劉 祥，蘭 沁，周春華，胡孝榮，譚啟奎

（1.成都探礦機械廠，四川 成都 610083；2.四川省地礦局四〇三地質隊，四川 峨眉山 614200；3.四川省地質工程勘察院集團有限公司，四川成都 610072）

1 工程概況

漢源大樹大渡河大橋位于漢源縣富林鎮(zhèn)楊泗營村及桂賢鄉(xiāng)銀政村，跨越大渡河，距下游180～230 m 為漢源吊橋，可供小車通過，下游260～280 m處為汽車輪渡（載質量20 t），距離漢源縣城約3 km，距離峨眉山市144 km，經(jīng)漢源、雅安距離成都273 km。大橋全長708.4 m，共4 個墩。主橋為133 m＋255 m＋133 m 連續(xù)鋼構，共2 個墩（2 號墩、3 號墩），主墩承臺厚6 m，平面尺寸24.0 m×17.5 m，基礎為12 根?2500 mm 的鉆孔灌注樁，樁長平均約67 m，樁間距為6.5 m；引橋共2 個墩（1 號墩、4 號墩），為4孔43 m 簡支梁，北端連接省道S306 線，南端連接新建的大樹鎮(zhèn)。主橋2 號墩的12 根鉆孔灌注樁，鉆孔直徑2500 mm，鉆孔深度63～75 m 不等，按照鉆孔間隔施工分2 批進行（如圖1 所示），總進尺819.85 m，施工時長130 d。

圖1 鉆孔施工順序Fig.1 Pile hole drilling sequence

2 地層情況

主橋2 號墩位于大渡河主河床邊緣，處于橋位區(qū)左岸（北岸），冬季約1/3 處于河漫灘上，約2/3 處于水中，夏季全部處于河水中，采用砂礫石筑島形成施工場地。

2 號墩地層情況：0～11.50 m 為中密—密實砂卵石、漂石層，卵石成分為花崗巖、石英巖、玄武巖、流紋巖等，質地堅硬；11.50～59.30 m 為中密中砂層，局部密實，上部為細砂，中部夾粗砂，飽和，屬非液化土；37.20～42.50 m 為砂卵石層透鏡體；59.30～70.20 m 為密實砂卵石、漂石層；70.20 m 以深為灰?guī)r，弱風化。

2 號墩基巖上伏覆蓋層存在多層砂土及卵石夾土（質土），在11.5～49.4 m 之間除厚5.5 m 的卵石夾土外均為砂土，且砂層巨厚，這對樁基施工是不利的，應選擇合理的成孔技術措施，確保成孔施工的安全。

3 施工設備及配套

根據(jù)該工程特點及公司設備情況，配置沖擊鉆孔設備7 臺套，1 臺備用，詳見表1 所示。

表1 主要施工設備Table 1 Main construction equipment

4 施工前的準備

4.1 筑島

2 號墩施工場地開闊，用挖掘機和裝載機配合，采用砂卵石筑島，填筑高度比現(xiàn)有水位高出1.5 m左右，考慮到鋼筋籠的制作，筑島面積為65 m×32 m。在筑島過程中，為防止沖刷，在筑島迎水面采用鋼筋籠填裝大卵石進行護岸［1］。

4.2 孔口護筒的埋設［2］

在筑島完成后對場地進行平整，用全站儀精確測量出墩位和孔位，再用挖埋法安設孔口鋼護筒，鋼護筒尺寸為?2800 mm×16 mm×3200 mm，鋼護筒埋設深度為3 m，護筒口高出地面0.2 m，具體埋設方法如下：

（1）用挖掘機挖設?3500 mm、深2.6～2.8 m 基坑，基坑底部用鋤頭人工攤平。

（2）用25 t（250 kN）吊車將護筒四點吊起下放到基坑里，并用全站儀將護筒位置與樁位對正，樁位與護筒位置偏差＜50 mm，傾斜度＜1%。

（3）用挖掘機填埋粘土，護筒底部之上1 m 用粘土填埋夯實，防止護筒漏水和不均勻沉降，再往上用砂卵石填埋夯實，并用大量的水滲透回填部位，到飽和為止（水夯）。

（4）護筒埋置好后，將樁位引到護筒上，用鋸條切割做好記號，以便安放鉆機。

（5）護筒埋設過程中曾遇到孔底有大量的河流浸水，采取的應對方法是裝載機就近取材，向孔內倒入燒過的石灰石（一定程度上有固化效果），直接用挖掘機刨平，再用全站儀定位下放護筒。下放后用裝載車向護筒周圍填埋黃泥，人工刨平即可。從后期的鉆進情況來看，只要孔口護筒足夠長（3 m），周圍填料被機械壓實過，護筒就能很好地保護好孔口。

4.3 鉆機的安裝

由25 t 吊車吊放安裝鉆機，并將鉆頭的中心對準孔的中心，要求保證“四點一線”，即鉆頭中心、鉆架頂部的起重滑輪外槽緣、護筒中心、基樁設計位置中心在同一條豎直線上，偏差≯20 mm。

5 成樁施工技術

5.1 沖擊鉆進

孔口護筒和鉆機安裝就位，經(jīng)校核無誤后開鉆。開孔反復加泥和“人頭”石，使用低沖程（1～2 m）沖擊，擠密孔口護筒底口；在巨厚砂層、砂卵石層中鉆進時，采用3～4 m 的沖程，“人頭”石與黃泥比例必須調整適當，確保孔壁有層50～100 mm“厚墻”，防止鉆進、清孔及灌注過程中的孔內坍塌事故出現(xiàn)；在基巖層中鉆進時，根據(jù)巖石強度和鉆頭本身狀況，合理選擇沖程，一般稍小些。

施工過程中隨時觀察設備的完好情況，特別是鎖芯、鋼繩等，以防止掉錘現(xiàn)象發(fā)生。要經(jīng)常檢查錘的尺寸，如磨損嚴重應進行補焊，在下內護筒前鉆頭直徑應保持在2630 mm 左右，最小不低于2600 mm（因為內護筒外徑為2632 mm）。在施工期間隨時對錘頭直徑和繩頭進行抽查，通過抽查強化了機組人員對鉆孔孔徑嚴格要求的意識，為后續(xù)的內護筒和鋼筋籠的順利下放奠定了基礎［3］。

5.2 除渣工藝

在工程開工前設計準備了3 套鉆進除渣系統(tǒng)。

（1）利用2 臺3P 型泵、振動篩（公司自制，且自帶泥漿池）以及相關的泥漿管路等除渣，如圖2所示。

圖2 振動篩循環(huán)系統(tǒng)示意Fig.2 Schematic diagram of the vibrating screen circulation system

（2）利用2 臺3P 型泵、ZX-200 型泥漿凈化裝置以及相關的泥漿管路等構建的系統(tǒng)除渣，如圖3 所示，此系統(tǒng)需單獨挖設一個泥漿池。

圖3 旋流器循環(huán)系統(tǒng)示意Fig.3 Schematic diagram of the hydrocyclone circulation system

（3）利用撈渣筒撈渣鉆進，如圖4 所示。

圖4 撈渣筒除渣示意Fig.4 Slag removal diagram of slag bailing drum

各工藝使用情況如下：

第一種除渣工藝對卵石層效果比較好，但對砂層卻無能為力。第一批孔時，對振動篩各方面性能參數(shù)還在摸索，不斷調節(jié)振動篩的傾斜度、篩網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸等，后逐漸完善，完善后的振動篩細篩網(wǎng)網(wǎng)眼為3 mm×3 mm，下面用粗篩網(wǎng)和橫架支撐，振動泵為1.2 kW。

第一批孔在鉆進到砂層且ZX-200 型旋流器還未能正常使用時，試圖采用細密的篩網(wǎng)除掉砂粒，但從當時的觀察和事后鉆孔失水情況來看，振動篩的使用具有一定的局限性。當把振動篩上的振動泵開啟或者使用粗篩網(wǎng)時，砂粒漏到振動篩自帶的泥漿池中再次被3P 型泵抽回孔底，不能清除；當把振動泵關掉或使用細篩網(wǎng)時，砂粒隨著大部分泥漿被排到泥漿池外，浪費嚴重，孔內泥漿不斷地被稀釋?？梢?，針對砂層，通過振動篩網(wǎng)除渣原理存在很大的局限性。

在遇砂層振動篩效果不佳時，開始探索ZX-200型旋流器的各種性能，ZX-200 型旋流器在除渣原理上與振動篩有很大的區(qū)別，它是采取分級除渣的：先粗篩振動篩除粗顆粒，再渣漿泵抽入旋流裝置中，細顆粒便通過旋流器沉渣嘴流到細篩網(wǎng)，振動去掉部分水后排出。使用中對鉆孔泥漿進行了測量，結果如表2 所示。從表中可看出，ZX-200 型旋流器比振動篩除渣更優(yōu)越。旋流器泥漿凈化裝置經(jīng)過第一批孔長時間運轉后，新配置的旋流器部件（塑料件）磨損嚴重，其間也對其進行過膠焊，但始終不耐用，后經(jīng)過設計，自己加工了鋼質旋流器，效果顯著［4-5］。

表2 除渣效果對比Table 2 Comparison of cuttings removal performance

另外2-9 號孔在下完護筒后（護筒長12.1 m，沒有起到隔離砂層的效果），為使孔壁穩(wěn)定又要得到較快的鉆速，采用了孔內自循環(huán)加撈渣筒撈渣鉆進相結合的方法，同時在撈渣前停泵2 h，使渣粒沉底一并撈出。

5.3 內護筒的加工與下放

內護筒主要作用是隔離砂層，內護筒每節(jié)長度為5.4 m，外徑為2632 mm，孔底護筒采用厚度20 mm 鋼板、跟進護筒采用厚度16 mm 鋼板，卷板機卷制成形，采用坡口對焊連接。內護筒的加工質量符合《鋼結構加工規(guī)范》要求，內護筒加工制作主要技術要求為：內徑偏差＜±10 mm；橢圓度（兩垂直方向內徑差）＜±10 mm；長度偏差＜±15 mm；所有縱、環(huán)焊縫均須符合焊縫的二級要求，焊接評定按國家現(xiàn)行《建筑鋼結構焊接規(guī)程》執(zhí)行［6-7］。

內護筒的下放在砂層鉆進結束后進行，過程如下：把下放鋼護筒的型鋼井字架安放到位。利用25 t 吊車把加工好的鋼護筒吊運至型鋼井字架內，利用型鋼井字架橫梁上的2 組20 t（200 kN）鏈子滑車（每組2 臺）進行受力轉換，待力全部傳至型鋼井字架上的2 個吊點后，同時松2 臺鏈子滑車，靠內護筒本身自重往下沉，待沉到預定深度后、臨時固定；再利用吊車吊運第二節(jié)內護筒，與已下放好的第一節(jié)內護筒進行焊接并加焊外環(huán)，確保對接質量，對接好后重復以上步驟。若內護筒靠自重不能下沉，則利用型鋼在內護筒上口處加設十字內撐（以防止震動下沉過程中內護筒井口變形），用120 t（1200 kN）振動錘振動輔助下沉。開動振動錘使內護筒下沉時，若發(fā)現(xiàn)內護筒有傾斜，要及時用牽引器校正。每振動1～2 min 要暫停一次，并校正內護筒一次［8-9］。

5.4 鋼筋籠制作與吊放

鋼筋籠采用分段制作，并進行編號，分段長度9 m，間隔2 m 在加強箍位置設置“十”字支撐，避免鋼筋籠變形。在鋼筋籠主筋外緣每隔2.0 m 設置“耳朵”保證鋼筋保護層厚度，同一截面圓周均勻分布6個。鋼筋籠加強箍與主筋之間以及箍筋與主筋之間均采用點焊連接，主筋接頭用絲扣連接，螺母扣為M28×700 mm。

終孔后，開始下放鋼筋籠。在吊放鋼筋籠前先下放制作好的探孔器，規(guī)格為?2460 mm×9000 mm，底部頂部口徑為?2260 mm，探孔器主要起導向作用，以確保鋼筋籠順利下放。

鋼筋籠用吊車放入孔內，吊點設置在加強箍筋處，并進行了加強。鋼筋籠分節(jié)吊放，當前一節(jié)鋼筋籠放入孔內后，即用型鋼穿入鋼筋籠加強箍下面，臨時將鋼筋籠擱置在孔口上，再下第二節(jié)，在孔口對接，對接時上下主筋位置應對正，保證鋼筋籠上下軸線一致。吊放鋼筋籠入孔時應對準孔位輕放、慢放，若遇阻應停止下放，查明原因進行處理。鋼筋籠全部入孔后，用鋼繩捆綁在鉆機底座上或直接焊接到內護筒上進行固定。

5.5 清孔

鉆孔深度達到設計標高后，應對孔深、孔位、孔徑、孔斜進行檢查，符合設計要求后方可清孔。根據(jù)該工程樁基礎設計要求、現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定及該區(qū)地層特點，采用“渾水孔”（即全孔泥漿護孔平衡地下水及地層壓力）灌注水下混凝土。清孔是在鋼筋籠下放完畢后進行的，采取空壓機反循環(huán)清孔，氣液混合室保持在40 m 左右位置，壓力為0.7 MPa，被反循環(huán)上來的泥漿部分直接排出孔外，向孔內加清水補給，部分通過旋流器泥漿凈化裝置，除砂后再返回孔內，防止孔內泥漿過清造成孔壁不穩(wěn)定和孔內渣粒沉淀太快。清孔時保持孔內水頭，防止鉆孔坍塌。

5.6 混凝土的灌注以及相關問題［10-12］

5.6.1水下混凝土灌注前準備

做好水下混凝土配合比設計報批。導管采用? 325 mm×10 mm 方扣螺紋連接，做好導管拼裝、密封性實驗，對澆筑混凝土設備進行檢查，確保澆筑過程中機具狀態(tài)良好，并預備一臺輸送泵和一臺發(fā)電機組，防止突發(fā)情況影響灌注。儲料斗采用剩余內護筒材料改造而成，容積可達到12 m3。開盤時使用的漏斗容積2 m3，正常灌注時為便于操作采用小漏斗，容積0.5 m3?；炷帘每蓪⒒炷了偷絻α隙分?，通過儲料斗閥門調解混凝土流量大小，經(jīng)梭槽流到漏斗中。導管、漏斗用吊車起吊安裝，導管底口距孔底0.3～0.5 m。

灌注前進行空壓機打泡，沖散、稀釋孔底的沉渣濃漿，步驟為先在風管上加一配重，送入下放好的灌漿管，深度約30 m，此時澆注管距離孔底越近越好。

5.6.2灌注水下混凝土

漏斗安裝好后，底口用膠紙做隔水塞，用封口板壓住，即可攪拌混凝土。第一盤混凝土要適當加大含砂率，第二盤開始正常配料，至漏斗、儲料斗裝滿混凝土，起拔封口板，然后打開儲料斗閥門，即完成了開球，進入正常灌注。初灌混凝土量應滿足導管在拔球后埋深≮1.0 m，即9.5 m3。開球后要檢測導管埋深是否符合要求，導管內是否漏水。

在灌注過程中，導管埋深控制在2～6 m，混凝土灌注應連續(xù)進行。為確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上加0.5～1.0 m 混凝土澆筑高度，灌注結束后將此段及時清除。在即將灌注完畢前，應頻繁地用竹竿插到漿液中，判斷真正的混凝土面的高度，與后場做好交流配合，既可做到不浪費混凝土，又不至于在孔內還存留太多的砂漿。

5.6.3導管埋深控制

導管埋深控制至關重要，埋管太深吊車起拔不動、混凝土堵管，埋管太淺易提出混凝土面、造成斷樁等不良后果。實際灌注過程中，一個65 m 左右的孔，灌注完畢基本上排出5 m 左右的純砂漿。另外，混凝土灌注過程中，測錘并不能達到真正的混凝土面（僅可能測到砂漿面），因此導管埋深控制在2～6 m 還需有一定的技巧，如果按測的混凝土高度來控制，那很有可能就把導管底口提出混凝土面，進入砂漿層了，可能會形成斷樁或對樁有不利影響，實際操作中，導管埋深建議按高限控制在6 m 左右（以測量高度計算），在保持混凝土不堵管的情況下，這種做法更為保守安全。

5.6.4鉆孔灌注報廢原因分析

2-12 號孔開球灌注3 m 時堵管，造成了灌注報廢。經(jīng)過分析，其原因有以下幾個方面：（1）混凝土本身質量存在問題，和易性不好，且在灌注開盤時沒有設置隔水塞，混凝土在經(jīng)過75 m 的泥漿沖刷后方到孔底，其間離析嚴重。（2）澆注管距離底口2 m 爆裂，部分泥漿混入下落的混凝土造成污染。（3）后場混凝土跟進不及時，沒有對前面離析污染的混凝土進行有效的翻卷。（4）孔底泥漿密度沒有達到規(guī)范要求的1.1 kg/L，孔底泥漿在清孔打泡后密度最高1.3 kg/L 左右，但這不是主要原因，它并沒有足夠的能力阻擋密度2.4 kg/L 的混凝土的下落而造成堵管，只有混凝土本身才能造成混凝土堵管［8-9］。

5.7 孔口護筒的開挖

在澆注完成后，待混凝土初凝，用挖掘機對孔口護筒進行開挖。實際操作中只有對外護筒進行完全的切割，才能用吊車順利地起拔上來。在割縫處進行焊接，以備下次使用。焊接后的護筒強度有限，例如2-9 號孔護筒因挖掘機在埋設其它護筒時向孔內帶入了大量的石頭，沖擊時護筒內壁存在很大的擠壓力，而把護筒擠爆，后對孔內泥石混雜物進行打撈，再補焊護筒方解決問題。

5.8 其它問題

5.8.1鋼繩纏繞

為了避免鋼繩纏繞，停鉆后孔底循環(huán)時，最好把鉆頭提到孔口。2-4 號孔停鉆后把鉆頭提離孔底1 m 左右，泵頭配重又放到離孔底不遠處，開始因為孔底泥漿太濃，鉆頭沒有在鋼繩的帶動下旋轉，可隨著循環(huán)的進行，孔底泥漿也相應被稀釋，鉆頭開始旋轉，鉆頭、主卷揚與放入孔內的泥漿管和副卷揚鋼繩纏繞在一起，造成后續(xù)處理困難。

5.8.2鋼繩的使用

對于?2500 mm 的灌注樁，孔深70 m 左右，錘重鋼繩磨損快，中途都有報廢鋼繩的情況，第一次割60 m 左右的鋼繩較好，如果第一次割得太短，鋼繩報廢時剩下好的鋼繩則因太短沒有太大利用價值。

為節(jié)省鋼繩使用量，節(jié)約施工成本，鋼繩允許接頭重復使用，但要求接頭處不能過天車，最少保證好鋼繩有L＝4 m＋7 m＋（2＋4）×1.5 m＝20 m 的長度（4 m 為天車向孔內第一個接頭的距離，保證有4 m 的沖程，7 m 為天車到卷揚的距離，2 為卷揚被繩的圈數(shù)，4 為沖擊時卷揚可以放繩的圈數(shù)，1.5 m 為卷揚一圈上的鋼繩長度），其孔內有多少接頭并不重要，只是過天車時注意鋼繩不要偏出軌道。

6 結語

漢源大樹大渡河大橋2 號橋墩基礎鉆孔灌注樁，樁徑大，樁孔深，屬于河水位以下的砂卵石層、特別的巨厚砂層施工，具有一定的技術難度，沖擊鉆進是最為有效的施工方法，采用泥漿凈化裝置進行除渣可達到較為滿意的效果，通過對鉆頭直徑的控制、護筒的使用、灌注時導管埋深的控制等措施，較為順利地完成了該項工程，相關技術措施可為其他類似工程施工提供參考。