长河坝水电站枫林沟大桥大孔径灌注桩特殊施工

罗庆松 郭 振

(中国水电基础局有限公司，天津 300000)

长河坝水电站枫林沟大桥大孔径灌注桩特殊施工

罗庆松 郭 振

(中国水电基础局有限公司，天津 300000)

结合长河坝水电站枫林沟大桥工程概况，确定对2号墩桩基采用上部无水地带人工挖孔后下设15 m长钢护筒、下部富水地带机械成孔相结合的施工方法，并对人工挖孔、机械成孔造孔工艺、清孔、混凝土灌注等施工技术进行了介绍，对类似地层钻孔灌注桩的施工具有重要的参考意义。

灌注桩，人工挖孔，钢护筒

1 工程概况

枫林沟大桥上部结构为(48+80+48)m三跨一联预应力混凝土连续刚构桥，桥全长182 m。主墩为双薄壁墩，基础为承台、φ2.0 m群桩基础。2号墩共6根φ2.0 m C35混凝土灌注桩，设计桩长50 m。1号、2号墩位于大渡河两岸，该处河水湍急，冲刷力大，为更好的保护孔桩，在大桥1号墩、2号墩桩基施工时分别埋设钢护筒。2号桥墩离河岸较近，水流将直接冲刷桥墩，因此下设较长的钢护筒以保护桩基不被水流直接冲刷，钢护筒须插入原始地面下约2 m，从而提高桩基自身的刚度，满足受力要求，故设置15 m长的钢护筒。因施工平台为填渣料，空隙率大，自桩顶以下15 m均为洞渣回填层，在钻机冲孔过程中孔内漏浆十分严重，无法循浆，且由于地质条件不稳定极易塌孔，导致冲击钻进护筒跟进过程中产生偏孔、卡筒、护筒变形大等现象，难以成孔，钢护筒无法埋设到位。为确保钢护筒准确安装到位，采用人工挖孔方式处理。挖孔桩开口直径为3.4 m，锁口厚度为40 cm，再下挖长15 m，直径为2.7 m，每轮挖深1 m，四周采用混凝土护壁，如遇地下水无法抽退或挖至覆盖层底部后则终止人工挖孔。待成孔后进行钢护筒安装，再改用2 m直径锤头进行造孔。

2 洞渣回填层人工挖孔施工

2.1 施工准备

1)平整场地，清除坡面危石、浮土，铲除松软的土层并夯实。2)全站仪测量出各桩基中心精确位置，埋设中心桩，以中心桩为圆心，孔位应比孔径大60 cm，锁口采用钢筋混凝土护壁，厚度为40 cm～50 cm。再浇筑好锁口，将十字护桩中线固定在孔口混凝土上，方便经常检查校核。3)井口四周围栏防护，井口混凝土高出地面30 cm，防止土、石滚入孔内伤人；孔口四周挖好排水沟，及时排除地表水，安装提升设备。4)井内作业必须戴安全帽，在孔内搭设掩体，掩体用2 cm厚钢板作顶盖。出土渣用的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等，经常检查更换。5)护壁混凝土钢筋加工在施工现场进行，在施工区黄土堆放点设置一个钢筋加工点，钢筋加工点配备钢筋切割机1台、钢筋弯曲机1台、交流电焊机1台。

2.2 人工挖孔

锁口施工形成后，开始人工开挖，自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层及岩层用锤、钎，并加小型爆破破碎。在孔口上安装支架，用2 t慢速卷扬机提升，弃土装入胶桶内垂直起吊运输出井口外。

根据地质稳定及情况，每挖深1.0 m后支模浇筑一圈混凝土护壁，护壁采用内齿式C25混凝土护壁，护壁下口直径比上口直径大10 cm，护壁厚度为25 cm，上下层护壁间保证10 cm的搭接长度。护壁中加配光圆钢筋，配置规格为：环向钢筋φ6～φ12，间距200 mm；纵向钢筋是φ10～φ14，间距300 mm～400 mm；上下护圈之间的连接钢筋采用φ8～φ12，间距350 mm～410 mm。由于在冬季施工，为加快挖孔桩施工进度，在混凝土中添加了水泥用量2%的早强剂。护壁过程中，经常检查桩孔尺寸，平面位置和竖轴线倾斜情况，如有偏差，及时修整纠正(护壁后孔径不小于设计，倾斜度不大于0.5%)。

护壁钢模采用组合钢模板，用壁厚3.5 mm外径48 mm的焊接钢管做架管。每节开挖完毕后立即立模浇筑混凝土；浇筑采用吊桶运输，人工撮料入仓，钢钎捣实，混凝土坍落度控制在8 cm～10 cm范围内。混凝土浇筑完毕24 h后，或强度达到1 MPa时进行模板拆除，每节护壁均在当日连续施工完毕。

为确保施工安全，开挖时采用间隔交错跳挖。人工挖孔工期历时29 d，开挖至孔内水位无法抽排后停止，平均单孔挖孔深度13.2 m，共完成人工挖孔79 m，衬砌护壁混凝土145 m3。开挖效果良好，保障了长钢护筒的顺利下设。

2.3 长护筒埋设

人工开挖结束后，开始下设长钢护筒。钢护筒规格为外径2.3 m、壁厚10 mm，单个长度1.5 m。钢护筒在加工厂焊接成型，运送至现场后在孔口对接焊接。焊接前先由钢管搭设一操作平台，下方护筒固定在操作架上，上下缝口对齐后先点焊几点定位，再逐一焊制、下放。由于人工挖孔衬砌混凝土导向，长钢护筒下放过程顺利、到位。

3 灌注桩冲击钻机造孔

3.1 钻孔施工要求

1)钢护筒下设后，开始冲击钻机成孔，为防止冲击震动使邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已灌混凝土的凝固，灌注桩施工待邻孔混凝土灌注完毕，并达到2.5 MPa抗压强度后，才能开钻。

2)施工平台铺设枕木和台板，安装钻机保持稳固、周正、水平。

3)开钻前先校正孔位，经检验桩孔中心位置无偏差后开钻。

4)造孔时，钻具对准孔中心开孔钻进。施工中常检测孔径、孔形和孔斜，严格控制钻孔质量。

5)护壁泥浆以粘土泥浆为主，为保证泥浆效果、提高泥浆浓度，钻进中向孔内添加了适当的膨润土泥浆。出渣时，及时补给泥浆，保证钻孔内浆液面的泥浆稳定，防止塌孔。

根据前期工程同地层条件泥浆的使用效果，使用了湖南澧县生产的膨润土拌制泥浆，配合比如表1所示。

表1 正电胶膨润土泥浆配合比表 kg

6)钻孔连续进行，不得中断。正常钻进时注意及时松放钢丝绳的长度。冲击钻机为手动式，钻进时起锤速度均匀，防止提速过快引起负压造成塌孔，防止打空锤。

7)钻孔时须及时填写钻孔记录，在土层变化处捞取渣样，判明土层，以便与地质剖面图相核对。当与地质剖面图严重不符时，应及时向监理工程师汇报，并按监理工程师的指示处理。

8)根据地质勘探资料、钻进速度、钻具磨损程度及排出的钻渣等情况，判断换层孔深。如钻孔进入微风化岩面4 m后，立即用样管取样。经现场地质人员鉴定，重新确定终孔深度。

9)钻孔至设计标高后，对孔底岩样、孔径、孔深进行四方联检，合格后进行清孔，以确保孔底沉淀、泥浆指标满足设计规范要求。

3.2 基岩鉴定

造孔过程中施工人员根据钻孔施工情况，在钻孔至微风化岩面4 m后每钻进30 cm～50 cm对钻渣取样检查，以便对岩样进行鉴定。桩孔深度控制标准：在确定微风化岩面深度后，孔底嵌入微风化岩层的深度为设计桩径的2倍，达到设计要求的嵌岩深度后方可终孔，终孔深度不得超过此深度0.5 m。

3.3 清孔及验收

1)清孔时，孔内泥浆面应保持在地下水位或河流水位以上1.0 m～1.5 m以上，并不得低于护筒顶下1.0 m，以避免上部孔壁垮塌。2)采用正循环、抽筒法进行清孔。清孔时，将孔底钻渣及泥砂等沉淀物清除。清孔次数和清孔后孔底钻渣沉淀厚度应达到标准。3)清孔换浆结束后，对清孔换浆工作进行验收。验收内容主要包括：孔底淤积厚度和泥浆密度、含砂量与粘度三项性能指标。

4 钢筋笼制安

4.1 钢筋笼制作

单桩钢筋笼最大重量约为16.25 t，所有钢筋笼均分6节制作，用4个10 t手拉葫芦进行安装。

1)桩身混凝土强度等级为C30水下混凝土，混凝土保护层厚度为55 mm。钢筋笼主筋φ28。主筋接头采用机械接头，机械接头的选用及施工应保证钢筋的可靠连接。接头截面面积占总截面面积百分率不大于50%。

2)箍筋直径为10 mm，按照螺旋形式布置，间距为150 mm，桩头箍筋需要加强，即承台底面以下10 m范围内箍筋间距为10 cm，箍筋保护层厚度55 mm。桩头深入承台内，设置19圈箍筋，直径为10 mm，每圈单面焊接，焊接长度为12 cm。

3)钢筋笼两端及顺长度方向自上而下每隔2 m焊接一道直径为28 mm的加劲箍筋，设置在主筋内侧，以增大钢筋笼刚度，加劲箍筋为单面焊接，焊接长度为28 cm；钢筋笼定位钢筋直径为16 mm，每隔2 m沿钢筋笼骨架四周等距离焊接4根。

4)桩顶主筋伸入承台内联结，桩身伸入承台板内长度15 cm，桩顶伸入承台内的主筋长度为204 cm，垂直高度200 cm。

5)在桩顶两道加劲箍筋间设置一道十字加劲钢筋。加劲钢筋采用双面焊接与主筋连接。

6)为确保钢筋笼均匀对称于孔桩，钢筋笼定位钢筋N5每隔2 m沿钢筋笼骨架四周等距离焊接4根。

7)每根桩沿主筋内侧等间接布置4根钢管供超声波检测使用。检测管采用规格为φ57×3。接管及上、下焊接密封质量，顺直度及就位安装质量须符合设计与规范要求。

8)钢筋笼加工过程中需持续清孔，防止孔内沉渣厚度过大。

4.2 钢筋笼安装

1)清孔完毕，经检查孔深、孔径和竖直度符合要求后，即进行钢筋笼下设。2)钢筋笼的下放与其制作同步进行及钢筋笼每次按4 m加工，然后再下放相应长度，下放时钢筋笼设两处吊点，每处吊点用10 t手拉葫芦固定，脚手架上设两处吊点距离孔口约4 m高。3)下设时钢筋笼中心应与桩孔中心正对，钢筋笼中心平面位置允许偏差20 mm；钢筋笼顶端高程允许偏差±20 mm。4)手拉葫芦将钢筋笼吊起，对准孔位、扶稳、缓慢下入孔内，避免碰撞孔壁，直至下到设计位置，采用钢质扁担稳固搁置。扁担的荷载能力应与钢筋笼重量相适应，一旦发生弯曲，应立即加固或更换。5)为防止钢筋笼上浮，安装到位后，对孔口钢筋笼进行加筋固定。

5 混凝土灌注

5.1 浇筑方法

混凝土由混凝土拌和站生产，再经混凝土罐车运至现场，放到灌注料斗。使用拔球法灌注水下混凝土，开灌前灌注漏斗内储存的混凝土及吊斗内的混凝土总量须满足拔球后将导管底端埋入深度1.0 m以上。导管口距离孔底30 cm～50 cm。首批灌注的混凝土应在漏斗装满后，快速下落，下落过程中，应加速向漏斗倾倒混凝土。首批灌注的混凝土完毕后，应及时测量管底埋深，埋深不得小于1.0 m。灌注应连续进行，灌注过程中应不断测量管口埋深，要保证灌注过程中导管下口埋深控制在2.0 m～6.0 m之间。拆除导管动作要快，时间不超过15 min。防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。灌注的桩顶标高应比设计标高高出0.8 m～1.0 m，多余浮渣在承台施工前予以凿除。首批混凝土储量充足，一旦拔球，混凝土将连续灌注，保证整桩在混凝土初凝期内灌注完成。清除导管外一切阻碍物，以免提升时挂着钢筋笼。混凝土灌注到达钢筋笼底部时，适当放慢灌注速度，减少导管埋深，防止钢筋笼上浮。在灌注过程中始终保持水头差，控制导管在混凝土中的埋入深度，灌注时周围避免过大的振动。

5.2 开浇

开浇采用隔水胶球、压球满管法。

5.3 浇筑过程控制

浇筑过程中，导管埋入混凝土的深度宜控制在2 m～6 m，严禁将导管拔出混凝土面。

灌注时，混凝土置换出的泥浆通过泥浆泵引至泥浆主管路中供给其他正在施工的桩孔使用。

混凝土应连续灌注，灌注的桩顶标高应比设计高出0.5 m，以保证混凝土强度。

6 结语

钻孔桩在洞渣回填等松散地层中成孔相当困难，造孔中若按照正常的冲击造孔工艺则对浆液与粘土质量要求很高，而且冲击钻进过程中若发生掉块、塌孔等将会发生埋钻等现象，造成工期拖延和成本的增加，此外存在部分地区粘土质量较差不能保证护壁效果的情况将大大增加造孔风险。

本工程采取了上部松散地层人工挖孔成桩跟进钢护筒与下部密实地层冲击钻机成孔相结合方案，在工期、成本等方面保证了工程需要，降低了松散洞渣回填层中直接冲击造孔的风险，为类似工程提供可以借鉴的施工经验。

On special construction of large-diameter bored piles at Fenlingou Bridge at Changhe Dam Hydropower Station

Luo Qingsong Guo Zhen

(SinohydroFoundationEngineeringCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

Combining with the engineering survey of Fenglingou Bridge at Changhe Dam Hydropower Station, the paper identifies the construction methods combining with 15 m steel tube after the artificial excavation at upper waterless places and mechanic holing at lower water-rich places, and introduces some construction techniques, including manual excavation, mechanic holing craft, hole clearance, and concrete bored pile, so it is meaningful for the construction of bored pile with similar stratum.

bored pile, manual excavation, steel tube

1009-6825(2015)07-0185-03

2014-12-24

罗庆松(1981- )，男，工程师； 郭 振(1986- )，男，工程师

U445.551

A