付國(guó)平

（中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 南京 210015）

近年來(lái)，我國(guó)橋梁事業(yè)正從“大”向“強(qiáng)”轉(zhuǎn)變，作為超級(jí)工程橋梁中的“定海神針”，橋梁樁基逐漸向著樁徑大、樁長(zhǎng)深的方向發(fā)展，2013 年通車(chē)的嘉紹大橋采用了φ3.8m 的鉆孔樁（無(wú)承臺(tái)）技術(shù)，2020 年通車(chē)的平潭海峽公鐵大橋鉆孔樁更是達(dá)到了φ4.5m。本文結(jié)合新建巢馬城際鐵路馬鞍山公鐵兩用大橋項(xiàng)目，總結(jié)主橋Z3 號(hào)和Z4 號(hào)大直徑鉆孔樁施工關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

新建巢湖至馬鞍山城際鐵路全線位于安徽省境內(nèi)，其中馬鞍山公鐵兩用長(zhǎng)江大橋在常合高速馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋上游約2.3km 處姑孰橋位跨越長(zhǎng)江。（圖1）

圖1 新建馬鞍山公鐵兩用大橋效果圖

主橋采用四線鐵路+六車(chē)道城市快速路的公鐵合建橋梁，橋跨布置為（112+392+2×1120+392+112）m。（圖2）。

圖2 主橋橋跨布置圖（單位：m）

2 鉆孔樁概況

主橋Z3 號(hào)墩基礎(chǔ)承臺(tái)采用啞鈴型承臺(tái)，平面尺寸為（81.8×36.8）m（橫×縱），厚為9.5m；承臺(tái)下設(shè)36 根φ4.0m 的鉆孔灌注樁，按端承樁設(shè)計(jì)，行列式布置，樁長(zhǎng)68m。

Z3 號(hào)墩橋址區(qū)位于和縣岸大堤與牛屯河邊灘之間，該段位于新近淤積的淺灘。覆蓋層厚度45.7～46.6m，覆蓋層上部為流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及松散砂層，為近年來(lái)長(zhǎng)江淤積而成，中下部主要為稍密～中密狀粉細(xì)砂層，底部可見(jiàn)粗砂及礫砂層。下伏基巖為葛村組（K1g）粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、礫巖，巖體較完整～較破碎。（圖3）

圖3 Z3 號(hào)墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

主橋Z4 號(hào)墩基礎(chǔ)承臺(tái)平面尺寸為（89.2×54.7）m（橫×縱），厚為10m，承臺(tái)下設(shè)60 根φ4.0m 的鉆孔灌注樁，行列式布置；鉆孔樁樁長(zhǎng)最長(zhǎng)72m，最短60m。

Z4 號(hào)墩位于長(zhǎng)江主航道，距離西側(cè)牛屯河邊灘約270m，距離和縣長(zhǎng)江大堤約1360m。覆蓋層厚約48.5～53.0m，覆蓋層主要為松散～中密狀粉、細(xì)砂層，底部較薄的細(xì)圓礫土及殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏基巖為葛村組（K1g）粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖?；鶐r整體較完整，局部裂隙較發(fā)育，局部裂隙間充填泥質(zhì)，少量巖石呈碎裂狀，局部后期有膠結(jié)。

圖4 Z4 號(hào)墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 總體施工方案

主橋Z3 號(hào)墩鉆孔樁采用筑島平臺(tái)法施工，鋼護(hù)筒利用200t 履帶吊整節(jié)起吊，APE400B 型振動(dòng)錘施振下沉，護(hù)筒下沉?xí)r設(shè)置導(dǎo)向架進(jìn)行輔助。采用2 臺(tái)XR700E+2 臺(tái)XR600E+2 臺(tái)XR580HD 旋挖鉆機(jī)逐級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁濕作業(yè)成孔，泥漿采用泥漿池收集并凈化后進(jìn)行處理。

主橋Z4 號(hào)墩鉆孔樁采用水上棧橋+水上作業(yè)平臺(tái)施工，鋼護(hù)筒施工采用1000t 浮吊起吊，APE400B 型振動(dòng)錘施振下沉，護(hù)筒下沉?xí)r設(shè)置導(dǎo)向架進(jìn)行輔助。采用2臺(tái)BG-46 型旋挖鉆機(jī)+8 臺(tái)KTY4000 型回旋鉆機(jī)接力組合鉆孔成孔。

鉆孔完成后下放導(dǎo)管采用氣舉反循環(huán)法清孔。鉆孔樁鋼筋籠采用長(zhǎng)線法在鋼筋加工廠制作完成，利用平板車(chē)分12m 每節(jié)運(yùn)至樁位。鋼筋籠安裝完成后，下放導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔?；炷凉嘧⒉捎么怪睂?dǎo)管水下混凝土灌注方法。

3.2 鉆孔平臺(tái)

Z3 號(hào)墩筑島平臺(tái)：頂面尺寸118（橫橋向）×77.9（縱橋向）m，平面高程+8.0m。平臺(tái)頂面采用混凝土預(yù)制板+填縫混凝土硬化，鉆孔區(qū)四周硬化區(qū)域?yàn)橹饕┕ねǖ?，在施工中間區(qū)域鉆孔樁時(shí)在混凝土預(yù)制板上鋪設(shè)鋼跑板用于鉆機(jī)及履帶吊走行及站位，履帶吊及鉆機(jī)走行需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)走行路線走行。

圖5 Z3 號(hào)墩筑島平臺(tái)布置圖

圖6 Z3 號(hào)墩鉆孔樁施工履帶吊及鉆機(jī)走行路線圖

Z4 號(hào)墩水上平臺(tái)：頂面尺寸99（橫橋向）×61.6（縱橋向）m，平面高程+12.0m。平臺(tái)采用鋼管樁+貝雷梁的結(jié)構(gòu)形式。（圖7）

3.3 鋼護(hù)筒插打

Z3 號(hào)墩鋼護(hù)筒采用200t 履帶吊+70t 履帶吊空中翻身豎立；Z4 號(hào)墩鋼護(hù)筒采用1000t 浮吊空中翻身豎立。鋼護(hù)筒穿入導(dǎo)向架中，利用導(dǎo)向架上、下導(dǎo)向反復(fù)調(diào)整鋼護(hù)筒平面位置及垂直度。鋼護(hù)筒沉樁采用液壓振動(dòng)錘進(jìn)行插打。（圖8）

圖8 鋼護(hù)筒浮吊水上空中翻身豎立步驟圖

導(dǎo)向架分兩層，采用型鋼制作，上層導(dǎo)向架四角設(shè)置4 臺(tái)50t 機(jī)械千斤頂，底層導(dǎo)向架四角設(shè)置四個(gè)導(dǎo)向輪用于鋼護(hù)筒平面位置及垂直度調(diào)整。

圖9 導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)布置圖（單位：mm）

3.4 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

Z3 號(hào)墩開(kāi)孔覆蓋層鉆進(jìn)時(shí)，以補(bǔ)充新拌制濃漿為主；成孔灌注時(shí)，通過(guò)在灌注孔位安置泥漿回收泵，調(diào)整泥漿泵下放深度，以確保灌注時(shí)也有相應(yīng)泥漿面高度。

Z4 號(hào)墩每臺(tái)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)分別設(shè)置排渣管、回漿管和供風(fēng)管。在鉆頭上增加風(fēng)包，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，將鉆頭按照風(fēng)包進(jìn)水口的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，泥漿通過(guò)風(fēng)包進(jìn)水口進(jìn)入鉆頭，通過(guò)鉆頭的旋轉(zhuǎn)，泥漿連續(xù)不斷的與鉆頭中原有泥漿進(jìn)行置換，增強(qiáng)泥漿利用效率，同時(shí)，泥漿的不斷置換對(duì)鉆頭上的牙輪鉆也進(jìn)行冷卻。（圖10）

圖10 風(fēng)包鉆頭結(jié)構(gòu)圖

3.5 成孔工藝

Z3 號(hào)墩采用旋挖鉆逐級(jí)擴(kuò)孔工藝：a. 覆蓋層采用φ3m 直徑鉆頭開(kāi)孔，φ4m 直徑擴(kuò)孔；b.采用φ3×3m 長(zhǎng)筒鉆繼續(xù)鉆進(jìn)至入巖約1.5m；c. 利用φ3-φ1.5×3m 上導(dǎo)正筒鉆繼續(xù)鉆進(jìn)至φ3m 孔底；d. 采用φ1.5m 長(zhǎng)筒鉆繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底高程；e. 采用特制φ1.5×8m 修孔鉆頭修孔；f.采用φ1.5-2m 下導(dǎo)正鉆頭開(kāi)始擴(kuò)孔，后續(xù)以每0.5m 孔徑遞增逐級(jí)擴(kuò)孔，直至完成全斷面φ4m 樁徑成孔。（圖11）

圖11 旋挖鉆逐級(jí)擴(kuò)孔步驟圖

Z4 號(hào)墩采用旋挖+旋轉(zhuǎn)組合接力工藝：上部覆蓋層采用旋挖鉆機(jī)成孔，下部巖層采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔。

3.6 清孔

第一次清孔采用氣舉反循環(huán)法；二次清孔時(shí)，將二清高壓射水器放入孔中，上端由導(dǎo)管接長(zhǎng)，待射水器穿過(guò)鉆孔樁覆蓋層，進(jìn)入巖層時(shí)，接通電源開(kāi)始工作，空壓機(jī)同時(shí)開(kāi)始工作。高壓射水器將孔內(nèi)的泥漿抽入潛水泵，并加壓后由布置在管道之上的射水口均勻射出，清洗鋼筋籠與孔壁之間以及孔底的鉆渣；隨后攜帶鉆渣的泥漿通過(guò)空壓機(jī)的作用由射水器底口伸出的導(dǎo)管從孔內(nèi)抽出，直到孔底沉渣符合規(guī)范要求。（圖12）

圖12 二次清孔裝置結(jié)構(gòu)圖

3.7 鋼筋籠制安

Z3 號(hào)墩鋼筋籠節(jié)段長(zhǎng)12m，采用150t 履帶吊+70t 履帶吊空中翻身豎立。

Z4 號(hào)墩鋼筋籠先預(yù)接長(zhǎng)至24m，再采用1000t 浮吊空中翻身豎立。

3.8 水下混凝土灌注

混凝土灌注采用常規(guī)垂直導(dǎo)管水下混凝土灌注方法。

Z3 號(hào)墩鉆孔樁共歷時(shí)4 個(gè)月，平均成孔17.5 天/根；Z4 號(hào)墩鉆孔樁共歷時(shí)6 個(gè)月，平均成孔13.7 天/根。經(jīng)超聲波及取芯檢驗(yàn)，全部為Ⅰ類樁。

4 施工創(chuàng)新

4.1 優(yōu)化鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)，節(jié)省施工成本

Z3 號(hào)墩位于新近淤積的淺灘，覆蓋層厚，如采用水上平臺(tái)法施工成本高，采用簡(jiǎn)單筑島法則地基承載力很難滿足要求。本項(xiàng)目采用吹砂筑島+鋪設(shè)混凝土板作為施工平臺(tái)，對(duì)地基承載力要求低，減少地基沉降的影響，更易控制施工質(zhì)量，同時(shí)降低了施工成本。

4.2 底導(dǎo)向架精確控制大直徑、長(zhǎng)鋼護(hù)筒插打精度

主橋Z4 號(hào)墩鉆孔樁鋼護(hù)筒內(nèi)徑4400mm，長(zhǎng)度46m，護(hù)筒插打樁頂平面位置允許偏差50mm，傾斜度要求不大于3‰。本項(xiàng)目鋼護(hù)筒導(dǎo)向架設(shè)計(jì)為雙層，層高僅為2m，通過(guò)采取導(dǎo)向架精確定位鋼護(hù)筒插打平面位置，過(guò)程中跟蹤檢測(cè)垂直度的施工工藝保證鋼護(hù)筒施工精度。

4.3 兩種成孔方式確保成孔進(jìn)度

主橋Z3 號(hào)墩采用旋挖鉆機(jī)逐級(jí)擴(kuò)孔成孔：巖層采用φ1.5m 長(zhǎng)筒鉆鉆孔至設(shè)計(jì)高程，再依次利用φ1.5-2m、φ2-2.5m、φ2.5-3m、φ3-3.5m、φ3.5-4m 下導(dǎo)正鉆頭以每0.5m 孔徑遞增逐級(jí)擴(kuò)孔，直至完成全斷面φ4m 樁徑成孔。

主橋Z4 號(hào)墩采用旋挖鉆機(jī)及旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)接力組合成孔：上部覆蓋層旋挖鉆機(jī)成孔，下部巖層采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔。充分發(fā)揮兩種鉆機(jī)在各自地層中的施工優(yōu)勢(shì)。

4.4 優(yōu)化鉆頭設(shè)計(jì)，提高大直徑鉆孔樁施工中旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)效率和泥漿使用效率。

大直徑鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)，鉆頭被覆泥包裹，牙輪鉆頭切割巖面摩擦導(dǎo)致過(guò)熱，導(dǎo)致鉆孔樁鉆進(jìn)效率不高，并且在鉆進(jìn)過(guò)程中，泥漿的使用效率也不高。本項(xiàng)目通過(guò)在鉆頭上增加風(fēng)包來(lái)實(shí)現(xiàn)泥漿的更好利用，鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，泥漿可通過(guò)風(fēng)包進(jìn)入鉆頭內(nèi)部，沖洗鉆頭上的覆泥，同時(shí)還可以冷卻鉆頭。

4.5 改進(jìn)清孔設(shè)備，確保二次清孔質(zhì)量

當(dāng)前大直徑鉆孔樁的二次清孔一般采用氣舉反循環(huán)法，效率較低，且對(duì)于大直徑鉆孔樁，無(wú)法很好的清理鋼筋籠與孔壁之間的鉆渣。本項(xiàng)目通過(guò)高壓射水器實(shí)現(xiàn)鉆孔樁二次清孔，射水器中設(shè)置兩臺(tái)潛水泵，由潛水泵加壓過(guò)后的泥漿通過(guò)管道射出，換漿的同時(shí)沖洗鋼筋籠與孔壁之間的廢渣，廢漿連同廢渣通過(guò)導(dǎo)管抽出，清孔效率高質(zhì)量好。

5 結(jié)論

新建巢湖至馬鞍山城際鐵路馬鞍山公鐵兩用大橋主橋Z3 號(hào)和Z4 號(hào)墩鉆孔樁施工地質(zhì)條件差、工藝復(fù)雜，在大直徑鉆孔樁工程中具有很好的代表性。本文重點(diǎn)介紹了其鉆孔樁施工平臺(tái)、鋼護(hù)筒插打、泥漿循環(huán)裝置、鉆機(jī)成孔、二次清孔裝置等關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)多次論證、不斷優(yōu)化改進(jìn)方案，現(xiàn)場(chǎng)施工取得了很好的施工效果，總結(jié)出一套完整的大直徑鉆孔樁施工技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，可為同類型橋梁施工提供參考。