段福平，余振剛，李銀，詹國華

(1.浙江省送變電工程公司，杭州市，310016;2.中交第三航務工程局有限公司寧波分公司，浙江省 寧波市，315200)

0 引言

舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)輸電線路工程螺頭水道大跨越設計采用“耐—直—直—直—耐”跨越方式，3基跨越塔分別位于舟山的大貓山島、寧波的涼帽山島和外神馬島東側約450 m的海中，其中海中高塔全高為199 m，基礎本體采用高樁承臺結構［1］。本文結合海中高塔基礎承臺直徑2200 mm嵌巖灌注樁的施工實踐，介紹了深基礎無護筒支護嵌巖灌注樁施工技術。

1 工程概況

1.1 結構尺寸及工程量

海中高塔基礎的本體設計采用高樁承臺結構，塔基由4個17.6 m×17.6 m的方形鋼筋混凝土承臺組成，承臺之間由鋼筋混凝土梁板連接，整體尺寸為56.44 m ×56.44 m，承臺厚3.0 m。承臺之間的連系梁由53根2200 mm的灌注樁基礎構成，灌注樁嵌入中風化巖面3.3 m，其中44根灌注樁鋼護筒長35 m(按照地質資料估算，護筒底穿透淤泥質涂層基本進入粉質粘土層)，另9根鋼護筒長30.2 ～34.7 m(護筒底進入強風化巖面)。樁基采用C35混凝土，總方量約9500 m3。

1.2 地形地貌及工程地質條件

海中高塔基礎所在海域，海底地形平坦，海底標高 －2.30 ～ －2.50 m(國家 85 高程，下同。)，水深2～3 m，表面有厚1.5 m左右的新近沉積浮泥。

塔位淺部地基土主要為沖海積成因的淤泥質土和粘性土，下部基巖為凝灰?guī)r，嵌巖樁結構區(qū)地質剖面如圖1所示。土層性狀自上而下分別為:

(1)Ⅰ－1層淤泥質粉質粘土。灰色，飽和，流塑，干強度中等，含少量粉粒及有機質，夾有較多粉砂薄層;表面厚1.5 m左右為新近沉積浮泥，性質極差。該層塔位均有分布，層厚11.00～16.20 m，層底標高－18.41 ～ －13.05 m。

圖1 嵌巖樁結構區(qū)地質剖面圖Fig.1 Geological section in RCP area

(2)Ⅰ－2層淤泥質粉質粘土?；疑?，飽和，流塑，干強度中等，局部具磷片狀結構，含少量粉粒分、局部混少量腐植質。該層塔位均有分布，層厚3.60～15.30 m，層底高程 －30.88 ～ －16.65 m。

(3)Ⅱ層粉質粘土?；尹S、灰綠色，濕，可塑為主，局部性質較好，干強度中等，韌性中等，局部為粘土，含少量粉粒及鐵錳質氧化物。該層局部缺失，層厚1.40 ～8.30 m，一般層厚 5.0 m 左右，層頂高程－30.22 ～ －19.41 m。

(4)Ⅲ層粉質粘土?；?、蘭灰色，很濕，軟塑至可塑，干強度中等，韌性中等，含少量粉粒，局部混少量腐植質。該層局部缺失，厚度變化大，層厚3.20～23.30 m，層頂高程 －34.07 ～ －23.77 m。

(5)Ⅴ－1層全風化凝灰?guī)r。灰白至灰綠色，風化成砂土狀，刀可切，碎片手捏易散;該層上部近土狀、性質相對差，下部性質較好，局部為全風化至強風化。該層塔位均有分布，層厚1.00～2.30 m，層頂高程 －51.98 ～ －16.65 m。

(6)Ⅴ－2層強風化凝灰?guī)r。灰黃、灰綠色，裂隙發(fā)育，巖芯碎塊狀，錘擊易碎，質較硬。該層塔位均有分布，層厚 0.70 ～2.50 m，層頂高程 －54.18 ～－18.55 m。

(7)Ⅴ－3層中等風化凝灰?guī)r?；摇⒒液稚?，裂隙較發(fā)育，巖芯5～10 cm柱狀為主，擊不易碎，質堅硬。該層塔位均有分布，塔位西北角埋深較淺，東側埋深較深，已控制層厚6.00 m。

2 樁基施工平臺搭設

考慮樁基深度較深，且底部巖石坡度變化較大，經(jīng)比較分析，確定采用沖擊鉆成孔工藝［2-4］。施工平臺上的主要荷載有:2臺50 t履帶吊，9臺CJK－10型鉆孔樁機，1套泥漿處理器，2臺柴油空壓機組，3臺柴油發(fā)電機組，各類水泵、鉆頭、鉆桿等。其中，鉆機組合件每臺重20～25 t，履帶吊每臺重50 t(施工定位后控制單件起吊量不超過20 t)。各設備均分散布置作業(yè)，避免集中在某一樁位處［5］。

樁基施工平臺利用樁護筒作為承重基礎［6］，鋼護筒沉放后在其頂部焊接安裝鋼牛腿，鋼牛腿上安裝鋼箱梁作為主梁，主梁上安裝HM400型鋼@750 mm作為次梁，次梁上安裝10 mm厚鋼板作為面板。吊機、設備通道區(qū)域在次梁上擱置厚20 mm、寬1.8 m鋼板2塊，樁周邊非承重區(qū)域在次梁上安裝鏤空式6 mm厚菱形拉格鋼網(wǎng)片.施工平臺設計頂標高為+8.70 m，工作平臺四周設封閉式安全圍欄。

3 鉆孔灌注樁成樁施工

鋼護筒長30～35 m，埋設較深，除4號承臺區(qū)域9根樁基護筒底部達到強風化層以外，其余樁基護筒底部僅達到粉質粘土層頂部。該區(qū)域風化巖裂隙較發(fā)育，地下水豐富，施工中平均有15 m以上樁身位于粉質粘土層和強風化層中，選取合適的成孔工藝及泥漿護壁措施對成孔質量尤其重要。

3.1 正循環(huán)沖擊鉆機成孔工藝

正循環(huán)沖擊鉆機選用JK－10型，采用鑄鋼件沖錐，沖錐按形狀分四爪、五爪，沖錐質量8 t，直徑1800～2000 mm，焊牙齒后直徑為2150 mm，沖擊鉆機卷揚機最大提升能力為100 kN。

采用泥漿懸浮排渣、正循環(huán)鉆進工藝。鉆渣在泥漿流動懸浮作用下被攜帶懸浮出護筒，在流向沉淀筒的通道槽途中設置篩網(wǎng)分離大部分鉆渣，泥漿流入沉淀筒中沉淀，再用水泵泵送循環(huán)利用。一般施工鉆進中，出渣口泥漿密度控制在1.3～1.4 g/cm3。采用單程鉆機在正常情況下4～5天成孔，此類鉆機適應性、成孔可靠性較好，但其成孔速度相對較慢，且需泥漿排渣，成孔后的清孔時間也相對較長。

3.2 泥漿護壁措施

施工區(qū)域位于遠離岸基的海中，淡水奇缺，鋼護筒內(nèi)的海水及淤泥其Cl－、SO2－4、Ca2+、Mg2+等含量較高，若按常規(guī)方法使用普通黃泥、膨潤土等造漿材料，用量大、成本高［7－8］。為此，在現(xiàn)場進行了泥漿配比試驗，就近利用現(xiàn)場取樣的較軟海泥，添加粘性黃土、純堿及特制造漿添加劑，解決了利用海水造漿的難題。試驗發(fā)現(xiàn)該方法護壁效果較好，且可就近取材制作，成本較低，后續(xù)施工中始終使用該配方制作泥漿。泥漿性能指標如表1所示。

表1 泥漿性能指標Tab.1 Index of mud performance

3.3 清孔及成孔檢測

鉆進至巖面后，經(jīng)地勘人員比對巖樣確定中風化巖層起始面后，即加大鉆機沖程鉆進至設計標高終孔。終孔后及時下放φ 300 mm導管，并在導管內(nèi)設置1根φ 50 mm鍍鋅管作為高壓氣舉反循環(huán)二次清孔的送風管，通過高壓氣舉反循環(huán)工藝將泥漿帶到3PNL泥漿分離器進一步做過濾分離處理。清孔后，最終剩余泥漿內(nèi)顆粒最大粒徑為0.5～0.3 mm，隨即下放JJC－1D孔徑探測儀進行成孔質量和成孔深度檢測，檢測合格進行鋼筋籠安裝。

3.4 鋼筋籠安裝

每根灌注樁設計采用28根通長的φ 32 mm主筋及28根長度約30 m的φ 32 mm加強筋，單樁鋼筋籠總質量為14～19 t，分4～6段制作，段與段之間鋼筋采用輥壓直螺紋套筒連接，以加快現(xiàn)場安裝進度，并利于現(xiàn)場安裝質量控制。

3.5 二次清孔與水下混凝土灌注

鋼筋籠安裝完成后，水上混凝土攪拌船進場前3 h開始下混凝土澆筑導管(φ 300 mm導管，下管前須做水密性試驗確保導管完好)，二次清孔，同時用泥漿泵向樁內(nèi)補充稀釋泥漿液以降低樁孔內(nèi)泥漿密度。船機就位1 h前停止清孔，并拔出φ 50 mm鍍鋅管，從導管內(nèi)下放沉渣檢測儀檢測沉渣厚度。若檢測不合格，加大高壓氣體壓強并使用吊機提升下放導管，通過導管上下串動攪動底部沉積泥漿，使之分散并上下拌合均勻。若檢測合格則準備澆筑水下混凝土，初灌施工時控制導管底部距離孔底0.4～0.5 m，以確保初灌料以適當壓力沖擊孔底并合理擴散排除孔底沉渣。

水下混凝土澆筑著重加強水灰比控制，由施工員和試驗員在攪拌船上監(jiān)控計量系統(tǒng)儀表參數(shù)并適時調整。現(xiàn)場灌注重點在于初灌料的控制。在現(xiàn)場設置雙料斗，初始施工時先灌注大料斗(8 m3)，再灌注附加在灌注導管頂部的小料斗(1 m3)，小料斗灌注至2/3容量時拉開隔離柵并打開大料斗連接到小料斗的輸送閥，連續(xù)澆筑完成初灌料澆筑。整個施工過程約持續(xù)6 min，加上此期間攪拌船仍在不間歇的輸送混凝土(輸送能力1 m3/min)，初灌量約15 m3，可灌注約3.5 m高度。該灌注過程連續(xù)進行，能有效避免樁底殘渣遺留，確保成樁質量。后續(xù)灌注應確保導管埋深3～4 m，每灌注6～8 m拔拆導管1次，直到灌注到設計標高，翻漿超灌至露出新鮮混凝土方可停止灌注。

4 嵌巖樁質量檢測

設計樁身混凝土強度為C35，每根樁均在現(xiàn)場取樣制作抗壓強度試塊，標養(yǎng)28天后，進行抗壓強度檢驗。經(jīng)檢測，53根樁混凝土試塊的平均強度為44.1 MPa，標準差 3.5 MPa，符合設計和規(guī)范要求［8］。

采用超聲波對53根嵌巖灌注樁進行完整性檢測，檢測表明:嵌巖樁樁深反饋波速較穩(wěn)定，成樁質量良好，53根樁樁身完整性全部為Ⅰ類樁。

對其中1根嵌巖灌注樁進行了鉆芯取樣檢測，檢測表明:混凝土與巖面銜接良好，樁底無沉渣出現(xiàn)，施工質量滿足設計要求。

對3根典型樁進行了樁基自平衡承載力測試，檢測表明樁基承載力滿足設計指標。

多種檢測結果綜合顯示，嵌巖灌注樁施工達到了預期的質量控制目標。

5 結語

工程實踐證明，在近海較深軟土地基中進行護筒埋深至粉質粘土層的嵌巖灌注樁施工是合理可行的，可有效降低鋼管材料使用量，減少大型打樁設備臺班，避免水下作業(yè)，技術合理，經(jīng)濟節(jié)約。利用鋼護筒作為鉆孔平臺的支撐是可靠的，可以節(jié)約大量支撐平臺鋼材，平臺面板采用鋼板與鋼網(wǎng)片聯(lián)合布設是合理的，兼顧了平臺行車和施工作業(yè)排水的實際需要。

高含水率的粉質粘土層通過配置適當?shù)淖o壁泥漿，仍可滿足沖擊成孔工藝的要求，但施工過程中須關注泥漿濃度和泥漿的均勻性。采用泥漿分離器清孔，能有效提高清孔效率，清孔殘余可以直觀檢測，清孔質量有了較大提高，可為類似大直徑嵌巖灌注樁施工提供方法借鑒。嵌巖灌注樁施工中，須密切注意各道工序的連續(xù)和合理銜接，一旦開鉆應及時將成孔進行到底，并立即進行鋼筋籠安裝和水下混凝土施工，工序安排應當緊湊，盡量縮短施工周期，防止孔壁因浸泡時間過長而松軟穿孔，導致發(fā)生坍孔等事故。

［1］朱天浩，徐建國，葉尹，等.輸電線路特大跨越設計中的關鍵技術［J］.電力建設，2010，31(4):25-31.

［2］吳新孟.沖孔灌注樁施工經(jīng)驗簡介［J］.電力建設，2000，21(2):56-57.

［3］JTJ 285—2000港口工程嵌巖樁設計與施工規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］王偉明，余振剛，呂小勇.外海深水裸露基巖大直徑嵌巖樁施工關鍵技術［C］//國際航運協(xié)會2008年年會暨國際航運技術研討會論文集.北京:人民交通出版社，2008:29-37.

［5］JTJ 215—98港口工程荷載規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1998.

［6］JTG D63—2007公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［7］黃偉東.泥漿護壁鉆孔灌注樁的施工［J］.電力建設，1999，20(1):58-59.

［8］JTJ 270—98水運工程混凝土試驗規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，1998.