大直徑鋼管復合樁施工技術及成樁檢測

王文銘

（海南省交通工程建設局，海南 海口 570208）

大直徑鋼管復合樁施工技術及成樁檢測

王文銘

（海南省交通工程建設局，海南 海口 570208）

某跨海大橋主體結構為2×230 m雙索面獨塔斜拉橋，采用鋼管復合樁群樁基礎，單樁為直徑4.3 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設計。現著重介紹其大直徑鋼管復合樁施工技術，以及成樁后的樁身完整性檢測，以期為同類型工程提供參考和借鑒。

鋼管復合樁；大直徑樁基；鉆孔灌注樁；橋梁施工

1 工程概況

某跨海大橋主體結構為2×230 m雙索面獨塔斜拉橋，橋面寬32 m，主塔為A型結構，高158 m，基礎采用分離式承臺，承臺尺寸為 34.2 m× 34.2 m×7.0 m，每個承臺設置16根變截面鋼管復合樁，樁徑4.0～4.3 m，樁長29～38 m，如圖1所示，按嵌巖樁設計，采用鉆孔灌注法施工。

圖1 主墩基礎平立面布置圖

地質情況：主墩所在區為古東寨河東岸漫灘階地貌，海底地形總體平緩，水深5.53～6.58 m,海床面高程約為-4.0 m～-5.3 m，處第四系覆蓋層，厚度7.7～16.3 m。地層從上而下分別為：全新統海積淤泥、粉細砂或粘土混砂層；中更新統礫砂或含礫粘土層構成；下伏基巖為二疊-三疊系花崗巖，基巖面略向西傾，南北向總體平緩。墩位區基巖主要由花崗巖構成，具細粒或斑狀結構，受淺變質作用而具片麻狀構造，風化層厚度小，微風化巖體巖石新鮮，其巖質屬硬-堅硬巖類，強度高，巖心飽和抗壓強度平均值為82 MPa（見圖2）。

圖2 主墩地質圖

2 鋼護筒施工

打樁船另外配設2臺YZ300高頻液壓振動錘以聯動共振的方式，對D4.3 m復合樁鋼管按照由內海側往外海側方向逐排整根一次性沉樁。在鋼護筒沉放過程中，頂標高現場應控制在5.3 m± 0.1 m范圍內，平面偏位控制在50 mm以內，垂直度控制在1/200以內。

鋼護筒沉放共分為以下六個步驟進行：

步驟一：打樁船大臂前傾，下放主鉤和副鉤1#兩點平行起吊鋼護筒。

步驟二：主鉤提升，副鉤1#下降，慢慢將鋼護筒翻身。

步驟三：

（1）鋼護筒提升至豎直狀態后，樁架后抬，直至鋼護筒進入導向架龍口；

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（2）后打樁船鉸錨通過GPS就位，將鋼護筒對準樁位。

步驟四：

（1）放松主鉤，鋼護筒順導向架龍口插入泥面以下，直至穩定；

（2）解除主鉤，副鉤2吊裝振動錘下放，并夾緊護筒。

步驟五：啟動振動錘沉設鋼護筒。當鋼護筒振沉至一定深度，鋼護筒頂口接近導向架時，暫停施振。

步驟六：檢查并調整振動錘方向，后啟動振動錘，沿導向架對角進入上層龍口，繼續振沉鋼護筒至設計標高。

圖3為鋼護筒沉放示意圖。

圖3 鋼護筒沉放示意圖

3 鉆孔灌注樁施工

圖4 鉆機結構示意圖

3.2 鉆孔順序

鉆孔施工平臺由起始平臺、通道、護筒區平臺等組成，如圖5所示。

圖5 鉆孔順序示意圖

左右幅5臺鉆機同時進行鉆孔施工，鉆孔順序的編制原則為：（1）不得鄰孔開鉆；（2）鉆機移位最短。經優化后左右幅承臺樁基鉆孔順序如表1所列。

表1 主墩鉆孔順序表

3.1 鉆機選型

主墩鉆孔平臺頂標高為+5.00，左幅樁底標高-41.00，右幅樁底標高-32.00，從平臺頂至孔底深度左幅為46 m，右幅為37 m，對鉆機的扭矩和鉆桿質量要求很高。根據鉆孔深度選擇不同功率鉆機，對左幅投入2臺ZJD-5000型鉆機進行鉆孔施工，對右幅投入3臺ZJD-4000型鉆機進行鉆孔施工。預計工期6個月，實際5個月完成全部鉆孔。圖4為鉆機結構示意圖。

3.3 泥漿制備及泥漿循環

鉆孔護壁泥漿采用膨潤土造漿。根據施鉆地層的特點，在鉆孔施工過程中，為防止發生流砂及軟流塑地層擴孔、塌孔等現象，保持孔壁穩定，使用不分散、低固相、高黏度泥漿進行護壁[1]。為保證鉆孔樁成孔施工的順利進行，泥漿在正式開鉆之前進行配比試驗，選擇泥漿各項指標最優的配合比，如表2所列。

當鉆孔樁鉆進進尺標高接近鋼護筒底標高以上2 m時，采取造漿護壁漿液循環工藝鉆進施工，泥漿循環系統利用鉆機配套的泥漿循環箱、過濾箱、除砂器形成，整體構成如圖6所示。

表2 泥漿理論配合比一覽表

圖6 泥漿循環系統結構圖

3.4 鉆機安裝及鉆進成孔

成孔分為三個階段：護筒內鉆進、土層內鉆進和調漿清孔[2]。鉆進時在護筒內由于有鋼護筒護壁，可高速鉆進，以保證施工進度。在臨近護筒底口時，應注意適當減緩鉆進速度，形成穩定孔壁，防止漏漿串孔等情況出現，待鉆出護筒口2～3 m后方可恢復正常鉆進速度。鉆進時應每遇土層巖層發生變化時立即提取渣樣，在未發生變化情況下，每2 m取一次渣樣，渣樣應標明日期、時間及取出深度，并存放于專用的的渣樣帶、渣樣盒中。泥漿的性能指標見表3所列。

表3 泥漿的性能指標表

4 鉆機施工要點及注意事項

4.1 砂土中鉆進

主墩覆蓋層為粉細沙、淤泥質粘土、礫砂、卵石土,鉆頭擬采用的改進型刮刀鉆頭，其鉆頭四周外壁均勻布設長為15～20 cm的鋼絲刷。開鉆時鉆頭反循環空轉，啟動泥漿循環系統，調整孔內泥漿。當孔內泥漿指標符合要求后，采用反循環減壓鉆進。在鉆孔過程中，及時調整護壁泥漿指標和鉆進速度。同時注意向鋼護筒內補充泥漿，確保泥漿面比海水面高出1～1.5 m，密切注意泥漿指標的變化情況。當泥漿指標超出規定范圍，及時調整泥漿指標后，方可繼續鉆進。

另外，在鉆進孔深接近鋼護筒底口時，需要備有一定量的碎石、粘土等堵漏材料，以防發生穿孔。

4.2 基巖中鉆進

主墩基巖層為中風化花崗巖、微風化花崗巖，巖質較硬。在進入巖層時，利用滾刀鉆頭大氣量、低壓慢轉，慢速鉆進，磨平巖面，防止鉆頭沿巖石面滑動，確保孔壁的垂直度。在通過巖層一倍樁徑后，鉆壓可控制在20 t左右，進尺控制在3～5 cm/h以內。對于地層呈散體狀，厚薄不均，局部呈碎石狀地段，首先加強對泥漿性能的控制，另外，在鉆進過程中，加強局部掃孔，以此避免因進尺不均而造成的孔壁不規則。對于地層裂隙較發育，地層強度差異大，且分布厚薄不均的地段，容易出現斜孔、臺階孔，鉆進以防斜為重點，同時加大掃孔頻度。由于部分樁基要穿越裂隙性破碎帶，鉆孔時要加強觀測、控制鉆進速度、減壓鉆進，保持孔內水頭和泥漿性能，防止出現泥漿滲漏和塌孔。

4.3 鉆進時應注意的幾點問題

（1）護筒內泥漿水頭必須高于孔外海面高潮位1～2 m。

（2）升降鉆具要平穩，尤其當鉆頭處于護筒底口時，應防止鉆頭勾掛護筒。

（3）分階段、定期檢測泥漿的各項技術指標，以保證泥漿的質量及進尺速度。

（4）接鉆桿時，必須先將鉆頭提離孔底10 cm左右，清渣10 min再停泵接鉆桿，防止堵孔，鉆桿連接緊密防止漏氣。

（5）鉆孔過程應連續操作，中途不得長時間停止作業。

（6）若中途處理故障移開鉆機，當其重新就位時，應與第一次就位位置重合，防止出現臺階。

5 樁身完整性檢測

主墩樁基澆筑完成后，根據海工混凝土的性能要求，達到28 d強度可進行超聲波無損檢測，每根樁均按設計要求進行超聲波無損檢測。鋼筋籠內側沿圓周布置4根，鋼筋籠層間沿圓周布置4根，兩層聲測管錯開45°角布置，如圖7所示。樁基檢測前，先用水對聲測管進行灌水檢查，若有淤塞，進行不斷沖洗，直至聲測管孔底。

圖7 聲測管布置示意圖

6 結語

本文以某跨海大橋鉆孔灌注樁基礎的施工為背景，結合該工程樁徑大、樁孔深，地層復雜的特點，闡述了大直徑群樁基礎的施工過程及成樁檢測方法。通過選擇合適的鉆孔工具及正確的施工工藝，保證了樁基的施工進度和施工質量。其成果可為同類型的工程提供一定的施工借鑒。

[1]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]張志華.φ3400 mm大直徑鉆孔灌注樁施工技術[J].建筑技術，2011，42（3）：211-214.

U443.15+9

B

1009-7716（2017）08-0148-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.045

2017-04-21

王文銘（1984-），男，海南澄邁人，工程師，從事公路工程建設管理工作。