卓家超 ，錢所軍

（1.廣州南華工程管理有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；3.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114）

1 工程概況

港珠澳大橋主體工程橋梁工程全長22.9 km，其中深水區(qū)橋梁約15.824 km，包括青州航道橋、崖13-1氣田管線橋、江海直達船航道橋和深水區(qū)非通航孔橋，均采用鋼管復(fù)合樁，包含136個墩臺，1 006根樁基，見表1。

非通航孔橋等寬段低墩區(qū)樁徑φ175/200，嵌入中風(fēng)化巖石持力層不小于4 m；等寬段高墩區(qū)及變寬段φ195/220，嵌入中風(fēng)化巖石持力層不小于5 m。通航孔橋φ215/250，樁底標(biāo)高嵌入中風(fēng)化巖深度不小于1.5倍樁徑[1]（2.15×1.5=3.225 m）。樁頂標(biāo)高約-8～-10 m，鋼管長度約40～60 m，平均樁長約103 m，最大樁長129.7 m，最大混凝土設(shè)計方量558.1 m3。

樁基是橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須按照設(shè)計文件與施工規(guī)范的要求，選用合理的施工方案、工藝流程，堅持以預(yù)防為主，風(fēng)險預(yù)控相結(jié)合的原則，采取有效的措施進行施工控制。

表1 深水區(qū)橋梁樁基數(shù)量Table1 Thebridgepilefoundation number in deepwater area

2 鋼管沉樁設(shè)計要求

鋼管樁豎向荷載主要承載施工期荷載，絕大部分樁端進入砂層，部分墩進入強風(fēng)化巖。對于砂層，可以滿足打到設(shè)計高程的要求；對于含礫較多或碎塊狀強風(fēng)化巖，依據(jù)錘重、鋼管長度及地質(zhì)資料，經(jīng)設(shè)計驗算后，以最后貫入度作為終孔標(biāo)準(zhǔn)；在沉樁過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制各樁的相對平面位置，避免與承臺連接困難，樁頂平面位置允許偏差小于100 mm，傾斜度小于1/250，以保證鉆孔樁和墩臺垂直度。避免貫入度連續(xù)小于4 mm，防止樁底卷邊影響鉆孔樁施工。

CB03標(biāo)非通航孔橋采用導(dǎo)樁架+振動錘沉樁工藝[2]，見圖1。CB04標(biāo)采用打樁船+液壓錘沉樁工藝[3]，見圖2。

圖1 導(dǎo)樁架、振動錘沉樁工藝Fig.1 Pile-sinking technology of guide pile frameand vibratory hammer

圖2 樁船、液壓錘沉樁工藝Fig.2 Pile-sinking technology of pile driving boat and hydraulic hammer

3 地質(zhì)概況

全橋經(jīng)過8處斷裂帶，其中青州航道橋穿過斷裂帶。

每個墩位至少有2個鉆孔，揭示地層如下：

①層：淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度29.8～35.4 m；②層：粉細砂、中粗砂，厚度0～8.3 m；③層：粉質(zhì)黏土，中間夾砂，夾軟弱土，厚度0～18.0 m；④層：密實砂類土，中下部夾透鏡體狀軟土，厚度27.4～47.0 m；⑦層：混合片巖，厚度10.2～52.4 m；⑧層：混合花崗巖，厚度0～27 m；⑨層：構(gòu)造破碎帶和角礫夾泥等。

中風(fēng)化花崗巖，飽和抗壓強度18.9～71.9 MPa，平均43.27 MPa；中風(fēng)化混合片巖，飽和抗壓強度17.1～69.0 MPa，平均39.93 MPa；中風(fēng)化混合花崗巖，飽和抗壓強度17.6～67.6 MPa，平均43.46 MPa。

全橋基本為支撐樁，僅個別墩臺為摩擦樁?；鶐r面、中風(fēng)化層頂面有一定的起伏，少量鉆孔揭露花崗巖球狀風(fēng)化現(xiàn)象，應(yīng)注意持力層坡度較大處的基礎(chǔ)穩(wěn)定性。部分墩中風(fēng)化巖面坡度大于50%～100%，甚至大于200%～300%，在施工時應(yīng)予以充分重視，采取必要措施。必要時應(yīng)進行施工勘察。

4 鋼管復(fù)合樁施工進展情況

1） CB03標(biāo)非通航孔橋，2012年11月3日至2013年9月20日，累計完成47個墩的282根鋼管打設(shè)；2012年12月31日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工137根。

2） CB03標(biāo)青州航道橋，2012年11月2日至2013年4月23日，全部完成6個墩的156根鋼管打設(shè)施工；2013年2月21日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工91根。

3） CB04標(biāo)的非通航孔橋，2013年1月23日至2013年8月20日止，累計完成27個墩的162根鋼管打設(shè)；2013年2月17日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工75根。

4） CB04標(biāo)江海直達船通航孔橋，2012年12月21日至2013年8月9日，全部完成7個墩的112根鋼管打設(shè)施工；2013年2月3日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工46根。

5 前期暴露的問題

1） 鋼管樁護筒底部變形、卷邊。如146-5樁，145-1、2、6 樁，143-2、3、6 樁，138-3樁。

2）鋼管樁護筒下沉、傾斜。如119-3樁。該樁在鉆孔至-105 m時，鋼管樁護筒下沉1.2 m，鋼護筒頂面有所變化，鉆頭提至護筒底后難以提出來。由于地質(zhì)原因所致，處理起來較麻煩，最后下鉆頭導(dǎo)向裝置才把鉆頭取出。

3）塌孔。從現(xiàn)狀分析，為泥漿濃度和比重不足所致，也反映出技術(shù)經(jīng)驗不足，鋼管樁端部不能形成很好的泥漿護壁，幾乎同時施工的兩根鉆孔樁之間存在相互影響。

4）孔內(nèi)棄物。在孔內(nèi)丟棄鉆頭、鉆具時有發(fā)生，雖對質(zhì)量影響不大，但對工期影響很大。反映出工前對鉆具絲扣檢查不足，操作程序不當(dāng)。

5）沉渣過大?？陀^原因是砂層厚度大且非均質(zhì)，孔深達100 m，鋼筋籠安裝時間長，重點是提高二清質(zhì)量。

6）混凝土坍落度過小、堵管[4]。坍落度宜按220～230 mm控制，確保混凝土和易性和流動性。

7）澆筑管爆裂。鋼筋籠安放和混凝土澆筑兩者工序緊湊，應(yīng)合理安排。由于非通航孔橋樁每根混凝土方量為200～300 m3，澆筑7～13 h，通航孔橋樁方量為500 m3，混凝土澆筑時間過長，應(yīng)確保澆筑過程的連續(xù)性。

8）鉆桿折斷、掉鉆頭。加強設(shè)備的維修和檢查，控制好巖層的鉆進速度，出現(xiàn)問題情況見表2。

表2 出現(xiàn)問題的情況匯總Table 2 Problemssummary

6 風(fēng)險分析

6.1 安全環(huán)保風(fēng)險分析

跨崖13-1管線橋若出現(xiàn)事故是災(zāi)難性的。遭遇臺風(fēng)、濃霧、突風(fēng)、雷暴、強降雨、烈日、大浪等惡劣氣候；每天通過該海域船舶達5 000艘，易發(fā)生海上碰撞事故；涉及臨邊、臨水、高空作業(yè)，易發(fā)生意外墜落事故；施工平臺狹小，孤懸于海中，防止碰撞、局部失穩(wěn)或垮塌；人員落水、用電隱患；存在海底管線、地下障礙物；避免施工船舶撞擊白海豚，避免施工噪音對白海豚繁殖的影響；禁止泥漿、油污、生活垃圾排放海域；防止沉船、原材料或構(gòu)件墜落海中對海洋的污染。

6.2 質(zhì)量風(fēng)險分析

影響施工質(zhì)量的因素為4M1E，即施工人員、施工船舶及設(shè)備、施工材料、施工方法和施工環(huán)境。用層次分析法進行風(fēng)險因素排序，在此基礎(chǔ)上運用模糊綜合法進行整體風(fēng)險評價，鉆孔樁施工風(fēng)險因素排序前15位分別是：1） 鋼筋籠安裝時間過長；2）人員技術(shù)素質(zhì)不足；3） 施工管理和協(xié)調(diào)不足；4） 不利的海洋氣候條件；5） 混凝土生產(chǎn)灌注能力不足；6） 清孔不徹底與孔底沉淀厚度大；7）泥漿控制不當(dāng)；8）斷樁、夾泥等樁身質(zhì)量問題；9）鉆進出現(xiàn)塌孔、擴孔、縮孔現(xiàn)象；10） 鉆桿折斷、卡鉆、埋鉆、掉鉆頭現(xiàn)象；11） 設(shè)備故障、不穩(wěn)定的供電；12） 地質(zhì)勘察不足；13）護筒埋設(shè)位置、高度、深度不合理；14）鉆架安裝不平穩(wěn)；15）鋼管樁施工缺陷。

6.3 施工質(zhì)量風(fēng)險評估

本項目鉆孔樁長度大，最深129 m。主要特點是所有橋墩均采用鉆孔樁，數(shù)量大，因此，雖然技術(shù)風(fēng)險影響水平低，但風(fēng)險發(fā)生概率還是很大。

II類樁不宜超過10%，一旦出現(xiàn)III類樁，由于樁位是唯一的，危害大。

主要技術(shù)風(fēng)險來自混凝土灌注、清孔、鉆孔工藝。因此要對員工加強技術(shù)培訓(xùn)與指導(dǎo)，各工種應(yīng)選擇專業(yè)化水平高、操作熟練的工人。

對一些典型風(fēng)險因素，可以通過適當(dāng)增加投入和加強管理來降低風(fēng)險。

6.4 鋼管復(fù)合樁的施工風(fēng)險管理

施工方法全部細節(jié)應(yīng)符合設(shè)計要求，報監(jiān)理審批，包括材料和全部設(shè)備、鉆孔平臺的說明。任一鉆孔工作開始前都應(yīng)得到監(jiān)理的書面批準(zhǔn)。

每根樁基的全部施工記錄，作為工程資料應(yīng)妥善保存。自行擬定記錄格式時，應(yīng)經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)。

跨越崖13-1氣田管線橋施工時，應(yīng)在基礎(chǔ)工程施工期取得管線與橋位相交的準(zhǔn)確位置及坐標(biāo)，并在橋梁施工開始前實地確定管線確切位置，完成要求的防護措施或防護工程，在施工過程中確保施工安全距離，制定相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。施工工作計劃應(yīng)同時報監(jiān)理及天然氣管線公司審批。

地質(zhì)補勘問題：對同一墩位巖面傾斜較大的樁基，應(yīng)盡量保證逐孔都有地質(zhì)鉆孔資料。

終孔的判斷問題：原則上在地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，以進尺速度及渣樣強度作為判斷入巖及終孔的標(biāo)準(zhǔn)，從程序上特別強調(diào)監(jiān)理對入巖的判斷。

樁基加深及提前終孔的程序管理問題：原則上不允許樁基提前終孔，盡量減少加深：對于樁基提前終孔的情況，因涉及結(jié)構(gòu)受力，此問題應(yīng)由施工單位、現(xiàn)場監(jiān)理及設(shè)計代表、甲方代表四方共同確定。

變更管理的問題：對于可能出現(xiàn)的樁基加深及提前終孔，均需辦理相關(guān)變更手續(xù)。管理局終孔管理辦法明確：在設(shè)計標(biāo)高0～50 cm范圍內(nèi)，由監(jiān)理確認(rèn)。超過范圍需會同設(shè)計和管理局。

需要增加樁長的，變更長度由設(shè)計確定，施工完成后須經(jīng)監(jiān)理驗收簽認(rèn)，按照原樁基單價計量。樁基應(yīng)在無損檢測驗收合格后才能進行承臺安裝施工或澆筑施工。

鉆孔過程中的泥漿及鉆渣的處理應(yīng)符合環(huán)境保護規(guī)定，并取得監(jiān)理的認(rèn)可。泥漿及鉆渣不得污染當(dāng)?shù)厮怠?/p>

鉆孔施工和灌注混凝土期間，所產(chǎn)生的廢棄泥漿不得直接注入海中，應(yīng)經(jīng)凈化達到排放要求后，至指定區(qū)域排放，以免造成環(huán)境污染。

7 常見問題分析及防治措施探討

7.1 鋼管樁底部卷邊

原因：地質(zhì)因素和沉樁錘擊能量過大。因多出現(xiàn)于φ2.2 m的樁，也可能是樁底壁厚不夠（φ2.0 m、φ2.2 m的樁底壁厚均為32 mm，φ2.5 m的樁底壁厚為36 mm）。

防范措施：對于出現(xiàn)含礫多的砂層、碎塊狀強風(fēng)化層、球狀風(fēng)化、海底殘留物或障礙物時出現(xiàn)鋼管底部卷邊機率大，在沉樁過程中控制好沉樁錘擊能量和貫入度。如出現(xiàn)鋼管樁底部卷邊，在水深允許的情況下可進行潛水員水下切割，但安全風(fēng)險比較大；主要是利用片石和沖錘擴孔，并采用沖擊錘成孔的措施（138-3號、143-6號樁已使用沖錘）。

7.2 樁底沉渣量過多

造成原因：因船運供應(yīng)淡水不足，清孔泥漿中混有海水，泥漿性能指標(biāo)差或由于海水造漿而加速沉渣沉淀；提起鉆頭前清孔不干凈，提起鉆頭時間過長；鋼筋籠開始安裝時須安裝多根檢測管和取芯管，工人操作不熟練，安裝時間較長；導(dǎo)管的安裝也因受到施工平臺和施工設(shè)備的限制而需花費不少時間。待安好導(dǎo)管具備二次清孔時，孔底的沉渣已沉積很多并且比較密實，使得二次清孔比較困難。

防治措施：加強淡水供應(yīng)，杜絕海水造漿，泥漿性能必須滿足規(guī)定要求；成孔后，一清要到位，加快提鉆和安裝鋼筋籠速度，縮短一清到二清之間的停頓時間，減少沉渣沉積。利用導(dǎo)管進行二次清孔時，采用導(dǎo)管管口多點觸底清孔，直到孔底沉渣厚度滿足規(guī)定要求。灌注混凝土?xí)r，再利用剪球的混凝土巨大沖擊力濺除孔底少量沉渣，以達到清除孔底沉渣的目的[5]。

7.3 塌孔

造成原因：泥漿稠度小，護壁效果差，出現(xiàn)漏水；泥漿水頭高度不夠，對孔壁壓力減少；泥漿相對密度過小，使水頭對孔壁的壓力較??；在松軟砂層中鉆孔時進尺過快，泥漿護壁形成較慢，并孔壁滲水；鉆進時未連續(xù)作業(yè)，中途停鉆時間較長而未進行泥漿循環(huán)；操作不當(dāng)，提升鉆頭或吊放鋼筋籠時碰撞孔壁；鉆孔附近有大型船機設(shè)備作業(yè)時產(chǎn)生振動；清孔后未及時澆筑混凝土，放置時間過長。

預(yù)防措施：鉆孔附近禁止大型船機設(shè)備作業(yè)；鋼護筒打設(shè)時，根據(jù)地質(zhì)資料，將護筒穿過淤泥及透水層，護筒之間接頭要密封好，防止漏水；根據(jù)地質(zhì)情況，選用適宜的泥漿比重、泥漿黏度、不同的鉆進速度。如在砂層中鉆孔時，應(yīng)加大泥漿稠度，選用較好的造漿材料，提高泥漿的黏度以加強護壁，并適當(dāng)降低進尺速度；當(dāng)汛期或水位變化較大時，應(yīng)采取升高護筒，增加水頭或用虹吸管等措施保證水頭壓力相對穩(wěn)定；鉆孔時要連續(xù)作業(yè)，無特殊情況中途不得停鉆；提升鉆頭、下放鋼筋籠時應(yīng)保持垂直，盡量不要碰撞孔壁；若澆筑準(zhǔn)備工作不充分，暫時不要進行清孔并保持泥漿循環(huán)，清孔合格后及時澆筑混凝土。

7.4 斷樁

造成原因：混凝土澆筑過程中斷，不能一次澆筑完成；攪拌船設(shè)備、供電設(shè)備出現(xiàn)故障使?jié)仓贿B續(xù)；導(dǎo)管漏水；導(dǎo)管提漏而進行二次下球；澆筑時出現(xiàn)串孔而不得不中斷混凝土澆筑；混凝土生產(chǎn)能力不足，澆筑時間過長，孔內(nèi)的混凝土面層已接近初凝，形成硬殼，造成混凝土繼續(xù)澆筑極為困難，以致堵管或?qū)Ч茈y以提拔上來，引發(fā)斷樁事故。

防治措施：在混凝土澆筑前認(rèn)真做好攪拌船等設(shè)備維修保養(yǎng)工作，認(rèn)真檢查安裝澆筑導(dǎo)管的水密性，確?；炷翝仓倪B貫性；在混凝土澆筑時，盡量提高混凝土的澆筑速度，并經(jīng)常測量澆筑導(dǎo)管的埋深，提升導(dǎo)管要準(zhǔn)確，保證導(dǎo)管埋深在4～10 m之間。在混凝土灌注過程中，如果出現(xiàn)堵管或其他原因而不得不中斷澆筑，可以利用導(dǎo)管及時清除已澆筑的混凝土，清孔干凈后再重新開盤澆筑，以避免斷樁的發(fā)生；如果中斷混凝土灌注的位置在鋼護筒內(nèi)，過后能保證把鋼護筒內(nèi)的泥漿水抽干，可以對發(fā)生的斷樁進行干接樁施工處理。

7.5 鉆孔傾斜

造成原因：海上施工平臺重心高、剛性小、穩(wěn)定性差，施工平臺常常受到風(fēng)浪、船舶靠泊、船舶碰撞的影響，安裝就位在平臺上的鉆機穩(wěn)定性較差，鉆機作業(yè)時不穩(wěn)所致；鉆孔地質(zhì)中夾有大的孤石或遺留鉆桿或其它硬物或巖面傾斜等情形。

防治措施：加強施工平臺的整體剛性，提高穩(wěn)定性，在施工平臺外側(cè)打設(shè)獨立的靠船樁，避免施工船舶直接靠碰平臺；安裝鉆機時轉(zhuǎn)盤中心與鉆架上起吊滑輪在同一軸線，鉆桿位置偏差不大于15 cm。采用自重大、鉆桿剛度大的鉆機，并安裝導(dǎo)正裝置。地質(zhì)中夾有大的孤石或遺留鉆桿或其它硬物或巖面傾斜等情形鉆進時，采用慢檔鉆速。出現(xiàn)鉆孔傾斜時，可提起鉆頭到傾斜處修孔，如修孔效果不大且孔斜位置在巖層處，應(yīng)在孔中澆筑水泥砂漿至斜孔以上，待水泥砂漿達到一定強度后再重新鉆進；或者回填塊石后采用沖擊錘沖孔。

7.6 鉆桿折斷、掉鉆頭

造成原因：鉆桿老舊，維修保養(yǎng)不到位；巖層堅硬，難以鉆進；鉆孔偏斜，出現(xiàn)卡鉆。

防治措施：加強鉆機等設(shè)備的維修和檢查，保證在鉆進時設(shè)備狀態(tài)良好；控制好巖層的鉆進速度；出現(xiàn)鉆孔偏斜時，及時進行糾偏，并放慢鉆進速度，避免卡鉆情況出現(xiàn)。

8 樁基質(zhì)量的檢測情況

從港珠澳大橋橋梁工程樁基聲波透射法的6次檢測結(jié)果統(tǒng)計來看，樁徑φ250 cm的通航孔橋樁Ⅰ類樁比例較低，一般在80%以下，非通航孔橋的樁長越短、樁徑越小的Ⅰ類樁比例較高。因此從施工情況看，港珠澳大橋鋼管復(fù)合樁的超長樁（樁長≥90 m）的Ⅰ類樁比例難以達到90%以上。今后必須認(rèn)真對待Ⅱ類樁，分析原因，總結(jié)經(jīng)驗，提高鉆孔灌注樁的Ⅰ類樁比例，以使Ⅰ類樁的總體比例達到90%以上的創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)。

2013年5月10日開始，檢測單位對部分樁基進行了基樁鉆孔取芯法檢測，從檢測報告結(jié)果看到：樁身混凝土芯樣連續(xù)、完整，芯樣表面光滑，粗、細骨料分布均勻、膠結(jié)良好。樁底無沉渣或沉渣厚度均滿足質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)要求，混凝土芯樣抗壓強度滿足設(shè)計要求。

9 結(jié)語

通過10多個月施工探索、總結(jié)經(jīng)驗，港珠澳大橋鋼管復(fù)合樁的施工已走上正軌，特別是鋼管樁的打設(shè)施工，施工工藝成熟可靠，施工質(zhì)量滿足設(shè)計和驗收的高標(biāo)準(zhǔn)要求；鉆孔灌注樁的Ⅰ類樁比例有所提升。但是，還需深刻認(rèn)識到鉆孔灌注樁的施工復(fù)雜性，干擾因素多，超長樁的施工難度大。在后續(xù)的大量施工中，需根據(jù)施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，認(rèn)真分析、研究、解決問題，并不斷的對作業(yè)指導(dǎo)書進行補充、完善、優(yōu)化，重視過程預(yù)控，保質(zhì)保量地完成港珠澳大橋鋼管復(fù)合樁的施工任務(wù)。

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[2]中交一航局二公局聯(lián)合體.港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB03標(biāo)段施工組織設(shè)計[R].2012.CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.and A Consortium of CCCCSecond Highway Engineering Co.，Ltd.Construction organization design of CB03 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[3]廣東省長大公路工程有限公司.港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB04標(biāo)段施工組織設(shè)計[R].2012.Guangdong Changda Highway Engineering Co.，Ltd.Construction organization design of CB04 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

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