詹文訊 趙耀璞 黃容平

1 概況

1.1 工程概況

馬來西亞檳城第二跨海大橋是東南亞最大的跨海大橋，受到中馬兩國政府的高度重視，具有重大的政治意義。檳城二橋線路總長約23 km，其中跨越海峽的跨海大橋長約17 km。

檳城二橋主橋為(117.5+240+117.5)m三跨雙塔斜拉橋，對應墩號為P024，P025，P026，P027四個墩，基礎為鉆孔灌注樁基礎;P025，P026每個主墩樁基礎 3列 7排共 21根，為直徑2 300 mm(2 000 mm)變徑樁，成孔樁長約122 m～133 m，嵌微風化花崗巖6 m～8 m;P024，P027每個邊墩樁基礎2列6排共12根，為直徑2 300 mm(2 000 mm)變徑樁，成孔樁長約107 m～126 m，嵌微風化花崗巖2 m;樁基礎為矩形排列布置。

1.2 事故概況

檳城二橋主橋鉆孔灌注樁基礎施工中共發(fā)生了兩次掉鉆事故，掉鉆發(fā)生在嵌巖施工鉆進階段。第一次是在P026-20樁，嵌巖2.5 m時發(fā)生掉鉆事故，這次事故最終鉆頭沒打撈上來，導致本根樁按廢樁處理，在其旁邊增加一根P026-20A樁。第二次是在P027-06樁，嵌巖1.5 m時發(fā)生掉鉆事故，這次事故打撈成功。兩次事故鉆孔灌注樁鉆進成孔使用的是同一種鉆孔樁機設備KP3500鉆機。

1.3 地質資料

橋區(qū)位于海域的深槽段，施工平臺面標高+2.89 m，水下泥面高程 －8.5 m～－ 9.2 m，水深 6.8 m～10.5 m，海床上表層為0 m～8.0 m的淤泥，覆蓋層為砂層及粘土層，巖層為微風化巖層。P024，P025，P026墩樁基底設計標高巖層強度35 MPa～38 MPa，P027墩樁基底設計標高巖層強度77 MPa。P026-20樁基入微風化巖層標高為－119.45 m，終孔標高－125.95 m;P027-06樁基入微風化巖層標高為－104.24 m，終孔標高－106.24 m。

2 鉆樁設備配置

上述兩根鉆孔灌注樁鉆進成孔使用的是同一種鉆孔樁機設備KP3500鉆機(見表1)，施工工藝為氣舉反循環(huán)鉆進工藝。

根據地質情況，現場配備三種形式的鉆頭:刮刀鉆頭、滾刀鉆頭及鑲齒鉆頭，分別對應用于土層(砂層)、全～強風化巖層及中等～微風化巖層的施工。

3 事故過程及分析

3.1 P026-20樁掉鉆過程與分析

P026-20樁設計終孔標高為－125.95 m，平臺面標高+2.89 m，成孔深度128.84 m。自2010年4月4日開孔，先用小鉆機GPS25-D鉆至護筒角標高，4月19日開始從護筒角正式鉆進，4月29日至標高－113.07 m換KP3500鉆機入巖，5月3日下午14:30鉆進至標高－121.90 m，距終孔標高還有4 m時(此時經確認已嵌微風化巖層2.5 m)，鉆桿在92 m～93 m深度扭斷，8節(jié)鉆桿和一個鉆頭共計31.65 m長度掉入孔底，重約23 t。此時鉆進地層為微風化花崗巖。

表1 KP3500型全液壓工程鉆機參數表

從鉆探地質資料可看出，BHB7鉆探孔位在P026-16樁位，ABH2鉆探孔位在 P026-21樁位，兩者縱向距離6.9 m。其中BHB7鉆探孔位在－118.79 m入微風化花崗巖，ABH2鉆探孔位在－121.51 m入微風化花崗巖，6.9 m的距離同一巖層高差為2.72 m，按此比例P026-20樁孔內直徑2.0 m微風化花崗巖巖層高差為0.79 m(見圖1)，屬于巖面嚴重傾斜狀態(tài)，這也是此次卡鉆頭斷鉆桿的主要原因?？v觀全局，樁基成孔樁長太長，鉆機鉆進垂直度較難控制，再加上巖面嚴重傾斜狀態(tài)，更容易出現卡鉆頭斷鉆桿情況。

3.2 P027-06樁掉鉆過程與分析

2010年11月24日20:00進行P027-06樁基鉆進施工時，在鉆進至標高－105.72 m時(微風化花崗巖巖層)發(fā)生異常情況，此時經確認已嵌微風化巖層1.5 m。工區(qū)領導在接到現場管理人員報告后立即趕到施工現場，經對現場鉆機機長及工人的詢問，出現的異常情況是:在巖層鉆進中泥漿分離器出現有中粗砂，鉆機跳動厲害。鉆機轉盤壓力從正常鉆進的4 MPa～5 MPa急降至2 MPa左右穩(wěn)定，轉盤轉速變慢。經技術管理人員現場分析后，決定立即提鉆檢查，以確定異常原因。11月25日提完鉆桿后發(fā)現，鉆桿的連接螺桿扭斷，發(fā)生了嚴重的掉鉆事故。

經詳細的調查分析，掉鉆事故的發(fā)生原因有以下幾點:1)鉆桿螺桿經長期使用，已經有部分發(fā)生疲勞磨損，繼續(xù)使用時發(fā)生螺桿剪切斷裂;2)現場施工人員最近有所松懈，沒有嚴格控制鉆進過程;3)現場管理人員失職，發(fā)現異常情況沒有及時匯報，造成事故的發(fā)生得不到有效的控制。經分析掉鉆的直接原因是螺桿疲勞磨損發(fā)生剪切斷裂，也是主要原因;間接原因是現場施工安全質量管理松懈，施工過程沒有得到有效控制。針對以上事故原因制定了以下對應整改措施:1)在后續(xù)使用的鉆桿螺桿中，對每一套進行仔細檢查，如有磨損立即更換。并在當地采購500套全新螺桿，到位后更換所有舊螺桿，以保證鉆桿連接安全。2)對現場鉆機施工人員進行施工技術安全再交底，組織現場施工人員再學習現場施工技術相關知識，以提高現場施工人員的施工水平。3)對現場施工管理人員的再教育，并加強布置現場施工管理人員，管理人員現場24 h點對點管理，明確各自責任，出現異常情況停止一切施工，及時上報項目領導，把事故控制在萌芽狀態(tài)，杜絕事故的再次發(fā)生。

4 打撈技術

4.1 打撈設備

鉆孔樁施工掉鉆事故的打撈設備有錨鉤、錐形滑動牙打撈器、偏心鉤等。三種不同的設備各有優(yōu)劣，錨鉤打撈時容易入鉤，但孔內需有足夠的空間下錨鉤，入鉤后提升打撈容易脫鉤，造成再次掉鉆事故;錐形滑動牙打撈器在鉆頭掉落面沒有鉆桿連接在上面時最合適，鉆頭中心在孔中心，可以保證入鉤，但有鉆桿時卻難以入鉤，入鉤后不會脫鉤;偏心鉤專門用于鉆頭連接鉆桿掉落時使用，利用鉆桿上的法蘭盤受力，在鉆桿傾斜及側靠時一樣可以順利入鉤，無鉆桿連接在鉆頭上時卻無法使用。

4.2 打撈工藝

打撈施工工藝流程見圖2。

4.3 打撈方法

4.3.1 P026-20樁掉鉆打撈過程方法

1)打撈過程。第一階段:KP3500型鉆機打撈。在KP3500型鉆機開始鉆孔前已經安排做過打撈預案演練，當時KP3500型鉆機委托當地船廠設計加工偏心鉤，并將鉆頭扔在護筒內試打撈，可成功撈起。5月6日用預先加工的偏心鉤進行打撈，受力后鉤尖折斷，第一次打撈失敗。將偏心鉤進行改進再送廠加工新的偏心鉤，5月9日進行第二次打撈，由于孔底阻力太大，當鉆機起重力達到16 MPa時(約128 t)，底節(jié)鉆桿與打撈鉤鉆桿連接法蘭盤的螺桿滑落，打撈鉤及一節(jié)鉆桿(長2.4 m)也掉進孔內，第二次打撈也告失敗。第二階段:從5月9日開始，我工區(qū)開始整合資源，組織ZJD3000型鉆機及一批管理操作人員參與方案制定及打撈工作，工區(qū)牽頭協調工作，技術管理人員全程跟蹤指導，兩個隊伍同時分兩班24 h進行打撈。在這段時間多次進行清孔及打撈，同樣采用偏心鉤方案，提升壓力10 MPa(約80 t)時，鉆頭能起高1.1 m，但其后提升力激增達到15 MPa(約120 t)時而不敢繼續(xù)起鉆，打撈工作沒有決定性進展。為防止發(fā)生更大的事故停止打撈。

2)目前狀況。a.目前P026-20樁基孔內有8節(jié)鉆桿和一個鉆頭(共長31.65 m)、1號打撈鉤的半截鉤嘴、2號打撈鉤及一節(jié)鉆桿(共長2.4 m)、一個0.5 m高的二腳錨鉤(由直徑32 mm鋼絲繩連接掛在鋼護筒上)。b.孔內鉆頭鉤住后只可提升1.1 m高，然后卡住壓力激增至15 MPa而停止提升。為保持孔壁的穩(wěn)定，我工區(qū)對孔內泥漿各性能指標進行很好的控制，目前樁底沉碴不多，孔壁狀態(tài)暫時穩(wěn)定。對于P026-20樁掉鉆事件，經過前一段時間的打撈工作，表明傳統(tǒng)打撈方法已經沒有效果，雖然其他工程還有一些其他的打撈實例，但具體到此工程來說，就算借鑒也并沒有成功的把握。無論采用其他何種方案，都會對現場施工工期造成不利影響，同時因為樁孔過深和鉆頭過重，孔內物件過多等原因，整體打撈出鉆頭和全部鉆桿的可能性已經為零。至此P026-20樁掉鉆打撈終止，宣布掉鉆事故打撈失敗。

4.3.2 P027-06樁掉鉆打撈過程方法

1)現狀。發(fā)生掉鉆事故時，共加鉆桿30節(jié)，每節(jié)3.5 m，及一個鉆頭5.65 m，鉆桿每節(jié)1 t，鉆頭重量24 t，發(fā)生掉鉆時鉆機轉盤上鉆桿余0.77 m，轉盤離平臺面1.27 m，平臺面標高 +2.89 m。提完鉆桿共24節(jié)，孔內有6節(jié)鉆桿及一個鉆頭，重量為30 t。2)測探準確數據。根據現有數據計算孔內鉆桿理論位置及各個參數，首先用測繩測探孔深，測得準確的孔深數據，推算孔內鉆頭配置塊面的沉碴厚度，鉆頭配置塊面如有沉碴需立即進行清孔，如無沉碴應在第一時間進行打撈工作。其次，下放探測盤，探測鉆桿的具體位置及高度，以推算出準確的打撈位置。3)孔內打撈。根據測探的準確打撈位置，安裝偏心鉤，偏心鉤安裝完成后采用KP3500鉆機加鉆桿至計算入鉤位置，并準確擺放入鉤的鉤嘴方向，偏心鉤加載到位后進行入鉤工作，偏心鉤將按順時針方向旋轉入鉤，若轉盤壓力無變化，說明沒有將底下鉆桿成功入鉤，需加深偏心鉤繼續(xù)入鉤工作，直到轉盤壓力增加并轉動時穩(wěn)定，可確定偏心鉤已經成功入鉤。

偏心鉤入鉤后向上提升鉆桿，讓底下的鉆桿法蘭作用在偏心鉤上，由偏心鉤承受底下鉆桿及鉆頭的重量;若提升鉆桿提升壓力無變化，則需重新入鉤打撈，直到提升鉆桿的提升壓力增加并提升過程穩(wěn)定，方可確定底下鉆桿及鉆頭已經牢固作用在偏心上，接著逐根拆除鉆桿，將偏心鉤提升至護筒口，將偏心鉤及掉鉆力系轉換至護筒上，并鎖止安全鋼絲繩;移除KP3500鉆機，用65 t吊機吊除偏心鉤，再把KP3500鉆機移回孔位，用300 t吊機吊起底下鉆桿及鉆頭，將鉆桿裝入KP3500鉆機，繼續(xù)拆除鉆桿至最終把鉆頭吊出孔內，打撈完成。

5 結語

1)海上超深嵌巖鉆孔灌注樁成孔施工中，本項目成孔樁長已達到122 m～133 m，而KP3500鉆機鉆孔最深深度為120 m，選擇KP3500鉆機已超過其鉆孔最深深度，能否順利成孔是個很大的風險，鉆機性能已經達到極限，在鉆機選型方面不當。建議采用鉆孔最深深度為150 m的ZJD3000或ZJD3500鉆機。2)超深嵌巖鉆孔灌注樁成孔施工的大型鉆機操作必須配備非常有經驗的施工技術人員，鉆機運轉中對油泵壓力、鉆機穩(wěn)定狀態(tài)及泥漿循環(huán)狀況作出準確判斷，對有異常情況必須提鉆檢查，找出異常所在。兩次掉鉆事故事前都有異常情況發(fā)生，一個是轉速變慢油壓持續(xù)增大，另一個是巖層施工時，泥漿分離器有大量的中粗砂出現，在此時若及時提鉆檢查，可避免掉鉆事故的發(fā)生。3)掉鉆事故的處理應及時進行，在查清原因、掌握準確數據后，選定打撈方法第一時間進行打撈，以降低打撈難度及避免發(fā)生更大的事故。

致謝:在此非常感謝寧波易通建設有限公司相關技術專家給予的技術支持。

［1］莫毅舟.淺談鉆孔灌注樁施工的質量控制［J］.山西建筑，2010，36(6):221-222.