桩基是桥梁工程常用的一种基础形式，属于隐蔽工程，多采用旋转钻机、冲击钻成孔。桩基施工受工程地质和工程环境、施工工艺和施工机械设备的影响较大，合理选择施工设备、工艺，可保证工程施工质量、安全和进度施。本文主要介绍在不良地质环境下，选用旋挖钻机施工大直径超长桩基施工的质量控制以及取得的施工成效。

一、工程概况

南京仙新路过江通道工程江南侧起自科创路交叉处，向北沿仙新路跨越栖霞大道、恒广路、恒通大道及新港大道后，跨越长江，江北侧跨越疏港大道、化工大道后接入省道501线，跨越江北沿江高等级公路及滁河后接地，全长13.17km，跨江主桥主跨为580m+1760m+580m悬索桥。南北主塔桩基为摩擦桩，呈行列式布置，纵向6排，横向11排，行间距和列间距均为7.0m，南北主塔桩基各66根。其中北主塔桩基孔深达120m，桩基有效桩长110m，单桩直径为φ2.8m，属超长大直径钻孔灌注桩，桩端为中等风化粉砂岩。 

施工区总体地势开阔、平坦，水网发育。线路跨越长江，低漫滩区枯水期高于水面，洪汛期被长江水淹没，地表土为砂类土，地形微向长江倾斜，工程有以下三个特点。

（一）工程地质条件差

根据勘察钻孔揭示及区域地质资料，工程范围内为第四纪淤泥质粉质黏土、粉质黏土夹粉砂、粉土、粉细砂、圆砾为主；基岩为中等风化粉砂岩。

工程地质差，施工超长、超大直径钻孔桩基，施工难度大，成孔困难。场区地质上覆粉质黏土、粉土、粉砂、粉细砂、园砾等非岩性地质层达80m以上，桩基成孔施工不当，极易产生塌孔。

（二）泥浆性能指标要求高

桩孔地层上覆粉质黏土、粉土、粉砂、粉细砂较厚，泥浆性能指标要满足桩孔护壁、清孔除砂、钢筋笼下放安装、导管安装时的孔壁稳定，不发生塌孔，高性能泥浆起着关键作用。因此，泥浆性能指标要高要求，精准控制到位。

（三）受环境影响大

施工期间受到大堤防护、自然保护区环境保护、水文条件、航道等因素影响，汛期受洪水影响明显。北岸沿线码头多，水域条件复杂，四周分布化工企业及管廊、河流，铁路专用线和煤堆场，跨越长江大堤、疏港公路、高压电塔、石油管道、化工管廊、河流等，协调工作量大，质量、安全控制管理难度大。

二、桩基施工方案选定

北塔主墩位于漫滩上，临近长江，靠近长江大堤内，地势低洼，桩基施工受长江水位和汛期潮汐及施工环境影响较大。为保证该项目在关键线路上有序按施工进度计划实施，确保目标任务的实现，选择合理的施工方案至关重要。因此，施工前期对施工方案进行了比选。

（一）机械选型

钻孔灌注桩常见的施工工艺按钻机成孔有螺旋钻、正反循环钻、回旋钻、潜水钻、冲击钻、旋挖钻。根据地质勘察报告和前期的试桩报告，建设者结合总体施工组织和施工进度计划安排，认真研判了工程地质资料和长江水文资料，从钻孔机械设备选型、钻孔顺序布置、钻机设备的站位、材料进场及长江水位的影响等方面进行分析比较，借鉴类似工程经验，初选采用旋挖钻机成孔工艺方案。

（二）工艺研选

采用旋挖钻机在不良地质施工超长桩基会面临一系列问题，如何才能保证成孔质量和工程质量？针对易出现的问题，项目开展了技术研究，一是护筒埋置深度，二是高性能泥浆的配置，三是钻孔速度，四是桩孔护壁的防止坍塌措施等。施工准备期选用1台XR550D旋挖钻原地钻孔试验，以验证旋挖钻施工成孔质量、泥浆配置与护壁效果、钻渣沉淀速度及沉淀厚度等。通过验证，解决了旋挖钻机在不良地质施工超长大直径桩基成孔及孔壁稳定问题。最终选用3台XR550D旋挖钻机施工北主塔桩基的施工工艺方案。

三、施工控制

（一）成孔施工

1.场地布置与准备

钢护筒由专业厂家生产制造，整体成型后通过公路运至现场插打下沉。钢护筒下沉采用1台200t履带吊机作为起重设备。护筒自重13.7t，振动锤自重约15.0t。根据吊重参数表，46.5m长主臂，18m吊重范围，吊机起重能力为44.8t，满足钢护筒插打下沉。北主墩钻孔桩施工平台区域通过宕渣、碎石进行填筑，平整后浇筑30cm厚C25混凝土形成作业平台，平台顶标高+5.0m。钻机布置考虑相邻两个孔位不可同时施工，因此主墩桩基配置了3台XR550D和1台SR405R旋挖钻成孔。

2.泥浆制备

旋挖施工选用优质膨润土、碱（Na2CO3）、聚丙烯酰胺（PAM）等原料制成PHP泥浆进行护壁，采用ZJ1000泥浆搅拌机搅拌制浆。泥浆比重：控制在1.05～1.2之间（黏土层：1.05～1.10；砂层：1.07～1.15；有承压水的粉、细砂层：1.10～1.20）。黏度：一般地层控制在16s～22s，松散宜塌陷地层控制在19s～28s。含砂率：新制泥浆不大于2%；胶体率：不小于95%；PH值：大于6.5。

3.钻孔施工

桩孔孔深达120m，上覆粉质黏土、粉土、园砾、粉砂、粉细砂等非岩性地质层共80m，下覆强风化粉砂岩及中风化粉砂岩共40m。桩孔顶部80m非岩性地质层采用φ2.8m钻头直接钻孔成孔，为保证在40m岩性底层的成孔垂直度，在岩性底层钻孔前将φ2.8m钻头更换为φ1.8m钻头钻至设计孔底标高，再更换φ2.8m钻头扩孔复钻至设计孔底标高。整个钻孔过程共需48h，钻进工效较高。

在钻进过程中，根据钻进进尺深度及地层的变化进行取样判别，判断地质类型。根据钻进速度，现场每隔2m进行一次钻渣取样，现场见证下取样留存，并根据渣样性状进行土层判定，最终结果与地勘报告中相关地质资料进行对比分析。钻渣渣样编号留照保存，并如实填写钻孔施工记录。

（二）成孔质量检测控制

孔底标高及地质情况经确认后，本桩终孔，然后进行成孔检测。成孔检测采用TS-K100QC（B）超声波成孔检测仪。

（三）清孔

清孔分两次进行，钻孔深度达到设计要求，对孔深、孔径、孔的垂直度等进行检查，符合要求后进行第一次清孔；桩基区域砂层较厚，为防止桩基清孔出现塌孔风险，首次清孔时保持孔内泥浆相对密度、黏度、含砂率等指标相对偏大，泥浆较黏稠。利用钻渣斗直接捞取钻渣、松散物及过滤相应较小颗粒。细小砂颗粒悬浮在泥浆中，不易沉淀。

第二次清孔，在钢筋笼、导管安放完毕，混凝土浇筑之前进行。第二次清孔均采用气举反循环方法清孔，利用泥浆分离器过滤泥浆。在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。泥浆性能指标以满足质量要求和孔壁稳定为原则。

（四）钢筋笼制作、安装

北主塔主墩钻孔桩主筋为直径C32mmHRB400钢筋，自桩顶至承台底以下40m范围内为主筋加密区，沿桩体圆周均匀布置64根主筋，承台以下40m之外桩体设置16根主筋。加强箍筋与主筋直径一致，在钢筋笼顶底部各设一根，钢筋笼中部每隔2m设置一道。箍筋采用直径Φ10mmHPB300钢筋,承台以下15m范围为箍筋加密区，箍筋布置间距分别为10cm，其余区域箍筋间距为20cm。

钢筋笼在钢筋车间胎架上加工制作，按照单根钢筋12m的定尺长度分节吊装对接，钢筋主筋连接采用滚轧直螺纹接头，其余钢筋采用焊接或者绑扎连接，安装混凝土保护层垫块（净保护层7cm），纵向间距不大于2m，环向布置4个。

钢筋笼采取滚轧直螺纹套筒连接，钢筋连接前，检查钢筋规格是否和连接套筒一致；检查螺纹丝扣是否完好无损、清洁；检查套筒的产品质量，套筒必须有供货单位的质量保证书。

钢筋笼在钢筋车间加工完成后，通过平板车分节运输到桩位处，采用200t履带吊机进行翻身，双支点起吊，在半空将钢筋笼调整至竖直状态，最终吊装入孔。

（五）导管安装

导管水密性试验：钢筋笼安装完成后，开始安装导管。导管安装前完成水密性试验和导管受力计算，试验控制压力按照《公路桥涵施工技术规范》确定。

（六）灌注混凝土

成孔二清后，经现场泥浆指标、孔底沉渣厚度检测(设计要求<15cm)，出具浇筑申请报告单后，开始浇筑混凝土。桩基混凝土标号为C30（水下），混凝土运输到现场后，经坍落度、扩展度检测，混凝土各项指标须满足规范要求。开始进行首封混凝土施工时，同步进行汽车泵补料，确保首封混凝土连续灌注。

为有效保证水下混凝土灌注质量，减小混凝土灌注过程气堵风险，拔球后拆除6m3料斗在导管顶口安装放气堵小料斗，在小料斗内部安装两根φ50mm排气管，避免因管口混凝土堆积造成气堵，单根钻孔桩理论方量为678m3（不含桩顶1m超灌），单桩实际灌注方量720m3左右，总耗时8.5h左右，有效控制了水下混凝土灌注的连续性。

四、施工成效

（一）技术经济效益

该项目超长大直径钻孔桩快速化施工工法取得了成功，采用“岩层内分级钻进保证成桩垂直度技术”“导管法灌注水下混凝土防气堵技术”“对混凝土扩展度控制有效保障桩底成桩质量技术”等多项关键技术，发挥了重要作用。采用旋转钻机施工，现场产生的泥浆、钻渣数量较多，且南京地区环保要求较高，清理运输会成本较高。而旋挖钻机产生的废弃泥浆较少，旋挖钻机挖斗挖出的钻渣未与泥浆进行充分混合，经过简单的滤水和晾晒后，就可以通过普通土方运输方式进行渣土外运，降低了成本。旋挖钻机作业由柴油内燃机提供动力，电力消耗较少，现场电力电缆数量较少，更利于现场安全文明施工管控。

（二）施工效果

采用旋挖钻机分级成孔施工工艺，从桩基开钻到混凝土灌注整个施工周期仅需90h，投入3台XR550D钻机作业，确保同时钻进桩位不少于2个。因投入钻机数量较少，桩基钻进过程便于隔孔施工，可有效缩短相邻孔成孔等待间歇时间。北主塔N1号墩完成全部66根桩基总有效耗时仅130d。南主塔S1号墩钻孔桩采用旋转钻机进行施工，与北主塔桩基同步开工，投入8台ZJD4000/350型全液压回旋钻机，钻进过程未采用分级钻进工艺，单桩桩长101m成孔时间约15d左右，除去因汛期洪水影响外，完成南主墩66根桩基总有效耗时210d。经第三方桩基检测单位对北主塔N1号墩66根桩现场超声波无损检测结论报告显示，北塔主墩66根桩基均为Ⅰ类桩。

五、结语

南京仙新路过江通道工程北主塔N1号墩基础超长桩施工过程中，旋挖钻机不仅可以在软土层进行钻进，在砂、卵石层及比较坚硬强风化、中风化地质层中也有不错的成孔效果，拥有较高的施工效率。通过施工总结、优化，解决从钻成孔、清孔到混凝土灌注在不良地质环境下超长桩基施工一系列难题，为后续施工提供了时间和质量上的保证，对今后类似工程具有借鉴意义。北主塔桩基采用旋挖钻施工，形成了更先进成熟的旋挖钻施工工艺，为旋挖机成功进行桥梁大直径、超长钻孔桩的施工增加又一典型案例，为桥梁快速化施工领域积累了宝贵的经验。该项目充分验证了旋挖钻成孔施工工艺得到了成功应用，取得了业主及地方政府的高度认可，获得了良好的社会效益和经济效益。