东江特大桥主桥桩基施工技术

喻初武，邬良玉

（1.中国交通建设股份有限公司总承包经营分公司，北京100088；2.中交第二航务工程局有限公司，武汉430040）

1 工程简介

芦洲至泰美大桥项目按照一级公路技术标准设计，设计时速80 km/h，双向4车道，全程线路总长7.61 km，其中，东江特大桥全长1 510 m，桥面全宽23.0 m，主桥采用85 m+150 m+85 m预应力混凝土连续刚构，引桥跨越两岸大堤处采用预应力混凝土连续箱梁，其余位置均采用跨径为30 m的装配式预应力混凝土小箱梁（33跨），主桥下部结构采用板式墩，引桥下部结构采用柱式墩，基础均为钻孔灌注桩。

东江特大桥主桥跨越东江主航道为限制性V级航道，远期规划为内河Ⅲ级航道，设计最高通航水位24.94 m，最低通航水位14.80 m，主桥26#墩、27#墩及28#墩位于水中，需要搭设钢栈桥及钢平台后进行桩基及下部结构施工，栈桥及钢平台顶标高为21.00 m。东江特大桥主桥水中27#与28#墩采用群基础，每个墩8根直径2.50 m桩基，均为摩擦桩，承台底标高为+6.80 m，桩顶标高为+7.00 m、桩底标高-63.00 m和-70.00 m，桥墩位处河床标高13.44～16.10 m，钢护筒顶标高为+21.50 m，钻孔深度84.0～90.0 m。桥区地质条件复杂，由砂砾层、厚卵石层、粉质黏土夹层、全风化变质砂岩、强风化夹中风化变质砂岩、强风化变质砂岩等组成，局部岩层岩芯完整、岩面倾角较大、质地较硬，因此，施工难度较大。

2 重难点分析

根据本工程特点，主桥27#、28#墩大直径、超长桩基在复杂条件下施工难度较大，主要体现以下方面：

1）主墩桩基所处东江主航道，受上游水闸调蓄及汛期影响，水位变化较大，枯水期常水位12.50～13.50 m，5年一遇洪水位为22.52 m，主河道水流速度0.5～1.5 m/s，影响桩基成孔过程中孔内外压力，容易导致漏浆、塌孔的质量问题。

2）主墩桩基所处位置地质条件复杂，主要有砂砾层、超厚卵石层、风化变质砂岩、粉质黏土夹层、斜坡面岩层等不良地质，不利于大直径超长桩基成孔条件，成孔难度大、钻进速度慢，易引起漏浆、塌孔、卡锤、粘锤、斜孔等质量问题。

3）水上钻孔平台场地狭窄，难以布设常规的泥浆清渣设备，影响大直径超长桩基造浆、钻进、清渣、成孔等进度，易引起漏浆、塌孔等质量问题。

4）复杂条件下深水大直径超长桩基施工措施费用较高，桥区位于东江河道水源保护区，对水源保护要求较高，桩基施工不能污染东江水源，环保措施较多，施工成本较高。

5）主墩桩基处在本项目关键线路上，主墩桩间距较小，难以形成多个作业面同时作业，交叉钻孔时相互影响较大，对施工工期有一定制约作用。

6）主墩桩基桩顶标高位于东江主航道河床面以下，按照低桩承台设计桩基，钢护筒顶到桩顶距离约为15.0 m，虚桩长度较长，不利于桩基施工质量控制，施工控制难度较大。

7）主墩桩基均为摩擦桩，且持力层均为中风化岩层，设计对桩底沉渣厚度要求较高，要求桩底沉桩厚度≤5 cm，高于施工技术规范要求，施工控制难度较大。

3 施工关键技术

3.1 工艺流程

施工准备→钢栈桥及钢平台搭设→测量放样→沉入钢护筒→钻机就位→造浆并钻进（泥浆正循环）→钢护筒跟进→造浆并钻进→清渣→造浆并钻进→终孔→扫孔、刮泥皮→一次清孔（气举反循环）→下探笼→下放钢筋笼→下导管并进行二次清渣→水下混凝土浇筑→桩基检测→下一道工序。

3.2 施工关键技术及方法

东江特大桥主桥27#、28#墩大直径超长桩基施工难度较大，本项目采取成套施工技术，解决了钻孔灌注桩施工过程中的系列问题：

1）主墩桩基所处东江主航道，受上游水闸调蓄及汛期影响，水位变化较大、水流速度快，影响桩基成孔过程中孔内外压力，易导致漏浆、塌孔的质量问题。合理设置钢平台及钢护筒顶标高，解决变水位、大流速桩基成孔难题，主墩钻孔钢平台标高设为21.0 m，主墩钻孔灌注桩钢护筒顶标高设置约21.50 m，根据东江水位变化调整孔内泥浆面标高，确保孔内外压力一致，防止漏浆、塌孔的质量问题。

2）超厚卵石层钻孔灌注桩桩成孔施工，主墩大直径超长桩基穿过砂砾层进入卵石层，卵石层较厚，卵石层呈黄褐、灰褐色、局部红褐色，饱和、中密～密实，卵石含量70%～90%，呈磨圆状～次磨圆状，粒径1.0～20.0 cm不等，卵石成分主要为砂岩，间隙填充砂砾夹粉质黏土，局部分布，层厚为15～25.00 m，厚卵石层桩基成孔难度较大，主要采取回填片石+优质黄土进行护壁，通过低锤密击、挤密孔壁周边卵石层形成护壁结构。为提高护壁效果必须控制好冲程及钻进速度，在饱和卵石层钻进过程中严格控制钻锤的速度，提升速度控制在0.25～0.375 m/s，冲程控制在1～1.5 m，但不能过低，避免钻渣无法上浮，引起钻进、清渣困难。另外，对于局部卵石粒径较大、孔内难以维持水头差的钻孔灌注桩，采用钢护筒跟进工艺，跟进钢护筒进入稳定黏土层或强风化岩层≥1.0 m，能防止大直径超长桩基在厚卵石层中成孔难度大、钻进速度慢等问题。

3）粉质黏土夹层以及斜坡面岩层等不良地质条件下大直径超长桩基成孔技术，主墩大直径超长桩钻孔过程中容易遇到粉质黏土层夹层而引起粘锤现象，黏附力较大，钻锤无法自行提起，给正常钻进造成较大困扰。本工程采用锥形空心锤辅助成孔工艺可以安全、快速解决粘锤问题。斜坡面岩层钻进时引起斜孔、卡锤等质量问题，斜坡岩面锤击时受力接触面较小，引起斜孔、卡锤，采用回填片石+优质黄土（3∶1）进行处理，对孔内回填2.0～3.0 m后重新冲击孔，接近倾斜岩面后低锤密击，控制锤击频率及冲程，是解决粉质黏土夹层以及斜坡面岩层等不良地质条件下成孔问题的有效方法。

4）水上钻孔平台场地狭窄，难以布设常规的泥浆清渣设备，影响大直径超长桩基造浆、钻进、清渣、成孔等施工进度，易引起漏浆、塌孔等质量问题。主墩桩基施工搭设钢栈孔平台以满足主墩钻孔灌注桩施工设备布置。但因钻孔平台造价较高，泥浆池、沉淀池及回旋钻等大型设施不设置钢平台上，仅考虑冲击钻、起重吊车、混凝土浇筑车等设备作业宽度布置主墩钻孔钢平台，难以满足同时布置4台钻机作业的空间要求，并采用水上自浮式环保泥浆池，成功解决了水上钻孔作业场地狭窄、泥浆池、沉淀池布置难题。

5）桥区位于东江河道水源保护区，对水源保护要求较高。为了适应变水位泥浆护壁钻孔灌注桩水上作业安全风险、满足水保区绿色施工要求和降低施工成本目标，设计了水上自浮式环保泥浆池，并成功应用，解决了水保区泥浆处理难题。

6）主墩桩基处在本项目关键线路上，每个墩8根2.5 m桩基按照4根×2排方式布置、桩间距为6.25 m，难以形成多个作业面同时作业，交差钻孔时相互影响较大。施工按照2轮成孔安排，每轮钻孔为对角交叉布置，同时施工时桩间距为8.84 m，减小同时作业间的相互影响，并适当错开每轮4根钻孔灌注桩成孔深度。控制每轮4根钻孔灌注桩钻进进度差3 m以上，并适当提高泥浆浓度以防止相互影响引起漏浆、塌孔等质量问题。

7）主墩承台顶标高位于东江主航道河床面以下约50 cm，按照低桩承台设计，钢护筒顶到桩顶距离约为15.0 m，虚桩长度较长，桩基施工控制难度较大。为了防止桩基钢筋笼上浮、检测管漏水、桩头质量等问题，现场采取了系列技术措施。对钢筋笼4根吊筋进行优化，采用4根10号工字型钢作为吊筋，10号工字型钢下口与桩基钢筋笼加强筋及伸入承台内的主筋焊接牢固，10号工字型钢上口固定在钢护筒上，10号工字型钢起到拉、撑作用，防止大直径钢筋笼上浮。设计桩基检测管为桩头以上50 cm，但对于水下低桩承台桩基存在较大质量风险，易导致检测管漏泥浆、水泥浆且检查难度较大，可能引起检测管堵管无法检测。因此，检测管加长至钢护筒顶以上30～50 cm并注满清水，可以防止检测管漏堵塞问题。

8）主墩桩基均为摩擦桩，且持力层均为中风化岩层，设计对桩底沉渣厚度要求较高，要求桩底沉渣厚度≥5 cm，高于施工技术规范要求。选用优质泥浆，以增加孔壁颗粒之间的胶结力，形成泥皮起到保护孔壁作用。提高泥浆黏度，主要通过使用细分散泥浆、增加泥浆中膨润土含量、加入增黏剂等措施实现，在钻进过程中，至少每2 h测定1次该地质的比重、黏度、含砂率，全面掌握孔内泥浆性能指标，及时调整和优化，然后预配置泥浆，同时通过泥浆面观察孔壁的稳定情况，确保安全[1]。钻进时采用正循环处理钻渣的做法，通过水上自浮式环保泥浆池（储蓄池和沉淀池）进行泥浆护壁及清渣，终孔完后一次清孔，采用黑旋风ZX-250型高频振动泥浆筛气举反循环清渣工艺，当孔底沉渣厚度超过设计要求时，若不采用措施处理，难以确保摩擦桩孔底沉渣厚度不大于5 cm的要求。采用锥形空心锤可以解决沉渣过厚问题，用钻机主卷扬机吊起锥形空心锤，并使锥形空心锤的DN25mm高压水连接管与超高压水泵连接，缓慢放入孔底，当锥形空心锤落到孔底后反复起落锥形空心锤冲击孔底几次（提锤高度控制在2 m以内），直至锥形空心锤底刃脚冲击到基岩面，停止提起锥形空心锤，开启超高压水泵进行冲洗孔底，使孔底冲起的沉渣上翻，同时启动孔内泥浆泵继续循环，高效、经济解决孔底沉渣过厚问题。

4 结语

东江特大桥主墩大直径超长桩基在复杂地质条件下施工具有较大的施工难度，主墩钻孔灌注桩基于2018年10月开始施工，2019年3月中旬完成桩基施工。施工过程中遇到变水位、水流速度大、超厚卵石层、粉质黏土夹层、斜坡面岩层、绿色环保施工等一系列技术难题。项目采用了依据水位变化调整孔内水头差、卵石层特殊护壁及钻进方法、粉质黏土夹层以及斜坡面岩层成孔问题处理及防治措施、环保区泥浆无污染处置方法等大直径超长桩基成套施工技术，解决了钻孔灌注桩施工过程中的系列问题，最终主墩桩基检测结果均为Ⅰ类桩基，桩底沉渣厚度均在2 cm以内，满足设计要求的不大于5 cm，提高了钻孔灌注桩施工速度和成孔质量，达到了安全可靠、施工快速、经济合理的预期目标，获得了较好的综合效益。