大連星海灣跨海大橋主橋索塔鉆孔灌注樁施工

孫艷明 郝勝利 馬振民 張洪文 楊 勇 楊富生

(中交二公局第二工程有限公司，陜西西安 710119)

1 工程簡介

1.1 工程概況

大連星海灣跨海大橋主橋位于大連市著名旅游景點星海灣廣場對面開闊海域，為雙塔三跨地錨式懸索橋，跨徑布置為180 m+460 m+180 m=820 m。橋塔采用“門”式框架混凝土結構，塔高112.31 m。橋梁上部主體加勁梁為鋼桁架結構，鋼橋面板采用正交異性橋面板，車道雙層布置。索塔每根塔柱下設一個承臺，承臺之間不設橫系梁，單個承臺由12根φ2.5 m的鉆孔灌注樁支撐，鉆孔灌注樁3行4列矩形布置，承臺尺寸為17.3 m×23.6 m×6.05 m。

1.2 水文氣象條件

水位:施工所處區域水深12 m～15 m，設計高水位1.66 m(高潮累計頻率10%)，設計低水位:－1.38 m(低潮累計頻率90%)，施工水位0.3 m。

潮汐:據歷年潮汐資料，大潮升2.9 m，小潮升2.3 m，平均海面1.6 m，最大潮差3.9 m，平均潮差3.7 m。

波浪:據波浪觀測資料揭示，勘區以風浪為主，涌浪為次。星海灣海區大部分時間的波浪小于0.5 m(占70%)，大于1 m波高的時間僅占5.7%，大于2 m波高僅占0.4%，相對較平靜。

氣象:全年平均風速5.3 m/s，臺風最大風速 31.0 m/s，50 年一遇，本市基本風壓0.65 kN/m2。

1.3 巖溶地質情況

每個索塔下方24根樁基，依照施工地勘資料，其中每個索塔下方有8根樁存在巖溶洞，巖溶高度不同，最高的巖溶洞高7.3 m，最低的巖溶高度0.7 m;巖溶構造有多種形式，有單層的巖溶亦有多層巖溶;內部填充有粘性土、灰巖角礫、碎石和部分無充填物。

2 工程特點

1)工程位于黃海海域，受海洋環境影響比較大，橋址處水深10 m～12 m，沒有島嶼等遮擋物，每年4月份～10月份東南風、南風、西南風比較頻繁，海上涌浪比較大。

2)施工區域巖溶發育，類型復雜，有單層巖溶洞、多層巖溶洞、斜面巖、陡坡(或半邊巖溶洞)、石柱(中間凸起)、溶溝槽、裂隙等巖溶類型。

3)索塔基礎為群樁基礎，單個承臺下有12根直徑2.5 m的大直徑鉆孔灌注樁。

4)由于巖溶類型復雜，即便是同一根樁在鉆孔過程也會遇到不同的巖溶地質類型，因此在鉆孔過程中需要根據具體情況應對各種巖溶地質鉆孔施工病害。

5)海上潮氣大，空氣鹽分含量高，施工設備容易損壞。

3 海上深水巖溶地層分布勘察

3.1 巖溶洞勘察綜述

巖溶地區的勘察雖然做到了一樁一個勘探孔，但在后續的樁基施工和檢測過程中發現，地質情況存在很大的變異性。有些勘察鉆孔未發現巖溶洞，而在成樁沖孔過程中碰到了巖溶洞，出現了漏漿和塌孔現象。有些勘察鉆孔未發現巖溶洞且成樁沖孔過程中也未見異常現象，而在樁基檢測過程中發現巖溶洞或嵌巖不足等地質隱患。

表1 原勘探巖溶洞分布和復勘探巖溶洞分布對比表 m

3.2 主橋索塔鉆孔灌注樁勘察方法

主橋索塔鉆孔灌注樁勘察采取鉆探工藝對施工區域地層進行復勘，復勘結果和原勘探結果進行對比分析，綜合評價施工區域地質情況。原勘探有巖溶洞的部位在復勘后仍然存在巖溶洞，但原來勘探處沒有巖溶洞的部位在后來復勘時發現巖溶洞，在復勘后，有10個樁位勘探出巖溶洞，至此有巖溶洞樁位升至26個，其中DT-4有5層巖溶洞。表1為原勘探巖溶洞分布和復勘探巖溶洞分布對比表。

4 主橋索塔樁基鉆孔施工技術

4.1 設備選型

主橋索塔樁基采用沖擊鉆機成孔，沖擊鉆機結構簡單，可以應付海中各種復雜巖溶地層，在復雜巖溶地質樁基施工中廣泛應用，但要求鉆機操作手要有一定的經驗，能夠根據地質變化情況隨時改變鉆進工藝，要盡量避免卡錘、偏錘、掉錘和埋錘現象發生，尤其空洞坡頂要特別小心。同時為解決復雜巖溶地質鉆孔問題，專門研發了筒狀錘頭來應對鉆孔過程遇到的病害。

4.2 施工工藝

4.2.1 鉆孔施工準備

1)鋼護筒加工和下放。

JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術規范規定，鋼護筒在豎直方向傾斜度應不大于1%，對深水基礎中的鋼護筒，平面偏位可放寬至80 mm。本工程橋塔位置為深水區，且護筒長度在24 m以上，鋼護筒內徑比樁徑大300 mm，平面允許偏差按80 mm進行控制，傾斜度控制在0.5%以內。

2)泥漿制備。

本工程泥漿制備采用在鋼護筒內拋填粘土，直接利用沖錘反復沖擊造漿，相鄰鋼護筒間用連通管連接，形成泥漿循環系統，泥漿循環如圖1所示。

圖1 泥漿循環圖

泥漿制備需要根據不同的地質情況合理調配泥漿性能指標，泥漿指標控制如表2所示。

表2 泥漿指標

4.2.2 鉆孔施工

1)鉆機就位。

沖擊鉆機就位時保證鉆機頂部的起吊滑輪緣、轉盤中心和設計樁孔中心三者應在同一鉛錘線上，其偏差不大于2 cm。鉆機調整就位后，固定鉆機以避免在鉆孔過程中因鉆機振動而影響鉆機平面位置。

2)鉆進施工。

開孔時直接投入粘土，用沖擊錘以小沖程反復沖擊造漿。開孔及鉆進過程中，應始終保持孔內水位高出護筒外水位1.5 m～2.0 m。在鉆進過程中，應調節好沖程的范圍，最大沖程不宜超過5 m，遇到巖溶地質時沖程控制在1 m～3 m范圍內。

3)成孔檢查。

成孔先進行自檢，自檢合格后報監理檢查，同時地勘單位、設計單位參與成孔檢查。各項指標符合JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術規范要求。

4.2.3 清孔

鉆孔施工至設計標高時，采用反循環換漿法進行第一次清孔，這一過程始終保持孔內泥漿面的高度，防止塌孔。第二次清孔是在鋼筋籠安放到位、灌注混凝土之前進行，采用泵吸反循環法清孔。

4.2.4 鋼筋籠制作與安裝

鋼筋籠在胎架上加工，鋼筋籠分節安裝，每節長度12 m。為防止在吊裝過程中變形，需在鋼筋籠內部增加三角形支撐。

在鋼筋籠的接長、安放過程中，始終保持骨架垂直，為防止鋼筋籠上浮，鋼筋籠下放到位后固定在鉆孔平臺上。鋼筋籠安裝重點檢查主筋接頭套筒連接和聲測管連接，聲測管接頭接好后要注水檢查。

4.2.5 灌注混凝土

灌注混凝土用的導管下放前需做水密試驗，水密試驗水壓不小于1.3倍孔底水壓，本工程水密試驗水壓取0.8 MPa。導管下放拼接時記錄每節導管長度，以便混凝土灌注過程拆除導管時計算混凝土埋導管深度。混凝土灌注完，利用測錘檢查聲測管內是否漏進混凝土，如有漏混凝土或漏漿及時處理，避免影響后續檢樁。

5 存在巖溶洞樁基處理措施

巖溶地質鉆孔需根據巖溶洞性質的不同而選擇不同的鉆孔工藝，有明確邊界的巖溶洞一般采用拋填混凝土、壓漿固結、雙護筒等工藝處理，而對于這種沒有明確邊界并且裂隙分布廣泛的巖溶洞，采用拋填處理工藝或護筒跟進等處理工藝相對比較經濟適用。

由于主橋索塔下面巖溶地質復雜，巖溶洞分布沒有明顯規律可循，在鉆孔施工過程，有32根樁有明顯巖溶洞跡象，實際鉆孔遇到巖溶洞地質與勘查報告不是完全相符，有6根樁在后來鉆孔施工發現巖溶洞。有明顯巖溶洞樁基采取了相應處理工藝外，成孔質量滿足規范要求，其他16根沒有明顯巖溶洞的樁基在鉆孔過程中也遇到了各種困難，遇到問題時主要采取拋填片石和粘土工藝以及鋼護筒跟進工藝，并取得了很好的效果。

6 結語

海中巖溶地質鉆孔在我局尚屬首次，沒有經驗可循，大連星海灣跨海大橋主橋索塔樁基處在復雜巖溶地質地段，在鉆孔灌注樁施工過程中總結了一套完整海上巖溶地質鉆孔灌注樁施工方法，為后續同類型地質鉆孔灌注樁施工提供依據。從全部48根樁實際成孔及成樁情況，樁基擴孔系數均在1.2以內，各樁成孔實測傾斜率最大為0.7%，滿足規范要求。成樁后經檢測所有樁均為Ⅰ類樁，樁基在整個鉆孔施工過程所使用的鉆孔工藝雖然簡單，但應對這種復雜巖溶洞行之有效，所有樁基質量控制良好。

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［2］何鵬翔.巖溶區橋梁樁基施工技術及設計方法研究［D］.長沙：湖南大學，2002.

［3］徐 華.巖溶地區鉆孔灌注樁施工工藝及承載能力研究［D］.武漢：武漢理工大學，2003.

［4］孫艷明.適用于斜巖地質樁基鉆孔的沖擊鉆機錘頭：中國專利，ZL 2013 2 0101424.8［P］.2013-10-02.

［5］劉漢銀.斜巖巖溶地質鉆孔樁施工技術［J］.鐵道建筑技術，2011(3)：92-93.

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