢护
11、筒内径1.6m （为保证桩孔的偏位在规范要求范围内，故在设计 桩基直径上增加10cm），每节钢护筒连接采用焊接，钢筋加强。钢护筒跟进深度超过碳质 页岩层后，重新采用正常的钻孔方法进行钻进。由于桩基地质情况复杂，两台冲击钻机同 时施钻，对地基振动过大，为避免出现再塌孔现象，只采用一台冲击钻机顺序钻孔，并且 对碳质页岩层均采用钢护筒进行护壁。2#墩钻孔桩施工于2004年4月18日全部完成。2. 3水上灌注桩挖孔桩自孔底及孔壁渗入的地下水其上升速度小于6mm/min时，灌注砼桩。开始灌注前，清除孔内集水，使其小于 50m m。灌注时，导管对准孔中心，砼在导管中自由坠落。 距孔底2m以下的砼利用其自由
12、坠落捣实，此线以上的砼用振捣器捣实。孔内砼一次连续 浇筑完毕。砼浇筑至桩顶以后，将表面已离析的混合物和水泥浮浆等清除干净。0#台、1#墩、3#墩及4#台桩基均按照水上灌注桩施工，采用一台泵送砼，一台500L型强制式搅拌机，由2#墩平台（拌和场地），向各墩台输送砼。灌注时间一般是在墩台的 四根桩孔全部开挖完成，钢筋骨架安装完毕后，桩基一次连续灌注完成。2. 4水下灌注桩2. 4. 1灌注机具（1）导管：用钢板卷制而成，或无缝钢管制成，内径为 125mm。中间段节长2m，下 端节长46m,漏斗下配长约1m的导管。导管节与节间采用卡口式连接（快速接头），导 管吊放时宜用两根钢丝绳分别系吊在最下端一节
13、导管的两个吊耳上，并沿导管每隔5m左右用铁丝将导管和钢丝绳捆扎在一起。导管使用前和使用后要进行水密试验、承压试验和 接头抗压试验。(2) 漏斗：导管顶部与储料斗相连 6m；桩顶高出水面时，漏斗底口高出桩 顶46m。(3) 储料斗首批砼所需数量V :2 2V n d hi/4+ n D/4 (h2+h3)hi =HWrw/r c (见图 1)h2 1.0mh3 0.4mrc：混凝土的容重，KN/m3rw：水或泥浆的容重，KN/m3漏斗高度：桩顶低于水面时漏斗低口高出水面 4图1首批砼数量计算根据以上公式计算首批砼所需数量 V:223V 3.14 X 0.125 /4X 36X 10/245+3.
14、14 X 1.55 /4X( 0.4+1.0 ) =2.5m。(4) 工作平台；利用冲击钻机的钻架，在储料斗上铺设木板作为工作平台。2. 4. 2灌注混凝土前的检查与清孔导管就位后再次用测深锤测沉淀层厚度。若沉淀层厚度超过设计要求，即进行二次清 孔，二次清孔采用喷射法(采用压缩空气将桩孔底部沉淀物稀释)。当沉淀层厚度满足设计要求后即可准备灌注水下混凝土。2. 4. 3水下混凝土配制及灌注水下混凝土的配合比经工地试验室验证后，方可使用。因桩基深度较大，达36m，并且不可遇见的因素多。在首批砼灌注以后，为了保证其后续砼灌注不初凝，在砼拌制过程 中掺入缓凝剂(高效泵送剂)。搅拌混凝土的设备采用一台J
15、Z500强制式搅拌机布置在2#墩平台，砼输送泵进行砼灌 注，泵管出口由钻架上侧对准储料斗。砼配合比中掺入泵送剂，泵送剂的作用是增加砼和 易性，且具有缓凝作用，泵送剂掺量为水泥用量的2%。首批砼在储料斗中达到2.5m3时,使用钻机的副卷扬机将导管堵头迅速提出料斗外，砼从导管中自行落入桩孔内，水下砼灌 注至此连续浇注。水下砼灌注过程中必须经常测量灌注砼的深度。采用测深锥法同浇注砼时灌注的体积 反推深度相结合的测量方法。测锥法：锥为平底，底面积不应太小，制成圆锥型，锥不小于40N,测身用质轻、拉力强、遇水不伸缩、标有尺度的尼皮尺，用两人两个测锥测深。复核灌注深度：每隔一段时间，记下此段时间灌入砼的体积，以平均孔径反推深度。孔径根据实际情况确定，一般为设计孔径的 1.1倍。根据测量的灌注深度，导管埋深控制在 2m6m。导管埋置深度达到要求后，正确指 挥导管的提升和拆除。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转 动导管，使其脱开钢筋骨架后，移至钻孔中心。当导管提升到法兰卡接头露孔口以上有一定的高度，可拆除2节导管(视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定)。此时，暂停灌注，利用钻机主卷扬机提升漏斗，副卷扬 机系牢井口的导管，然后松动导管的接头螺栓或快速接
