中朝鸭绿江公路大桥主塔桩基施工工艺

陈 宇

(1.辽宁省交通规划设计院;2.中朝鸭绿江界河大桥项目指挥部)

1 工程概况

1.1 工程简介

中朝鸭绿江界河公路大桥位于丹东新城区国门湾，桥梁全长3 030.4 m，全宽28.5 m;其中主桥为86 +229 +636 +229 +86 =1 266 m 的H 型双塔双索面钢箱梁斜拉桥。主塔位于水中，塔高197.1 m(包括2.5 m 塔座)，承台为六角圆端形，尺寸为69.481 ×23.4 ×6.0 m。主塔桩基采用40 根φ2.5 m 钻孔灌注桩，桩长为39.2 m，顶部设置15.0 m 长钢护筒，采用C30水下混凝土，顺桥向和横桥向桩距均为6.2 m;设计采用嵌岩桩，要求桩端进入中风化岩层有效深度不小于8.0 m。

1.2 地形、地貌、地质

大桥桥位附近地貌以浅切割剥蚀浑园状微丘台地和剥蚀平原地貌为主。桥位处鸭绿江河床较窄，两侧基本无滩涂，沿河发育多为一级阶地。通过对桥位区地质勘察，该桥揭露的地层主要为第四系冲洪积素填土(种植土)、粉质粘土、粉砂、细砂、中砂、卵石、安山质角砾凝灰岩、砂岩等。

2 测量控制

桩基施工测量工作主要包括钢护筒的定位测量和钻孔施工测量两部分。钢护筒定位采用GPS 静态测量技术布设控制点，结合全站仪、经纬仪和水准仪进行平面和高程控制，保证钢护筒的平面位置偏差小于5 cm，垂直度偏差小于1%，护筒顶面高程与设计高程一致。钻孔桩的施工测量主要包括钻机的定位，孔底高程及成孔倾斜度的测定，封孔测量等。

3 钢护筒施工

主塔钢护筒共40 根，钢护筒底标高为－14.6 m，顶标高为+6. 7 m，每根钢护筒长21. 3 m。钢护筒钢板材质为Q235C，护筒内径为2.8 m，厚24 mm，单根重36.6 t。钢护筒在临时施工平台上进行施打，在施工平台的上下游各布置1台70 t 桅杆吊，桅杆吊不能覆盖到的区域采用200 t 浮吊进行辅助作业，安放导向架后利用DZJ240 振动锤进行护筒施沉。

4 钻孔灌注桩成孔

4.1 钻机选型

主塔墩桩基桩径大、岩层强度高，成孔难度大，为保证成孔要求，选择大扭矩回旋钻机，采用气举反循环工艺进行施工。根据施工总进度要求，共布置8 台回旋钻机同时进行施工，钻机性能参数见表1，钻机配套机具见表2。

表1 钻机主要性能参数

表2 钻机主要配套设备机具

4.2 钻孔桩施工工艺流程

主塔墩基础采用40 根φ2.5 m 的钻孔灌注桩，行列式布置，桩长为39.2 m，钻孔桩施工工艺流程见图1。

图1 钻孔桩施工工艺流程图

4.3 钻孔施工顺序

根据设计要求和基于钻孔安全考虑，严格遵循相邻两根桩基不得同时成孔或灌注混凝土的原则，在相邻桩位灌注混凝土后，强度达到5 MPa 以上才能继续开孔，避免扰动孔壁，发生串孔。同时考虑到桅杆吊和浮吊作业半径，共计采用五个轮次完成了桩基的钻孔和灌注。

4.4 泥浆制备与循环

护壁泥浆在钻孔中非常重要，尤其是对本工程大直径深孔、土层造浆性能较差的情况下，泥浆控制就更加重要。在正式开钻之前，选用优质钙基膨润土和不同比例的水、膨润土、碱等进行了试配和验证，选择各项指标最优的泥浆配合比。

泥浆循环系统主要由造浆池、存浆池、泥浆净化器及沉渣池组成。

单台钻机现场配备1 个泥浆箱作为造浆池，存浆池利用附近的钢护筒代替，每个护筒容量约50 m3。泥浆经泥浆净化器处理后，使直径在0.074 mm 以上的土颗粒分离出来，处理后的泥浆通过泥浆管泵流入钻孔桩钢护筒内进行循环，详见图2。

图2 泥浆制备循环系统示意图

4.5 钻机安装、调试

钻机进场后，先依照辅助定位点通过桅杆吊安装钻机底座，底座经检查满足要求后，将钻机与施工平台进行焊接固定，保证钻机在钻进过程中不产生移动，再立钻架并调整和安设起吊系统，利用桅杆吊将钻头、风包钻杆及配重拼装在一起，在钻机就位后使钻塔倾斜或移动上层底盘，将所需组件吊入孔内固定。检查钻杆，清洗密封圈，并接长钻杆，同时通过观察钻杆中心与钢护筒中心是否重合来进行校核钻机安装位置。

4.6 钻进成孔

(1)护筒内钻进阶段。在护筒底口2 m 以上，属于护筒内钻进阶段，护筒内以砂层及中密卵石层为主。开始用刮刀式钻头，当钻入密实卵石层，刮刀钻头效率低时，换成牙轮钻头。

(2)护筒外钻进阶段。在护筒底口2 m 附近开始，钻进采用反循环减压慢速钻进，待泥浆形成稳定孔壁，钻头出护筒3 m 后恢复正常钻进。

(3)第一次清孔阶段。当钻深达到设计标高后，将钻头提离孔底30 ～50 cm 连续清孔2 ～3 h，缓慢旋转钻具，补充优质泥浆，进行反循环清孔保证泥浆质量，当桩底沉渣厚度不大于5 cm，同时泥浆的性能指标达到要求时，向孔底泵入10 m 深新造泥浆后，拆钻杆、移钻机，进行成桩作业。

4.7 检孔

成孔后对成孔质量进行检测，满足平面位置±5 cm，孔径不小于2.5 m，倾斜度不大于1%。孔的平面位置用全站仪检测，孔深用测绳检测，孔径及倾斜度用检孔仪检测。

5 钢筋笼制作和下放

主墩桩基钢筋笼主筋为HRB400φ36，桩基钢筋笼全长41.7 m，重约42.2 t。钢筋笼采取在后场钢筋加工场内分节制作，通过车辆运输至施工平台处，用桅杆吊分段吊入桩孔接长下放、就位。所有主筋均采用连接套筒进行接长，下放时采取有效措施保证钢筋笼的竖直和保护层。

6 混凝土浇注施工

主塔桩基设计为C30水下混凝土，每根桩混凝土方量为192.3 m3，考虑扩孔系数等因素，每根桩混凝土按217 m3混凝土准备。采用普通硅酸盐水泥，经过试配，混凝土性能满足初凝时间15 h 以上、7 d 强度达到28 d 强度的80%以上，现场灌注时混凝土拌和时间150 s，坍落度控制在18 ～22 cm。

钢筋笼下放到位并固定后，立即下放导管，导管采用φ325 ×10 mm 无缝钢管制成，接头为快速螺纹接头。导管安装到位后，进行二次清孔，二次清孔采用导管内下风管反循环清孔，二次清孔后静置一段时间再进行沉渣厚度检测，当孔底沉渣厚度且泥浆指标满足清孔要求后，立即进行水下混凝土灌注。首批混凝土浇注量为9.0 m3，采用拔塞法进行首批混凝土的灌注。首批混凝土灌注成功后，混凝土经泵送，不断地通过大集料斗、小料斗及导管灌注至水下，直至完成整根桩的浇筑。当混凝土灌注临近结束时，核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的高度是否准确，当确定混凝土的顶面标高到位后，停止灌注，及时拆除导管。

7 结 语

中朝鸭绿江界河公路大桥主塔采用回旋钻机、气举反循环工艺，历时三个半月，顺利完成了40 根主塔桩基的灌注。依靠完善的施工工艺和精心的施工组织，主塔桩基的施工质量优异，经检测，桩基合格率100%。同时证明，回旋钻机在卵石层、灰岩以及砂岩等地质条件下均有很好的适用性。

［1］公路桥梁施工技术规范(JTJ 041 －2000)［S］.

［2］辽宁省交通规划设计院，中朝鸭绿江界河公路大桥施工图设计［Z］.2011.

［3］交通部第一公路总公司.公路施工手册·桥涵［M］. 北京:人民交通出版社，2000.