馬寧特大橋深水鉆孔灌注樁施工技術的探討

李波

（中鐵二十四局集團南昌建設公司，江西 南昌 330000）

1 工程概況

馬寧特大橋是佛山市北滘至均安公路主干線高贊至均安南沙段二標關鍵控制工程項目，為佛山市干線公路網中規劃“縱五”公路主干線的一部分。全長1707米，橋梁下部結構為鉆孔灌注樁基礎、高樁承臺、空心薄壁墩，上部結構及跨徑組合為：16×30m[簡支轉連續小箱梁]＋3×50m[現澆連續箱梁]＋（76＋2×130＋76）m[續剛構]＋3×50m[現澆連續箱梁]＋17×30m[簡支轉連續小箱梁]。主橋上跨容桂水道，為廣東省一級通航航道，橋位處水面寬約400m，水深10m～23m，三個主墩20#、21#、22#均為20m左右的深水樁基。

主橋主墩左右幅分開設置，每幅墩布置有6根D220鉆孔灌注樁，樁頂標高0.2m、樁長45m～47m，為嵌巖樁，樁底嵌入微風化巖不小于5m。

2 施工方案及工藝研究

主墩水中樁基采取在墩位處搭建鋼平臺的方式施工，按照棧橋及平臺設計圖，于墩位處搭建平臺，將20#墩平臺與北岸相聯、將21#、22#墩平臺與南岸相聯，預留20#至21#墩間水道通航，每個平臺上布置2～3臺沖孔樁機進行鉆孔樁施工，鋼筋籠在岸上集中制作、用駁船運至樁位處、用50噸浮吊起吊安裝。鉆孔灌注樁施工流程如圖1所示。

2.1 施工場地準備

施工前應將場地平整好，以便安裝鉆機進行鉆孔。在場地平整好后，按照設計圖紙利用全站儀測放各鉆孔灌注樁樁孔位置，并在樁周設置護樁。

2.2 鋼護筒定位沉放

2.2.1 施工流程

平臺搭建后，于平臺上加工制作鋼護筒定位導向架，用50噸浮吊起吊鋼護筒置于導向架內，用振動錘振動下沉。

2.1.2 振動錘選擇

按激振力(P)大于土的動摩阻力(R)減去鋼護筒與振動錘自重(G)的和進行計算分析（即P>RG），確定選擇BDH-25型振動錘。

2.2.3 導向架制作與安裝

導向架上下層導向之間的間距不小于5m，具有足夠的剛度，在測量人員的指揮下，將導向架安裝在平臺上，并以電焊固定。

2.2.4 鋼護筒下沉

鋼護筒全長35m，于岸灘加工，上船運至樁位處，以50噸浮吊起吊送入導向架內，使其自由下沉，起吊船脫鉤，起吊船吊起振動錘至鋼護頂口，校正鋼護平面位置和垂直度符合要求后起振下沉。

鋼護筒下沉至上層導向口時停振，拆除上層導向口，再次振動下沉至下層導向口，拆除導向架，繼續振動下沉直至設計標高處，并再次測量復核護筒位置。

2.3 鉆孔灌注樁成孔

2.3.1 鉆機選型

由于鋼護筒入河床深度達14m，可有效抵抗鋼護筒處局部沖刷，且入粘土層有1m，做好沖孔時泥漿制備與循環，可保證護筒底不至塌孔。根據在珠三角地區鉆孔灌注樁施工經驗，選擇沖擊成孔鉆機進行樁基施工。

2.3.2 鉆孔編號與施工順序

各墩樁基編號詳如圖2所示，每墩布置3臺沖孔鉆機，按先左幅后右幅進行施工，各墩單幅樁基施工時，首輪三臺樁機分別對Z20-1、Z20-4、Z20-5三根樁進行施工，而后再對Z20-2、Z20-3、Z20-6樁基進行施工，其它各幅樁基施工順序同此進行。

2.3.3 泥漿制備及循環

鉆孔施工前首先在泥漿船上采用泥漿攪拌機攪拌膨潤土泥漿,泥漿純攪拌時間不得少于3分鐘,新制泥漿經膨化24小時后方可使用,達到要求的泥漿利用3PNL泵泵送至鋼護筒內,當鋼護筒內泥漿性能滿足施工要求后即可開孔沖進。

選用膨潤土、分散劑、降失水增粘劑和聚丙烯酰氨等制漿材料制備符合表1所要求。

采用泥漿凈化器進行除渣處理后的泥漿,滿足指標要求的可進行重復利用,經多次重復使用的泥漿,如果指標降低,應采取措施進行調整,嚴重超標的應廢棄更換。進行泥漿消耗量統計,測試出單根樁和每立方米成孔工程量的泥漿消耗量,以便更準確的為鉆孔施工準備泥漿。

以鄰近鋼護筒作泥漿池，將待鉆孔鋼護筒與相鄰鋼護筒通過鋼板制作的流槽相連，在作泥漿池的鋼護筒內安裝泥漿泵，將泥漿抽入待鉆孔鋼護筒內，鉆孔內的泥漿經流槽流入相鄰鋼護筒內如此形成泥漿循環。

在泥漿流槽處安置存渣平臺，沖孔進行中，安排專人在泥漿流槽內撈取鉆渣，將鉆渣存在平臺上，待到一定量時再轉入泥漿船上，從各孔內鉆出來的鉆渣必須經運輸船運到指定地點處理。

2.3.4 鉆機安裝、調試及移位

鉆機經船泊運至樁位處，用浮吊起吊安置在鋼平臺上，經測量、對中、調平后，將鉆機固定在平臺上。

在平臺上放出樁中心護樁，鉆孔過程中，每間隔一定時間要進行校核，發現偏位立即糾正。

2.3.5 鉆進成孔

主墩樁基處，表層河床均為砂層，鉆進前須在鋼護筒內注滿符合指標的泥漿，以小沖程沖進，隨著進尺不斷檢查泥漿指標，當泥漿指標不符合要求時，要及時調整。

當鉆進在鋼護筒內進行時，要經常校正鋼絲繩中心與樁中心偏差，及時糾正，防止沖錘碰撞鋼護筒。

沖孔中要注意渣樣的撈取，一般地質每進尺一米要取一次渣樣留存，在進入不同地層交界處附近時要加大取樣頻率，通過渣樣與地質勘探資料比對，繪制實際地質柱狀圖。尤其要加強接近進入弱風化或微風化巖時的取樣工作，一旦進入弱風化或微風化巖，要及時通知監理工程師現場核實，并報設計單位，以共同確定樁基入巖深度，為下一步終孔提供依據。

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2.3.6 清孔

孔深達到設計標高，孔徑、豎直度符合設計及技術規范要求。終孔后立即進行清孔，清孔時以低稠度泥漿逐漸替換孔內泥漿，同時使用濾砂器，并以人工配合清除泥漿內巖渣，并確保清孔后泥漿性能符合表2。

2.4 鋼筋籠制作與安裝

主墩各樁基單根鋼筋籠總重25噸左右，鋼筋籠主筋由80根HRB400φ28mm鋼筋構成，并且每二根沿縱向間隔180cm點焊成一束。鋼筋籠螺旋筋為HRB400φ12mm。主筋可采用搭接焊、綁條焊、直螺紋連接、機械連接，但不論采用哪種方式都要符合技術規范要求。每個斷面的接頭數量不大于50%，相鄰斷面間距不小于150cm，在鋼筋籠主筋數量發生改變的斷面上下各150cm范圍內避免出現接頭。

鋼筋籠經船運至孔位處，用浮吊起吊，按從底節到頂節的順序逐一接長，在鋼護筒兩側堆碼砂包，砂包高出護筒10cm，砂包頂橫置一條28號槽鋼，先將底節鋼筋籠放入孔內，用兩根鋼扁擔將底節鋼筋籠擱置在槽鋼上，再吊起上一節鋼筋籠，緩慢下放并通過人工轉動使之與孔內鋼筋籠主筋對齊，然后逐一連接，連接完成后連同底節鋼筋籠吊起，取出鋼扁擔，將鋼筋籠下放，如上法連接各節鋼筋籠。鋼筋籠是懸吊在孔內，鋼筋籠底距孔底20cm，為保證鋼筋籠在孔內居中，除在鋼筋籠周圍安裝有定位鋼筋外，在鋼筋籠頂部加筋箍四周對稱焊8根φ28mm鋼筋，使之支撐在鋼護筒壁上。

2.5 水下混凝土施工

2.5.1 灌注混凝土

水下混凝土灌注是鉆孔灌注樁的主要工序，也是影響樁身質量的關鍵，要通過試配確定滿足強度、和易性、流動性及膠凝等要求的混凝土配合比,灌注前要仔細測量沉渣，只有沉渣厚度滿足設計及規范要求時，才能進行灌注施工。導管采用壁厚12mm、內徑280mm的無縫鋼管，螺紋連接，且導管須經水密試驗驗證不漏水，考慮擴孔因素，主墩單根鉆孔灌注樁混凝土方量約200m3，采用泵送混凝土灌注，預計灌注時間7小時。經計算首盤混凝土方量10m3，為避免首盤混凝土灌注時孔內泥漿上涌，污染江水，灌注前將孔內泥將抽出15m3左右。

采用剪球法灌注水下混凝土，用雙層編織袋包裹混凝土、用8mm鐵絲捆綁牢固，成圓球形，外徑比導管內徑略小，空隙用編織袋堵塞，阻水球安置在導管口下30cm左右，鐵絲綁扎在上方吊鉤上，與導管口同軸。

利用沖孔樁機卷楊機提起灌漿斗，將灌漿斗與導管相連，連同灌漿斗與導管一起放入孔內，確認導管底接觸孔底，做好標記，再將導管提高40cm，拉緊卷楊機手剎。

將儲料斗安置在灌漿斗一側，出料口對準灌漿斗，先將混凝土注滿儲料斗，再注滿灌漿斗，用鋼絲鉗剪斷阻水球鐵絲，待灌漿斗內混凝土面下降1/3時打開儲料斗出料口閘門，使儲料斗內混凝土快速流入灌漿斗內，并連續不間斷地灌入孔內。

灌注過程中，導管埋深不大于6m，每次拆管后導管埋深不小于3m，以確保導管不至被拔出混凝土面。

圖3 水下混凝土灌注示意圖

主墩鉆孔灌注樁頂設計標高位于承臺底面上20cm，為保證樁頂質量，混凝土灌注高度要高出樁頂設計面不小于150cm。

平臺上灌注混凝土示意圖如圖3所示。

2.5.2 水下混凝土灌注過程中應注意的問題

（1）混凝土灌注前，料場合格的砂、碎石、水泥、外加劑等材料不少于設計用量的2倍。

（2）對混凝土拌合機械、輸送泵進行檢查、維護，保持性能良好。

（3）嚴格控制進行儲料斗內混凝土的坍落度，坍落度太小，混凝土流動性差，易造成堵管。坍落度太大，混凝土易泌水離析，也會造成堵管。

（4）嚴格按設計配合比投放外加劑，避免混凝土提前初凝造成堵管。

（5）灌注過程中，應不時上下緩慢提升導管，避免導管埋置太深混凝土初凝后提不動或混凝土假凝而堵管。

（6）供電設備、混凝土拌合設備和泵送設備必須是雙套，防止機械故障造成斷樁。

結語

鉆孔灌注樁技術以其適應強、抗震性能好、操作方便、施工安全等優點被廣泛地應用于跨徑橋梁建設工程中。然而，鉆孔灌注樁施工工序繁多，隱蔽性強，且大多在水下施工，這進一步增加了鉆孔灌注樁施工的難度。因此，對鉆孔灌注樁的施工工藝要求和質量控制顯得尤為重要。

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