港珠澳大橋珠海連接線拱北灣大橋?yàn)I海復(fù)雜地層大直徑超深樁基施工質(zhì)量控制方案研究

丁 晶

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300222）

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港珠澳大橋珠海連接線拱北灣大橋?yàn)I海復(fù)雜地層大直徑超深樁基施工質(zhì)量控制方案研究

丁 晶

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300222）

摘要：港珠澳大橋珠海連接線拱北灣大橋位于伶仃洋拱北灣海域，水深2～7 m，樁基直徑1.5 m～2.0 m，樁長60～70 m，護(hù)筒深度30～40 m，樁身穿過淤泥層、砂層、孤石層等，所處地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地下巖層起伏，樁基均屬嵌巖樁。施工中采用護(hù)筒沉放控制、成孔質(zhì)量控制、泥漿質(zhì)量控制、鋼筋籠施工控制、水下灌注控制等多種施工措施保證質(zhì)量，形成一套可靠的控制方案，經(jīng)檢測表明成樁質(zhì)量良好，可為類似濱海復(fù)雜地層的樁基施工借鑒。

關(guān)鍵詞：港珠澳大橋?yàn)I海復(fù)雜地質(zhì)樁基施工質(zhì)量控制

1　工程概況

拱北灣大橋橫跨伶仃洋西部千米海域，東起珠澳口岸-人工島，西至珠海接線人工島，設(shè)現(xiàn)澆箱梁16聯(lián)，采用先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)形式，預(yù)制梁15孔，全橋長950 m。大橋所處海域水深2～7 m，樁身穿過淤泥層、砂層、孤石層等，所處地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地下巖層起伏，屬典型濱海海陸相交互沉積復(fù)雜地層，樁長60～70 m直徑有1.5 m、1.8 m、2.0 m三種，且均屬嵌巖樁，施工難度較大。

2　重難點(diǎn)分析

本橋所處地層復(fù)雜，樁基施工的重難點(diǎn)主要有：淤泥、砂層施工，孤石區(qū)施工，海域護(hù)筒安裝，以及泥漿質(zhì)量控制等。

2.1淤泥、砂層

樁基需穿越沉積的淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂層等特殊地層，平均厚度11.3～15.8 m，施工時極易產(chǎn)生塌孔、斷樁等事故。因此，施工中要通過采取提高泥漿性能、降低成孔速度、控制澆筑速度等措施確保成樁質(zhì)量，防止塌孔、斷樁事故的發(fā)生。

2.2長護(hù)筒安裝

護(hù)筒安裝是海上樁基施工的重點(diǎn)所在，護(hù)筒長度30～40 m，由于鋼護(hù)筒直徑大、單節(jié)長、接頭及埋設(shè)精度要求嚴(yán)格，護(hù)筒的制作和安裝過程需要嚴(yán)格控制，尤其是要保證精度和確保不滲不漏。

2.3 孤石區(qū)

橋址區(qū)孤石隨機(jī)分布，而且形狀大小各異、厚度不一，孔內(nèi)狀況復(fù)雜，穿透孤石成孔難度較大，易產(chǎn)生卡鉆、斜孔、掉鉆頭、塌孔等事故，成孔速度也較慢，將嚴(yán)重影響施工的正常進(jìn)度。為保證順利施工，需要在樁基施工前進(jìn)行補(bǔ)充勘探，根據(jù)勘探情況，采取爆破、沖擊鉆進(jìn)等處理措施。

孤石取樣照片

2.4泥漿質(zhì)量控制

泥漿的主要作用是增大孔壁內(nèi)側(cè)靜壓力，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，主要控制的指標(biāo)有比重、粘度、膠體率、PH值、含砂率五項(xiàng)指標(biāo)。每一項(xiàng)性能指標(biāo)的變化都會直接影響鉆進(jìn)成孔與孔壁的穩(wěn)定性、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及孔內(nèi)事故的預(yù)防和成樁作業(yè)各工序的工藝狀態(tài)，并對成樁質(zhì)量帶來明顯而直接的影響。因此，泥漿性能成為鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的關(guān)鍵保證措施之一，要嚴(yán)格控制其參數(shù)。

3　樁基施工質(zhì)量控制技術(shù)

3.1護(hù)筒制作與安裝

3.1.1護(hù)筒制作

水上鉆孔樁的鋼護(hù)筒內(nèi)徑采用φ1.8 m、φ2.1 m，φ2.3 m三種，1.8 m鋼護(hù)筒壁厚14 mm，2.1 m鋼護(hù)筒壁厚16 mm，2.3 m鋼護(hù)筒壁厚16 mm，長度30～40 m，護(hù)腳50 cm范圍內(nèi)進(jìn)行加勁，防止變形和起卷。

3.1.2護(hù)筒安裝

（1）設(shè)備選用

鋼護(hù)筒采取履帶吊接振動錘后吊裝插打。振動錘選型時按激振力P＞土的動摩阻力R減去護(hù)筒和振動錘的自重G進(jìn)行選擇，經(jīng)計(jì)算，護(hù)筒振動下沉到位時，P=480 kN，選用中-160型振動錘，其額定激振力為960kN。

（2）測量定位

準(zhǔn)確測量定位并固定好導(dǎo)向架，向?qū)蚣軆?nèi)插入護(hù)筒。

（3）精度控制

在鉆孔平臺上安裝剛度較大的導(dǎo)向裝置對鋼護(hù)筒進(jìn)行定位，保證鋼護(hù)筒定位精度。鋼護(hù)筒精度要求：平面中心位置≤50 mm，傾斜度≤0.5 %。

3.1.3護(hù)筒滲漏處理

在施工過程中曾發(fā)生過護(hù)筒滲漏問題，應(yīng)注意以下兩個方面，一要保證護(hù)筒沉入到設(shè)計(jì)深度，且要保證接頭焊接質(zhì)量，不發(fā)生滲漏；二是發(fā)生滲漏后，可采取回填、壓注水泥漿或雙液漿等方法處理。

3.2成孔質(zhì)量控制

3.2.1孤石處理

拱北灣大橋部分樁基地層中存在大量孤石，其主要成分為中—微風(fēng)化的新鮮巖體，孤石產(chǎn)狀各異，其垂直厚度一般為0.2～6 m左右。大型孤石一般呈集聚型分布，鄰近一般都有數(shù)個大小不一的孤石就近分布，這些孤石致密堅(jiān)硬，難以穿過，且容易誤判為樁端持力層，若采取常規(guī)施工方法進(jìn)行施打，則穿透孤石成孔難度較大，在類似地層中施工鉆孔樁鉆進(jìn)效率低，鉆具壽命短，同時在鉆孔施工過程中也會產(chǎn)生卡鉆、斜孔、掉鉆頭、塌孔等事故，成孔速度也較慢，嚴(yán)重影響施工的正常進(jìn)度。通過對影響樁基施工的各種因素進(jìn)行綜合考慮，最終決定采取鉆孔爆破法，對孤石較多的樁基地層進(jìn)行爆破，之后再進(jìn)行沖孔施工。爆破采用水下爆破方式。

3.2.2泥漿性能

本項(xiàng)目所穿地層復(fù)雜，泥漿性能將直接決定成樁質(zhì)量，只有保證施工各階段的泥漿質(zhì)量，才能確保樁基質(zhì)量。泥漿主要結(jié)合濱海地區(qū)的特點(diǎn)，采用控制比重、粘度、膠體率、PH值、含砂率五項(xiàng)指標(biāo)的方法保證泥漿質(zhì)量。

制漿采用膨潤土和自來水，分散劑選用純堿。將膨潤土、水、純堿按比例制成漿。正常施工情況下每4小時測定一次泥漿性能指標(biāo)，以確?？變?nèi)泥漿的質(zhì)量，調(diào)漿的藥品可選用，PAC、純堿、CMC、鐵絡(luò)鹽、纖維素等，施工過程中要根據(jù)泥漿的性能不斷調(diào)整。為保證循環(huán)過程中除砂效率，要配置專用的除砂器和除砂篩。表1為現(xiàn)場的泥漿控制指標(biāo)。

表1　現(xiàn)場泥漿控制指標(biāo)

3.2.3鉆孔施工

（1）砂層

在砂質(zhì)等松散層開孔或鉆進(jìn)時，可按1︰1投入粘土和小片石（粒徑不大于15 cm），用小沖程反復(fù)沖擊，使泥膏，片石擠入孔壁。沖擊鉆鉆進(jìn)過程中，必須勤松繩，少量松繩，防止打空錘，避免鋼絲繩承受過大的意外荷載而遭受破壞，取渣后及時補(bǔ)入新鮮泥漿以保證護(hù)筒內(nèi)水頭，漿面要高出水平面4 m以上。

（2）孤石區(qū)

該類地層采用沖擊法和爆破法相結(jié)合的鉆進(jìn)方式。沖擊法是向孔內(nèi)拋填片石或卵石，吊住鉆桿控制進(jìn)尺，減速鉆進(jìn)，然后利用泥漿循環(huán)或抽渣的方式來排除碎塊。樁錘可以采用加重錘，錘芽部分可焊接合金鋼或鋼軌，以提高破碎石的能力。

3.2.4清孔質(zhì)量控制

分多次清孔，混凝土澆筑前的控制指標(biāo)是：孔底沉碴厚度＜100 mm，比重1.1～1.12，粘度16～18 Pa·s，含砂率＜1 %，膠體率95 %以上。

3.3鋼筋籠制作和安裝控制

（1）鋼筋籠分節(jié)加工，現(xiàn)場接高下沉，采用胎具加工，運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)置專用吊具設(shè)備，防止吊裝、運(yùn)輸時損壞和變形。在鋼筋籠外側(cè)設(shè)“Ω”形環(huán)，保證鋼筋保護(hù)層符合設(shè)計(jì)要求，鋼筋籠縱向φ25mm以上主筋采用機(jī)械連接。

（2）對接時，兩節(jié)籠子之間上下中心線保持順直一致，對接完成后，順樁孔自然下放。入孔定位時高程符合設(shè)計(jì)要求。

（3）下放到位后，將鋼筋籠有效固定，防止灌注混凝土?xí)r移位和上浮?？稍跐M足設(shè)計(jì)的條件下適當(dāng)減少底部箍筋的間距和數(shù)量，以減小混凝土對鋼筋籠的沖擊力。

（4）聲測管壁厚3 mm，直徑60 mm，連接時注意采取保護(hù)措施，確保接頭不漏水、位置安裝正確。

3.4水下灌注質(zhì)量控制措施

3.4.1水下灌注混凝土性能參數(shù)控制

混凝土強(qiáng)度等級采用C40，塌落度控制在18～22 cm，初凝時間控制在14 h，施工中要嚴(yán)格控制性能指標(biāo)，確保和易性良好。

3.4.2水下混凝土灌注控制

（1）灌注采用φ325 mm大直徑導(dǎo)管，使用前要進(jìn)行水密性試驗(yàn)，確保連接的可靠性。

（2）首批灌注混凝土的數(shù)量須滿足導(dǎo)管底首次埋置深度1.0 m以上，并不大于3 m。首批混凝土灌入孔底后，立即測探孔內(nèi)的混凝土面高度，控制導(dǎo)管埋設(shè)深度。

（3）灌注開始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)地進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工，注意觀察導(dǎo)管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時測量孔內(nèi)混凝土面高度，計(jì)算導(dǎo)管埋置深度，確保導(dǎo)管埋置深度≥2 m，不超過6 m。測量次數(shù)不小于導(dǎo)管的節(jié)數(shù)，應(yīng)在每次提升到管前，測量一次管內(nèi)外混凝土的高度。在設(shè)計(jì)高程以上加灌不小于0.5 m的混凝土，確保樁頂質(zhì)量。

（4）在灌注接近結(jié)束時，由于導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱的高度減小，超壓力降低，而孔內(nèi)的泥漿及所含渣土稠度增加，相對密度增大，如果在這種情況下混凝土頂升困難，可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿，并挖出部分沉淀土。

3.4.3水下混凝土灌注速度控制

水下混凝土灌注應(yīng)連續(xù)、快速進(jìn)行，避免坍孔和泥漿沉淀過厚。每根樁灌注時間盡量控制在10小時以內(nèi)，為保證頂層混凝土的流動性，方便導(dǎo)管提升，每小時灌注高度最好大于10 m。

準(zhǔn)確記錄混凝土的灌注情況，應(yīng)包括：灌注時間、混凝土面的深度、導(dǎo)管埋深、導(dǎo)管拆除以及發(fā)生的異?，F(xiàn)象，要作好詳細(xì)的記錄。

4　結(jié)語

經(jīng)過以上綜合措施的應(yīng)用，經(jīng)超聲波無損檢測和取芯檢測，樁基質(zhì)量良好，符合相關(guān)規(guī)范要求，為以后海濱復(fù)雜地層大直徑超深樁基施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)，提供成熟的可操作性強(qiáng)的方案及方法。

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On the Quality Control Plan for Construction of Large Diameter Deep Pile Foundation in Complex Formation of Gongbei Bay Bridge in Zhuhai Connection Line for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

DING Jing
（China Railway 18th Bureau Group Co., Ltd Tianjin 300222 China）

Abstract：Gongbei Bay Bridge in Zhuhai Connection Line for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge is located in the sea area of Gongbei Bay in Linddingyang. The water is 2-7 meters in depth. The pile diameter is 1.5-2.0 meters, the pile length is 60-70 meters, and the depth of pile casting is 30-40 meters. Piles go through the silt layer, sand layer, boulder layer and so on. The formation where piles are located is complex in structure. And the underground rock formation fluctuates. So socketed piles are adopted. Many construction measures are adopted to guarantee the quality, such as control of immersed pile casting, quality control of borehole, mud quality control, reinforcing cage construction control, control of underwater cast-in-place and so on. Thus a set of reliable control scheme is formed, which is proved to be excellent in ensuring the quality of piling. And it is of great reference value for similar complex formation in coastal area.

Key words：Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge coastal area complex geology construction of pile foundation quality control

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：中國分類號：U445A

文章編號：1673-1816（2016）01-0010-05

收稿日期：2015-11-18

作者簡介：丁晶，女，遼寧撫順人，本科，工程師，研究方向橋梁工程。