浅析桥梁钻孔桩基深水接桩施工

关键词：桥梁桩基；钢护筒围护；河床水下注浆；桩基接长施工

　　0 前 言

　　本桥位于思南县城现建成通车的乌江I桥上游。桥长515.44m，最大桥高34米，主桥最大墩高25米。主桥上部结构为（85+150+85）米预应力混凝土连续刚构，下部主墩为双薄壁空心墩，桩基础；桥梁西岸引桥为3×27m+2×25m连续箱梁，东岸引桥为2×25m连续箱梁。大桥3、4号桥墩下部矩形截面双薄壁空心墩，横桥向宽7.5米，顺桥向厚1.8米，两墩柱之间净距为4.4米,空心墩身向上伸入0号梁段，形成箱梁的横隔板, 承台尺寸为15×9.5×4.5m配钻孔灌注桩，群桩基础，桩直径为2.2m。3#墩地处河床位置，覆盖层为流沙。桩基位置水深约8m，并且向河中心位置逐渐变深。

　　该桥3#承台底的原设计标高为352.785m，设计变更后承台底标高变为354.78m，由于前期施工时3#墩左2#桩基按照原设计施工，导致此棵桩基需要接桩约2m。接桩施工时水位标高357.5m。

　　1 钻孔桩接桩方案的确定

　　首先方案采用在桩孔周围2m范围内采用打孔灌注水泥浆固结砂层，水泥浆固结砂层后采用200m3水泵2台抽水，在水位降至接近可施工时，采用人工清孔，凿除桩头松散砼，进行接桩施工。在人工进行清孔作业时，在水流及水压力作用下，涌砂现象严重，无法进行施工作业，该方案不可行。后经研究探讨后，在河道水位较深，砂层较厚的情况下，决定采用圆形钢护筒围护，在护筒周围采用深水注浆固结封底。待注浆形成强度后，将钢护筒内水抽干，凿除桩头松散砼，焊接接桩钢筋，浇筑砼，待钻孔桩砼达到设计强度进行承台施工。

　　1.1技术方案的可行性

　　在静水中，水泥浆的密度比水大，通过注浆方法将水泥浆置换护筒内和护筒外周围砂层，使水泥浆滞留在砂层内。在钢护筒内水位与河道水位相平时，底部砂层没有水压差，不会产生渗流和涌砂。钢护筒内表面水在注浆后没有被挠动，护筒底部不产生涌砂和渗水，水泥浆在这种情况下就不会被稀释降低浓度。经过一定时间后，砂与水泥浆凝结产生强度，与钢护筒和钻孔桩身形成整体，从而达到阻止涌砂和渗水的效果。

　　1.2围水设施各项参数确定与设计

　　1.2.1围堰尺寸及图形

　　利用钻孔桩施工时的承台围堰，在围堰内采用砂袋及混凝土浇筑加固加高，保证施工作用的安全，围堰与已桩基圆形钢护筒之间已有足够的施工作用宽度。围堰完成以后，再往围堰里其他面积浇筑封底混凝土，并在左2#桩基四周留有1m不进行封底混凝土浇筑，以减少桩基内水压力。

　　1.2.2圆形钢护筒直径D的确定

　　圆形钢护筒直径应比钻孔灌注桩直径大，且每侧应留有注浆工作宽度，以便于施工人员进行底部注浆封底施工操作；再则考虑护筒下沉时会产生偏移、倾斜的可能性，故每侧应至少有0.6m左右宽度。圆形钢护筒直径即为钻孔灌注桩直径加上两侧0.6m的宽度即为3.0m直径。

　　1.2.3圆形钢护筒长度L的确定

　　圆形钢护筒的筒顶应高出正常水位顶面，以避免渗水冲进护筒内部，影响桩基钢筋接长和砼浇筑的后续工作施工。由于护筒长度较长，造价越高，决定采用0.3m作为护筒顶面高出水面高度。

　　圆形钢护筒的筒底应比原设计桩顶标高低，以便使桩身与注浆固结形成整体，在凿除钻孔灌注桩松散砼时不会凿穿后再次出现涌砂，决定采用0.4m。

　　圆形钢护筒长度的计算为河床水位标高357.5m减去原设计桩顶标高约350..78m，再加上0.3m的安全高度和0.4m的粘结高度，共7.1m长度。

　　由于护筒太长，采用分节施工，护筒顶面焊接槽钢增加刚度，待护筒安放准确就位，在护筒顶面安装4个附着振动器，逐渐使护筒向下沉，然后焊接另一节护筒，继续向下，直到护筒底低于桩顶混凝土标高0.4m后，使护筒与桩基混凝土之间能够足够密实，防止涌水涌砂。

　　1.2.4圆形钢护筒壁厚t

　　钢护筒采用低碳钢A3钢，根据经验，承受3m的水压力采用壁厚1.5cm足够。

　　1.2.5圆形钢护筒自重W

　　钢护筒长度L采用5m，直径D为3m，壁厚t为1.5cm。钢密度ρ一般为7.8g/cm3。所以该护筒自重： W=ρ(пD)tL=7.8×103×3.14×3×0.015×7.1=7.83×103kg=8 t

　　1.3水泥注浆

　　在钢护筒内钻孔桩的桩头松散砼凿开后，钢护筒底部注浆砼重力最小，水压力不变，此时为最不利情形。假定注浆砼与护筒及钻孔灌注桩的摩阻力影响忽略不计（偏安全考虑），在注浆砼的自重与水的压力相等时，水才不会冲破注浆砼而涌入钢护筒内。当护筒内外水位相同，护筒内不会出现涌砂和渗水时，可开始注浆。注浆采用压力为1MPa的压浆机，注浆管采用细长钢管（外径为3cm，长度为5m，内部空心，底部封闭，两侧开小孔），水泥浆采用水灰比为0.4的配比，外掺加0.8%的减水剂。稠度为14～18s。将注浆管插入到护筒底部砂中，开始注浆。注浆范围为钢护筒内桩周围的砂全部注浆(桩顶不用注降,因为以后要破虚桩头和接桩)；在注浆时，将注浆管由下往上慢速抽出，抽离钢护筒内顶面砂层后停止。每次注浆间距一般为20cm，整根桩注浆应一次性操作完成。

　　1.4接桩施工

　　注浆施工完成以后，护筒内水不允许再出现扰动。经过12h后，砼达到一定强度，可以将护筒内水抽干。在注浆砼的作用下，钢护筒内不会出现渗水和涌砂，可开始进行凿除桩头松散砼施工，焊接接桩钢筋，浇筑接桩砼。由于钢护筒底部已经注浆，使护筒与桩基及砂子胶结更加密实，导致护筒已经无法取出，只能根据现场情况，将路出表明部分钢护筒割开并用吊机取出，尽量用于下次使用。最后进行桩基周围封底混凝土的浇筑，采用水下混凝土浇筑方法进行浇筑。当封底混凝土达到一定强度后，可抽干围堰内渗水，凿平混凝土，进行承台施工。

　　1.5注意事项

　　1.5.1 钢护筒内水位必须与河道水面在同一高度才能注浆。注浆时，特别注意水泥浆的搅拌，水灰比不能过大，以免遇水稀释。

　　1.5.2 凿桩头时，钻孔灌注桩周围泥壁可能会产生少量渗水，可待全部凿完以后在钻孔灌注桩周围凿孔眼，待护筒内外水位相平后在孔眼处再次补充注浆。经这样处理以后，钢护筒没有再出现渗水了。

　　2 钻孔桩接长经济效果

　　该桥共计接桩1棵，接桩长度2m，实际共用水泥3t和外掺减水剂30kg用于注浆处理，人工工日合计60工日左右，水泵约7个台班。总计费用约10000元。因此，对于水下砂层较厚涌水较大情况下的桩基接长，采用钢护筒围护，底部注浆方法处理较为经济。

　　3 结 语

　　该桩处理后经检测质量符合设计要求，采用刚护筒深水接桩方法，施工简便、工期短、成本低。给施工带来很大的经济效益。

　　参考文献：

　　[1] JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

　　[2] 薛明.桥梁水文与水力学[M].北京:人民交通出版社,2001.