超大直徑超深鋼管復合樁施工工藝

孫士輝?張鵬

【摘要】本文通過介紹魚山大橋φ5.0m～3.8m變徑樁基的施工過程，從護筒沉放、鉆機鉆孔、鋼筋籠的制安以及混凝土澆筑等方面闡述了海洋環境下，超大直徑超深鋼管復合樁單樁基礎施工工藝，為今后類似工程提供借鑒與參考。

【關鍵詞】超大直徑超深鋼管復合樁；海洋環境；護筒施工；鋼筋籠下放

1、工程概況

本工程共有樁基187根，其中鋼管復合樁98根。樁徑5.0m～2.5m；樁長為60m～148.2m不等。單樁鋼筋籠最大重量為241.3t，單樁永久鋼護筒最大重量297.1t，單樁混凝土最大灌注方量1943.2m3。

橋址區地質主要為淤泥、淤泥質土、軟～流塑狀黏性土，厚度7.9～67.5m，工程性質差；下為中密～密實沖海積的粉砂、細砂為主，一般厚度較大，地層較為連續，底部為粉質黏土、圓礫等，下伏基巖起伏較大，一般巖質較硬，中風化巖埋深18.9～132.3m不等。

工程區的潮汐屬非正規半日潮，潮流以往復流為特征，漲潮流速大于落潮流速，最高潮位+3.08，最低潮位-2.11，潮差2～3m，流速2m/s。

2、樁基施工工藝流程

根據現場實際地質水文情況及設計技術標準，本工程選用國內打樁船進行鋼護筒沉放，采用ZJD5000、ZJD4000型回旋鉆機進行鉆孔，混凝土采用2套3方機和1套2方機進行供應，現場使用3臺拖泵進行混凝土澆筑，施工流程如圖：

3、關鍵施工工藝

3.1 鋼護筒施工

本工程鋼護筒最大直徑5.0m，長度達60m，單根護筒重達297.1t。由于鋼護筒為永久性鋼護筒，直接參與樁基受力，其設計精度要求為中心偏位不大于3cm，傾斜度不得超過1/200，如此超大直徑、超長、超重且高標準的鋼護筒施工在海洋性氣候環境中，非常難以控制。

為保證鋼護筒沉放精度，本工程選用國內最大打樁船“雄程1號”對鋼護筒整根進行沉放，避免了鋼護筒因多次分節對接導致的垂直度無法滿足要求；并采用一種導向鋼管樁輔助配合護筒沉放，用于確保鋼護筒樁沉樁工作中不受外來水流、涌浪等因數的影響，且通過頂端連接的導向滾輪使護筒中心位置控制更加方便、精準。

鋼護筒沉放時，首先沉放導向鋼管樁，采用打樁船上設置的三臺GPS，以及在主棧橋上架設3臺全站儀（2臺用于觀測，1臺用于校核）進行粗定位，保證導向鋼管樁的平面位置誤差在10cm之內以及垂直度滿足要求；然后打設永久性護筒，依靠導向鋼管樁上的導向滾輪進行調節，完成鋼護筒的精準定位，最終達到平面位置2～3cm，垂直度優于1/200的沉放精度。

鋼護筒在施打過程中應注意以下幾點：

1）沉樁應盡量選擇流速、風浪較小時進行；船只航行波浪影響打樁船穩定時，宜暫停錘擊；

2）沉樁過程中不得移船糾正樁位；

3）應結合施工實際地質情況，要考慮一定的提前量，以使沉樁后樁位符合設計要求。

4）為防止鋼護筒在沉放過程中變形問題，可在護筒底口設置1至2道抱箍，以增加護筒底口剛度。

3.2 成孔施工

1）鉆機選擇：本工程樁基均為超大直徑超長樁，且5米樁徑為國內之最，因此選擇國內最大的ZJD5000型反循環回旋鉆機作為φ5m與φ4.5m鉆孔設備，其最大扭矩為45t·m，鉆孔深度達200m，滿足施工需要，其余樁徑采用4000型鉆機。根據鉆孔需要，每臺鉆機配備3個鉆頭：2個刮刀鉆用于護筒內外覆蓋層鉆進；1個滾刀鉆用于巖層鉆進，保證鉆孔質量與鉆孔效率。

2）泥漿性能：采用PHP優質泥漿，其具有泥皮薄、穩定性好、造漿率高以及相對密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、穩定性強等優點。結合現場實際情況，以海水造漿為主，通過配合比試驗，保證泥漿性能，本工程泥漿主要分兩種：第一種用于裸巖鉆孔，海水：膨潤土：純堿=1：0.66：0.22%；第二種用于海泥覆蓋層，海水：海泥：膨潤土：純堿=1：0.64：0.36：0.1%；

在鉆進過程中，根據不同的地質及時調整泥漿指標，保證樁基順利成孔，不同地質泥漿性能參數總結如下：

3）鉆機鉆進

護筒內鉆進：采用正轉反吹施工工藝鉆進，先利用淤泥質土層進行造漿，并及時調整泥漿指標；當鉆進孔深達到30m位置時，改用氣舉反循環鉆進提高鉆進效率。為避免護筒底部出現漏漿塌孔事故，當鉆進至護筒底口以上兩米時應降低鉆進速度；待鉆頭鉆出護筒2m左右后，再正常鉆進。

護筒外非巖層鉆進：鉆頭鉆出護筒后，更換小直徑刮刀鉆頭，根據地層情況選擇鉆進參數、控制泥漿性能指標，以確保孔壁的安全。

護筒外巖層鉆進：

更換滾刀鉆進行鉆孔并增加鉆機配重，以滿足切削巖石的要求。由于巖層中鉆機負荷重，進尺緩慢，應根據實際情況檢查鉆頭、保證低速慢進，避免不良情況的發生。

鉆機鉆進時始終保持減壓鉆進，鉆壓不得超過鉆具重力之和（扣除浮力）的80%，并在鉆頭頂部設置扶正器，保證成孔垂直度；孔內水頭高度保持略高于高潮水位，防止出現塌孔現象。

3.3鋼筋籠下放

1）起吊設備：根據現場實際情況，前幾節單層鋼筋籠采用100t履帶吊進行對接、下放，300t浮吊（鋼筋籠超過200t時600t浮吊）輔助抬吊；后續雙層鋼筋籠采用浮吊進行對接、下放，履帶吊輔助抬吊。

2）鋼筋籠下放：為保證海洋環境中，鋼筋籠下放精度，采取了一種新型的鋼筋籠懸掛裝置。該裝置分為外環和內環：外環用于鋼筋籠固定；內環用于鋼筋籠起吊，且內環直徑與鋼筋籠直徑相同；具體步驟為：

外環放置：將下放工具中外環放置在成孔樁位處，使外環與樁基同心；

內環起吊：通過內環起吊鋼筋籠放入孔內；通過圓心確定鋼筋籠位置；

固定鋼筋籠：將外環上的插銷插入鋼筋籠頂段第一道加強圈之下，完成鋼筋籠固定，然后起吊第二節鋼筋籠與之對接，完成后，抽出插銷，進行下放；

精鋼定位：鋼筋籠對接完成之后，通過精鋼將鋼筋籠主筋于內環連接，精鋼長度根據鋼筋籠高程和內環高程進行調整，保證鋼筋下放準確；

下放完成：鋼筋籠下放完成后，將內環放置插銷上，完成整個鋼筋籠的下放。

3.4 混凝土澆筑

混凝土采用φ422mm，壁厚12導管進行灌注，下放前必須進行水密性實驗；導管下放完成后進行二次清孔，保證孔底沉渣滿足要求。現場采用3臺拖泵及16量攪拌車進行混凝土供應，通過集料斗下料模式進行澆筑。

首封混凝土必須保證導管埋深大于2m，且在首封料斗拔球后仍需持續供料，保證封底成孔；混凝土澆筑時，要實時測量及記錄孔內混凝土標高及導管埋深，每次測點不少于2處，防止誤測，保證導管埋深控制在2～6m范圍內。

澆筑過程中應對混凝土進行抽檢，嚴格把控混凝土性能，保證澆筑質量。

澆筑完成后，為保證樁頭質量，混凝土應超灌1.5m左右。

4、結語

本文簡單介紹了魚山大橋鋼管復合樁施工工藝，通過上述工藝，本工程樁基經超聲波成孔檢測，均為I類樁，表明了上述施工工藝是完全滿足超大直徑超深樁基施工要求的，同時簡化了施工步驟，縮短了工期，節約了成本。以上經驗可供今后類似工程參考。

參考文獻：

[1] 黃煒， 桂炎德，焦飛. ф3.8m超大直徑深孔鉆孔樁施工質量控制[J]. 橋梁建設，2010年增刊1

[2]黃勇， 章斌. 蘇通大橋主橋基礎深水大直徑超長鉆孔樁施工.山西建筑，2008年2月