五峰山長江特大橋4號墩鉆孔樁施工關(guān)鍵技術(shù)

陶 俊 中鐵大橋局集團第四工程有限公司

史良洪 馮傳寶 中國鐵路上海局集團有限公司南京鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

1 工程概況

新建連鎮(zhèn)鐵路五峰山長江特大橋為連鎮(zhèn)鐵路跨越長江的一座特大型橋梁，為全線的重點控制性工程。五峰山長江特大橋主橋為 (84+84+1092+84+84)m鋼桁梁公鐵兩用懸索橋，主梁上層采用設(shè)計行車速度為100 km/h的雙向八車道公路橋面，下層采用250 km/h雙線客運專線及200 km/h預(yù)留雙線客運專線（見圖1）。

圖1 五峰山長江大橋橋型立面布置圖（m）

主橋4號墩為南岸臨江陸地主塔墩，基礎(chǔ)采用左右塔柱分離式承臺(中間設(shè)系梁連接)、群樁基礎(chǔ)形式，共計布置67根φ2.8 m鉆孔樁。承臺上游側(cè)布置35根，下游布置32根，樁基呈梅花型布置，縱向7排，橫向13排，行間距為5.1 m和5.8 m。由于上、下游巖面埋深差異較大，故上下游鉆孔樁采用長短樁設(shè)計。其中，下游側(cè)為短樁，樁長50 m～95 m，上游側(cè)為長樁，樁長65 m～128 m。端承樁設(shè)計，要求上游樁尖嵌入弱風化石英閃長斑巖不小于22 m，下游樁尖嵌入微風化凝灰質(zhì)砂巖不小于4.5 m。鋼護筒15 m參與受力，設(shè)計直徑3.2 m、壁厚25 mm。鉆孔樁具體布置見圖2。

圖2 主橋4號墩鉆孔樁布置圖（cm）

2 工程地質(zhì)

4號墩上游側(cè)表層為拋石及塊石填土。拋石及塊石以下為覆蓋層，覆蓋層上部為填土，厚約5 m～6 m，中部為軟塑狀粉質(zhì)黏土，厚15 m～35 m，下部為硬塑～堅硬狀粉質(zhì)黏土，局部含碎石，厚25 m～30 m?；鶐r以含礫凝灰質(zhì)泥巖為主，不均勻夾雜凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)角礫巖，底部為燕山期侵入的石英閃長斑巖，弱風化基巖面高程在-44 m～-56 m（地面高程為+6.5 m），巖體強度較低且軟硬不均?；鶐r受石英閃長斑巖侵入影響，巖體破碎，巖塊強度變化大。

4號墩下游側(cè)地表覆蓋層為粉質(zhì)黏土、含碎石粉質(zhì)黏土，覆蓋層層厚約30 m～40 m。覆蓋層以下為強風化、弱風化凝灰質(zhì)砂巖。樁基持力層為微風化凝灰質(zhì)砂巖，強度高，天然抗壓強度達 36 MPa～42 MPa，最大達 90 MPa～120 MPa。

3 主要施工難點

4號墩鉆孔樁采用陸上施工方法施工。在清理場地、插打鋼護筒并完成混凝土鉆孔平臺施工后，采用回旋鉆機+沖擊鉆組合完成鉆孔施工。然后分節(jié)安裝鋼筋籠，采用氣舉反循環(huán)法清孔。泥漿指標及孔底沉淀層厚度滿足設(shè)計及規(guī)范要求后，采用垂直導(dǎo)管法完成水下混凝土灌注。

4號墩鉆孔樁主要施工難點如下：

（1）4號墩場地原狀為砂石料碼頭，碼頭表層約3 m～6 m深的素填土內(nèi)夾雜鋼筋、碎磚等建筑垃圾，臨江側(cè)地表以下5 m～7 m范圍內(nèi)分布有原碼頭防護拋填的粒徑30 cm～50 cm塊石，嚴重影響鉆孔樁鋼護筒插打。且設(shè)計要求鋼護筒15 m參與受力，即鋼護筒需自地面下沉約24 m至-17.5 m高程，下沉深度較深，下沉阻力非常大。

（2）4號墩鉆孔樁為直徑2.8 m，最長128 m的大直徑超長鉆孔樁，孔深最大可達135 m，進入巖層深度深，持力層巖石強度高，對鉆機性能要求非常高。樁位巖體較為破碎，裂隙發(fā)育，且存在軟硬不均現(xiàn)象，鉆孔過程中有漏漿塌孔的風險，成孔施工難度非常大。

（3）地質(zhì)巖層走向傾斜較大，最大傾角可達45°，單根鉆孔樁直徑范圍內(nèi)巖面高差約2.8 m，對鉆孔過程中孔身垂直度控制極為不利。

（4）巖層分布不均，上下游差異較大，且軟硬巖層交替，鉆孔施工較為困難，應(yīng)選擇合適的鉆孔設(shè)備，在鉆孔過程中，泥漿和鉆進參數(shù)的選擇成為鉆孔樁成敗的關(guān)鍵。

針對以上難點，從場地布置、鋼護筒施工、鉆機選型、泥漿指標和循環(huán)、鉆進程序控制等方面制定措施，確保主橋4號墩鉆孔樁順利完成。

4 關(guān)鍵技術(shù)措施

4.1 場地布置

鋼護筒施工完成后,上下游圓端承臺區(qū)填筑石渣，澆筑20cm厚地坪砼形成鉆孔平臺。同時布設(shè)泥漿溝槽用于廢棄泥漿的回收利用。布置兩臺100 t門吊用于鉆機拼裝、移位及鋼筋籠下放等吊裝作業(yè)，門吊跨度為55 m，主鉤額定吊重量為100 t，副鉤額定吊重量為25 t。另在上、下游各布置一臺TC7035B-16型塔吊用于吊裝鉆桿、導(dǎo)管等輔助吊裝作業(yè)。

4.2 鋼護筒施工

鋼護筒插打采用大小護筒套打的方法，先埋設(shè)φ3.4 m工具護筒，采用沖擊鉆在工具護筒內(nèi)鉆孔至標高-2.5 m進行清障，安裝導(dǎo)向架，利用250 t履帶吊配合YZ230振動錘進行鋼護筒插打，將φ3.2 m工作護筒插打至設(shè)計標高-17.5 m后，拔除工具護筒并用砂回填。工作護筒內(nèi)徑為φ3.2 m，壁厚δ=25 mm，材質(zhì)為Q345C，護筒長度25.6 m，底節(jié)15.6 m為永久鋼護筒。

鋼護筒垂直度控制在1/200以內(nèi)，平面位置偏差不大于50 mm。為確保鋼護筒的插打精度，采取以下控制措施：

（1）在樁位處設(shè)置導(dǎo)向架，導(dǎo)向架采用錨固筋與地面錨固。

（2）插打過程中采用兩臺全站儀進行實時觀測，控制垂直度。

（3）鋼護筒插打標準采取設(shè)計護筒底標高為準，鋼護筒插打到位后，將+7.2 m以上多余部分割除，然后拔出工具護筒，并用砂回填（見圖3）。

圖3 底節(jié)鋼護筒定位

實踐證明，采用套打技術(shù)，在順利穿透不利地層的同時有效的降低了插打?qū)φ駝渝N的需求，經(jīng)過50天的插打，67根護筒全部順利插打到位，其護筒垂直度最大偏差為10 cm，滿足設(shè)計要求。

4.3 鉆機選型

根據(jù)上下游不同地質(zhì)情況，合理選擇鉆機，在滿足施工要求的情況下使設(shè)備利用率達到最大化：

上游側(cè)為長樁，樁長65 m～128 m?；鶐r以含礫凝灰質(zhì)泥巖為主，不均勻夾雜凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖、凝灰角礫巖，底部為燕山期侵入的石英閃長斑巖，巖體強度較低且軟硬不均。布置6臺KTY4000型鉆機進行施工。

下游側(cè)為短樁，樁長50 m～65 m。地基為微風化凝灰質(zhì)砂巖，強度高，天然抗壓強度達36 MPa～42 MPa，最大達90 MPa～120 MPa，布置6臺JKL-16型沖擊鉆進行施工。

鉆孔順序按照優(yōu)先岸側(cè)、相鄰樁不得同時開鉆、先長樁后短樁的原則進行。

4.4 泥漿指標及循環(huán)

在鉆孔施工過程中泥漿的凈化采用機械強制凈化。每臺鉆機配1臺250 m3/h泥漿分離器及1個沉渣桶。沉渣箱和泥漿分離器布置在鉆孔平臺臨江側(cè)，通過泥漿管與鉆機（回旋鉆機）/鉆孔內(nèi)泥漿泵（沖擊鉆）連接。鉆孔時鉆機排出的帶渣泥漿抽至沉渣桶，經(jīng)過篩網(wǎng)過濾，去除粒徑大于10 mm的鉆渣，然后流入泥漿分離器進行凈化處理后通過回漿管路流回孔內(nèi)。分離出的鉆渣通過溜槽排放至渣船上（見表1、表2）。

表1 回旋鉆機各地層泥漿控制指標

表2 沖擊鉆機各地層泥漿控制指標

4.5 鉆進程序控制

（1）開孔節(jié)段，檢查鉆機平面位置及垂直度符合要求后，開始鉆進作業(yè)，先進行反壓循環(huán)，置換孔內(nèi)泥漿并觀察鉆桿有無漏水情況。然后進行正常鉆進，并且做好鉆進記錄。

（2）針對不同地層采用相應(yīng)的鉆頭及鉆壓、鉆速、進尺速度，以最大限度的滿足施工需要和降低鉆機設(shè)備損耗。相關(guān)鉆進數(shù)據(jù)見表3、表4。

表3 覆蓋層鉆進數(shù)據(jù)表

表4 巖層鉆進數(shù)據(jù)表

（3）針對大傾斜巖面容易導(dǎo)致斜孔采取的措施有：①開鉆前，對鉆機進行抄平。②杜絕鉆進過程中鉆桿、鉆架大幅擺動，力爭平穩(wěn)鉆進。③用吊線法測量鉆桿和沖繩的垂直度，發(fā)現(xiàn)垂直度超標，及時糾偏。④采用“進二退一”的鉆孔方法，結(jié)合掃孔時的扭矩大小判斷孔的垂直度。⑤通過渣樣變化來判斷地層的變化，以便及時調(diào)整鉆進參數(shù)，預(yù)防斜孔。⑥密切注意鉆機在鉆進過程中的鉆機轉(zhuǎn)速、鉆壓、沖程等狀態(tài)參數(shù)的變化，并根據(jù)鉆頭標高判斷其所處地層情況，調(diào)整合適的鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖程。

（4）終孔時終孔標高以鉆孔平臺頂面為基準測定，采用鉆桿長度和測繩測量相互校核。

（5）鉆孔至設(shè)計標高后，回旋鉆將鉆頭提離孔底5 cm～10 cm，鉆機慢速旋轉(zhuǎn)進行氣舉反循環(huán)抽漿清孔；沖擊鉆機采取導(dǎo)管氣舉反循環(huán)清孔，同時調(diào)整泥漿性能以滿足鋼筋籠安裝要求。

（6）當?shù)?次清孔完畢，采用超聲波檢測儀檢查孔徑、孔斜等，檢測結(jié)果均滿足設(shè)計和規(guī)范要求后方可進行鋼筋籠安裝及第2次清孔。當孔底沉渣小于5 cm時，方可灌注混凝土。

5 結(jié)束語

五峰山長江特大橋4號墩于2016年1月18日施工第1根鉆孔樁，于2016年10月24日完成最后1根鉆孔樁的施工，總歷時281天，針對該墩磚石覆蓋層、大斜巖面、超硬巖質(zhì)、巖層分布不均、軟硬巖層交替等情況，通過采取澆筑混凝土平臺、鋼護筒套打、合理的設(shè)備選型、泥漿控制及鉆進參數(shù)控制等措施，特別時采用鋼護筒套打技術(shù)和根據(jù)不同地質(zhì)選取不同的鉆機設(shè)備，有效保證了鉆孔樁的成孔質(zhì)量，最終順利完成全部鉆孔樁施工。經(jīng)超聲波檢測顯示67根樁基均為Ⅰ類樁。