福州鼓山大橋2#主墩鉆孔樁施工質量控制

魏文云

(福建省交通建設工程監(jiān)理咨詢公司，福州 350007)

福州市鼓山大橋全長1 520 m，跨越閩江，是福州市二環(huán)和三環(huán)連接線中的控制性工程。全橋劃分為主橋、南引橋、北引橋三部分，其中主橋為(35+235+150+50)m獨塔自錨式懸索橋，主梁為封閉正交異性橋面板鋼箱梁，橋面寬42 m，雙向8車道。2#墩為主塔墩，分離式基礎，每側9根 φ2.2 m鉆孔樁，呈行列式布置，樁間距為6 m，樁長82～92 m不等的柱樁。

1 地質情況

2#墩位于閩江下游北港，臺江至馬尾河段主航道區(qū)域。本地區(qū)地質主要分為4大層，自上而下依次為:淤泥層3～6 m;沖洪積松散 ～中密砂層20～25 m;沖洪積密實卵、礫石層20～30 m;下伏基巖為燕山晚期侵入花崗巖層20～30 m。其中50～60 m巨厚砂層和卵石層對泥漿的要求較高，對鉆進過程中的控制要求很高;強風化、弱風化和微風化在內的花崗巖基巖厚度達到20～30 m，且強度高達90～120 MPa，對鉆機性能要求較高。

2 鉆機選型

2#墩位于閩江主航道中，所有鉆孔作業(yè)均在水上施工平臺進行。同時2#墩鉆孔樁直徑大，達到2.2 m;鉆孔深度大，加上平臺高度達到110 m;地質情況復雜，有巨厚的砂和卵石層，基巖為花崗巖，強度高達90～120 MPa;且嵌巖(微風化)深度大，達到5 m;沉渣要求高，不超過5 cm。因此2#墩鉆孔樁施工難度大，是全橋的控制重點。為確保施工質量和進度，對鉆孔樁施工提出較高的要求:①鉆孔樁平面偏位≤50 mm，垂直度偏差≤0.5%;②泥漿指標要求封孔前的含砂率≤0.5%，相對密度在1.05～1.10之間，膠體率達到98%以上，最終沉渣≤5 cm，泥漿護壁要好;③工期緊，每根樁施工周期不得超過20 d。根據以上地質情況及鉆孔樁技術參數要求，鉆孔樁施工難度相當大。能否安全快速優(yōu)質施工鉆孔樁，鉆機性能的好壞是關鍵。選擇鉆機時主要考慮幾個因素:必須是帶有動力頭的，能鉆超長大直徑樁;有較好的液壓提升系統(tǒng);有較強的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。綜合以上幾點最終選擇了當時(2007年)國內最先進的由中鐵大橋局研制的帶動力頭的氣舉反循環(huán)KTY3000-B旋轉鉆機，鉆機照片見圖1，參數見表1。

圖1 KTY3000—B旋轉鉆機

3 鉆孔樁施工質量控制

3.1 鉆孔樁施工工藝流程

表1 KTY3000－B鉆機參數

測量放線→護筒插打→測量復核→鉆機檢修及拼裝就位→鉆機試運轉、造漿→覆蓋層鉆進(刮刀鉆頭)→基巖鉆進(球齒鉆頭或菠蘿鉆頭)→終孔檢孔→第一次清孔→下放鋼筋籠、導管→第二次清孔→灌注樁身水下混凝土→質量檢測。

3.2 鉆孔前的準備工作

3.2.1 機械準備

如何正確使用和保養(yǎng)機械設備，充分提高機械設備的效率，是鉆孔樁在質量和工期兩方面控制的關鍵。而KTY3000-B旋轉鉆機是技術比較先進，操作比較復雜的新型鉆機，所以開鉆前必須對操作人員進行詳細的培訓和交底。特別是對KTY3000-B鉆機鉆具、液壓、電器三個系統(tǒng)的操作、保養(yǎng)及注意事項進行詳細的講解，并制訂詳細的操作規(guī)程。

3.2.2 技術準備

鋼護筒插打的質量直接影響鉆孔樁的成孔質量。為確保鉆進及鉆頭順利升降，不刮碰護筒，護筒應有一定剛度，且直徑應比孔徑大20 cm，故采用 φ2.4 m(樁徑φ2.2 m)、厚度為14 mm的鋼護筒。護筒卷制時嚴格控制其圓度，要求直徑誤差在1 cm之內，對接錯臺不超過3 mm。插打過程中嚴格控制護筒的各項指標:平面允許誤差≤50 mm，垂直度控制≤5‰。在護筒進入河床3 m左右時，再對護筒傾斜度進行復核調整，直到符合規(guī)范要求后，繼續(xù)接高下沉將護筒插打到設計高程為止。護筒插打到位后，測量護筒東南西北四個方向的傾斜度及孔口平面偏位情況，作為鉆機就位依據。鉆機拼裝就位時要保持底盤平穩(wěn)、鉆架直立、鉆頭中心對準樁位中心，并將鉆架與平臺固定，確保在鉆進過程中不發(fā)生傾斜和移位，不刮碰鋼護筒。在開鉆前對所有的技術人員和操作人員進行技術作業(yè)交底，如地質情況介紹和分析，根據不同地質情況對泥漿指標控制和成孔質量要求等提出了不同的技術要求，鉆孔時應按設計資料及實際地質情況繪制地質剖面圖和填寫鉆進記錄。

3.3 鉆孔控制要點

3.3.1 鉆進速度及質量控制

2#墩兩側主墩平行施工，受施工平臺空間限制，每墩只能擺放2臺KTY-3000B型全液壓旋轉鉆機，每墩9個孔共需5個循環(huán)周期。開鉆時鉆頭中心與樁位中心的偏差不得大于2 cm。孔內先灌注泥漿，也可直接投放黏土，鉆機低速轉動造漿。鉆進過程中必須勤排渣，使鉆頭能經常鉆入新鮮地層。鉆進后及時補入新鮮泥漿以保證護筒內水頭。鉆機在不同的地層中應選擇不同的鉆壓和鉆進速度，不同地層的鉆進參數見表2。

表2 不同地層鉆進參數表

開鉆初期低鉆速、低鉆壓鉆進至護筒底口，對護筒壁進行清理。待鉆至護筒以下1 m后，再逐漸增加鉆壓和鉆速。當鉆頭大部分或全部進入巖層后，即可進入正常鉆進階段，并根據巖體強度和鉆進、排渣情況，逐步調整鉆速和鉆壓，使鉆機進入“液控”恒壓自動給進工作狀態(tài)。

在巖層鉆進時，鉆壓應由小逐漸增大，并經常撈取鉆渣，觀察鉆渣顆粒情況，當鉆渣顆粒大小均勻，且最大顆粒粒徑接近3～5 cm時，不宜再繼續(xù)加壓。鉆進參數選擇的一般原則:在巖層與巖層交界處宜采用較小鉆壓低速鉆進;巖面傾斜，巖石破碎或巖層構造一邊軟一邊硬宜采用較小鉆壓，較低轉速鉆進;巖面平整，巖石完整時宜采用大鉆壓，高速鉆進;卵石層，宜采用較小鉆壓較低轉速鉆進。

正常鉆進過程中，必須遵照減壓鉆進的原則進行，要求在孔底鉆壓值不超過鉆具(鉆頭、鉆桿及配重塊之和)重量扣除浮力后的80%，并保持重錘導向作用，保證成孔垂直度和孔形。鉆孔注意事項如下:

1)值班人員要準確測量鉆桿長度并做好標記，以此來測定鉆孔深度。當經過測量換算，確認進程已達設計高程時，應立即停止鉆進，并將鉆頭提起約30 cm，轉速由高變低空轉5～20 min，將孔底鉆渣排凈。

2)鉆孔過程中應填寫施工日志和工程日志，并采集渣樣與設計地質資料對比，確認巖性指標與設計相符合。

3)鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進行，如確因故須停止鉆進時，將鉆頭提升放至孔外，以免被泥漿埋住鉆頭。

4)鉆進成孔過程中，應定時對鉆孔泥漿抽檢試驗，不符合要求時要及時調整泥漿。及時補充漿液量，使孔內泥漿面始終超過外側水面2 m以上，保證孔壁穩(wěn)定，防止塌孔。

5)加接鉆桿時，應先停止鉆進，將鉆具提離孔底8～10 cm，維持泥漿循環(huán)5 min以上，以清除孔底沉渣并將管道內的鉆渣攜出排凈，然后加接鉆桿。升降鉆具應平穩(wěn)，尤其是當鉆頭處于護筒底口位置時，必須防止鉆頭鉤掛護筒。

6)鉆桿連接螺栓應擰緊上牢，認真檢查密封圈，以防鉆桿接頭漏水漏氣，使反循環(huán)無法正常工作。

7)鉆桿撤出前應該反復核算孔深，經確認已經達到設計高程時方能撤除鉆桿。清孔后用校核過的測繩(用長鋼尺對浸濕的測量繩進行校核)測出孔深。

3.3.2 泥漿循環(huán)及指標控制

1)泥漿循環(huán)排渣

鉆機采用空氣反循環(huán)排渣，鉆孔深度在50 m以內時，只用下部風包即可;若鉆孔深度＞50 m時，需連接中間風包，配備空氣壓縮機，要求風量為20 m3/min，風壓 P=1.2 MPa。

反循環(huán)排出的泥漿，經過凈化后可循環(huán)使用。鉆孔施工過程中，將排渣管接在泥漿預篩設施上，濾除粒徑較大的鉆渣顆粒。為提高泥漿指標，縮短一次和二次清孔時間，在進入砂層后采用泥漿分離器進行泥漿分離，確保鉆孔時泥漿含沙率不大于4%。經過兩次凈化處理后性能指標合格的泥漿通過管路流回孔內，循環(huán)使用。鉆孔過程中正常情況下每隔2 h測定一次泥漿性能指標，以確保孔內泥漿質量。如果發(fā)現泥漿性能較差，不能滿足護壁要求時，應根據泥漿指標情況加入純堿、PHP等處理，以改善泥漿性能，滿足施工要求。當鉆進至設計高程時，將鉆具提離孔底30 cm，維持泥漿循環(huán)，對泥漿性能進行調整，使泥漿性能指標達到清孔要求。

鉆機在各地層中的鉆孔指標:①淤泥質土層采用中速、優(yōu)質泥漿、大泵量鉆進的方法鉆進。②砂層，采用輕壓、低擋慢速、大泵量、稠泥漿鉆進，以免孔壁不穩(wěn)定，發(fā)生局部擴孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋鉆現象。③卵石層，采用低擋慢速、優(yōu)質濃泥漿鉆進，確保護壁厚度以及充分浮渣。④強度大的花崗巖基巖，采用低擋慢速、優(yōu)質濃泥漿全壓鉆進。

2)泥漿指標

為確保成孔質量，提高泥漿護壁效果，縮短二次清孔時間，采用優(yōu)質PHP泥漿。在泥漿原材料試配時應全面測試泥漿性能指標，以確定合理的配比。測定指標包括:相對密度、黏度、含砂率、膠體率、失水率、泥皮厚度、酸堿度、靜切力。不同地層、不同鉆孔階段泥漿指標見表3、表4。

表3 不同地層的泥漿指標

表4 優(yōu)質PHP泥漿各階段性能指標

在鉆進成孔過程中每隔2 h測試一次泥漿性能指標，主要測試指標:相對密度、黏度、含砂率，并做好記錄，其他指標根據實際情況不定期抽檢。施工中專人檢查泥漿性能，根據不同的地層及時調整泥漿指標。為了保證二次清孔質量和縮短二次清孔時間，成孔后第一次清孔就應按照封孔的要求進行，要求泥漿指標達到如下要求:相對密度1.05～1.11，黏度17～20 s，含砂率＜0.5%，且孔底沉渣厚度不大于5 cm。

終孔驗收合格后，即可下放檢孔器，滿足要求后報監(jiān)理工程師驗收。經驗收合格后下放鋼筋籠，鋼筋籠到位后，再次對樁底沉淀進行檢測，若不滿足規(guī)范或設計要求，需采用混凝土灌注導管進行二次清孔。清孔時及時補充孔內泥漿，維持孔內水頭高度。

二次清孔后泥漿性能指標應滿足灌注前泥漿性能要求:沉渣厚度≤5 cm，含砂率＜0.5%，泥漿相對密度在1.08左右，膠體率＞98%，黏度在20 s左右。達到要求后，立即拆除清孔頭帽和高壓風管，進行水下混凝土灌注作業(yè)，其間隔時間越短越好。

4 結語

福州鼓山大橋2#主墩鉆孔樁施工，在開鉆前各項準備工作充分，鉆進過程中采取嚴格的管理和控制措施:①鉆進過程采用優(yōu)質的 PHP泥漿，膠體率達到98%以上;②采用泥漿分離器，嚴格控制泥漿的含沙率，使得泥漿性能相當穩(wěn)定，泥漿指標控制得較好;③根據不同的地層及時調整泥漿指標，調整機械性能。不但確保成孔質量，也大大縮短了成孔和清孔時間，成孔時間在10～13 d左右。有效提高施工效率，確保工期，為以后類似工程施工提供寶貴的經驗。

［1］楊玉泉.復雜地質條件大直徑長樁沖擊成孔質量的控制［J］.鐵道建筑，2008(4):71-73.

［2］宋運財.鉆孔灌注樁施工中質量缺陷的預防與處理［J］.鐵道建筑，2006(8):33-34.

［3］中華人民共和國交通部.JTJ041-2000公路橋涵施工技術規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.