白海洋 馮輝

摘要：以頭門港支線靈江特大橋深水墩鉆孔灌注樁工程為背景，從鉆機(jī)選型、鉆進(jìn)參數(shù)控制、泥漿性能控制、鉆孔垂直控制等方面介紹了近海河口環(huán)境大直徑、超長鉆孔灌注樁施工，采用氣舉反循環(huán)施工工藝，面對(duì)復(fù)雜地質(zhì)情況下，成功完成深水墩樁基施工，為中國深水群樁施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：深水墩；鉆孔灌注樁；控制；氣舉反循環(huán)

1 工程概況

本工程項(xiàng)目頭門港支線靈江特大橋是新建金華到臺(tái)州鐵路的控制性及重難點(diǎn)工程，位于浙江省臺(tái)州市境內(nèi)，起訖里程TDK3+573.96-TDK8+523，線路長度4.949km。靈江特大橋在TDK6+501.08-TDK7+143.08處以（92+3*152+92）m連續(xù)梁-拱跨越靈江，線路與水流方向右前角為82°。靈江目前通航1000t級(jí)海輪，Ⅳ級(jí)航道，遠(yuǎn)期規(guī)劃為Ⅲ級(jí)航道。通航凈空高度22.5m，單向通航凈寬118m。

2 施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 鉆孔樁數(shù)量多、深度深、孔徑大

靈江特大橋共有7個(gè)水中墩，分別為61#-67#墩。共有86根φ2.0m，56根φ1.25m鉆孔樁，最大設(shè)計(jì)樁長79m，至鉆孔平臺(tái)深度達(dá)96.5m。

2.2 水文環(huán)境復(fù)雜

橋址位于靈江河口區(qū)的進(jìn)口段下游，近?？?，橋址處河段受徑流與潮汐的共同作用，平時(shí)江水由感潮水流控制，每天兩次漲退，退潮時(shí)，水面比降變大，洪水下滯快，最大漲潮流速為2.32m/s，最大落潮高差為18m。

2.3 地質(zhì)條件復(fù)雜

地址表層河床以下依次為第四系全新統(tǒng)海積淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土達(dá)35m左右，粗圓礫土達(dá)45m左右，巖層達(dá)10m。

2.4 近海河口位置海水制漿，泥漿性能差

橋址位置受潮汐影響，此段水體為上游來水和海水的混合物，用此類水體制出的泥漿粘度小，膠體率低，泥漿護(hù)壁質(zhì)量差，易沉淀。泥漿護(hù)壁質(zhì)量差，鉆孔過程中容易產(chǎn)生塌孔埋鉆；灌注樁身混凝土過程中易塌孔斷樁，泥漿穩(wěn)定性差，泥漿中的固、液兩相容易分離，鉆渣沉淀太快，清孔困難，稍有不慎極易引起沉渣厚度超標(biāo)。灌樁過程中混凝土上翻包裹沉渣易形成軟弱夾層而斷樁。

3 研究的關(guān)鍵技術(shù)問題

根據(jù)本橋水中主墩鉆孔樁的施工特點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn)，施工技術(shù)重點(diǎn)研究以下四個(gè)方面：

（1）如何確保大孔徑、深度深鉆孔樁成孔質(zhì)量、進(jìn)度。

（2）如何確保成孔的垂直度（不彎孔、斜孔）；如何避免因彎孔、斜孔而引起卡鉆、別鉆、扭斷鉆桿等事故。

（3）如何在近海河口受河流水流與潮汐相互影響復(fù)雜水文環(huán)境條件下，確保成孔質(zhì)量。

（4）如何確保鉆孔泥漿性能，提高泥漿護(hù)壁質(zhì)量，保證成孔和混凝土灌注質(zhì)量

4 主要施工方案

4.1 成孔鉆機(jī)及配套設(shè)備選型

4.1.1 成孔鉆機(jī)選型

針對(duì)本工程復(fù)雜的地質(zhì)水文情況，結(jié)合施工工期、施工工藝、施工成本以及類似施工案例等因素，最終選擇ZD-3000型氣舉反循環(huán)鉆機(jī)施工。主要考慮因素如下：

（1）沖擊鉆雖然施工成本低，但施工進(jìn)度緩慢，根據(jù)本工程實(shí)際的地層條件，正常情況下，成樁周期約25d左右，由于本工程工期較緊，無法滿足工期要求，故無法選用沖擊鉆。

（2）履帶式旋挖鉆適用于各種土質(zhì)層和砂類土、碎（卵）石土或中等硬度以下巖基的橋墩樁基施工。但由于本工程受潮水漲落影響，孔壁不穩(wěn)定，孔內(nèi)容易發(fā)生漏漿，尤其是卵石層，根據(jù)類似工程采用旋挖鉆成孔極易塌孔，不適合在水上或地下水豐富的地層中施工，故本工程不選用旋挖鉆。（3）回旋鉆分為正循環(huán)鉆和反循環(huán)鉆。

正循環(huán)鉆由于鉆具結(jié)構(gòu)特征和流體力學(xué)動(dòng)力特點(diǎn)，決定了大直徑樁基施工采用正循環(huán)體系低下和難以清除孔底鉆渣，故不選用正循環(huán)鉆。

反循環(huán)鉆進(jìn)在國際上是從20世紀(jì)50年代開始發(fā)展起來的。反循環(huán)鉆機(jī)有射吸反循環(huán)，氣舉反循環(huán)，泵吸反循環(huán)，各有特點(diǎn)。氣舉反循環(huán)鉆機(jī)，是鐵路和公路橋梁等大型基礎(chǔ)工程鉆孔施工最理想的施工設(shè)備，可在孔徑φ1.5～φ3.0m，巖石單軸抗壓強(qiáng)度σc≤200MPa的基巖中任選孔徑下鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度可達(dá)130m，在覆蓋層中的鉆孔直徑可達(dá)6.0m。該設(shè)備成功的使用在福建青州大橋等施工。根據(jù)本工程特點(diǎn)，故選用氣舉反循環(huán)鉆施工。

靈江特大橋選用的ZD-3000型氣舉反循環(huán)鉆機(jī)，該鉆機(jī)可滿足φ2.0m鉆孔樁施工，最大鉆孔深度可達(dá)130m。該鉆機(jī)底盤較重，鉆孔穩(wěn)定。該型號(hào)鉆機(jī)為國內(nèi)比較先進(jìn)的鉆機(jī)，可實(shí)現(xiàn)電控或液控恒壓自動(dòng)給進(jìn)，無極變速，密封性能好，能保證成孔質(zhì)量，并大幅減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工效。在實(shí)際施工中，正常情況下，成樁周期約7d，遠(yuǎn)快于沖擊鉆成孔周期25d，滿足本工程工期要求。

4.1.2 配套設(shè)備選擇

4.1.2.1除砂泵

泥漿處理設(shè)置與泥漿系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的ZX-250黑旋風(fēng)旋流除砂裝置，迅速降低泥漿中的含沙量、凈化泥漿、確保泥漿復(fù)合本工程要求，提高成孔質(zhì)量及效率。

4.1.2.2空氣壓縮機(jī)

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)效率主要取決于混合器的沉沒深度、空氣壓縮機(jī)的送往孔內(nèi)的空氣壓力、送風(fēng)量。為了獲得足夠的上返速度，當(dāng)?shù)叵滤惠^深、沉沒比較小，鉆孔口徑和雙臂鉆桿內(nèi)徑較大時(shí)，應(yīng)選用大風(fēng)量的空壓機(jī)，以提高鉆進(jìn)效率。反之，可選擇小風(fēng)量的空壓機(jī)，以節(jié)約能源及降低成本。

4.1.2.3鉆頭

不同的地層采用不同的鉆頭，靈江特大橋上部第四系地層采用雙腰帶三翼刮刀鉆頭，基巖采用滾刀鉆頭。

4.2 鉆孔泥漿控制

靈江特大橋鉆孔深度達(dá)96.5m，鉆孔土層主要含淤泥、砂層等，松散、易塌孔，另外如此長的樁成孔、接長鋼筋籠、下導(dǎo)管、二次清孔、澆筑砼等的時(shí)間相當(dāng)長，造成晾孔時(shí)間長，對(duì)孔壁穩(wěn)定相當(dāng)不利，根據(jù)已有的施工經(jīng)驗(yàn)，用好泥漿是孔壁穩(wěn)定、成孔順利、混凝土灌注質(zhì)量好的重要保證。

4.2.1 泥漿配合比確定

由于靈江特大橋地處靈江河口區(qū)的進(jìn)口段下游，近?？?，受潮汐影響大，漲潮時(shí)海水倒灌進(jìn)入靈江中。海水中的大量鹽分和礦物質(zhì)隊(duì)泥漿性能會(huì)造成極大破壞，成孔質(zhì)量無法保證。經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員反復(fù)試驗(yàn)，利用漲潮海水拌漿不可取，只有當(dāng)靈江水位降至-2.5m以下之后的底潮江水才符合要求。以膨潤土、CMC、FCLS為原料，與底潮江水配制高級(jí)復(fù)合泥漿，以保證泥漿良好的護(hù)壁效果。

4.3 鉆孔垂直度控制

4.3.1地質(zhì)分析

根據(jù)本工程的地質(zhì)報(bào)告和樁基實(shí)際鉆進(jìn)情況的統(tǒng)計(jì)研究，總結(jié)出靈江特大橋地質(zhì)類型在鉆孔施工中容易形成斜孔的地層：強(qiáng)風(fēng)化巖層交接面、強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化交接巖面。從本工程實(shí)際施工中總結(jié)出，氣舉反循環(huán)在淤泥質(zhì)粘土層和卵石層中鉆進(jìn)可以很好的保證鉆孔的垂直度。

4.3.2 控制方法

充分利用鉆頭穩(wěn)定器和鉆桿穩(wěn)定器，在進(jìn)入巖層交接面時(shí)，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)壓力，采用進(jìn)二退一方法鉆進(jìn)。入強(qiáng)風(fēng)化巖面鉆壓在20-30t之間，入中風(fēng)化在30-35t之間。

4.4 二次清孔選擇

相對(duì)于正循環(huán)清孔而言，采用氣舉反循環(huán)清孔工藝更為普遍。氣舉反循環(huán)清孔的物理學(xué)原理和成孔原理一樣，只是在操作或者某些設(shè)備上有細(xì)微差別，其攜渣能力強(qiáng)，清孔徹底，可進(jìn)一步減小孔底沉渣厚度，提高樁端承載力，清渣速度快，可縮短工期，降低施工成本。

結(jié)語

頭門港支線靈江特大橋水中墩鉆孔灌注樁工程采用氣舉反循環(huán)工藝，解決了很多其他鉆機(jī)鉆進(jìn)無法解決的技術(shù)難題，其鉆孔灌注樁工程的成功實(shí)踐證明，對(duì)于大直徑超長樁應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的鉆進(jìn)工藝和鉆頭，采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，根據(jù)樁孔狀況優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)。鉆進(jìn)方法應(yīng)根據(jù)切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)、高效的原則進(jìn)行優(yōu)化選擇，并制定相應(yīng)的技術(shù)措施，可以取得很好的實(shí)施效果。

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