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摘要：钻孔桩基础因具有广泛的适用性，较低的造价而越来越广泛地适用于桥梁基础，特别在江河湖泊及沿海地区的桥梁建设，钻孔桩基础更具优势。本文结合江苏北疏港公路工程翻身河中桥钻孔桩施工实践，介绍水中钻孔灌注桩基础的施工方法及外护筒内支模施工工艺。
关键词 ： 水中钻孔灌注桩外钢护筒内镀锌铁皮支模 燕尾喇叭口砂袋密封环
1.工程概况
北疏港公路工程属于滨海港区北作业区的外围海堤公路。项目区域属淮河水系，排水主要由淮河入海水道、黄河等河流穿过沿海垦区的苏北灌溉总渠、废黄河、翻身河等排水入海。该桥是当地主要灌溉渠之一,属无通航要求内陆河道。本桥的设计桩长较长，其下部结构为桩柱式台，共24条，均采用桩径为Ф1.5m摩擦桩设计。除0#、5#台的两排堤岸桩外，其余1#～4#墩为4排河道桩，桩长58.4m。上部结构为5-20m预应力为混凝土先张法空心板。
2.沿线自然地理、区域地质情况
1.地形地貌与区域地质
该标段沿线地貌类型均属滨海相沉积平原，地势相对平坦。地表高程约为1.50-2.50m，地下水位一般在0.5米左右，由下第三系三垛组泥砂岩互层组成。该桥基础地层主要为粉土层，其中包粉砂或粉质粘土层，基岩埋置深度达1000米以上。河床表层为厚度1.0m左右的淤泥质粉沙土，其下为4~6m的粉砂层。
2.水文、气象
河道桩位处水深2~4m，涨潮水位在+1.1m左右高程，常水位+0.8m，低水位在+0.5m高程,且河面漂浮水草較多。
3.施工方案的选择
随着该地区人工工资、材料价格上涨，大大挤压了工程建设的利润空间。如何保证工程质量的情况下，降低施工成本的问题摆在我们的面前。
水中桩施工方案的选择主要考虑到以下因素：
钻孔机械的选择，结合水中平台的承载力及机械效率进行选择
翻身河桥造价相对较低，施工质量要求很高，在这么深的水中，对于下部结构又如何施工，以满足业主的质量要求
水上作业空间小，泥浆循环排放困难，如何保证水中桩的泥浆正常循环而不污染环境
桩基混凝土浇注后，钢护筒无法回收。如何优化方案降低施工成本,使护筒回收利用
施工作业平台施工必须考虑到如何进行后续系梁工程的施工；以及汛期水位、漂浮水草杂物对水中平台的影响
3.1钻孔机械的选择
经过比对,决定使用自带桅杆的大扭矩神通牌GPS-20型钻机；钻头采用1.5m四翼刮刀钻头；每台钻机配备两台3PN泥浆泵，分水、陆两级设置
3.2护筒材料选择大家都知道，常用的护筒多为钢板护筒，有时也使用钢筋混凝土护筒。近年来，又出现双护筒施工工艺，本人觉得此工艺还有进一步完善的空间。
主要有以下几点
①砼护筒陆地施工可行，本工程水下就不太适用了。由于砼护筒壁厚原因，在振压过程中入土层（泥层）较困难，且容易由其自重及外力影响引起下沉而倾斜，纠正起来费时费力。
②深水双层钢护筒的使用，多数要舍弃内护筒，成本会相对较高。也有采用外钢护筒、内铁皮模，但在护筒底口封口时候,单一使用稻草绳,容易上浮,密封处理上仍有不足，稍有不慎，就会影响成桩质量。
4.钢护筒回收的可行性分析
①回收原理简述
先用大号钢护筒进行常规性的护壁成孔。在下最后一节钢筋笼时，在此节钢筋笼外包一层镀锌铁皮，作为钢筋笼内模，下放至设计标高，封口采用砂袋密封环封底，常规方法灌注，待砼终凝到一定强度后，提拔大护筒，回收利用。
可行性分析
大护筒下埋时底口穿过淤泥层进入持力层1～2 m。在进行钻孔
时，大护筒内壁的原状淤泥及部分持力土通常会塌陷掉进孔内，大护筒内壁基本不再黏附原状土。小护筒包裹着钢筋笼一同下沉时，底口切入原状土一定的深度，再在护筒之间填充一定的封堵材料。这样就可以阻止混凝土返进两筒之间空隙，为大护筒的提拔回收创造了有利条件。只要小护筒能够承受混凝土的侧压力而不破裂，就可以保证成桩质量、回收大护筒；因此，此施工工艺可行。
5.工艺特点
①本工艺最大特点是节约施工成本，操作省时、方便。
②在易塌孔的陆地、裸露河岸以及深水的淤泥质河床上均可采用。
③在潮汐影响较大情况下，既保证了成桩质量，又解决了深基础桩护筒的施工成本问题。
④满足了施工环保要求。
6施工工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
测量放样→埋设大号钢护筒（钢筋笼制作、安装内模）→铺设导轨→钻机就位→精确复核桩位→钻孔→成孔→第一次清孔→焊接钢筋笼→沉入钢筋笼→安装砂袋密封环→定位钢筋笼→安装导管→第二次清孔→灌注水下砼→渐续拔外护筒
6.2操作要点
下面以该桥较深的3号墩—4＃桩为例，就外钢、内模护筒工艺在水中桩施工中作个介绍
①大钢护筒的制作与埋设
大护筒外钢就是：用壁厚6mm钢板卷焊而成具有一定长度、直径Ф1.8m的钢护筒。为增加护筒口的强度，在护筒上口盘焊加强箍,外侧沿筒身竖向帮焊4(或8)道带吊耳的通长加力筋。根据淤泥土层厚度、水深和地下水位情况确定长护筒使用长度，本案使用7.8m。
利用引导桩，启动振动锤振压护筒，压入过程中监测护筒的桩位偏差、沉入量、筒口高程，以保证护筒安装到位、筒身垂直。护筒底端埋置深度应根据护筒底口地层情况确定，护筒底端宜深入到不透水地层1.5～2.0m。有冲刷影响的河床应沉入局部冲刷线以下不小于2.0m。护筒顶端开设1个溢浆孔，并与河中一级泥浆槽作连通。
注意事项：
护筒埋设的好坏，对成孔和成桩的质量有很大影响。埋设时护筒发生倾斜，会产生孔斜；护筒埋设过浅，护筒底口泥土容易流失，引起底口处串孔、孔壁垮塌，孔内水头跌落，灌注时筒间空隙翻浆；埋设过深则给起拔造成困难，甚至无法拔起，造成不必要的损失。
6.3钻孔施工与清孔
此工艺按普通钻孔灌注桩施工。具体技术要求参照《公路桥梁施工技术规范》（JTJ041—2000）标准执行，不再叙述。
6.4小护筒的制作与安装
小护筒内支模就是钢筋笼外模，它采用0.3mm 镀锌铁皮铆接成直径Ф1.5m铁皮筒作为钢筋混凝土柱外模（内护筒）。在最后一节钢筋笼制作完成后，绑扎保护层垫块，进行小护筒制作。具体作法是将铁皮包在最后要下沉的、那节绑好垫块的钢筋笼外面作桩身外模，用铆钉钳铆接（见图一）。卷包时搭接缝搭接长度10～15㎝，搭接处宜采用两道铆钉。然后铁皮筒下口以上8～13㎝宽度范围向外折成燕尾式喇叭口（见图二）。本例小护筒长度8.1m。
注意事项：
○在平台搭设前就要预先设定好小护筒上口位置（凿除桩头高度、预留筋长度等）；小护筒下口宜低于大护筒底口0.3～1.0m。
○制作当中要保证小护筒筒身不凹凸、不变形,铆钉间距应错落有致。上、下节铁皮纵向搭接缝宜错开。
○平小护筒上口必须安放垫块，将小护筒、垫块用铁丝穿绑、固定在钢筋笼上。起吊时切忌磕碰小护筒。
6.5砂袋密封环的制作与安装
之前我们曾尝试用缠裹草绳下放封口，但草绳常常浮起、散掉，不成功，拖延了灌注时机。后来，本人在路基软基处理的袋装砂井法中得到启发，想出了一个柔性密封环的办法，即经济又实用，做法也简单。首先做一条直径Ф12㎝长度16～18m的布袋，里面灌入砂子，外面用稻草包裹并扎紧、备用（见图三）。在小护筒入孔前，一圈一圈地连续缠绕在小护筒底部筒身上，随小护筒同时下放。并用长竹竿压实，必要时投放碎石（视护筒底口压力），以达到封堵护筒间空隙的目的。这样一个密封环就安装完成了。
注意事项：
○布袋砂的充盈率维持在90%左右，不宜太满，影响它的柔性。
○稻草包扎要厚实；压实密封环力度应适宜，避免将其捅进桩身内。
其操作流程是：在最后一节钢筋笼制作的同时，制作、安装小护筒→吊笼→焊接→（在小护筒外身）安装砂袋密封环→下钢筋笼
7.混凝土灌注
按钻孔灌注桩水下混凝土常规灌注。灌注过程中，水下混凝土在将进入小护筒底口时，应放慢灌注速度，轻插振捣，待混凝土面超出大护筒底口高程时，常规进行。
8.大护筒回收
当大护筒底口部位的混凝土初凝达到一定能够强度后，利用桅杆钢丝绳轻轻上提，松动其底部，以免护筒被凝抱。
注意事项：
○必须准确掌握大、小护筒底口部位内混凝土面的灌注高度、时间，以确定该段初凝情况。
○浇灌过程中，若遇到护筒间空隙中的混凝土进入相当高度，这时应随着灌注的混凝土面升高，大护筒提升频率渐渐加大，直至拔出全护筒。
经过水下养护期，割除桩身外小护筒，结果整体外观圆滑，桩位偏差符合设计及施工规范的要求。经检测单位检测，桩基质量优良。无论在外观上，还是质量上都取得了令人满意的效果。
9.经济效益分析
翻身河桥桩基施工成本，以当时江苏盐城地区的人工、材料价格计算。采用直径Ф1.8m钢护筒＋Ф1.5m镀锌铁皮内模护筒，两台钻机水下钻孔施工，定做4个7.8m长钢护筒交叉使用；自制镀锌铁皮小护筒内模，共需人工、材料大约5万元左右。若使用同样厚度、长7～8m长度不等的单护筒，在上部混凝土未达到一定强度时，不宜拔动护筒，那么水中16条桩护筒恐怕没有一条可以回收利用。这样下来光护筒的加工费、材料费就15万元左右。相比之下，外钢护筒、内铁皮模护筒＋砂袋密封环的应用，16条桩节省费用10万元（不包含栈桥、水中平台的节约费用），取得良好的经济效益，同时也积累了宝贵的施工经验。这是本人在滨海港区翻身河桥水下钻孔桩施工中双护筒应用的一些经验。愿与大家共同分享，共同探讨。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词 ： 水中钻孔灌注桩外钢护筒内镀锌铁皮支模 燕尾喇叭口砂袋密封环
1.工程概况
北疏港公路工程属于滨海港区北作业区的外围海堤公路。项目区域属淮河水系，排水主要由淮河入海水道、黄河等河流穿过沿海垦区的苏北灌溉总渠、废黄河、翻身河等排水入海。该桥是当地主要灌溉渠之一,属无通航要求内陆河道。本桥的设计桩长较长，其下部结构为桩柱式台，共24条，均采用桩径为Ф1.5m摩擦桩设计。除0#、5#台的两排堤岸桩外，其余1#～4#墩为4排河道桩，桩长58.4m。上部结构为5-20m预应力为混凝土先张法空心板。
2.沿线自然地理、区域地质情况
1.地形地貌与区域地质
该标段沿线地貌类型均属滨海相沉积平原，地势相对平坦。地表高程约为1.50-2.50m，地下水位一般在0.5米左右，由下第三系三垛组泥砂岩互层组成。该桥基础地层主要为粉土层，其中包粉砂或粉质粘土层，基岩埋置深度达1000米以上。河床表层为厚度1.0m左右的淤泥质粉沙土，其下为4~6m的粉砂层。
2.水文、气象
河道桩位处水深2~4m，涨潮水位在+1.1m左右高程，常水位+0.8m，低水位在+0.5m高程,且河面漂浮水草較多。
3.施工方案的选择
随着该地区人工工资、材料价格上涨，大大挤压了工程建设的利润空间。如何保证工程质量的情况下，降低施工成本的问题摆在我们的面前。
水中桩施工方案的选择主要考虑到以下因素：
钻孔机械的选择，结合水中平台的承载力及机械效率进行选择
翻身河桥造价相对较低，施工质量要求很高，在这么深的水中，对于下部结构又如何施工，以满足业主的质量要求
水上作业空间小，泥浆循环排放困难，如何保证水中桩的泥浆正常循环而不污染环境
桩基混凝土浇注后，钢护筒无法回收。如何优化方案降低施工成本,使护筒回收利用
施工作业平台施工必须考虑到如何进行后续系梁工程的施工；以及汛期水位、漂浮水草杂物对水中平台的影响
3.1钻孔机械的选择
经过比对,决定使用自带桅杆的大扭矩神通牌GPS-20型钻机；钻头采用1.5m四翼刮刀钻头；每台钻机配备两台3PN泥浆泵，分水、陆两级设置
3.2护筒材料选择大家都知道，常用的护筒多为钢板护筒，有时也使用钢筋混凝土护筒。近年来，又出现双护筒施工工艺，本人觉得此工艺还有进一步完善的空间。
主要有以下几点
①砼护筒陆地施工可行，本工程水下就不太适用了。由于砼护筒壁厚原因，在振压过程中入土层（泥层）较困难，且容易由其自重及外力影响引起下沉而倾斜，纠正起来费时费力。
②深水双层钢护筒的使用，多数要舍弃内护筒，成本会相对较高。也有采用外钢护筒、内铁皮模，但在护筒底口封口时候,单一使用稻草绳,容易上浮,密封处理上仍有不足，稍有不慎，就会影响成桩质量。
4.钢护筒回收的可行性分析
①回收原理简述
先用大号钢护筒进行常规性的护壁成孔。在下最后一节钢筋笼时，在此节钢筋笼外包一层镀锌铁皮，作为钢筋笼内模，下放至设计标高，封口采用砂袋密封环封底，常规方法灌注，待砼终凝到一定强度后，提拔大护筒，回收利用。
可行性分析
大护筒下埋时底口穿过淤泥层进入持力层1～2 m。在进行钻孔
时，大护筒内壁的原状淤泥及部分持力土通常会塌陷掉进孔内，大护筒内壁基本不再黏附原状土。小护筒包裹着钢筋笼一同下沉时，底口切入原状土一定的深度，再在护筒之间填充一定的封堵材料。这样就可以阻止混凝土返进两筒之间空隙，为大护筒的提拔回收创造了有利条件。只要小护筒能够承受混凝土的侧压力而不破裂，就可以保证成桩质量、回收大护筒；因此，此施工工艺可行。
5.工艺特点
①本工艺最大特点是节约施工成本，操作省时、方便。
②在易塌孔的陆地、裸露河岸以及深水的淤泥质河床上均可采用。
③在潮汐影响较大情况下，既保证了成桩质量，又解决了深基础桩护筒的施工成本问题。
④满足了施工环保要求。
6施工工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
测量放样→埋设大号钢护筒（钢筋笼制作、安装内模）→铺设导轨→钻机就位→精确复核桩位→钻孔→成孔→第一次清孔→焊接钢筋笼→沉入钢筋笼→安装砂袋密封环→定位钢筋笼→安装导管→第二次清孔→灌注水下砼→渐续拔外护筒
6.2操作要点
下面以该桥较深的3号墩—4＃桩为例，就外钢、内模护筒工艺在水中桩施工中作个介绍
①大钢护筒的制作与埋设
大护筒外钢就是：用壁厚6mm钢板卷焊而成具有一定长度、直径Ф1.8m的钢护筒。为增加护筒口的强度，在护筒上口盘焊加强箍,外侧沿筒身竖向帮焊4(或8)道带吊耳的通长加力筋。根据淤泥土层厚度、水深和地下水位情况确定长护筒使用长度，本案使用7.8m。
利用引导桩，启动振动锤振压护筒，压入过程中监测护筒的桩位偏差、沉入量、筒口高程，以保证护筒安装到位、筒身垂直。护筒底端埋置深度应根据护筒底口地层情况确定，护筒底端宜深入到不透水地层1.5～2.0m。有冲刷影响的河床应沉入局部冲刷线以下不小于2.0m。护筒顶端开设1个溢浆孔，并与河中一级泥浆槽作连通。
注意事项：
护筒埋设的好坏，对成孔和成桩的质量有很大影响。埋设时护筒发生倾斜，会产生孔斜；护筒埋设过浅，护筒底口泥土容易流失，引起底口处串孔、孔壁垮塌，孔内水头跌落，灌注时筒间空隙翻浆；埋设过深则给起拔造成困难，甚至无法拔起，造成不必要的损失。
6.3钻孔施工与清孔
此工艺按普通钻孔灌注桩施工。具体技术要求参照《公路桥梁施工技术规范》（JTJ041—2000）标准执行，不再叙述。
6.4小护筒的制作与安装
小护筒内支模就是钢筋笼外模，它采用0.3mm 镀锌铁皮铆接成直径Ф1.5m铁皮筒作为钢筋混凝土柱外模（内护筒）。在最后一节钢筋笼制作完成后，绑扎保护层垫块，进行小护筒制作。具体作法是将铁皮包在最后要下沉的、那节绑好垫块的钢筋笼外面作桩身外模，用铆钉钳铆接（见图一）。卷包时搭接缝搭接长度10～15㎝，搭接处宜采用两道铆钉。然后铁皮筒下口以上8～13㎝宽度范围向外折成燕尾式喇叭口（见图二）。本例小护筒长度8.1m。
注意事项：
○在平台搭设前就要预先设定好小护筒上口位置（凿除桩头高度、预留筋长度等）；小护筒下口宜低于大护筒底口0.3～1.0m。
○制作当中要保证小护筒筒身不凹凸、不变形,铆钉间距应错落有致。上、下节铁皮纵向搭接缝宜错开。
○平小护筒上口必须安放垫块，将小护筒、垫块用铁丝穿绑、固定在钢筋笼上。起吊时切忌磕碰小护筒。
6.5砂袋密封环的制作与安装
之前我们曾尝试用缠裹草绳下放封口，但草绳常常浮起、散掉，不成功，拖延了灌注时机。后来，本人在路基软基处理的袋装砂井法中得到启发，想出了一个柔性密封环的办法，即经济又实用，做法也简单。首先做一条直径Ф12㎝长度16～18m的布袋，里面灌入砂子，外面用稻草包裹并扎紧、备用（见图三）。在小护筒入孔前，一圈一圈地连续缠绕在小护筒底部筒身上，随小护筒同时下放。并用长竹竿压实，必要时投放碎石（视护筒底口压力），以达到封堵护筒间空隙的目的。这样一个密封环就安装完成了。
注意事项：
○布袋砂的充盈率维持在90%左右，不宜太满，影响它的柔性。
○稻草包扎要厚实；压实密封环力度应适宜，避免将其捅进桩身内。
其操作流程是：在最后一节钢筋笼制作的同时，制作、安装小护筒→吊笼→焊接→（在小护筒外身）安装砂袋密封环→下钢筋笼
7.混凝土灌注
按钻孔灌注桩水下混凝土常规灌注。灌注过程中，水下混凝土在将进入小护筒底口时，应放慢灌注速度，轻插振捣，待混凝土面超出大护筒底口高程时，常规进行。
8.大护筒回收
当大护筒底口部位的混凝土初凝达到一定能够强度后，利用桅杆钢丝绳轻轻上提，松动其底部，以免护筒被凝抱。
注意事项：
○必须准确掌握大、小护筒底口部位内混凝土面的灌注高度、时间，以确定该段初凝情况。
○浇灌过程中，若遇到护筒间空隙中的混凝土进入相当高度，这时应随着灌注的混凝土面升高，大护筒提升频率渐渐加大，直至拔出全护筒。
经过水下养护期，割除桩身外小护筒，结果整体外观圆滑，桩位偏差符合设计及施工规范的要求。经检测单位检测，桩基质量优良。无论在外观上，还是质量上都取得了令人满意的效果。
9.经济效益分析
翻身河桥桩基施工成本，以当时江苏盐城地区的人工、材料价格计算。采用直径Ф1.8m钢护筒＋Ф1.5m镀锌铁皮内模护筒，两台钻机水下钻孔施工，定做4个7.8m长钢护筒交叉使用；自制镀锌铁皮小护筒内模，共需人工、材料大约5万元左右。若使用同样厚度、长7～8m长度不等的单护筒，在上部混凝土未达到一定强度时，不宜拔动护筒，那么水中16条桩护筒恐怕没有一条可以回收利用。这样下来光护筒的加工费、材料费就15万元左右。相比之下，外钢护筒、内铁皮模护筒＋砂袋密封环的应用，16条桩节省费用10万元（不包含栈桥、水中平台的节约费用），取得良好的经济效益，同时也积累了宝贵的施工经验。这是本人在滨海港区翻身河桥水下钻孔桩施工中双护筒应用的一些经验。愿与大家共同分享，共同探讨。
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