楊斌財

（港珠澳大橋管理局，廣東 珠海 519015）

0 引 言

隨著我國建橋水平的不斷提高，跨海大橋的建設越來越多，鋼管復合樁作為跨海橋梁基礎的承力結構將廣泛出現(xiàn)，其施工質量影響著整個橋梁的結構壽命，因此，對其施工質量進行有效控制尤為重要。本文依托工程實際，對鋼管樁施工及質量控制重點進行逐一闡述，解決了鋼管樁加工制造、插打精度、海上鉆孔平臺合理設置、深水超長樁基成孔及海上混凝土澆筑等一系列難題，確保了鋼管復合樁的施工質量，以期為同類項目提供參考。

1 工程概述

港珠澳大橋主體工程橋梁工程起于島隧工程結合部非通航孔橋西端，經(jīng)深水區(qū)非通航孔橋、青州航道橋、江海直達船航道橋、九洲航道橋、淺水區(qū)非通航孔橋，止于珠澳口岸人工島連接橋，全長約 22.9 km［1］。1 522 根 2.0、2.2、2.5 m 直徑的鋼管復合樁，樁長 25～145 m。復合樁上段為鋼管混凝土結構，鋼管長度 20～80 m（含替打段），壁厚 22～36 mm，下段為鋼筋混凝土結構，樁底嵌入中風化巖石持力層不小于 2d（d 為樁徑），樁基鋼筋籠貫通整個樁長。

2 鋼管樁施工

2.1 鋼管樁制造

鋼管樁分樁身和樁尖兩部分，其中樁身部分為螺旋管，樁尖為直縫管，兩者采用環(huán)向焊縫對接，樁頂段設有內(nèi)外剪力環(huán)，內(nèi)剪力環(huán)工廠內(nèi)焊接，外剪力環(huán)等墩臺安裝到位后現(xiàn)場焊接，鋼管樁加工如圖1 所示。鋼管樁內(nèi)外壁均采用防腐涂層，外壁采用雙層環(huán)氧粉末涂層，內(nèi)壁采用無溶劑液體環(huán)氧涂層。鋼管樁卷制加工及防腐噴涂施工監(jiān)理全過程旁站，所有焊縫均采用超聲波 100 % 檢測，涂層厚度采用涂層測厚儀進行檢測，同時業(yè)主方委托第三方試驗檢測中心對各項參數(shù)進行不少于 25 % 的抽檢，確保鋼管樁的加工質量，成品如圖2 所示。

圖1 鋼管樁加工

圖2 鋼管樁成品

2.2 鋼管樁打設

鋼管樁經(jīng)驗收合格后，采用運輸船運送到施工現(xiàn)場，一般每批次運送一個墩（非通航孔橋）的 6 根鋼管樁。根據(jù)前期試樁［2］及埋置承臺試驗鋼管樁插打的成果［3］，采用移動式導向架進行打樁（見圖3），移動導向架打樁系統(tǒng)由打樁船、移動導向架、三臺 GPS、三臺激光掃描儀、兩臺傾角傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)及打樁軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)通過 GPS 確定絕對位置，激光掃描儀確定相對位置，通過不同高度的激光掃描儀掃描樁中心坐標及兩掃描儀的高差獲得樁垂直度數(shù)據(jù)，以調(diào)整鋼管樁平面位置及垂直度［4］，直到滿足設計要求。

圖3 移動式導向架插打鋼管樁

鋼管樁運輸船運送到橋位現(xiàn)場就位，由大型浮吊起吊鋼管樁，將鋼管樁插入移動導向架，緩慢下放鋼管樁自沉穩(wěn)定，用浮吊副鉤起吊液壓振動錘，用液壓振動錘下方的液壓夾具夾住鋼管樁頂部，開啟振動錘，上拔鋼管樁離開泥面，抱緊導向架上的液壓抱樁器進行定位，通過打樁軟件系統(tǒng)進行調(diào)位，直到鋼管樁垂直度及平面位置滿足設計要求后進行振沉到位。

采用移動式導向架進行打樁，應滿足沉樁的垂直度和平面位置要求，垂直度達到 1/400 以上，樁頂平面偏位控制在 50 mm 之內(nèi)，但是施工效率相對較低。在埋置承臺止水施工工藝優(yōu)化穩(wěn)定后，鋼管樁的垂直度要求從 1/400 變更為 1/250，大大降低了鋼管樁的沉樁難度［5］， 改用了打樁船進行鋼管樁插打（見圖4），大大加快了施工進度。打樁船插打鋼管樁主要施工工藝流程為：打樁船拋錨定位→移船→起樁→移樁→立樁→安裝替打段→測量定位→插樁→錘擊沉樁→打設至設計標高。插打過程中打樁船定位系統(tǒng)將鋼管樁初定位，然后通過全站儀對鋼管樁的平面位置與垂直度進行觀測，將數(shù)據(jù)反饋給打樁船的操作人員進行微調(diào)，使鋼管樁的垂直度、平面位置達到設計要求。第三方測量控制中心對全線的鋼管樁垂直度和平面位置進行抽檢，抽檢結果均滿足設計要求。

圖4 打樁船打樁

3 鉆孔施工

3.1 鉆孔平臺

通航孔橋采用大型鉆孔平臺，其上布置 3～6 臺回旋鉆機進行鉆孔施工。非通航孔橋采用裝配式平臺（見圖5），通過大型浮吊將后場加工好的鋼平臺吊裝到已插打好的鋼管樁上，鋼管樁同時作為施工平臺受力體系，在鋼管樁上設置抱箍支撐平臺豎向力，對于鋼管樁長度偏短的墩位需在外圍增設輔助受力鋼管，確保施工過程中平臺結構安全，每個平臺上設置一臺回旋鉆機，整墩施工完后將平臺整體調(diào)轉到下一個墩施工。

圖5 非通航孔橋裝配式平臺

3.2 鉆進施工控制（見圖6）

鉆孔施工采用氣舉反循環(huán)鉆進施工工藝，鋼管樁內(nèi)選用刮刀鉆頭。當刮刀鉆頭掃圈鉆進至鋼管樁底口時應減慢鉆進速度，避免出現(xiàn)鋼管樁底口擴孔現(xiàn)象。同時根據(jù)地質資料不同選用不同的鉆頭進行鉆進，當進入全、強風化巖層后，若鉆進速度偏慢，提鉆更換為焊齒破巖滾刀鉆頭鉆進，當進入中風化或弱風化巖層時，更換為球齒滾刀鉆頭鉆至設計樁底標高。

圖6 回旋鉆鉆進施工

鉆進施工中應重點監(jiān)測泥漿的性能指標，根據(jù)不同的地質條件選用不同的參數(shù)，比如砂層施工時應適當?shù)卦龃竽酀{的比重、黏度，同時要及時除砂，以降低含砂率，提高護壁的穩(wěn)定性，避免塌孔、縮徑、漏漿等不良情況的發(fā)生。

3.3 成孔質量控制

3.3.1 垂直度控制

鉆機就位開鉆前，必須做到橫平豎直，鉆進過程中每班不少于 2 次檢查，發(fā)現(xiàn)傾斜或偏位必須立即糾正。所有鉆桿必須平直、圓滑，發(fā)現(xiàn)有彎曲、破損等現(xiàn)象應及時更換。

鉆機操作手需熟悉地質情況，根據(jù)地層的變化隨時調(diào)整鉆進參數(shù)。特別在地層變化或軟硬互層的界面要減壓慢鉆，待進入正常層位后，再正常鉆進。

3.3.2 樁徑的控制

每次下鉆前嚴格檢查鉆頭直徑，應與設計樁徑匹配。

根據(jù)設計圖紙及沉樁記錄，準確計算護筒底面標高。在此處減壓慢鉆，控制好鉆進參數(shù)，盡量減少掃孔次數(shù)，從而有效控制護筒底口段孔壁的完整性和孔徑。

控制孔內(nèi)的泥漿指標，確?？妆诘姆€(wěn)定，避免出現(xiàn)塌孔和縮徑的情況。

針對鉆進過程中發(fā)現(xiàn)鋼管底口變形的情況，需及時采取措施解決鋼管底口變形的問題，確保樁徑滿足設計要求。

3.3.3 孔深的控制

孔深原則上以設計圖紙?zhí)峁┑目椎讟烁邽闇?，如遇地質條件和原設計地勘不符的情況，需施工、監(jiān)理、設計、業(yè)主四方現(xiàn)場確認入巖及終孔標高，端承樁進入中風化巖層不少于 2d，以確保樁基的受力。

3.3.4 成孔質量檢測

當鉆孔達到孔底設計或四方確認的標高后，采用 JL-KJ 智能型超聲數(shù)字成像儀對孔徑、孔壁形狀、垂直度、孔深及孔底沉渣進行檢測，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收認可后，立即采用氣舉反循環(huán)清孔。

清孔時將鉆具提離孔底約 30～50 cm，緩慢旋轉鉆具，補充優(yōu)質泥漿，進行反循環(huán)清孔，同時保持孔內(nèi)水頭，防止塌孔?？椎壮猎穸?、孔內(nèi)泥漿指標滿足規(guī)范及設計要求后，及時停機拆除鉆桿，移走鉆機，進行鋼筋籠下放施工。鋼筋籠安放完成后，須對孔底沉渣厚度進行檢測，利用導管加風管進行二次清孔，確保沉渣厚度小于設計值，樁底混凝土和基巖面接觸良好。本項目通過逐樁埋設取芯管，采用樁底取芯的方式檢查混凝土和基巖面的接觸情況，樁底取芯結果顯示混凝土和基巖接觸良好，基本無沉渣。

4 鋼筋籠施工

鋼筋籠單節(jié)長 12 m，采用長線一次成型法進行施工，在后場胎架上匹配對接加工成型，經(jīng)監(jiān)理驗收合格后分節(jié)裝運到橋位現(xiàn)場，進行對接下放施工（見圖7）。鋼筋籠安放過程中嚴格控制鋼筋籠主筋的對接質量，對于個別主筋絲頭有損傷的情況需采取相應補強措施，同時鋼筋接頭必須錯開布置，接頭數(shù)不超過該斷面鋼筋總根數(shù)的 50 %。最后一節(jié)鋼筋籠需接長數(shù)根鋼筋延伸到平臺面，并和平臺或鋼護筒頂面焊接，防止混凝土澆筑時浮籠和保證鋼筋籠的平面位置。

圖7 下放鋼筋籠

5 混凝土施工

樁基混凝土采用拌和船拌制，由拌和船上的泵送設備直接泵送到料斗，通過導管澆筑。導管底口至樁孔底端的間距控制在 0.3～0.4 m，首批混凝土儲料斗滿足導管初次埋置深度大于 1.0 m 的要求，后續(xù)澆筑過程中導管埋深控制在 2～6 m，灌注過程中每隔 20 min 左右用測深錘探測孔內(nèi)混凝土面標高，并用混凝土方量進行復核標高，以便及時調(diào)整導管埋深。首批混凝土灌注后，需連續(xù)灌注，并盡可能縮短拆除導管的間隔時間，避免出現(xiàn)堵管或斷樁等不利情況。

混凝土灌注接近尾聲時，需核對混凝土灌注數(shù)量，確定所測混凝土的灌注高度是否正確。灌注的樁頂高程應比設計高出 0.5～1 m，以保證樁頂混凝土強度。

6 樁基檢測

樁基施工后 14 d 且混凝土強度達到檢測要求后，采用聲波透射法對所有樁基進行 100 % 完整性檢測（見圖8）。并由第三方檢測單位按 1 % 的頻率進行整樁取芯檢測（見圖9），進一步驗證樁基混凝土質量、沉渣厚度、樁底混凝土和基巖面的接觸情況以及樁端持力層基巖的巖性情況，檢測結束后對聲測管、鉆芯孔采用壓漿封實。

圖8 樁基無損檢測

圖9 整樁取芯成果

7 結 語

港珠澳大橋主體工程橋梁工程鋼管復合樁從 2012 年 9 月 25 日打設第一根鋼管樁，到 2014 年 12 月 14 日澆筑最后一根樁基混凝土，歷時 2 年多。期間遇到過鋼管底口變形、沉船、孤石、塌孔、串孔、船舶撞擊等不利情況，通過各參建單位的共同努力，均逐一解決，樁基質量可控，全部樁基通過無損檢測并按比例進行整樁及樁底取芯檢測，取芯結果顯示樁身混凝土完整性好，樁底混凝土和基巖接觸良好，無損檢測統(tǒng)計Ⅰ類樁率近 90 %，所有樁基均為合格樁。合理布置施工平臺，加強過程質量控制，全覆蓋無損檢測，適當提高整樁及樁底取芯比例，能較大程度上提升鋼管復合樁施工質量。