文／邵天泰 中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司 重慶 400065

引言：

近年來我國經(jīng)濟(jì)的迅速騰飛，跨區(qū)域交通運(yùn)輸?shù)男枨笤鲩L較快，一大批結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大的大型橋梁相繼建成。其中隨著海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的深入實(shí)施，北海市為打通向海經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路，廣西省組織建設(shè)了重點(diǎn)工程——西村港跨海大橋。跨海大橋的建設(shè)已有先河，但尚處于起步和發(fā)展階段，可提供借鑒和參考的資料相對較少，加之該地區(qū)地質(zhì)相對復(fù)雜、氣候多變，這為工程的實(shí)施增大了不小難度。如針對海灣灘涂地區(qū)的大直徑、超深鉆孔灌注樁基施工，部分專家和學(xué)者已有研究，如：嚴(yán)赪強(qiáng)[1]以滬蘇湖鐵路青浦特大橋（金澤橋段）5#樁基為例，對其鉆孔灌注樁施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析；李莉[2]對鉆孔樁施工工藝及防范措施進(jìn)行了分析；周啟輝、劉亞祺[3]以蕪湖長江三橋主橋2 號橋塔墩44 根φ3.0 m 的群樁基礎(chǔ)為對象，研究了大樁基施工質(zhì)量措施；袁振華[4]闡述了海上鉆孔樁施工的鋼護(hù)筒插打方法和總結(jié)海上鉆孔樁施工方法；王裕恒[5]探討了珠海橫琴項(xiàng)目鉆孔樁施工工藝、施工技術(shù)措施以及在鉆孔樁施工時(shí)施工難點(diǎn)與施工預(yù)防措施；黃園祿[6]以平潭海峽公鐵兩用大橋?yàn)橐劳袑?fù)雜海域地質(zhì)環(huán)境中超大直徑鉆孔樁的施工技術(shù)進(jìn)行了研究。本文在前述筆者研究的基礎(chǔ)上，針對西村港跨海大橋進(jìn)行了深入分析，詳細(xì)研究了鉆孔平臺設(shè)計(jì)、鋼護(hù)筒選擇、鉆機(jī)選型、海水造漿、泥漿處理、鋼護(hù)筒周轉(zhuǎn)使用，以及常見問題防范及處理措施。

1.工程概況

西村港跨海大橋位于西村港出?？谔帲髌鸩澈Ｂ废驏|延伸跨越西村港，由西引橋、主橋、東引橋三部分組成,全長2544.4m。樁基共558 根，其中：主塔樁基108 根、樁徑2m、樁長82m，樁中心距 3.75m，鉆孔樁采用海工C35 水下混凝土。整個(gè)項(xiàng)目場地巖土層在鉆探深度范圍內(nèi)共揭露12 個(gè)工程地質(zhì)層，地質(zhì)自上而下主要分為第四系全新統(tǒng)人工堆積層、海相沉積層，第四系中更新統(tǒng)北海組海相沉積層，第四系下更新統(tǒng)湛江組海相沉積層等，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且場地位于西村港潮間帶，受海水潮汐的影響為樁基礎(chǔ)施工帶來巨大挑戰(zhàn)。

2.鉆孔樁施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 施工場地（平臺）準(zhǔn)備及方案選取

施工場地或工作平臺的高度考慮施工期間可能出現(xiàn)的最高水位或潮水位，并高出其上0.5-1m。鉆孔平臺設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面：樁基平面位置、樁基施工設(shè)備、機(jī)械荷載、泥漿處理設(shè)備、混凝土灌注、鋼筋籠安裝。樁基采用FXZ-400 全液壓大功率氣舉反循環(huán)鉆機(jī)施工，泥漿護(hù)壁，鋼筋籠在鋼筋加工廠加工制作，分節(jié)段運(yùn)輸，現(xiàn)場機(jī)械接頭連接，履帶吊分節(jié)下放?；炷劣勺杂邪韬险竟?yīng)，經(jīng)棧橋運(yùn)輸至樁位，采用導(dǎo)管法灌注，自平衡法進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

2.2 鋼護(hù)筒施工

2.2.1 一般原則

（1）筒壁厚度：t=D/150（cm）式中，t-護(hù)筒壁厚；D-護(hù)筒直徑。

（2）護(hù)筒直徑：護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)比樁徑大20-30cm，一般不大于40cm。

（3）護(hù)筒高度：宜高出施工水位或地下水位2m，并高出施工地面0.5m，同時(shí)還應(yīng)滿足孔內(nèi)泥漿面高度的要求。

（4）護(hù)筒埋置深度：根據(jù)地質(zhì)條件綜合判定，一般情況下粘性土、粉土不小于1m，砂類土不小于2m，松軟土層應(yīng)進(jìn)入堅(jiān)硬密實(shí)土層中至少0.5m；水中筑島，護(hù)筒埋入河床以下1m 左右，必要時(shí)打入不透水層。

（5）護(hù)筒允許偏差：頂面位置為5cm，傾斜度為1%，但長護(hù)筒應(yīng)根據(jù)傾斜度計(jì)算底口不得超出樁位，否則應(yīng)加大護(hù)筒直徑。

2.2.2 本次選擇情況

護(hù)筒內(nèi)徑宜比樁徑大200mm～400mm、通過徑高比來推算壁厚、護(hù)筒頂標(biāo)高比鉆孔平臺低30cm、入土深度對于深水護(hù)筒L=[(h+H）rw-Hro]/(rd-rw)計(jì)算，主要由樁位的地質(zhì)情況確定，h 護(hù)筒內(nèi)水頭高按4m 計(jì)算，且入土深度不小于2 倍護(hù)筒直徑。

鋼護(hù)筒參數(shù)確定：鉆孔施工平臺在鋼護(hù)筒處設(shè)活動(dòng)蓋板，活動(dòng)蓋板構(gòu)造材料同施工平臺。鉆孔樁施工時(shí)，掀開取掉蓋板漏出鋼護(hù)筒，鉆孔樁施工完后，取回蓋上蓋板恢復(fù)施工平臺。

護(hù)筒頂標(biāo)高確定：鉆孔平臺標(biāo)高=累年最高潮位（3.3m）+浪頭計(jì)算高度（0.7m）+貝雷梁高（1.5m）+橫向分配梁高（0.2m）+橋面板厚（0.01）≈5.8m，護(hù)筒頂標(biāo)高比鉆孔平臺低30cm，確定護(hù)筒頂標(biāo)高為5.5m。

2.3 鉆機(jī)選型

在樁基施工時(shí)，將沖擊鉆、反循環(huán)鉆機(jī)兩種類型鉆機(jī)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性鉆孔施工。經(jīng)過比選，反循環(huán)鉆機(jī)具有扭矩大、循環(huán)氣密性良好、成孔速度快、清孔徹底、整機(jī)重量輕、移動(dòng)方便、鉆孔施工中鉆機(jī)振動(dòng)小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。反循環(huán)鉆機(jī)更適用于深水區(qū)域復(fù)雜地質(zhì)地層超深、大孔徑群樁施工，實(shí)踐證明選用反循環(huán)鉆機(jī)施工是成功的，為后續(xù)施工節(jié)約了大量時(shí)間。

表1 鋼護(hù)筒選取

2.4 泥漿配置

2.4.1 泥漿的作用

泥漿可作用在井孔壁形成一層泥皮，阻隔孔外滲流，保護(hù)孔壁免于坍塌；在沖擊鉆和正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆鉆進(jìn)中，其懸浮鉆渣的作用更為重要。

2.4.2 泥漿主要檢驗(yàn)指標(biāo)

泥漿一定要用優(yōu)質(zhì)粘土方能對護(hù)壁及懸浮鉆渣起到良好的效果，應(yīng)特別注意“比重、粘度、含砂率、膠體率”四項(xiàng)主要指標(biāo)。最佳質(zhì)量泥漿指標(biāo)見表2。

表2 最佳質(zhì)量泥漿指標(biāo)

2.4.3 泥漿配置

高級泥漿的原料和配合比尚未定型，一般有膨潤土、羧基纖維素（CMC）、鉻鐵木質(zhì)素磺酸鈉鹽（FCi，又稱分散劑）、硝基腐植酸鈉鹽(簡稱煤堿劑)和碳酸鈉(Na2CO3，又稱純堿)組成，其用量最好先作試配，各種摻入劑宜先制成小劑量溶劑，按循環(huán)周期均勻加入（每循環(huán)周期比重差不宜超過0.01），并及時(shí)測定泥漿指標(biāo)，防止摻入劑過量。其中：

（1）膨潤土：一般用量為水的8%，即8 公斤膨潤土可摻100 公斤的水；對于粘土地層，可降低到3-5%；較差的膨潤土用量為水的12%左右。

（2）羧基纖維素（CMC）：具有讓地基土表面形成薄膜和降低失水量的作用，摻加量普遍在0.1%以下。

（3）鉻鐵木質(zhì)素磺酸鈉鹽（FCi，又稱分散劑）：可使鉆渣顆粒聚集加速沉淀，摻加量為0.1-0.3%。

（4）硝基腐植酸鈉鹽(簡稱煤堿劑)：和鉻鐵木質(zhì)素磺酸鈉鹽的作用和摻加量一致，添加時(shí)選一。

（5）碳酸鈉(Na2CO3，又稱純堿)：調(diào)增PH 值，使粘土顆粒分散，可增加水化膜厚度，提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性，降低失水量。一般情況下，純堿在膨潤土中的添加比例控制在5%左右。

2.4.4 海水造漿

采用海水摻加粘土、膨潤土等造漿。在平臺設(shè)置泥漿箱，作為泥漿循環(huán)鉆渣沉淀池，設(shè)置泥漿分離器處理鉆渣；樁基護(hù)筒埋設(shè)到位后用Ф325mm 泥漿管串聯(lián)鋼護(hù)筒作為輔助泥漿池。

圖1 護(hù)筒用Ф325*8mm 泥漿管串聯(lián)

2.4.5 泥漿處理

在樁基護(hù)筒埋設(shè)到位后將群樁護(hù)筒用Ф325×8mm泥漿管串聯(lián)，縱向2 根、橫向3 根串聯(lián)形成一個(gè)整體，見圖2。在平臺上設(shè)置泥漿箱，作為泥漿循環(huán)鉆渣沉淀池；設(shè)置泥漿分離器處理鉆渣，鉆渣采用挖掘機(jī)從鋼板箱挖出裝車后外運(yùn)處理。在整個(gè)棧橋布設(shè)泥漿管道連通至岸上泥漿池內(nèi)，泥漿管道與樁基孔內(nèi)泥漿相連，主要處理灌注過程中孔內(nèi)多余泥漿。

2.5 混凝土灌注

2.5.1 導(dǎo)管水密試驗(yàn)

水下混凝土宜采用鋼導(dǎo)管灌注，導(dǎo)管直徑與樁徑及混凝土澆筑速度相適應(yīng)，直徑一般為200～350mm；導(dǎo)管的中間節(jié)為2.5m，配1～3 節(jié)1～1.5m 的短管，按自下而上順序編號和標(biāo)示尺度，導(dǎo)管接頭采用螺旋連接套連接或恰口直接連接；鋼導(dǎo)管內(nèi)壁光滑、圓順，內(nèi)徑一致，接口嚴(yán)密；導(dǎo)管組裝后軸線偏差，不超過鉆孔深的0.5%并不大于10cm。導(dǎo)管使用前進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)，嚴(yán)禁采用壓氣試壓。進(jìn)行水密試驗(yàn)的水壓應(yīng)不小于孔內(nèi)水深1.3 倍的壓力，也應(yīng)不小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力p 的1.3 倍。p 的計(jì)算公式：

式中：

P——導(dǎo)管可能受到的最大內(nèi)壓力(kPa)

2.5.2 混凝土灌注

采用Φ200～350mm 法蘭式導(dǎo)管自流式灌注混凝土，導(dǎo)管聯(lián)結(jié)要平直，密封可靠；導(dǎo)管下口距孔底30cm～50cm 為宜；砼坍落度160～220mm、粗骨料粒徑小于40mm；首盤澆筑時(shí)，初灌量必須保證導(dǎo)管底部埋入混凝土50cm 以上，混凝土儲量充足且能連續(xù)灌注，保證整樁在混凝土初凝期內(nèi)灌注完成；正常灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部埋于砼中深度宜為2～6m 之間；每次拆卸導(dǎo)管前均要測量砼面高度，計(jì)算出導(dǎo)管埋深，然后拆卸；拆卸時(shí)，確保導(dǎo)管最小埋深2m，且一次拆卸導(dǎo)管不得超過6m。

需注意的是：混凝土灌注在二次清孔結(jié)束后30min內(nèi)立即進(jìn)行；混凝土灌注到達(dá)鋼筋籠底部時(shí)，適當(dāng)減緩灌注速度，減少導(dǎo)管埋深，防止帶動(dòng)鋼筋籠上浮。

2.6 鋼護(hù)筒周轉(zhuǎn)使用

水中引橋樁基鋼護(hù)筒根據(jù)工序銜接，將完成灌注樁基鋼護(hù)筒從海床面割除，后倒運(yùn)至西岸護(hù)筒加工廠二次焊接加工，再重復(fù)利用加工后的鋼護(hù)筒進(jìn)行埋設(shè)；岸上東、西引橋樁基鋼護(hù)筒各埋設(shè)2 根，每根樁基灌注完成后混凝土初凝前用振動(dòng)錘將護(hù)筒拔出、重復(fù)利用，減少護(hù)筒投入量。

3.異常情況處置措施

3.1 孔底漏漿

3.1.1 原因分析

地層結(jié)構(gòu)松散、不密實(shí)、欠固結(jié)；地層賦存松散巖類孔隙水，富水性強(qiáng)，具有承壓性，以及具有地下水，呈流動(dòng)性；受潮汐漲、退潮影響；地下水水頭高。

3.1.2 處理措施

鉆孔發(fā)現(xiàn)漏漿后暫停，提鉆回填粘土靜置沉降7～15d時(shí)間后再次鉆孔，并提高泥漿性能，泥漿采用膨脹土、黏土，泥漿要濃，泥漿中夾雜木屑；接長鋼護(hù)筒至不跑漿漏漿處，增加6～12m 長鋼護(hù)筒，循環(huán)處理直至不跑漿、漏漿；控制鉆孔速度。初次發(fā)現(xiàn)跑漿漏漿時(shí)，放慢鉆孔速度，投入粘土、水泥用鉆頭攪拌，向孔壁外土層慢速注漿至跑漿漏漿處，慢速成孔。

3.2 塌孔

3.2.1 原因分析

樁基施工時(shí)未完全考慮潮汐影響，場地回填較低，且護(hù)筒內(nèi)水頭低于漲潮后海面高度，形成水頭差，受側(cè)壓影響，該樁基在鉆進(jìn)60m 左右時(shí)發(fā)生塌孔，將鉆桿埋設(shè)?？妆谑Х€(wěn)，鉆機(jī)及鉆桿自身穩(wěn)定性不足造成晃動(dòng)，鉆頭及鉆桿的重力作用迫使鉆頭中心線偏離鉆孔軸線，成孔周期長等原因。

3.2.2 處理措施

在地面處割斷鉆桿，將鉆機(jī)開至安全區(qū)域，并利用80t 吊車拔出鉆桿；由于鉆頭、鉆桿上部被塌孔土體覆蓋，拔出困難；隨后增加35t 懸吊泥漿泵對覆蓋物沖孔抽排；回填場地加高，接長鋼護(hù)筒，同時(shí)保證護(hù)筒內(nèi)水頭高度高于最高潮水位，再重新進(jìn)行鉆孔施工；縮短成孔周期，加強(qiáng)孔壁強(qiáng)度，增強(qiáng)鉆機(jī)及鉆桿穩(wěn)定性。

3.3 縮徑

3.3.1 原因分析

樁基施工時(shí)未完全考慮潮汐影響，場地回填較低，且護(hù)筒內(nèi)水頭低于漲潮后海面高度，形成水頭差，受側(cè)壓影響，該樁基在鉆進(jìn)60m 左右時(shí)發(fā)生塌孔，將鉆桿埋設(shè)。孔壁失穩(wěn)，鉆機(jī)及鉆桿自身穩(wěn)定性不足造成晃動(dòng)，鉆頭及鉆桿的重力作用迫使鉆頭中心線偏離鉆孔軸線，成孔周期長等原因。

3.3.2 處理措施

調(diào)整泥漿配比，優(yōu)化泥漿比重、適當(dāng)增加泥皮厚度，增強(qiáng)泥漿的護(hù)壁能力。進(jìn)入粉質(zhì)粘土地層時(shí)，應(yīng)減慢鉆孔掘進(jìn)速度，多次掃孔增加泥漿附著能力，以增強(qiáng)孔壁的穩(wěn)定性；在鉆頭側(cè)壁加裝擴(kuò)孔齒，對粉質(zhì)粘土部位進(jìn)行擴(kuò)孔。改用大型吊裝機(jī)械安裝鋼筋籠，提高一次起吊重量，改單節(jié)鋼筋籠為雙節(jié)鋼筋籠吊裝、接長。

結(jié)語：

綜上所述，本文以北海西村港跨海大橋橋梁樁基施工為例，對其鉆孔灌注樁施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)及施工控制要點(diǎn)進(jìn)行了深刻分析，同時(shí)針對工程建設(shè)中的孔底漏漿、塌孔、縮徑等常見易出現(xiàn)的問題，提出了有針對性的防范與處理措施。經(jīng)實(shí)踐證明，海灣灘涂地區(qū)超深、大直徑鉆孔灌注樁施工質(zhì)量可靠，充分說明只要應(yīng)用科學(xué)的施工技術(shù)，其樁基工程施工質(zhì)量就可有效得到保證，可為今后類似工程施工提供參考。