潮汐影響下深水大直徑樁基礎施工

馮剛 石雅清 韓薈

1 概述

1.1 工程概況

七都大橋是跨越甌江南汊連接溫州和七都島的主要通道。大橋全長2 069 m。集團公司承建第二合同段，起點K4+016(20號墩)，終點樁號為K5+137，本合同段主橋長1.121 km。其主要工程分布情況為:主橋(68+3×120+68)m五跨預應力變截面連續箱梁橋。下部構造為樁接承臺，主橋部分基礎為φ 200 cm鉆孔樁，引橋為φ 180 cm鉆孔樁，匝道橋為φ 150 cm鉆孔樁。

1.2 施工地區特征

根據鉆探揭露，結合原位測試與室內土試成果，七都大橋甌江內施工段落橋址區地基土在勘察深度范圍內可劃分為7個工程地層，依次為含淤泥中細砂、淤泥、淤泥質黏土、含砂淤泥質黏土、中粗砂、卵石、基巖(強風化霏細斑巖、弱風化霏細斑巖)。河床斷面-15 m～-6 m。

2 深水樁基礎(沖擊鉆)施工方案

2.1 工程概況及施工準備

本工程水上鉆孔樁為21號墩～24號墩直徑2 000 mm鉆孔樁52根，設計單根樁長為87.2 m～104.7 m，總長 5 037.5 m。

2.2 開鉆前的準備工作

1)鉆機擺放。鉆機擺放應在現場管理人員指揮下進行，鉆機擺放位置應不影響鋼筋籠下放及混凝土灌注，且鉆機擺放在平臺上時盡量在平臺面上成一條斜線，增加平臺的受力，擺放時，鉆機腳架滾筒下必須墊上枕木，且枕木要固定在平臺面上，這樣鉆機才不會在鉆進時產生移位。2)鉆機對位。全站儀測量定位完成后，拉好十字護樁，精確調整鋼絲繩中心，使它重合到樁中心上。施工過程中要不斷修正中心偏差。3)泥漿循環系統。水上鉆孔樁因為是利用搭設好的平臺上進行打樁鉆進，每個平臺上各個樁的鋼護筒都已經預先埋設好，可在相鄰兩個護筒之間連接循環溜槽，形成泥漿循環系統。4)泥漿準備。泥漿由水、黏土(膨潤土)和添加劑組成，各地質層造漿情況應符合相關要求。

開鉆前，準備足夠數量的泥漿，保證鉆孔工作的順利進行。

2.3 鉆孔

當以上所有工作完成后即可以進行開鉆，開始鉆進時，進尺適當控制，特別是鉆進到護筒下口位置時，一定要慢速鉆進，同時使護筒下口有良好的泥皮護壁。鉆孔過程中要保持孔內1.5 m～2.0 m的水頭高度(與河水面)，避免因內外水壓差距太大造成穿孔，并要防止扳手等金屬工具或其他棄物掉入孔內，以免損壞鉆機鉆頭。鉆進作業必須保持連續性，升降鉆頭要平穩，不得碰撞護筒或孔壁。鉆進過程中定時檢查泥漿指標，鉆機移位情況，鉆機的易耗件，鋼絲繩，鉆機摩擦片，天輪地輪。

2.4 清孔

鉆孔深度達到設計標高后，應對孔深、中線進行檢查，符合要求后方可清孔。沖擊鉆施工時，采用換漿法進行。終孔后停止進尺，稍提鉆錐離孔底10 cm～20 cm，并保持泥漿正常循環，以中速將相對密度1.15～1.20的較純泥漿壓入，把鉆孔內懸浮鉆渣較多的泥漿換出。當沉渣達到規范或設計允許的要求后，利用泥砂分離器降低孔內的含砂率，直至泥漿的各項指標符合要求，進行下一道工序。

2.5 成孔檢測

1)孔徑檢測。孔徑檢測采用籠式井徑器入孔檢測，籠式井徑器用Ф 32鋼筋制作(并焊鋼板加大重量)，外徑等于鉆孔樁設計孔徑，長度等于孔徑的4倍。檢測時，將井徑器吊起，使籠的中心與孔的中心及起吊鋼絲繩保持一致，放入孔中，上下通暢無阻至孔底，表明孔徑符合要求。2)孔深和孔底沉渣檢測。孔深和孔底沉渣采用標準測錘檢測。3)泥漿比重及含砂率、泥漿粘度測量。分別采用泥漿比重稱、含砂率測量器及粘度計測量。

2.6 鋼筋骨架的制作與起吊安裝

鋼筋骨架在場外鋼筋制作場地制作、存放，最后用平板車運至樁孔附近，嚴禁在地上拖拉鋼筋骨架。鋼筋骨架整體制作、分節吊裝。鋼筋籠連接采用直螺紋套筒連接。

鋼筋籠在入孔完成后必須要對聲測管進行通長探深，是否貫通，如出現異常情況及時解決，必要時將鋼筋籠重新吊起檢查。

2.7 導管安裝

鋼筋籠安裝完畢后立即進行導管安裝，導管安裝前根據實測孔深計算出導管總長度(導管下口距孔底40 cm)，根據導管總長配出所需導管，再由下至上對導管進行編號，并做好記錄，以便在灌注過程中隨時檢查復核拆管數量。導管在安裝過程中根據編號由底到上逐根安裝，每一節在安裝時必須放置橡膠墊圈，對有問題的及時更換，并連接緊密，不得漏水。導管安裝完后，立即接上泥漿管進行翻漿。

導管安裝過程中現場工程技術人員全過程監控、記錄。

2.8 灌注水下混凝土

攪拌站在生產混凝土過程中必須嚴格按照混凝土施工配合比施工，根據攪拌站砂石料含水率變化，及時調整配合比(試驗室應根據當地氣候等情況，做出砂石料等各種不同情況下的施工配合比，以便在材料變化過程中隨時調整使用)。

灌注時，要緊湊、連續、迅速地進行。在灌注過程中，注意觀察管內混凝土下降和孔內水位升降情況，及時測量并記錄導管埋置深度和混凝土面高程，導管的埋深一般控制在2 m～6 m范圍內。為確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上加灌一定高度。增加的高度一般為0.5 m～1.0 m。此段混凝土在承臺或系梁基坑開挖后鑿除，鑿除時須防止損毀樁身。

2.9 鉆孔樁施工一般事故的處理

1)坍孔。坍孔原因:泥漿比重或粘度太小，未形成堅實的護壁;護筒埋置太淺;未保持好規定的水頭高度;進尺太快;清孔方法不當;從終孔至灌注水下混凝土，等置時間過久;相鄰兩樁同時進行鉆進，影響孔壁穩定等。坍孔的預防和處理:鉆進時，選用較大比重、粘度的優質泥漿(或投入黏土、片石低錘沖擊使黏土膏、片石等擠入孔壁);孔內坍塌不嚴重者，可加大泥漿比重，繼續鉆進，較嚴重者可回填砂石和黏土混合物到坍塌位置以上2 m～5 m后重新鉆進，如無法確定坍塌位置(一般是鋼護筒下口位置易坍孔)，一般回填到鋼護筒下口以上2 m～5 m后重新鉆進(重新鉆進時，必須注入較大比重、粘度的優質泥漿)。若坍塌埋住鉆頭，應先清孔，后提起鉆頭。鉆進施工時應嚴格控制沖程高度。2)鋼護筒下口傾斜或卷口變形。一旦鉆機在鋼護筒下口發現提錘比較困難的情況，立即停止鉆進。這時可采取慢速鉆進，慢慢修磨，使鉆孔上下通暢。如果無法修磨好鋼護筒，采取拋片石處理，片石直徑以不小于30 cm的大片石為好，拋填高度在鋼護筒下口以上4 m左右為宜;如反復幾次拋填片石處理均無法解決卷口問題時，請潛水員進行水下切割。處理好后，進行探籠檢測，確保后續(鋼筋籠下放)施工不受影響。3)穿孔。如果發現鋼護筒內泥漿不斷往外冒，控制不住，那就是海水倒灌進來引起穿孔。穿孔的預防:在埋置鋼護筒時在經濟可行的情況下盡量增加鋼護筒的埋深(根據當地的地質情況);鉆進時嚴格控制孔內水頭，水頭控制在1.5 m～2.0 m;鉆進過程中做好泥漿護壁工作;上下提錘過程防止操作不當對鋼護筒下口造成破壞，引起土體松動。4)斜孔。斜孔原因:鉆機底座沒有進行有效的支墊和固定，鉆進中發生位移和下沉;鉆孔時遇到較大孤石、探頭石或傾斜的巖層;在有傾斜度的軟硬地層交界處，巖面傾斜處鉆進，或在粒徑大小懸殊的砂卵石層中鉆進，鉆頭所受阻力不勻;因鉆機沖擊鉆進過程中操作不當等。處理方法:斜孔不嚴重時，可重新調整鉆機繼續鉆進;較嚴重時，沖擊鉆孔應回填土夾砂卵石或小片石至斜孔以上0.5 m，待沉積或用低沖程沖擊密實后再鉆進，不得用沖擊鉆頭直接修孔，以免卡鉆。5)縮孔。地層中夾有塑性土壤，遇水膨脹后使孔徑縮小，或鉆頭磨耗嚴重未及時焊補，鉆出小于設計樁徑的孔。遇到這種情況時，可采用上下反復掃孔的方法擴大或回填砂黏土，待密實后重鉆。6)掉鉆。掉鉆原因:卡鉆時強提強扭;沖擊鉆頭合金套焊接質量差，鋼絲繩拔出;轉向環或轉向套等焊接處斷開;鋼絲繩與鉆頭連接處，鋼絲繩的繩卡數量不足或松動;鋼絲繩斷絲太多，未及時更換。打撈方法:掉鉆后，應及時摸清情況，進行實測孔深，掌握實際地質情況、鉆頭是否偏斜、有無坍孔等，若鉆頭被埋住，應首先清孔，使打撈工具能接觸鉆頭。7)卡鉆。造成鉆孔過程中卡鉆的原因主要有:因泥漿比重過大或鉆孔速度過快，造成鉆孔孔形不圓順;剛焊完錘牙后迅速鉆進;因停電等原因造成錘頭長時間停放在孔底，被孔內懸浮沉渣沉淀掩埋;縮孔等其他原因造成。控制好鉆進速度，并每鉆進一段時間后，及時上下掃孔。同時鉆進過程中，隨時觀察鋼絲繩的轉動情況，發現鋼絲繩轉動不正常，應檢查原因，及時處理。

3 結語

七都大橋樁基礎由于處在潮汐的影響之下，水位變化幅度比較大，由于自身地質情況的影響無法采用反循環施工方法，沖擊成孔單樁成孔周期在60 d左右。但由于其造漿容易，適用性強，成孔質量比較高，因此在如此深度的樁基中得到了良好的運用。本項目中鉆孔過程中出現的問題都圓滿的得到了解決，已完成的100多根樁基中，經超聲波檢測全部為A類樁。