貴廣鐵路北江特大橋嵌巖100 m大直徑鉆孔樁施工技術(shù)

曹玉紅，周翰斌

(中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510500)

貴廣鐵路北江特大橋嵌巖100 m大直徑鉆孔樁施工技術(shù)

曹玉紅，周翰斌

(中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510500)

貴廣鐵路(貴陽(yáng)—廣州)北江特大橋主墩樁基礎(chǔ)采用直徑3.0 m鉆孔灌注樁，不僅樁徑大，嵌巖最大厚度接近100 m，成孔深度超過(guò)120 m，還具有質(zhì)量要求高，施工風(fēng)險(xiǎn)大，工期緊等特點(diǎn)。根據(jù)工程特點(diǎn)，介紹了該鉆孔灌注樁的施工技術(shù)，包括施工平臺(tái)及棧橋搭設(shè)，成孔設(shè)備的配置及成孔技術(shù)，鋼筋籠制作與安裝，水下混凝土灌注等內(nèi)容，可為同類工程提供借鑒。

嵌巖100 m深 大直徑鉆孔樁 施工

1 工程概況

北江特大橋?yàn)樾陆ㄙF廣鐵路的一座特大橋，在廣東佛山市的金沙鎮(zhèn)與小塘鎮(zhèn)之間跨越北江，全長(zhǎng)11.466 km。主橋采用(57.5+109.25+230+109.25+57.5)m，5跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋，兩主塔承臺(tái)面以上高度105 m。引橋采用32 m，24 m后張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁。橋上為四線鐵路，中間兩線為快速客車通道，兩側(cè)兩線為貨車及相對(duì)較低速度客車通道。

工程所處的北江為珠江的重要支流，每年4～9月份為汛期，6，7月份為洪水爆發(fā)危險(xiǎn)期，具有徑流量大、汛期長(zhǎng)、洪峰高的特點(diǎn)。20年一遇水位為9.14 m，50年一遇水位為9.52 m，100年一遇水位為9.83 m，相應(yīng)流速1.83 m/s。

主墩處的覆蓋層主要由粉砂、中砂、粉質(zhì)黏土、粗砂、礫石等構(gòu)成，但兩個(gè)主墩位處情況差異較大。243#主墩范圍內(nèi)的河床面高程變化較大，最大高差達(dá)4 m，覆蓋層主要由中砂、粉質(zhì)黏土、粉砂層構(gòu)成，厚度6～8 m左右;244#主墩處的覆蓋層主要為中細(xì)砂，厚度只有1～4 m。主墩處的基巖由上至下依次為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化的泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖等，分布不連續(xù)，其基本承載力為300～800 kPa。243#，244#主墩的鉆孔樁嵌巖平均厚度分別為85.7 m，98.6 m，最大嵌巖深度超過(guò)100 m。

北江特大橋241#～245#墩位于水中，在施工常水位+1.0～+2.0 m下的水深約2～19 m。其中243#，244#主墩為每墩18根φ3.0 m鉆孔樁基礎(chǔ)，采用C30水下混凝土。樁長(zhǎng)分別為96.5 m，102.0 m，樁底高程分別為-105.8 m，-112.2 m，在+9.76 m施工平臺(tái)頂面下的相應(yīng)成孔深度分別為116.5 m和122.0 m。主墩采用低樁承臺(tái)形式，在施工常水位下，243#主墩水深8～15 m，覆蓋層厚度較大，244#主墩水深約8 m，覆蓋層較薄，承臺(tái)埋入河床深度超過(guò)其1/2高度，其它情況見(jiàn)表1。

表1 243#與244#主墩的地形及設(shè)計(jì)情況 m

2 施工難點(diǎn)

1)鉆孔樁的樁徑大，最大成孔深度超過(guò)120 m，嵌巖最大厚度接近100 m，對(duì)成孔設(shè)備性能要求高。終孔后清孔難度大，易引起孔底沉渣超標(biāo)等質(zhì)量問(wèn)題。鉆孔必須確?？妆诖怪本却笥谝?guī)范要求的1/100，以滿足鋼筋籠的吊裝要求。

2)鋼筋籠主筋采用 φ32 mm鋼筋，樁頂以下47.20 m主筋采用徑向雙層筋布置，單層鋼筋共76根，其中244#主墩的單根樁基鋼筋籠質(zhì)量達(dá)80.20 t。鋼筋籠質(zhì)量及長(zhǎng)度大，吊裝時(shí)連接難度大，安裝時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)孔底沉渣控制要求高。

3)施工工期緊，根據(jù)主塔需在次年的洪水來(lái)臨前露出水面的進(jìn)度計(jì)劃安排，主墩樁基施工工期只有半年左右時(shí)間。

4)244#主墩覆蓋層很薄，不利于鋼管樁鉆孔平臺(tái)的搭設(shè)。

3 嵌巖100 m大直徑鉆孔樁施工

3.1 成孔設(shè)備及工藝

每個(gè)主墩原計(jì)劃各投入6臺(tái)樁機(jī)進(jìn)行施工，其中旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)2臺(tái)，沖擊鉆機(jī)4臺(tái)，采取鉆沖結(jié)合的成孔工藝。經(jīng)在243#主墩進(jìn)場(chǎng)了一臺(tái)DW-35型全液壓大口徑鉆機(jī)進(jìn)行工藝試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該鉆機(jī)較為龐大，其配套的輔助設(shè)備多，相鄰的樁孔無(wú)法擺放其他機(jī)械進(jìn)行施工，且安裝就位、移機(jī)都比較困難。該機(jī)在覆蓋層范圍的鉆進(jìn)速度較快，但進(jìn)入巖層就很慢，鉆至半途還須更換沖擊機(jī)沖進(jìn)，綜合成孔速度并不具有明顯優(yōu)勢(shì)，甚至還可能影響到主墩樁基礎(chǔ)的整體施工工期。因此，綜合考慮改為全部采用YKC型沖擊鉆機(jī)，配以質(zhì)量為13 t的沖錘沖擊鉆孔。同時(shí)配置氣舉反循環(huán)設(shè)備以及宜昌黑旋風(fēng)ZX-200泥漿分離器配合清孔，作為本工程所有樁基成孔施工的主要機(jī)具，3種設(shè)備優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、聯(lián)合作業(yè)。

沖擊鉆機(jī)按相鄰樁位錯(cuò)開(kāi)布置，原計(jì)劃分3輪完成沖孔施工。但開(kāi)工一段時(shí)間后，設(shè)計(jì)仍未明確最終的終孔標(biāo)準(zhǔn)而暫時(shí)停工。特別是243#主墩受征拆影響，施工便道一直無(wú)法使用，致使工期十分緊張。因此及時(shí)調(diào)整了沖機(jī)數(shù)量，只要在樁位允許的情況下，即增加沖機(jī)數(shù)量，高峰時(shí)每墩樁基成孔施工的沖機(jī)達(dá)到了9～10臺(tái)。

3.2 鉆樁平臺(tái)及棧橋搭設(shè)

為滿足鉆孔樁施工，需要在設(shè)計(jì)橋位的上游搭設(shè)6 m寬的鋼棧橋通到主墩的鉆樁平臺(tái)。243#主墩鉆樁平臺(tái)的鋼棧橋長(zhǎng)度為430 m，244#主墩鋼棧橋搭設(shè)長(zhǎng)度144 m。鋼棧橋通至其鉆樁平臺(tái)，鋼棧橋與鉆樁平臺(tái)相連形成水上施工通道，頂面高程均為+9.76 m。

根據(jù)兩個(gè)主墩處不同的水深、覆蓋層厚度及工期要求，采取不同的鉆樁平臺(tái)形式。243#主墩處水深、覆蓋層厚度較大，采用鋼管樁作為支撐的鉆樁平臺(tái)，平臺(tái)長(zhǎng)×寬為60 m×42 m。244#主墩由于水深較淺，中細(xì)砂的覆蓋層厚度小，鋼管樁入土不足，滿足不了鋼管樁平臺(tái)的安全穩(wěn)定性要求，也考慮到可能需要在洪水期進(jìn)行基礎(chǔ)施工的安全渡汛要求，采用雙壁鋼圍堰搭設(shè)鉆樁平臺(tái)，并作為后續(xù)承臺(tái)施工的圍堰及模板。

每個(gè)主墩平臺(tái)安裝一臺(tái)龍門吊，龍門吊凈跨30 m，起吊高度18 m。龍門吊采用貝雷桁架拼裝，主要用于鉆樁平臺(tái)的樁機(jī)、導(dǎo)管等設(shè)備移位，以及鋼筋籠的接長(zhǎng)下放等。

3.3 泥漿制備及控制

泥漿循環(huán)采用正、反循環(huán)結(jié)合方式，孔深在60 m以內(nèi)時(shí)采用正循環(huán)，超過(guò)60 m后采用反循環(huán)。沖孔時(shí)采用正循環(huán)工藝，終孔后的清孔則采用反循環(huán)工藝。

泥漿在滿足成孔工藝要求情況下，根據(jù)不同的土層而采取不同的制備材料。覆蓋層采用的泥漿制作材料主要為當(dāng)?shù)氐呐驖?rùn)土、純堿(Na2CO3)和羧甲基纖維素(CMC)，其配合比為淡水∶膨潤(rùn)土∶Na2CO3∶CMC=1 000∶80∶2.2∶1.0。進(jìn)入基巖后，由于泥巖是一種由泥巴及黏土固化而成的沉積巖，泥巖、泥質(zhì)砂巖是一種很好的造漿材料。在沖錘的反復(fù)沖擊下成為小顆粒的鉆渣，一部分隨著泥漿循環(huán)浮上孔口，大部分在沖孔過(guò)程中成為泥漿。漿液略呈灰色，含砂率較高，約6～8%，但可通過(guò)ZX-200泥漿凈化裝置進(jìn)行排渣處理而大幅度降低含砂率。根據(jù)具體情況，適時(shí)補(bǔ)充一些膨潤(rùn)土造漿的泥漿。成孔過(guò)程中針對(duì)不同土層，實(shí)時(shí)調(diào)整及監(jiān)控泥漿的性能指標(biāo)，一般在黏土、粉土層中的泥漿相對(duì)密度取1.3，砂層、礫石層中取1.4，巖層中則取1.2，使泥漿既起到護(hù)壁及清渣的作用，又不至于太濃而影響沖進(jìn)速度。

成孔施工時(shí)，在護(hù)筒頂部開(kāi)孔，利用相鄰的鋼護(hù)筒作為泥漿循環(huán)沉淀池。制作泥漿溝把兩個(gè)鋼護(hù)筒連通，兩個(gè)鋼護(hù)筒的頂部空孔深18～24 m，可滿足160～240 m3泥漿的循環(huán)置換。施工中鉆渣隨泥漿從孔內(nèi)浮出，人工用網(wǎng)篩將鉆渣從循環(huán)泥漿溝撈出?？咨畛^(guò)60 m后每隔10 m使用一次泥漿凈化裝置濾出鉆渣，處理鉆渣后的泥漿經(jīng)安裝在泥漿沉淀池的泥漿泵將其抽送至施工樁孔底內(nèi)。清理出的鉆渣及多余泥漿由300～500 t泥漿船裝載，泥漿可作為其它樁基造漿循環(huán)使用，鉆渣則運(yùn)往指定棄渣點(diǎn)排放。

3.4 防止沖機(jī)卡錘、掉錘的主要措施

由于成孔深度達(dá)到116.5 m，122 m，一旦沖機(jī)發(fā)生卡錘或掉錘現(xiàn)象而處理不當(dāng)容易產(chǎn)生埋錘事故，將會(huì)影響到主墩基礎(chǔ)的按期完成，甚至?xí)?duì)樁基質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此較好的方法是對(duì)沖機(jī)卡錘、掉錘事故采取預(yù)防措施。主要措施有:①?zèng)_機(jī)所用的鋼絲繩全部采用進(jìn)口鋼絲繩，施工過(guò)程加強(qiáng)檢查，特別規(guī)定在孔深超過(guò)50 m后每4 h檢查一次沖錘、鋼絲繩及鋼絲繩接頭、錘銷的情況，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩有破損或斷絲現(xiàn)象，或者錘銷有裂紋時(shí)立即更換，以避免發(fā)生掉錘問(wèn)題;②沖錘使用前在其錘瓣上加焊保險(xiǎn)吊耳并穿上全新鋼絲繩，用于掉錘時(shí)下放1個(gè)或2個(gè)鋼鉤到?jīng)_錘位置，鉤住保險(xiǎn)鋼絲繩后用沖機(jī)的卷?yè)P(yáng)機(jī)將沖錘提升，及時(shí)將沖錘順利打撈出來(lái);③沖孔時(shí)嚴(yán)禁打松錘，最大沖程不超過(guò)4 m，每進(jìn)尺5 m測(cè)量一次成孔垂直度，孔深超過(guò)50 m后每沖進(jìn)10 m應(yīng)提錘上下掃孔后再?zèng)_進(jìn)，以免發(fā)生卡錘并保證樁孔的垂直度。

3.5 終孔及清孔

樁孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，采用JJC-1D型灌注樁孔徑檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測(cè)。由于樁孔深，泥漿含砂率較大，采用ZX-200泥漿凈化裝置配合氣舉反循環(huán)方式進(jìn)行清孔。清孔時(shí)，將泥漿凈化裝置的抽漿管接至樁孔60 m處開(kāi)始抽取泥漿。泥漿通過(guò)凈化裝置實(shí)現(xiàn)漿渣分離，凈化后的泥漿重新注入樁孔中，而砂及泥渣則通過(guò)另外的管道分離。當(dāng)泥漿實(shí)測(cè)含砂率≤1%時(shí)，再按孔深每增加5 m為一級(jí)往孔底下放抽漿管進(jìn)行分級(jí)抽漿清孔。直至整體泥漿含砂率均≤1%，泥漿相對(duì)密度≤1.1，含砂率＜2%，黏度17～20 s，且孔底基本無(wú)沉渣時(shí)，停止清孔，然后進(jìn)行鋼筋籠吊裝。

3.6 鋼筋籠制作與安裝

鋼筋籠在鋼筋加工車間的胎膜上采用長(zhǎng)線臺(tái)座法分節(jié)制作。鋼筋籠的主筋采用直螺紋套筒連接，相鄰接頭錯(cuò)開(kāi)1.2 m，同一截面主筋接頭數(shù)量不得超過(guò)主筋總數(shù)的50%。每節(jié)長(zhǎng)度12 m，最上一節(jié)作為調(diào)節(jié)籠。

由于鋼筋籠深至孔底，其直徑、長(zhǎng)度及質(zhì)量均較大，且樁頂高程距作業(yè)平臺(tái)面達(dá)19～20 m，傳統(tǒng)的扁擔(dān)吊方式已無(wú)法滿足鋼筋籠起吊及安裝定位要求。對(duì)接時(shí)也不可能采用常規(guī)的孔口設(shè)置扁擔(dān)梁方式來(lái)支撐已放入孔內(nèi)的鋼筋籠。為控制鋼筋籠在起吊安裝時(shí)變形，設(shè)計(jì)加工了專門的吊具及懸掛環(huán)來(lái)解決鋼筋籠的起吊、支撐及懸掛定位問(wèn)題。

鋼筋籠節(jié)段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，由起重機(jī)用4點(diǎn)平衡吊起吊，起吊至一定高度后再慢慢起上端松下端，兩個(gè)鉤同步進(jìn)行，直至鋼筋籠完全豎立后松掉下端鋼絲繩。慢慢將籠放進(jìn)臨時(shí)懸掛筒，焊好防滑筋后(在吊點(diǎn)主筋與加強(qiáng)箍位置雙面焊接16 cm長(zhǎng)φ32 mm防滑筋)用6個(gè)懸掛鉤托住，然后由專用吊具(見(jiàn)圖1)將連接器與鋼筋籠的8根主筋對(duì)接。鋼筋籠的懸掛定位及接長(zhǎng)通過(guò)“圓形懸掛環(huán)”來(lái)實(shí)現(xiàn)?！皥A形懸掛環(huán)”由卡板和支撐圓環(huán)兩部分組成，支撐圓環(huán)開(kāi)孔插[12槽鋼均勻受力，可以將鋼筋籠質(zhì)量均勻分配于環(huán)上，懸掛環(huán)支承于鋼護(hù)筒及施工平臺(tái)上(見(jiàn)圖2)。

3.7 水下混凝土灌注

圖1 正在吊裝作業(yè)的鋼筋籠吊具

圖2 鋼筋籠的圓形懸掛環(huán)

鋼筋籠安裝后，利用龍門吊或吊機(jī)下放導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。導(dǎo)管選用壁厚6 mm，直徑325 mm的無(wú)縫鋼管。導(dǎo)管初次使用前進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)，水密試驗(yàn)的水壓取為孔內(nèi)水深1.5倍的壓力以及導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力1.5倍兩者之中的較大值，經(jīng)過(guò)計(jì)算，水密承壓試驗(yàn)壓力需滿足≥2 430 kPa。導(dǎo)管安裝時(shí)，準(zhǔn)確測(cè)量每節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)度及安裝順序，并做好記錄。導(dǎo)管在開(kāi)始澆注混凝土前距離孔底面20～30 cm。

本工程單樁灌注量達(dá)807 m3，根據(jù)計(jì)算，初灌混凝土量為17.5 m3。采用C30高性能水下混凝土，所使用的拌合料應(yīng)滿足鐵路規(guī)范關(guān)于高性能混凝土的要求?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)滿足以下要求:坍落度180～220 mm，混凝土初凝時(shí)間≥23 h，粗骨料最大粒徑≤31.5 mm，并摻入密實(shí)劑，以減小混凝土的收縮，提高抗裂性及耐久性能。

混凝土灌注開(kāi)始后，快速連續(xù)進(jìn)行灌注，不得中斷，控制在12 h內(nèi)完成。灌注過(guò)程中，防止混凝土拌合物從漏斗頂溢出或從漏斗外掉入孔底，使泥漿內(nèi)含有水泥而變稠凝結(jié)，致使混凝土頂升困難。注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時(shí)在互相垂直的兩個(gè)方向上測(cè)量孔內(nèi)混凝土面高度，計(jì)算出導(dǎo)管埋深進(jìn)而確定導(dǎo)管的提升和拆除。導(dǎo)管提升時(shí)保持軸線豎直和位置居中，逐步提升。

灌注將近結(jié)束時(shí)，由于導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱高減小，超壓力降低，而導(dǎo)管外的泥漿及所含渣土稠度增加，相對(duì)密度增大。如此時(shí)出現(xiàn)混凝土頂升困難，可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注順利進(jìn)行。為確保樁頂混凝土質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)高程以上加灌混凝土80～100 cm。最后1段長(zhǎng)導(dǎo)管拔出時(shí)需緩慢進(jìn)行，以防止樁頂沉淀的泥漿順著導(dǎo)管壁滲入而形成泥心。并在最后拔管時(shí)適當(dāng)反插，以保證導(dǎo)管位置的混凝土密實(shí)度。

4 結(jié)語(yǔ)

北江特大橋主墩φ3.0 m的大直徑超深鉆孔樁，嵌巖最大厚度接近100 m，在工程中的應(yīng)用還較少，對(duì)其施工技術(shù)及組織安排可以說(shuō)是相當(dāng)大的考驗(yàn)。通過(guò)研究采取適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)和控制方法，樁基經(jīng)檢測(cè)全部為Ⅰ類。這是通過(guò)精心組織，采取有效的工藝及技術(shù)措施，確保施工過(guò)程順利以及有效控制成樁質(zhì)量的結(jié)果，所采取的工藝技術(shù)和控制方法，可為同類工程提供借鑒。

1)沖擊鉆機(jī)加上配套的氣舉反循環(huán)設(shè)備以及泥漿分離器在深厚的泥巖、泥質(zhì)砂巖中成孔施工，比全液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，成孔的質(zhì)量、進(jìn)度也能得到保證。

2)沖擊鉆機(jī)成孔施工時(shí)，采取有效的預(yù)防卡錘、掉錘措施，是可以避免發(fā)生卡錘、掉錘問(wèn)題的。

3)鉆孔樁的長(zhǎng)大鋼筋籠應(yīng)采取有效的起吊及支撐、懸掛定位方法，以控制鋼筋籠的起吊變形，加快鋼筋籠的安裝進(jìn)度。

[1]汪溯，李步云，戴晟春.湛江海灣大橋48號(hào)主墩超長(zhǎng)大直徑樁基施工[J].橋梁建設(shè)，2004(5):61-62.

[2]吳澤生，姚紅梅.舟山連島工程金塘大橋主通航孔橋海上樁基施工[J].鐵道建筑，2007(1):29-32.

[3]毛亮坤.氣舉反循環(huán)法在百米超長(zhǎng)鉆孔樁施工中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(S1):89-91.

[4]魏文云.福州鼓山大橋2#主墩鉆孔樁施工質(zhì)量控制[J].鐵道建筑，2010(10):11-14.

[5]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10203—2002鐵路橋涵施工規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2002.

Construction Technology of Large-diameter Bored Pile with Rock-socket Deep of 100-m Used on Guiyang-Guangzhou Railway Beijiang Bridge

CAO Yuhong，ZHOU Hanbin
(The First Construction Co.Ltd of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.Ltd.Guangzhou Guangdong 510500，China)

The pile foundation of the main pier in Beijiang super major bridge of Guiyang-Guangzhou Railway uses 3.0 m diameter bored piles，which have the characteristics of large diameter，nearly 100 m maximum thickness of rock-socket，over 120 m drilling depth，high quality requirements，high construction risk，short duration，etc.According to the characteristics of the project，the paper introduces the construction technology of the bored pile，including the construction of platform and trestle bridge，deploying of drilling equipment and drilling technology，production and installation of reinforcement cage，underwater concrete casting etc.，which can provide a reference for other similar projects.

100 m rock-socket;Large-diameter bored pile;Construction

U445.55+8

A

1003-1995(2012)06-0042-04

2011-11-18;

2012-03-05

曹玉紅(1982— )，女，廣東梅州人，助理工程師。

(責(zé)任審編 趙其文)