澳凼第四條跨海大橋工程中超大直徑入巖樁施工工藝關(guān)鍵技術(shù)分析探討

沈朝旭

摘? 要：鉆孔樁技術(shù)在跨海工程建設(shè)中的應(yīng)用不僅降低施工的時(shí)間成本、人員成本、工程量以及相關(guān)物料的成本同時(shí)也為跨海工程質(zhì)量提供優(yōu)質(zhì)保障。國(guó)內(nèi)首次采用超大直徑護(hù)筒入巖施工工藝并利用可視化系統(tǒng)的旋挖鉆機(jī)配合施工，解決了全回轉(zhuǎn)下護(hù)筒至中風(fēng)化巖面的難題，確保工程建設(shè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行，同時(shí)也為今后類似工程提供相關(guān)參考資料。

關(guān)鍵詞：跨海工程? 全套管全回轉(zhuǎn)? 質(zhì)量控制? 關(guān)鍵點(diǎn)? 施工? 工藝

中圖分類號(hào)：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（b）-0018-06

Abstract： The application of bored pile technology in the construction of cross-sea projects not only reduces construction time cost， personnel cost， engineering quantity and cost of related materials， but also provides high-quality guarantee for the quality of cross-sea projects. For the first time in China， the super-large-diameter protective tube into the rock construction technology and the use of the visualization system of the rotary drilling rig to cooperate with the construction have solved the problem of the full-rotation lower protective tube to the medium weathered rock surface， ensuring the smooth progress of the construction project， and also? provides relevant reference materials for the future similar project.

Key Words： Cross-sea engineering; Full-pipe full-turn; Quality control; Key points; Construction; Technology

1? 工程概況

澳水第四條跨海大橋起自澳門新城區(qū)填海A區(qū)東側(cè)，與港珠澳大橋口岸人工島連接，跨越外港航道、往內(nèi)港航道，在澳門新城區(qū)填海E區(qū)登陸。主線全長(zhǎng)約3. 085km，其中跨海段長(zhǎng)約2.86km，設(shè)置2個(gè)通航孔。如圖1所示。主橋?yàn)?聯(lián)下承式連續(xù)鋼桁梁橋，橋跨布置為（202.5m+280.0m+202.5m），全長(zhǎng)1370m。主橋采用鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)，單箱雙室墩身，鋼桁+鋼箱+挑臂形式鋼梁。主墩基礎(chǔ)鉆孔樁直徑2.8m，12根，樁長(zhǎng)60～98m，樁距6m，承臺(tái)尺寸23m×17m×6m;邊墩直徑2.8m，9根，樁長(zhǎng)57.5～84.5m，樁距6m，承臺(tái)尺寸為17m×17m×4.5m。本項(xiàng)目有4個(gè)主墩分別為Z1、Z2、Z3、Z4，每個(gè)主墩12根鉆孔樁，有3個(gè)過渡墩分別為 G1、G2、G3，每個(gè)過渡墩9根鉆孔樁，鉆孔樁樁徑皆為 Φ2800，嵌巖段Φ2600，總計(jì)75根。

2? 工程重難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)分析

根據(jù)以往在類似項(xiàng)目中的施工經(jīng)驗(yàn)以及在施工過程中遇到的問題，會(huì)同各方面技術(shù)專家對(duì)本工程樁基施工進(jìn)行研究和分析，確定本工程樁基施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)見表1所示。

2.1 孤石問題采取的措施

孤石在本工程樁中較為普遍，多分布在強(qiáng)風(fēng)化中，根據(jù)揭露的孤石層顯示，孤石是護(hù)筒下放的一個(gè)難點(diǎn)。孤石一般如圖2三種方式會(huì)影響護(hù)筒的下放問題，若孤石層相對(duì)穩(wěn)定的，全套管鉆機(jī)直接切削下放鋼護(hù)筒不受影響，若孤石不穩(wěn)定，易隨著套管轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，圖2（c）不存在這種問題，圖2（a）和圖2（b）出現(xiàn)這種問題時(shí)，針對(duì)圖2（a）旋挖鉆機(jī)使用漏斗狀鉆頭取土，讓孤石滑落后掏出，針對(duì)圖2（b）旋挖鉆機(jī)配合壓住孤石，全套管鉆機(jī)切削，孤石破碎后取出，若現(xiàn)場(chǎng)護(hù)筒較高不具備旋挖鉆機(jī)掏孔時(shí)，則直接采取沖錘破碎孤石后繼續(xù)下放鋼護(hù)筒。動(dòng)力部分采用ZRT320H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及動(dòng)力站如圖3、圖4、圖5所示。

2.2 護(hù)筒下放問題

因該地區(qū)覆蓋層厚度厚，中風(fēng)化起始面深，鋼護(hù)筒壁厚相對(duì)較薄，故護(hù)筒下放難度較大，全套管鉆機(jī)可以很好的解決這一難題。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)屬于貝諾特工法鉆機(jī)的一種。貝諾特工法的實(shí)質(zhì)是沖抓斗跟套管鉆進(jìn)，具體施工原理為：利用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)，使鋼套管與土層間的摩阻力大大減小，邊加轉(zhuǎn)邊壓入，同時(shí)利用沖抓斗、沖擊錘挖掘取土或旋挖取土，直至套管下到樁端持力層為止。如圖6所示本工程為加快取土的速度，故計(jì)劃采用旋挖鉆機(jī)取土，對(duì)吊車的依賴性較小。

3? 鉆孔樁施工方案

3.1? 各墩臺(tái)施工方法對(duì)比

如表2所示。

3.2 鋼護(hù)筒下放工藝選擇

采用大型全套管全回轉(zhuǎn)的施工工藝并利用可視化系統(tǒng)的旋挖鉆機(jī)配合施工。鋼護(hù)筒下放一般有以下幾種方法：打樁船法、振動(dòng)錘法、液壓沖擊錘法、搓管機(jī) 法、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)法，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，部分墩臺(tái)下放鋼護(hù)筒長(zhǎng)度長(zhǎng)且有多層孤石層分布，綜合考慮全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)法沉放護(hù)筒最為安全、高效，保證護(hù)筒能夠沉放至指定位置;振動(dòng)錘及液壓沖擊錘法到后期無法保證護(hù)筒能夠較為高效的沉放至指定位置，全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)相對(duì)搓管機(jī)動(dòng)力更足，極大的保證了套管的沉放。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，本工程適用反循環(huán)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及旋挖鉆機(jī)成孔，旋挖鉆機(jī)相對(duì)反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)更加敏捷，場(chǎng)地占地小，靈活且成孔速度快;但旋挖鉆機(jī)有其自身的缺陷，成孔孔深相對(duì)反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)短，故針對(duì)Z2、Z3、Z4、G2四個(gè)墩臺(tái)，計(jì)劃配備4臺(tái)反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)接力終孔，旋挖鉆機(jī)配合全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)沉放鋼護(hù)筒;針對(duì) G1、G2、Z1三個(gè)墩臺(tái)，孔深淺，計(jì)劃直接配備旋挖鉆機(jī)成孔，提高成孔效率。

3.3 清孔工藝

因本工程地處海域環(huán)保要求嚴(yán)格，且護(hù)筒下放至中風(fēng)化起始面，計(jì)劃采用清水孔施工法，不使用泥漿，解決了泥漿排放問題，更加環(huán)保;清孔選擇氣舉反循環(huán)法清孔，終孔驗(yàn)收后，下放導(dǎo)管、風(fēng)管，連接空壓機(jī)，將底部的鉆渣通過導(dǎo)管排出，鉆渣通過篩網(wǎng)濾除，孔內(nèi)水回流至孔內(nèi)。清孔結(jié)束后安放鋼筋籠，鋼筋籠安裝完成后重新測(cè)量孔底沉渣，進(jìn)行二次清孔，二次清孔同樣采用氣舉反循環(huán)法，清孔結(jié)束半小時(shí)內(nèi)開始 混凝土的灌注作業(yè)。

3.4 護(hù)筒安放

3.4.1 護(hù)筒加工

Z2，Z3，Z4，G2墩各鉆孔樁鋼護(hù)筒采用螺旋管，壁厚22mm （建議采用26mm），建議采用Q345B的鋼材，護(hù)筒最底部1m加厚為50mm，其余為22mm，鋼護(hù)筒底部布合金刀頭，鋼護(hù)筒內(nèi)每隔3m設(shè)置一個(gè)15cm寬的肋板，板厚22 mm。施工完成鋼護(hù)筒不拔出，為永久鋼套管。G1、G2、Z1墩各鉆孔樁鋼護(hù)筒采用螺旋管，壁厚26mm，建議采用Q345B的鋼材，護(hù)筒最底部1m加厚為50mm，其余為26mm，鋼護(hù)筒底部布合金刀頭，施工完成鋼護(hù)筒不拔出，為永久鋼套管。鋼護(hù)筒在廠內(nèi)加工完成后分節(jié)段運(yùn)輸。根據(jù)護(hù)筒長(zhǎng)度、重量、運(yùn)輸方便及吊裝施工設(shè)備能力，將護(hù)筒分節(jié)加工。其中，底節(jié)加工30m，其余節(jié)段12m。

3.4.2 鋼護(hù)筒運(yùn)輸與吊裝

鋼護(hù)筒加工完畢后船運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。由于護(hù)筒直徑大，為防止鋼護(hù)筒在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)失圓和變形，在鋼護(hù)筒的上、下口及中間位置焊接十字（或米字）支撐。為保證鋼護(hù)筒起吊時(shí)不變形，采用橫吊梁頂端吊兩點(diǎn)、底部吊一點(diǎn)的方法進(jìn)行吊裝。同時(shí)起吊頂部和底部吊點(diǎn)，使鋼護(hù)筒離開船體約2.0m，然后提升頂部吊點(diǎn)、底部吊點(diǎn)不動(dòng)，使鋼護(hù)筒由平臥變?yōu)樾钡?，慢慢起吊?0°后，拆除底部吊點(diǎn)，割除護(hù)筒內(nèi)十字支撐和底部吊耳，直起吊護(hù)筒入孔。如圖7所示。

3.4.3 護(hù)筒焊接

因本工程焊接護(hù)筒工作單一，護(hù)筒焊接計(jì)劃采用焊接機(jī)器人焊接，焊接機(jī)器人既能保證焊接速度，又能保證焊接的質(zhì)量，這樣為整個(gè)工程進(jìn)度節(jié)省了部分時(shí)間。如圖8所示。

4? 墩臺(tái)鉆孔樁成孔專項(xiàng)施工方案

4.1 Z2、Z3、Z4、G2墩臺(tái)鉆孔樁成孔專項(xiàng)施工方案

4.1.1 鉆機(jī)就位成孔

鉆機(jī)就位前應(yīng)對(duì)鉆機(jī)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，鉆機(jī)安裝后的底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，就位核對(duì)好中心后，開始鉆孔，接力鉆孔開始前應(yīng)低壓慢速鉆進(jìn)，鉆至1. 0m左右后開始正常鉆進(jìn)。

4.1.2 成孔鉆進(jìn)

（1）操作人員隨時(shí)觀察鉆桿是否垂直，并通過深度計(jì)算器控制深度;

（2）當(dāng)旋挖斗鉆頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鉆頭時(shí)，底板切削板和筒體翻板的后邊對(duì)齊，鉆屑進(jìn)入簡(jiǎn)體，裝滿一斗后，鉆頭逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，底板由定位塊定位并封死底部開口之后，提升鉆頭到地面卸土。

（3）開始鉆進(jìn)時(shí)采用低速鉆進(jìn)，鉆土重量應(yīng)控制在鉆具重量的20%，以保證孔位不產(chǎn)生偏差。

（4）鉆護(hù)筒下3m可采用高速鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度與壓力有關(guān)，采用鉆頭與鉆桿自動(dòng)摩擦加壓，150Mpa下，進(jìn)尺速度為20cm/min; 200Mpa壓力下，進(jìn)尺速度為30cm/min鉆孔;260Mpa壓力下，進(jìn)尺速度為50cm/min鉆孔。

（5）通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升、卸土和泥漿支撐護(hù)孔壁，反復(fù)循環(huán)成孔。

（6）鉆孔作業(yè)采用分班工作連續(xù)進(jìn)行記錄。

（7）鉆孔過程中還應(yīng)經(jīng)常注意地層變化，根據(jù)不同地層采用不同的鉆進(jìn)速度。在地層變化處撈取渣樣，判明后記入鉆孔記錄表中，并對(duì)照設(shè)計(jì)資料繪制地質(zhì)剖面圖。

（8）成孔過程中及時(shí)補(bǔ)水，保證在成孔過程中泥漿面始終高于地表水面1.5m以上，保證孔內(nèi)水壓力與孔外水壓力相對(duì)平衡，避免塌孔事故的發(fā)生。

4.2 中風(fēng)化起始面的判定

嵌巖起始面的確定由現(xiàn)場(chǎng)施工人員提供巖渣樣，由項(xiàng)目部技術(shù)人員初審后，提交甲方并會(huì)同監(jiān)理進(jìn)行確定。鉆機(jī)鉆頭進(jìn)入中風(fēng)化巖層的根據(jù)是：

（1）地質(zhì)勘探報(bào)告描述的中風(fēng)化巖層標(biāo)高處;

（2）鉆機(jī)鉆進(jìn)速度明顯減弱（以記錄為準(zhǔn)）;

（3）正循環(huán)排渣中收集或泥漿懸浮攜帶上來的鉆渣物明顯變化（建議任意抓一把中含有70%以上中風(fēng)化巖渣）。

在鉆頭入巖初期應(yīng)堅(jiān)持每隔10cm取一袋渣樣（每袋渣樣量約有5cm×5cm×5cm，保持8袋以上，必要時(shí)保持10袋以上），即80～100cm深度的巖渣樣。起始面確認(rèn)后的鉆進(jìn)施工中，仍應(yīng)每隔30～50cm提取并保留渣樣至終孔。

4.3 終孔判定

滿足兩者其中一個(gè)條件即可達(dá)到終孔條件，假如出現(xiàn)第一種情況，中風(fēng)化起始面的判定通過旋挖鉆機(jī)取出的巖樣比對(duì)地質(zhì)勘探報(bào)告中描述的相同標(biāo)高處巖樣性狀、旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)速度和巖樣占有比例（入巖以70%為宜，終孔以100%為宜）進(jìn)行巖面判定。在鉆頭入巖初期堅(jiān)持每隔10cm取一袋渣樣，起始面確認(rèn)后每隔30～50cm提取并保留渣樣至終孔。