丁紅波， 王自強

(上海廣聯(lián)環(huán)境巖土工程股份有限公司，上海 200444)

1 工程概況

溫州市七都大橋北汊橋工程連接溫州七都島和永嘉縣，工程南接七都大橋南汊橋預(yù)留終點處，向北跨越甌江，終點位于104國道前，工程橋梁總長1866 m。

七都大橋北汊橋主橋為雙塔中央索面疊合梁斜拉橋，主橋總長680 m，主跨360 m，跨徑布置為58+102+360+102+58 m，采用五跨連續(xù)半漂浮體系，空間密索型布置。主塔高118.6 m，主梁采用鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)，橋面寬37.6 m。

索塔承臺采用六邊形承臺，承臺外輪廓尺寸為43.4 m×26.8 m，厚度6 m，單個承臺下設(shè)置29根?2.5 m的鉆孔灌注樁，樁長98.1 m，孔底標(biāo)高-98.000 m，孔深約106 m，持力層為⑥4卵石層。

每個輔助墩承臺下設(shè)8根?2.5 m的鉆孔灌注樁，樁長69.5和67.5 m，孔底標(biāo)高-78.000 m，孔深約85.3 m，持力層為⑥4卵石層；每個過渡墩下設(shè)10根?2.2 m的鉆孔灌注樁，樁長67.5和65.5 m，孔底標(biāo)高-76.000 m，孔深約83.3 m，持力層為⑥4卵石層。永嘉側(cè)水中引橋(31～34號墩)每個承臺下設(shè)12根?2.2 m鉆孔灌注樁，樁長49～52 m，孔深64～69 m，持力層為⑤4層卵石層。

本工程主橋全部樁基均在水上作業(yè)平臺施工。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

2.2 水文地質(zhì)條件

七都大橋北汊橋橫跨甌江，橋位處江面寬約950 m，最大水深13.2 m。

甌江口為陸海雙向強潮河口，屬規(guī)則半日潮，潮汐顯著，平均高潮位為2.56 m，最高潮位5.47 m，平均低潮位-1.37 m，最低潮位-2.4 m。平均潮差為3.93 m，最大潮差為6.00 m，最小潮差為0.73 m。

甌江水化學(xué)類型為Cl·SO4-Mg型，對混凝土結(jié)構(gòu)為弱-中腐蝕性，對鋼筋混凝土中鋼筋長期浸水為微腐蝕，在干濕交替下具有中腐蝕性。

3 試樁鉆孔中存在的主要問題

工程樁正式施工前，在Z3墩進行了試樁，試樁直徑為2.5 m，樁長為86 m，鉆孔深度為105.72 m，施工時振沉?2.8 m、長42.3 m的鋼護筒支護孔壁。

通過對國內(nèi)大直徑樁基施工工藝調(diào)研，在類似工程中，通常采用工藝較為成熟的回轉(zhuǎn)鉆機氣舉反循環(huán)鉆進技術(shù)，但回轉(zhuǎn)鉆進工藝工效低、成本較高。而采用旋挖鉆機成孔效率較高，但市場上大型旋挖設(shè)備數(shù)量少，難以滿足本工程施工需要。綜合考慮，為了提高成孔效率，降低成本，故試樁選用“旋挖+回轉(zhuǎn)”的鉆孔施工工藝，即在孔深88 m以淺利用SH-36型旋挖鉆機鉆進成孔；孔深88～105.72 m利用ZSD-300型全液壓動力頭鉆機氣舉反循環(huán)清渣、滾刀鉆頭破碎卵礫石成孔[1-3]。

試樁施工中遇到的主要問題有：

(1)鉆進效率低。旋挖鉆機鉆進88 m用時63 h，而全液壓動力頭鉆機鉆進88～105.72 m用時長達(dá)268 h，整個試樁成孔時間長達(dá)331 h。主要原因一是設(shè)備操作人員不熟悉地質(zhì)條件，操作謹(jǐn)慎，鉆進速度慢；二是SH-36型旋挖鉆機提升能力和扭矩較小，回次進尺?。蝗腔剞D(zhuǎn)鉆機利用滾刀破碎卵石，鉆進效率低；四是多次發(fā)生漂卵石堵塞鉆桿現(xiàn)象，提鉆疏通鉆桿導(dǎo)致輔助時間過長。

(2)泥漿漏失處理難度大。回轉(zhuǎn)鉆進過程發(fā)生泥漿漏失時，只能采取增大泥漿粘度、往泥漿中添加鋸末等堵漏材料的方法進行處理，堵漏效果不佳，泥漿耗用量大，孔壁坍塌及埋鉆風(fēng)險極高。

(3)滾刀磨損嚴(yán)重，施工成本高。根據(jù)滾刀鉆頭磨損情況預(yù)估，鉆進卵石層僅滾刀費用高達(dá)1020元/m，施工成本高昂。

4 工程樁鉆孔施工設(shè)備選型及工藝確定

針對試樁結(jié)果，工程樁施工時，新購買了鉆孔深度、提升能力和扭矩較大的SH-46型旋挖鉆機一次鉆進成孔，優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿護壁，針對泥漿漏失情況采取不同措施進行堵漏，氣舉反循環(huán)兩次清孔(終孔后和灌注混凝土前)的成孔工藝[4-5]。

SH-46型旋挖鉆機的主要性能參數(shù)見表1。

5 主要施工工藝

5.1 泥漿循環(huán)系統(tǒng)布置

考慮到卵石層泥漿漏失較為嚴(yán)重，鉆孔施工時泥漿需要量大，故在江邊兩岸各設(shè)置一個容積1500 m3的泥漿池集中攪拌供應(yīng)泥漿。泥漿池分隔成2部分，一部分用于儲存新漿，另一部分儲存灌注混凝土?xí)r回收的舊泥漿。

鉆孔前先將攪拌好的膨潤土泥漿在泥漿池中完全膨化，鉆孔時利用4PNL型泥漿泵泵送至孔內(nèi)。每臺旋挖鉆機配備2個渣土箱容納旋挖作業(yè)時挖出的渣土，并及時用自卸汽車將渣土外運處理[6]。

表1 SH-46型旋挖鉆機主要性能參數(shù)

同時為了便于泥漿循環(huán)和沉淀，將每個墩臺相鄰3～4個護筒利用?400 mm鋼管連通，不同墩位處鋼護筒連通情況見圖1。

圖1 不同墩位護筒連通情況

氣舉反循環(huán)清孔時，在每墩作業(yè)平臺上由集渣筒、渣土箱、泥漿凈化裝置、空壓機、鋼護筒、循環(huán)管路形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)，氣舉反循環(huán)時排出的泥漿通過集渣筒頂端設(shè)置的篩網(wǎng)，將大粒徑顆粒集中在渣土箱中，一部分泥漿從集渣筒中分流，經(jīng)過泥漿凈化裝置處理后補充至鋼護筒內(nèi)，另一部分泥漿直接從集渣筒中流入相鄰鋼護筒沉淀后再補充到鉆孔內(nèi)形成循環(huán)[7]。

5.2 泥漿配制

本項目自來水供應(yīng)量不足，無法利用自來水配制泥漿，因此泥漿配制只能就地取水。

甌江水化學(xué)類型為Cl·SO4-Mg型，經(jīng)選用多廠家、多類型的膨潤土進行泥漿試配，即使采用抗鹽膨潤土，添加PAC等處理劑對泥漿進行處理，但泥漿粘度和造漿率仍較低，穩(wěn)定性差，膠體率<80%，難以滿足卵石層護壁要求，且泥漿費用高達(dá)90元/m3。

而抽取附近河水制備泥漿，選用湖南常德生產(chǎn)的鈉基膨潤土，制備出的泥漿性能穩(wěn)定可靠，且泥漿的費用降低約30%。利用河水造漿時泥漿配比和性能參數(shù)分別見表2和表3。

表2 河水配制泥漿的配合比

表3 新配制泥漿的性能參數(shù)

5.3 泥漿使用管理

(1)置換泥漿。為了防止護筒內(nèi)的江水摻入膨潤土泥漿后降低泥漿的護壁性能，護筒振設(shè)到位后，將護筒內(nèi)的江水全部置換為膨潤土泥漿。

(2)靜態(tài)泥漿護壁。旋挖鉆進時利用靜態(tài)泥漿護壁，在鉆進過程中利用4PNL型泵往孔內(nèi)及時補充泥漿，并根據(jù)江水漲落情況調(diào)整泥漿液面高度，正常施工時控制泥漿液面高出江水面2.0～3.0 m。

(3)泥漿凈化處理。旋挖鉆進時隨著鉆進深度和鉆進時間的增加，泥漿中含有的巖土屑逐漸增多，終孔后巖土屑沉淀形成沉渣。因此，旋挖鉆進至終孔深度后，利用氣舉反循環(huán)采取兩次清孔工藝，并對于反循環(huán)排出的泥漿利用ZX-250型泥漿凈化裝置進行渣土分離，使泥漿的含砂率降至<1%[8]。

灌注混凝土?xí)r，將混凝土置換出的泥漿利用3PNL型泥漿泵排至泥漿沉淀池中重復(fù)使用；對于被混凝土污染的泥漿則直接排至廢漿池中棄用。

5.4 卵石層鉆進

5.4.1 鉆具的選擇

水中墩鉆孔樁卵石層平均厚度達(dá)到55 m，最大超過70 m，且卵石粒徑大，局部含有漂石，隨著孔深增加，卵石由松散逐漸變成密實，鉆進難度較大，對鉆具要求較高。旋挖鉆進施工時選用6層?630 mm摩阻鉆桿，鉆桿總長為120 m；鉆頭選用雙層底截齒鉆斗，鉆斗外側(cè)利用耐磨焊條堆焊保徑條以降低鉆頭的磨損。

5.4.2 主要鉆進工藝

卵石層鉆進時采用少鉆勤提鉆進方式，每回次進尺控制在30 cm以內(nèi)；每回次鉆進時宜控制鉆壓緩慢進尺，不得強行給壓鉆進。

升降鉆頭緩慢平穩(wěn)，防止鉆頭碰掛護筒或孔壁，鉆斗的升降速度控制在0.25～0.3 m/s。

鉆進卵石層時派專人監(jiān)測孔內(nèi)泥漿液面，發(fā)現(xiàn)泥漿漏失時馬上停止鉆進，針對漏失情況采取相應(yīng)措施處理[9]。

鉆進過程發(fā)現(xiàn)截齒磨損或鉆斗外徑變小，及時更換截齒，并對鉆斗保徑條進行補焊，防止卡鉆事故的發(fā)生。

嚴(yán)格控制鉆孔垂直度，通過儀表盤監(jiān)測鉆孔垂直度變化，發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜時及時利用筒鉆掃孔糾偏。

5.5 卵石層漏漿的防治

卵石層漏漿是本工程鉆孔施工中遇到的普遍現(xiàn)象，最嚴(yán)重時泥漿漏失速度達(dá)到50 m3/min，單孔最大漏失量達(dá)1400 m3。為防止泥漿漏失導(dǎo)致孔壁坍塌，除了開孔前將護筒內(nèi)江水全部置換為膨潤土泥漿、始終保持護筒內(nèi)泥漿液面高于江水位2～3 m等常規(guī)泥漿使用管理措施外，還采取了以下防治措施：

(1)配制膨潤土泥漿時添加膨潤土質(zhì)量約1%的鋸末，且新配制泥漿粘度≮22 s，每個鉆孔開孔前在岸邊泥漿池中至少儲備1000 m3泥漿備用[10]。

(2)護筒內(nèi)鉆進時，將旋挖鉆斗挖出的流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土夾粉砂等松軟土體，傾倒在渣土箱內(nèi)利用挖機攪拌成糊狀后重新填入孔內(nèi)，并利用鉆斗在護筒內(nèi)攪拌均勻，使護角內(nèi)泥漿密度≥1.2 kg/L，粘度≥28 s，含砂率≥4%。

(3)卵石層泥漿漏失時，針對泥漿漏失速度和漏失程度采取相應(yīng)的處理措施：

①輕微漏失(護筒內(nèi)泥漿液面緩慢下降)時，采取分段、間歇鉆進的方式，每鉆進0.3～0.5 m即停止鉆進，利用漏失泥漿中的固相顆粒和隋性材料堵塞卵石孔隙，待泥漿不再漏失時繼續(xù)向下鉆進。

②中等漏失(護筒內(nèi)泥漿液面突然下降，孔內(nèi)連續(xù)補漿泥漿面上升)時，停止鉆進，將鉆斗提出孔外，在渣土箱內(nèi)攪拌淤泥質(zhì)粘土成糊狀后，填入孔內(nèi)，待泥漿漏失不明顯后，下入鉆斗分段、間歇鉆進成孔。

③嚴(yán)重漏失(護筒內(nèi)泥漿液面突然下降，孔內(nèi)長時間補漿液面不上升)時，立即停止鉆進，將鉆斗提出孔外，往孔內(nèi)補漿的同時，回填淤泥質(zhì)粘土直至護筒底口，靜置幾天后，利用鉆頭攪拌孔內(nèi)已回填淤泥，直至原鉆進深度，如泥漿漏失減弱，則分段、間歇鉆進成孔；否則應(yīng)再次回填[11]。

5.6 孔底沉渣厚度控制

5.6.1 嚴(yán)格控制泥漿質(zhì)量

開孔鉆進階段泥漿密度≥1.2 kg/L、粘度≥28 s；正常施工時的泥漿密度為1.07～1.20 kg/L、粘度22～26 s；終孔時的泥漿密度為1.08～1.15 kg/L，粘度為20～26 s[12]。

5.6.2 兩次清孔

終孔后(安放鋼筋籠前)，在孔內(nèi)下入導(dǎo)管，氣舉反循環(huán)一次清孔，清孔的同時利用泥漿凈化裝置降低泥漿的含砂率，并置換孔內(nèi)泥漿，一次清孔應(yīng)在整個樁孔平面范圍內(nèi)移動導(dǎo)管，使清孔范圍涵蓋整個孔底。

灌注混凝土前，利用灌注導(dǎo)管二次清孔，將孔內(nèi)泥漿循環(huán)均勻，并將孔底沉渣清除干凈。

兩次清孔均采用氣舉反循環(huán)，空壓機氣量20 m3/min，最大壓力1.0 MPa。風(fēng)管為內(nèi)徑38 mm高壓膠管，導(dǎo)管內(nèi)安裝深度為50 m。兩次清孔均要求達(dá)到孔底沉渣厚度≯5 cm，泥漿粘度達(dá)到20～25 s，密度1.07～1.10 kg/L，含砂率<1%的要求[13]。

6 結(jié)語

溫州七都大橋北汊橋水中墩在地質(zhì)條件復(fù)雜、施工環(huán)境極為特殊的條件下，首次選用旋挖鉆機在深厚卵石層施工超深大直徑鉆孔，不僅主墩單樁成孔時間從331 h縮短至30～48 h，施工效率得到了大幅提高，降低了施工成本，而且全部水中墩樁基在施工過程中未發(fā)生鉆孔坍塌及其他質(zhì)量問題，全部樁基檢測合格，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。