海洋性環(huán)境中超大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁成孔施工技術(shù)

慈張高，劉兵

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 引言

隨著我國(guó)公路橋梁建設(shè)的發(fā)展，樁基礎(chǔ)逐漸朝著大、長(zhǎng)的方向邁進(jìn)，特別是在海洋環(huán)境中，超大直徑、超長(zhǎng)樁基礎(chǔ)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多，要求也越來(lái)越高。目前橋梁施工中φ2.5～φ3.0m的樁基已經(jīng)較為普遍，φ3.5～φ4.0m的樁基也開(kāi)始應(yīng)用于各大橋梁建設(shè)中；但隨著樁基礎(chǔ)不斷的加大、加深，要求越來(lái)越嚴(yán)，施工難度越來(lái)越大，常規(guī)的樁基施工方法出現(xiàn)了越來(lái)越多的局限性，導(dǎo)致施工效率緩慢。本文結(jié)合魚(yú)山大橋φ5.0～φ3.8m鋼管復(fù)合樁的施工實(shí)踐，對(duì)海洋環(huán)境下超大超長(zhǎng)樁基成孔施工進(jìn)行了研究，為今后海上鉆孔樁施工提供良好示范。

2 工程概況

魚(yú)山大橋共有樁基187根，其中大直徑樁基有153根，樁徑2.2～5.0m，樁長(zhǎng)最長(zhǎng)為148m。橋位區(qū)地質(zhì)較差，覆蓋層上部主要為淤泥、淤泥質(zhì)土、軟～流塑狀黏性土，工程性質(zhì)差；下部為中密～密實(shí)沖海積的粉砂、細(xì)砂為主，一般厚度較大，地層較為連續(xù)，底部為粉質(zhì)黏土、圓礫等；下部基巖面起伏大。

本文以大橋45#樁基為例（直徑5.0～3.8m，樁長(zhǎng)126m），其地質(zhì)情況如表1所示。

表1 45#樁基地質(zhì)參數(shù)表

在這種地質(zhì)情況下，要滿(mǎn)足施工如此超長(zhǎng)超大直徑變徑樁必須解決以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

1）必須選擇一種可行的鉆孔設(shè)備，能具備較大的扭矩和控制措施，確保能夠順利成孔；

2）橋址偏遠(yuǎn)，淡水供應(yīng)困難，無(wú)法采用淡水進(jìn)行造漿且不合實(shí)際，若采用海水進(jìn)行造漿，必須選擇一種合理的配比來(lái)保證泥漿性能；

3）地質(zhì)條件較差，鉆進(jìn)過(guò)程中存在卡鉆、塌孔等風(fēng)險(xiǎn)，必須事先做好防范措施，防止事故發(fā)生及事故擴(kuò)大[1]。

3 成孔施工控制

3.1 鉆孔設(shè)備選型

在孔深超過(guò)80m，樁徑超過(guò)3m，沖擊鉆已經(jīng)很難滿(mǎn)足施工要求，且施工工效緩慢。經(jīng)過(guò)多方比選，根據(jù)樁基樁徑、樁長(zhǎng)以及實(shí)際地質(zhì)情況，項(xiàng)目部選擇了國(guó)內(nèi)最大的ZJD5000型反循環(huán)回旋鉆機(jī)用于成孔施工，其最大扭矩可達(dá)450 000N·m，鉆孔深度可達(dá)200m，滿(mǎn)足施工需要。

根據(jù)樁徑及實(shí)際地質(zhì)情況，鉆機(jī)配備2個(gè)刮刀鉆[φ5m和φ3.8m用于護(hù)筒內(nèi)外覆蓋層鉆進(jìn)，加配重錘重達(dá)600kN（60t）]和1個(gè)滾刀鉆進(jìn)行鉆孔[φ3.8m用于巖層內(nèi)鉆進(jìn)，加配重錘重達(dá)800kN（80t）]。合理的配備鉆頭是提高鉆進(jìn)效率、保證鉆孔質(zhì)量的關(guān)鍵因素，如圖1、圖2所示。

圖1 刮刀鉆頭

圖2 滾刀鉆頭

3.2 泥漿配比確認(rèn)控制

泥漿在鉆孔過(guò)程中主要起維護(hù)孔壁穩(wěn)定、排渣清孔以及冷卻鉆頭和潤(rùn)滑的作用，因此，泥漿的性能是決定成孔質(zhì)量的關(guān)鍵。

由于受環(huán)境限制，泥漿采用定制膨潤(rùn)土加海水進(jìn)行造漿，為保證泥漿性能，在開(kāi)鉆前進(jìn)行配合比實(shí)驗(yàn)，將所用原材料分為2類(lèi)，第一類(lèi)用于裸巖鉆孔：海水、膨潤(rùn)土與純堿；第二類(lèi)用于海泥覆蓋層：海水、海泥、膨潤(rùn)土與純堿。參數(shù)如表2所示。

表2 泥漿配合比實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)比

經(jīng)過(guò)配比實(shí)驗(yàn)表明，海水造漿完全可以滿(mǎn)足鉆孔施工要求。

3.3 設(shè)備布置

海洋環(huán)境中，由于ZJD5000型回旋鉆機(jī)占地較大、配套設(shè)備較多，受場(chǎng)地制約因素很大，因此，合理的設(shè)備擺放不但能提高鉆孔工效，同時(shí)也能防止鉆孔事故的發(fā)生。

3.4 鉆進(jìn)過(guò)程控制

3.4.1 泥漿指標(biāo)控制

鉆進(jìn)時(shí)，首先慢速鉆進(jìn)，在護(hù)筒內(nèi)添加定制膨潤(rùn)土進(jìn)行造漿，當(dāng)鉆進(jìn)至護(hù)筒底口時(shí)更換φ3.8m鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至巖層時(shí)再更換滾刀鉆頭。由于本樁地質(zhì)復(fù)雜，在鉆進(jìn)過(guò)程中，需要隨時(shí)對(duì)泥漿指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并且根據(jù)不同的地質(zhì)及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)，保證鉆孔順利。詳細(xì)參數(shù)如表3所示。

表3 鉆進(jìn)時(shí)的泥漿參數(shù)表

3.4.2 鉆速控制

鉆孔過(guò)程中根據(jù)不同地層，調(diào)整鉆壓、鉆速：一般松散粉細(xì)砂層，應(yīng)采用低擋慢速；在板結(jié)砂（礫）層，宜采用中擋中速，并適當(dāng)增加鉆壓。始終保持減壓鉆進(jìn)（孔底承受的鉆壓控制在鉆具重力之和（扣除浮力）的80%以下），確保成孔質(zhì)量[2]。鉆孔過(guò)程中詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表3。

3.4.3 垂直度控制

由于本樁長(zhǎng)達(dá)126m，且入巖深度超過(guò)7m，為保證樁基的垂直度，主要采取了以下2個(gè)措施：

1）鉆進(jìn)過(guò)程中，在鉆頭上部加設(shè)配重，使鉆具在重力的作用下始終垂直向下，并在配重頂端增加扶正器，扶正器與鉆頭直徑相同，通過(guò)鉆頭與扶正器上下孔同心圓保證鉆孔的垂直度。

2）由于鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆機(jī)可能產(chǎn)生震動(dòng)，為確保鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)始終保持水平，每加1～2節(jié)鉆桿，檢查一次鉆機(jī)水平度和鉆桿垂直度。一旦出現(xiàn)情況，立刻停鉆調(diào)整。

3.4.4 其他保證措施

除上述主要控制因素外，在鉆進(jìn)過(guò)程中還因注意以下幾點(diǎn)：

1）始終保持護(hù)筒內(nèi)水頭高度高于高潮位，防止出現(xiàn)塌孔，串孔現(xiàn)象；

2）鉆進(jìn)過(guò)程中，注意對(duì)護(hù)筒周?chē)M(jìn)行防護(hù)，防止雜物（一般維修工具、鐵片、鋼筋概率較大）掉入孔內(nèi)，影響成孔效率；

3）鉆進(jìn)過(guò)程中，一旦鉆機(jī)設(shè)備發(fā)生故障，維修時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)容易引發(fā)孔內(nèi)事故，因此，必須對(duì)鉆進(jìn)及配套設(shè)備定期進(jìn)行維護(hù)，保證鉆孔的連續(xù)。

4）及時(shí)清理渣箱中的沉渣，確保排渣效率；勤測(cè)泥漿指標(biāo)，保證泥漿循環(huán)質(zhì)量。

3.4.5 成孔工效

通過(guò)在鉆孔過(guò)程中一系列措施，45#樁基順利成孔，經(jīng)超聲波測(cè)壁儀檢測(cè)孔徑、孔深、垂直度以及沉渣均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量合格。本次鉆孔工共耗時(shí)22d，其中，鉆桿接長(zhǎng)耗時(shí)19.5h，鉆孔耗時(shí)476h，具體工效如表4所示。

表4 鉆孔工效記錄

4 結(jié)語(yǔ)

魚(yú)山大橋直徑3.8～5m變徑樁為目前國(guó)內(nèi)公路橋梁中最大樁基，這種樁基簡(jiǎn)化了橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，提高了施工效率，同時(shí)對(duì)質(zhì)量要求也非常之高。目前，本工程超大直徑樁基已全部完成，經(jīng)檢驗(yàn)，全部為I類(lèi)樁。通過(guò)實(shí)踐表明，在鉆進(jìn)過(guò)程中，良好的作業(yè)環(huán)境、充分的施工準(zhǔn)備、合理的泥漿配比以及強(qiáng)有力的保障措施，可大大節(jié)省鉆孔時(shí)間，保證成孔質(zhì)量。