深水基础施工技术总结

三门口跨海大桥工程深水基础施工技术总结

吴志杰

摘要：本文介绍了三门口跨海大桥南门桥水下钻孔灌注桩、承台施工的要点和保证工程质量的措施。

Abstract: This article introduced the main point and the guarantee of the Nanmen Bridge underwater drill hole and the platform construction,that is a part of project of Sanmen cross-river Bridge

关键词：三门口大桥钻孔桩承台钢吊箱施工

1 工程概况

三门口跨海大桥位于浙江省东部地区－宁波市象山县境内，跨越石浦港，是浙江省重点基础设施建设项目，是象山县环石浦港陆岛交通“关键”工程。大桥工程由北门、中门和南门三座跨海大桥组成，总长1210米。北门和中门桥为主跨270米中承式钢管砼拱桥，桥长各为352米和368米，南门桥为主跨60+2×110+60米连续刚构组合梁桥，桥长500.17米。大桥按双车道设计，桥面宽12.5米。桥下通航净高24米，可通三千吨级海轮。大桥的施工难点在于

南门桥下部基础由钻孔灌注桩、承台、墩柱组成，主桥上部采用（60+2x110+60）米四跨一联预应力混凝土变高度连续刚构。本桥钻

孔灌注桩共有26根，桩径为1.8m～2.5m，最长桩达97.5m，水深最深达42.58m。主桥主墩结构采用高承台桩基，19号墩采用4根桩，钢护筒段桩径为φ2.1米，钻孔段桩径为φ1.8米。20、21号墩采用6根桩，钢护筒段桩径为φ2.8米，钻孔段桩径为φ2.5米。22、23号墩采用2

根桩，钢护筒段桩径为φ2.8米，钻孔段桩径为φ2.5米。24号墩采用2根桩，钢护筒段桩径为φ2.5米，钻孔段桩径为φ2.2米。25、26号墩采用2根桩，钢护筒段桩径为φ2.1米，钻孔段桩径为φ1.8米。由于基础所处海域水深、流急、潮差大，特别是20号墩和21号墩水中基础的施工难度为国内所罕见，很难借鉴其它经验，因此给施工带来了极大的难度。

南门桥下部基础自2004年5月25日开工，至2006年5月15日完成，历时个月零天。

2 工程水文、地质条件

2.1 地质

桥位区主要为海积相的淤泥质亚粘土、亚粘土、粘土，冲洪积粘土和坡残积土，基岩为晚侏罗世的含角砾晶玻屑凝灰岩，局部有安山玢岩岩脉。20号墩和21号墩为主墩。

20号墩位于距南岸120~130米的水域中，水下地形为缓坡，局部起伏较大，地面高程-37.0~-42.0米。墩位区为桥址区南门水深地段，水流较急，具紊流性质，水文条件较复杂。墩位区覆盖层主要为海积淤泥质亚粘土、亚粘土、粘土，和坡残积亚粘土、粘土，最厚达25米。下伏基岩为含角砾晶玻屑凝灰岩，岩面起伏较大，岩面高程

-49.28~-59.48米，整体上为西高东低（右高左低）之势。基岩局部高角度裂隙发育，岩石完整性尚好，强度较高。

21号墩位于南门水域中间，水下地形较平缓，地面高程

-27.48~-28.58米，水流较急。墩位区覆盖层与20号墩一致。基岩为含角砾晶玻屑凝灰岩，岩面高程-65.65~-67.18米，强风化层厚8.4~25.75米，岩石高角度裂隙极度发育，岩石风化加剧，风化层加厚；微风化基岩岩面高程-82.03~-93.83米，起伏较大，整体上为西高东低（右高左低）之势。岩石较完整，强度高。

2.2 水文

石浦港属半封闭式海港，潮汐基本属正规半日潮，每日两次高潮，两次低潮，高、低潮差别不很明显，平均涨、落潮历时大致相等。

3 工程特点

本工程虽然规模不大，但施工难度和技术要求与国内大型桥梁相比毫不逊色。20号和21号墩12根钻孔灌注桩均为大直径、超长型、入水深。桩位所处水域复杂的水文和地质情况，对桩基施工时的定位、钢筋笼的吊装、承台钢吊箱施工都带来很大的难度。工程指挥部提出“确保优良，争创精品”的目标，要求工程必须达到100％的优良率，更不容许有任何的质量事故。

4 施工工艺流程及施工方法

4.1 施工工艺流程（水中基础施工）（见图2）

南门跨海大桥共9跨8个桥墩，18号及27号桥台在岛上陆地上，为明挖基础；19号墩至26号墩在海中, 均为钻孔灌注桩基础，桩长

（至承台底）最长达93.5米；水深最深达42.58米（勘测水位时）。根据桥址处的水文、地质及周围环境情况，在主桥的高塘侧布置栈桥，栈桥上主要安放电缆、混凝土输送管。在两岸各设一座上岸码头，通过码头将材料、设备等转至船上，送到水上施工平台。本桥钻孔桩施工均采用水上平台法作业。20至25号承台采用钢吊箱，19号、26号墩采用钢套箱，整体下沉到位封底后抽水施工。

图2：施工工艺流程

4.2 主要项目施工情况

（1） 钢栈桥的施工

从高塘岸向21号墩修建栈桥，栈桥支墩借用水上平台钢管桩贝雷片做梁。最大跨度为50米。

钢栈桥布置如图

号墩

号墩号墩号墩号墩号墩号墩号墩号墩号墩号墩号墩号墩号墩

图3： 钢栈桥布置图

在21至26号墩施工平台右侧作牛腿，牛腿宽2.5米，牛腿用两根32的工字钢并到一起做横梁与斜撑。在台后组拼贝雷片，组拼成跨后用海吊架设，贝雷片架设完后在贝雷片上铺设桥面。贝雷梁根据跨度不同，进行不同布置，30米跨为加强的双排单层，50米跨为加强的双排双层。牛腿布置及栈桥断面见图4：

双排单层栈桥牛腿双排双层栈桥牛

腿

加强的双排单层

加强的双排双层

图4： 牛腿布置及栈桥断面图

（2）水上施工平台施工

用打桩船将钢管桩打入粘土中，钢管桩入土深度根据平台承载

力通过计算确定，单桩平均承载力为120吨。19号墩施工平台采用9根Φ1000×10钢管桩，20、21号墩施工平台采用12根Φ1200×12钢管桩, 22、23、24号墩施工平台采用8根Φ1200×12钢管桩, 25、26号墩施工平台采用8根Φ1000×10钢管桩。

钢管桩承载力计算：

F=3.14×D ×（T 1×L 1＋T 2×L 2＋T i ×L i ）

F ——钢管桩承载力 KN

D——钢管桩直径 m

T i——第i层桩周土极限摩阻力 KPa

L i——钢管桩进入第i层土深度 m

钢管桩低潮位以上部分用型钢做连接系，钢管桩顶用贝雷片做纵

横梁，上搭20的工字钢及5cm厚木板。

水上平台平面布置如图5

水上平台平面布置图

浦高

24号墩

26号墩

23号墩

20号墩

22号墩

21号墩

25号墩

图5 ：水上平台布置图

（3）钻孔桩施工

由于本海域潮差大，海水较深，涨落潮时水流速度大，钢护筒定

位极其困难。根据调查及水文测定：平潮时水流速度接近于零，低平

潮持续时间为3小时。

钢护筒与钢管桩间的连接

钢护筒间的连接

钢管桩间的连接

图6：钢管桩与护筒连接图 本桥钢护筒及钢管桩定于低平潮时打入。施工顺序为：先打钢管

桩，为防止单根钢管桩在潮水作用下倾斜，第一根打入的钢管桩顶端用四个钢锚定位，第二、第三根钢管桩与第一根相连，形成稳固整体后再顺序打入其他钢管桩及钢护筒（钢管桩与护筒连接见图6）。后打入的钢管桩与护筒要注意及时与先打入的护筒及平台钢管桩用型钢相连，形成整体，保证护筒的稳定。护筒在加工场加工,从水路运至墩位处,利用打桩船将钢护筒打至设计标高。

此桥采用冲击钻成孔，20、21#主墩钻孔桩由于为深水桩，孔径

大，地质复杂，覆盖层较厚，护筒下沉不到岩层，成孔时间长，在钻孔过程中，应采取各种有效措施避免塌孔。钻进中，孔外潮水涨落会影响到孔内水头，可利用内、外水泵控制水头，孔内水头始终保持高于孔外1.5m ；适当控制进尺速度，在钻至护筒底口时，反复抛加片石，加强护壁（每次钻至护筒底口下2m 时抛加片石至护筒口上2m ，继续钻孔，反复3次），确保护筒底区段不塌孔，同时使用海底淤泥做钻孔

泥浆，此泥浆的特点是不分散、底固相、高粘度，可有效地避免塌孔。

钻孔钻至设计标高后进行清孔，清孔达标后，应立即吊放钢筋笼。钢筋笼在现场预先制作，20# 、21#主墩桩基钢筋笼长度为90m左右，重量在90t左右，主筋直径为32mm，一个断面最多达168根（在护筒底以上4m处变径，上段钢筋笼为96根，下段为双层钢筋笼168根主筋），制作时，分为4段制作，为保证钢筋笼吊装时不变形，顺钢筋笼长度方向每2m距离布置加劲圈，同时布置了Z字形加劲钢筋；在施工中钢筋分段制作，吊至孔口接长，由于单节钢筋笼的尺寸和重量相当大，吊起时容易变形，为避免吊起过程中钢筋笼变形（起吊钢筋笼仍采用100T海吊船，起吊时为保证安全，使海吊船发挥最大起重量，应尽量将海吊船移近孔位），吊起时采用四吊点(其中主吊点在钢筋笼上端头，吊点应设在钢筋笼最上端处的加劲圈上，另三个辅助吊点分别布置在距钢筋笼上端1/3，中间，及距下端1/3处，利用海吊的辅助吊钩（25t起重力）用三根辅助钢丝绳水平吊起转至海面，起主钩，同时将辅助吊钩慢慢松开，钢筋笼下端插入海中，此方法可顺利吊直钢筋笼，吊至孔口，入孔时应对准孔位轻放、慢放，入孔后徐徐下放；如遇阻力，应停止下放，查明原因并进行处理后方可继续，严禁高起猛落、碰撞和强行放下；对接时，上节钢筋笼下放至顶端加劲圈处，利用工字钢将钢筋笼搪挂固定在钢护筒上，接着吊起下一节钢筋笼至孔位上方，使上、下两层钢筋笼主筋对准，将钢筋笼中布置的6根探测管进行直螺纹套筒连接（接长探测管时，要保证探测管的密闭性），连接好所有钢筋接头后，缠绕螺旋筋，吊起钢筋笼取下搪挂工字钢，

下落钢筋笼入孔，同时焊上保护层块；钢筋笼下落时同样使用两台全站仪保证钢筋笼的竖直度，下落过程中要保证钢筋笼中心位置，防止钢筋笼碰撞孔壁，将孔壁上的护壁刮落，甚至塌孔；接长完毕下落到位后，将预先在钢筋笼上由主筋接长的6根钢筋焊到护筒内壁，防止钢筋笼因自重下落或在灌注混凝土过程中上浮造成错位。

钢筋笼下沉到位后，应进行二次清孔，清孔后立即开始灌注水下混凝土。

20# 、21#主墩桩基混凝土方量在500m3左右，灌注时间约为25小时，采用泵送混凝土，塌落度控制在18-22cm，由于灌注时间长，可在混凝土中掺拌高效缓凝减水剂减缓混凝土初凝时间，对混凝土的质量也要严格控制；同时也要防止输送泵管及导管堵塞，此桩施工时正直炎夏，夏季施工时，温度过高，对混凝土影响很大，应采取措施尽量降低混凝土进入导管口时的温度，原料上可在碎石及砂子上覆盖防晒塑料布，搅拌用水可加入冰块降低温度，并在输送泵管上覆盖麻质编织袋，经常反复淋水，防止泵管外壁温度过高致使混凝土粘结输送泵管内壁，导管上口漏斗上方可设一防晒罩。

导管法灌注混凝土时，首灌封底混凝土方量要计算准确，利用等方量的大漏斗封底，大漏斗内初存量达到要求后，即可剪断球胆挡板，灌入首批混凝土，同时观察孔内返浆情况，测定埋管深度，检查导管内是否有水，封底成功后（首灌后，导管埋深应在1.8m~2m），应继续利用大漏斗连续不断的灌注混凝土至第一次拆除导管，拆除大漏斗后换用小漏斗灌注，必须确保中途不中断；灌注过程中应随时用测锤探

测混凝土灌注深度及埋管深度，埋管深度控制在4~6m，每次拆卸一节导管；要经常上、下抖动导管，防止混凝土堵塞导管（可观察孔内的返浆情况检查导管内混凝土是否正常下落，正确分析和判断孔内情况），如若堵管，可慢慢拔高导管（导管埋深控制在不小于1m），再慢慢下落导管，反复操作，直至混凝土正常下落，拔高导管的力度要适中；灌注接近桩顶部位时，为严格控制桩顶标高，应计算混凝土的需要量，精确控制桩顶标高，灌注标高宜高出设计桩顶标高1.5m~2m，确保凿除后的桩头强度达到设计要求，混凝土初凝后，用压水冲洗探测管，并封好管道上端口，以免管道堵死。

（4）承台施工

本工程承台施工除19号和26号墩采用钢套箱施工外，其余均采用钢吊箱围堰法施工。具体施工方法如下：

1)用吊箱围堰修建承台的施工工艺流程见图

7

图7：钢吊箱施工流程图

2)钢吊箱加工及安装

由于最高潮时吊箱入水较深，最深达9米。设计时采用双壁吊箱，吊箱壁板采用6毫米厚钢板，吊箱内径根据承台尺寸确定，为施工方便壁间距1米，壁间用角钢做桁架支撑。吊箱底用32的工字钢做网片，上铺8毫米厚的钢板。吊箱设计见图8：

Ⅲ--Ⅲ截

面

Ⅱ--Ⅱ截面

Ⅰ截面

Ⅰ

Ⅲ

Ⅲ

75

75

50

63

75

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅰ

图8：吊箱设计图

吊箱壁在场地内分节分块预制，顶节高度为5米，底节高度根据

承台底标高确定:h=-H（H为承台底标高），分块大小根据浮吊起重能

力在预制场加工完成。吊箱水运到位后在施工平台上采用浮吊逐块组

装成型。

3)钢吊箱的下沉

首节钢吊箱拼装完成后，将护筒接长，护筒顶设横梁，横梁上挂

倒链将钢吊箱整体提升，拆除水上平台后，松倒链整体下沉钢吊箱，

吊箱底板开口与钢护筒对中并套进（底板开口直径比钢护筒直径大

30cm ，做成漏斗形），通过钢管桩上的限位装置调节吊箱的平面位置，

当其轴向偏移在规范允许范围内时，同时起动抽水机向箱内对称注水

使箱体均匀下沉。注水量的多少，以使上节钢围堰接上后，便于施焊

为宜。底节下沉到位后接上节吊箱，上下节吊箱采用螺栓连接，以便

于上节吊箱拆卸倒用。上节吊箱连接好后采用上述方法下沉到位。

4)吊箱的固定

在吊箱四个面边沿的钢管桩上，在标高为-1处加焊限位装置，以固定吊箱下部横向位置。在顺桥向桩顶安装两个横梁，横梁靠端部与吊箱联接，每根横梁中部做两个拉压杆与吊箱底部相连，另外把四根桩头钢筋焊接加长并与横梁连接，横桥向两根钢管桩接长1米并作两个倒牛腿，牛腿与吊箱顶部连到一起，以上措施主要作用为：高潮位时防止吊箱上浮，低潮位时防止吊箱下沉。吊箱施工图如下： 内支撑

限位装置

封底混凝土桩

吊箱

拉压杆

钢管桩螺旋千斤顶

下横梁

上横梁

接长桩钢筋

图9：吊箱施工图

5）钢吊箱封底

封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败关键之一，针对水位深、灌注面积大等特点采取如下措施：用干水泥肠袋套在钢护筒上，下沉到吊箱底板开口位置挤压密实；采用泵送混凝土导管多点快速灌注；坍

落度控制在18～20cm，掺加粉煤灰和高效缓凝剂，以提高混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间。混凝土封底厚度采用1.0米。

6）吊箱内部支撑

吊箱内部长面上，布置两列、两层支撑牛腿，牛腿上安装工字钢做内支撑。内支撑互相连接并与拉压杆相连，以增加刚度。

7)承台施工

待封底混凝土达到设计要求的强度后，即可把围堰内的水抽干，进行承台施工。

①吊箱内清理

割除多余钢护筒，凿除桩头浮浆、浮渣以及封底混凝土过高部位，并用清水清洗干净。

②桩基检测

桩头处理干净后进行桩基检测，检测通过即进行下道工序。

③钢筋工程

基底清理干净后，按要求调整好桩头钢筋，然后绑扎承台钢筋，预埋墩柱钢筋。

④承台混凝土灌注

混凝土在拌和站拌和，混凝土拌和严格按施工配合比配料，砂、石、水泥、水及外加剂计量准确，保证拌和时间。混凝土浇筑水平分层进行，每层厚度不超过30cm。混凝土通过输送管输送，入模后及时振捣，振捣时间适当，不欠振、过振、漏振。承台混凝土浇筑必须一次完成，及时养护以防止收缩裂缝。

5、几点体会

（1）钢护筒的施工是钻孔桩施工的一道重要工序，钢护筒的长度、壁厚以及竖直度是钻孔桩成桩质量的一道重要环节，并同时直接影响到钻孔桩的施工进度。本工程钢护筒沉放时利用两台全站仪在垂直的两方向控制钢护筒的垂直度，同时也要准确掌握潮水的涨落时间，在平潮时将钢护筒下落至泥面，可更好的控制钢护筒的垂直度，由于水深较深，受风、浪、流水影响大，钢护筒底角易发生扰动，为保证成孔，护筒要下沉至零弯矩以下。

（2）钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实，并加强施工质量管理，密切注意、抓好施工过程中每一个环节的质量，力争将隐患消除在成桩之前。

（3）套箱定位控制要精确，固定要牢固，防止套箱上浮和下沉，封底施工也要钢吊箱施工的关键工序。

参考文献：1．中华人民共和国行业标准．公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）．北京：人民交通出版社，2000 2．周永兴，何兆益，邹毅松等编著．路桥施工计算手册．北京：人民交通出版社,2001。

3．公路施工手册《桥涵》（下）．北京：人民交通出版社,2000。

4. 杨文渊，徐犇编．桥梁施工工程师手册．北京：人民交通出版社,1997。

5．范立础主编．桥梁工程（上、下）．北京：人民交通出版社，1986

6．桂业昆，邱式中编．桥梁施工专项技术手册．北京：人民交通出版社，2004