紅巖潭特大橋深水區大直徑鉆孔灌注樁成孔施工技術

【摘要】主要介紹了在湖泊深水區薄覆蓋層施工大直徑樁基礎中鋼棧橋的搭設，水中鋼護筒的下置以及成孔施工中的泥漿漏失處理和巖溶區的鉆進方法。

【關鍵詞】深水；鋼護筒；串孔；巖溶

1. 概述

（1）在建的永武高速紅巖潭大橋位于江西省武寧縣巾口鄉境內，設計長度800 m，跨徑為20～40m，跨越柘林湖汊。下部結構為樁基礎，樁徑為2.00m、2.20m、2.50m三種（其中2.50m樁徑為左幅加寬段、2.20m樁徑為右幅、2.00m樁徑為橋臺樁），上部構造為20～40m預應力T梁。

（2）橋址范圍內原為河道，兩側橋臺位于崗丘，東橋臺山體坡度約150～200，地形較平緩，覆蓋層較薄，西橋臺山體斜坡中部，坡度400～500，地形高差較大，基巖裸露，植被發育較差。水面寬度約700m，最大水深約27m，施工期間湖水水位標高在60m～62m間，洪水期水位可達64m標高。

（3）區內地層依次為粉質粘土、園礫土、卵石土、塊石、全風化粉砂巖、強風化礫巖、中風化礫巖，樁尖持力層進入中風化礫巖。

2. 工程施工難點

2.1施工棧橋與平臺的搭設。工程地質勘察時已查明其湖床覆蓋層薄，且極不均勻，部分墩位基巖完全裸露。設計的樁徑較大，施工機具及配套設施相應也較復雜，這給施工便橋與作業平臺的搭設帶來較大難度。

2.2鋼護筒下置困難。因水深、樁徑大，所用鋼護筒必然大且長，其制作、運輸和安裝有一定的難度。樁位布置為排架樁型，對鋼護筒就位偏差要求高。其地形東面較為平緩，覆蓋層薄，護筒埋深淺；西面較陡，坡度最大處在400～500之間，部分湖床基巖裸露，護筒下置困難且無覆蓋層，施工過程中極易造成護筒底漏漿和串孔。特殊情況下水下對接鋼護筒，滿足密封和沖擊鉆孔過程中的抗振動要求，也是施工的又一難點。

2.3巖溶區段的施工。在作業部分樁孔位置巖溶發育，且大小不一。雖然多為充填溶洞，但有的溶洞高度達7～8m，施工中極易產生埋鉆和偏孔及掉鉆頭等孔內事故。

3. 施工工藝技術

針對以上施工難點，我們主要采取了以下工藝措施。

3.1水上施工便橋與作業平臺的搭設。

（1）為滿足施工要求及安全生產需要，水上施工采用了重型鋼棧橋為施工通道，鉆機施工平臺采用了鋼平臺方案。棧橋橋面寬為4.5m，棧橋的位置在橋梁的左側，主要是考慮橋梁左幅為加寬段，樁基直徑較大，橋面寬度是為了確保運輸成型鋼護筒和鋼筋籠的需要；因湖床覆蓋層薄且不均勻，棧橋基礎采用穩定性高的雙排4根820×8mm鋼管樁，兩排縱向間距為3m，鋼管樁間采用剪刀撐連接，橫樁間距為1.55m，縱樁間距為3m，以15m為一標準跨，保證其穩定性。樁頂墊梁采用2I25a工字鋼，其上縱向鋪設貝雷桁架做主梁，貝雷梁采用單層雙片，共兩組，貝雷桁架每組間用90cm花架連接；貝雷桁架頂部橫向布設I22a工字鋼作橫向分配梁，間距0.75m；其上縱向鋪設I12.6工字鋼作縱向分配梁，間距30cm；頂面鋪設厚8mm鋼板作橋面板。

（2）鉆機平臺為15m×30m，共16根820mm鋼管樁承重，鋼管樁間同樣采用了剪刀撐連接，樁頂墊梁為2I25a工字鋼，其上橫橋向鋪設貝雷桁架做主梁；貝雷桁架頂部縱向布設I28a工字鋼作分配梁，間距0.75m；頂面鋪設厚8mm鋼板作橋面板，因水中墩左、右幅的樁徑不同，每個平臺布設兩臺沖擊鉆機同時施工。水上作業平面布置及棧橋斷面如圖1、圖2所示。

圖1棧橋與平臺平面布置示意 圖2A-A棧橋斷面 （3）重型鋼棧橋和鋼平臺所用鋼管樁的插打深度、承載力均以滿足鋼棧橋和鋼平臺的穩定性和最不利荷載的要求為目的，鋼棧橋橋墩鋼管樁插打深度，在覆蓋層較厚的地段為不小于6m，在覆蓋層較淺的地段插打深度最低為不小于3m。在無覆蓋層的地段利用船舶上安放潛孔鉆，對應橋墩位置，均勻布置若干個150mm～180mm的孔，鉆孔深1.0m以上，預埋75～100mm的鋼樁，外露60cm，安放組焊鋼管樁橋墩（鋼管樁底部30cm處加焊錨固型鋼），澆注水下凝混凝土，固定鋼管樁橋墩，確保了其穩定性。

3.2水中鋼護筒的下置。在平臺施工結束后，利用全站儀放出每根樁的準確位置并做出標記。鋼護筒的內徑定為樁徑+20cm，鋼護筒采用壁厚為14mm的鋼板，用卷板機卷制，一片鋼板寬度為1.5m，采用平接方法焊接，兩端頭部位加焊四道10cm寬20cm長的加強板，以最長焊接9m長的鋼護筒為一節，采用50T汽車吊進行吊裝。為保證鋼護筒的平面偏差及垂直度滿足規范及設計要求，利用重力原理兩點定線，即在搭設完畢的施工平臺上焊制框架式導向架，導向架為上下二層正方形井字架，井字架中心為樁位中心，導向架采用I40的工字鋼制作，上層導向架焊制在施工平臺上，下層導向架則低于施工平臺頂面4m以上，導向架內部預留4cm的空間作為鋼護筒的下放空間。鋼護筒的安裝，首先利用吊車在施工平臺上將第一節鋼護筒提升，順導向架下放，利用上層導向架固定鋼護筒于中心位置，待第一節鋼護筒穩定后，進行第二節的焊接，為保證鋼護筒中心與樁中心一致，第一節的鋼護筒可以焊接固定在上層導向架，焊接完成后進行整節鋼護筒的下放，如仍不能滿足要求，則進行第三節鋼護筒的焊接，依此類推，當鋼護筒下放至河床穩定后，測量護筒中心，調整無誤后先用120KW振動錘振動下沉，鋼護筒頂標高控制在不小于設計樁頂標高1m范圍，鋼護筒振動到位后，使用全站儀及坡度尺檢查并確認平面偏差及垂直度，割除多余鋼護筒。

3.3沖擊鉆孔成樁施工。

（1）鋼護筒安放就緒后，同一平臺安裝兩臺機組以完成兩種不同樁徑的鉆孔。為做到互不干擾，同時預留進出的通道，兩機組均以垂直與橋中心軸線間隔擺放。受平臺場地限制，我們將泥漿循環系統安放在平臺的下方，利用安放鋼護筒時的第二層導向架為依托，設置泥漿循環溝槽和二層簡易平臺，取一節高1.5m的鋼護筒做循環池自然懸浮于水面上，并用28mm鋼絲繩吊掛在平臺固定。泥漿的循環采用渦流泵從護筒內將泥漿抽上經簡易泥漿除渣裝置除渣后流入循環池，然后在循環池內經3PNL泥漿泵送入孔底，形成泥漿循環。

（2）鋼護筒下置完后根據護筒空段長度倒入一定的粘土，然后開鉆施工。因湖床覆蓋層薄且不均勻，部分墩位地形坡度大，有的無覆蓋層，施工中極易產生漏漿和串孔。為避免該現象發生，在泥漿正循環鉆孔過程中，我們首先采取始終保持鉆孔內外既定的水位差和泥漿濃度，起到護壁、固壁作用，防止坍孔。即利用護筒內的渦流泵根據孔內外的壓力差調節護筒內的泥漿液面，實現液壓平衡鉆進。穿過護筒后孔內泥漿漏失量大時，則下入導管，灌注適量的水下混凝土并用鉆錘搗實后回填一定量的造漿粘土，待混凝土凝固48小時以后透孔鉆進，將裂隙充填和松散巖層固結。

3.3.1護筒底串孔的處理。護筒底發生串孔、孔內泥漿大量漏失時，我們先將鉆孔回填至護筒底50～60cm，下入導管向護筒底灌注水下混凝土，同時用水文測繩在護筒外圍根據深度變化大小找出串孔位置，補灌適量的水下混凝土，達到堵漏的目的。對18＃墩左幅樁孔，由于基巖完全裸露，我們先將護筒下置在離巖面2m左右位置，用加大的鉆錘清水沖擊鉆進，后下入一根高壓水槍至孔底進行吹洗排渣，反復鉆進排渣多次，使擴孔孔深達2～3m后下置鋼護筒，同時向孔底灌注水下混凝土封堵固結，其護筒外60～80cm四周由潛水員下潛壘一高1.5m左右的砂袋墻，對護筒外也灌注水下混凝土加固，待混凝土凝固后轉入正常鉆進。

3.3.2巖溶區鉆進。

（1）施工巖溶區樁孔時，每當鉆進至溶洞頂板時，盡量降低鉆進沖程，防止因沖程過大，鉆穿頂板時阻力突然變小，瞬時沖力過大產生掉鉆、拉斷鋼絲繩等可能發生的孔內事故和其它意外事故。溶洞區段鉆進時控制鉆進速度，出現倒錘、粘錘等孔內異常情況及時提錘停鉆，向孔內回填片石、黃土，待將該段回填至高出原孔段1～2m后，再下鉆重新鉆進，如此反復，直至鉆穿該溶洞。對鉆進中極易垮塌的孔段除回填片石、黃土外，有的還灌入水下混凝土進行護壁固結。即在大溶洞中，因回填的孔段較長，孔壁的穩定性相對較差，為防止再一次的坍塌，適量灌入水下混凝土，同時下入鉆錘到孔內搗實，待混凝土凝固48小時以后重新鉆進，基本能夠順利通過該段。

（2）施工至17＃平臺左幅2.5m樁時，湖水水位處在最高位，鉆進時鋼護筒承受的內外液壓差相對較大，當鉆頭剛鉆穿護筒底部后，護筒內泥漿突然漏失，因孔內水位下降過大導致鋼護筒擠壓變形，該墩左幅兩根樁都遇到了同樣的情況。為此，我們采取先將水下鋼護筒在距湖床1.5m位置割斷，取出變形鋼護筒，在湖水恢復到常水位時，重新加工一護筒，在其下端做一段長1.5m、直徑比原有直徑大10cm的部分，當該部分罩入水下原有預留護筒50cm左右時，由潛水員在護筒外沿罩入段的四周塞入棉胎止水密封，然后將對接護筒下置到位，為防止護筒外再次漏漿，同時為進一步密封接頭部位，我們沿護筒外1.5m壘一高1.0 m左右的砂袋墻，并灌注水下混凝土。通過這種方法處理的兩個樁孔，鉆進過程中均未出現串孔漏漿現象。

（3）當沖擊成孔達設計孔深后，即進行清孔。清孔時先用除渣篩網將粒徑2mm以上的大粒徑鉆渣排除，安裝旋流除砂器進行進一步除砂（泥漿旋流除砂器如圖3所示），并同時調整泥漿性能指標至規范范圍內則及時進行鋼筋籠孔內安裝與水下砼的灌注工作。

4. 結束語

紅巖潭大橋鉆孔灌注樁，樁徑大、地形條件相對復雜、湖床覆蓋層薄、局部基巖裸露、部分地段巖溶發育，施工難度相對較大，遇到的困難也多，但通過我們采取以上綜合技術后，順利完成了大橋的樁基礎施工。