南洞庭特大橋厚覆蓋層水中樁基樁基氣舉反循環(huán)施工

趙波ZHAO Bo

（中交二公局第三工程有限公司，西安 710016）

1 南洞庭特大橋簡(jiǎn)介

南洞庭湖特大橋是湖南省南益高速公路控制性工程，為第七合同段的主要工程，地理位置位于洞庭湖區(qū)，本標(biāo)段橋梁全長(zhǎng)1439.12m，結(jié)構(gòu)布置為：

本標(biāo)段主橋上部結(jié)構(gòu)為87.95m+2×140m+85的連續(xù)箱梁，下部構(gòu)造為圓端頂部連接實(shí)心墩，基礎(chǔ)為承臺(tái)加群樁。

引橋?yàn)?×45m連續(xù)T梁+（23×25m）連續(xù)T梁，下部結(jié)構(gòu)為有系梁柱式墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)；

南洞庭特大橋設(shè)計(jì)洪水位37.76m，最大通航水位為35.49m，設(shè)計(jì)施工水位30.5m，主墩編號(hào)38#墩、39#墩，位于洞庭湖中，河床底標(biāo)高約為24.5m；水深5.0～6.0m，屬于水中施工，本標(biāo)段河道范圍不是正式航道，沒(méi)有通航要求。

主墩采用圓端實(shí)心矩形形式，墩身在同一承臺(tái)上左右分幅布置；38#、39#主墩基礎(chǔ)為摩擦樁，承臺(tái)埋入河床內(nèi)，為低樁整體式承臺(tái)；（如圖1所示）承臺(tái)下設(shè)鉆孔灌注樁15根，直徑2.0m；樁底標(biāo)高38號(hào)墩-66.0m，實(shí)際樁長(zhǎng)86m；39號(hào)墩樁底標(biāo)高-50.0m，實(shí)際樁長(zhǎng)70m，樁底均位于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中；樁位成矩陣排列布置，橫橋、順橋向間距均為5m。承臺(tái)頂與河床頂平齊，標(biāo)高24.50m；樁基采用C30水下混凝土。（如圖2所示）

圖1 承臺(tái)斷面示意圖

圖2 38#、39#墩基礎(chǔ)平面布置圖

橋位處樁身范圍地質(zhì)情況匯總：

自上而下，頂部為淤泥層、其次分別為粉質(zhì)黏土或黏土層，細(xì)砂、圓礫、細(xì)砂交互層，黏土、粗砂、黏土交互層、圓礫強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，樁底為風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

2 橋梁施工總體方案

橋梁位于洞庭湖湖區(qū)內(nèi)，引橋靠近岸邊，基礎(chǔ)采用圍堰筑島法施工；為了多點(diǎn)平行作業(yè)，在41#墩～37號(hào)墩區(qū)間搭設(shè)鋼棧橋，長(zhǎng)度為397.7m，寬度為6m，位于主線右側(cè)。工作平臺(tái)設(shè)置在墩位處，平臺(tái)頂面與棧橋橋面平齊，緊鄰棧橋搭設(shè)平臺(tái)。

主墩承臺(tái)設(shè)計(jì)為低樁承臺(tái)，承臺(tái)施工采用拉森鋼板樁圍堰，墩身采用WISA板，上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸臂現(xiàn)澆。

3 橋梁基礎(chǔ)施工難點(diǎn)

該橋位于洞庭湖中，地質(zhì)情況復(fù)雜，樁基直徑大，樁長(zhǎng)深，實(shí)際樁長(zhǎng)分別達(dá)70m和86m，平臺(tái)標(biāo)高39.5m，實(shí)際孔深85m和101m。

水中深樁施工的難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：①軟弱層易發(fā)生孔塌、徑縮等現(xiàn)象；②圓礫層中刮刀鉆頭進(jìn)尺緩慢，且容易磨損；③深孔樁鉆渣浮渣困難；④地質(zhì)變換頻繁，孔深大，垂直度控制困難；⑤洞庭湖湖區(qū)環(huán)保要求高，鉆渣排放需要外運(yùn)；⑥工期緊，基礎(chǔ)、承臺(tái)等要在來(lái)年雨季到來(lái)之前完工。

4 場(chǎng)地準(zhǔn)備

4.1 鋼棧橋搭設(shè)

鋼棧橋結(jié)構(gòu)下部采用鋼管樁（直徑630）加型鋼橫梁，跨徑12m，上部結(jié)構(gòu)采用貝雷架，采用釣魚(yú)法逐孔施工；

棧橋單跨設(shè)計(jì)載荷：最大荷載100T（75T履帶吊加吊重25T）；

棧橋?qū)挾?m，雙向通行；

履帶吊通行時(shí)，禁止其他車(chē)輛通行，履帶吊通行允許速度5km/h，汽車(chē)允許速度20km/h。

4.2 鉆孔平臺(tái)

在鉆孔平臺(tái)上進(jìn)行主墩樁基礎(chǔ)施工，鉆孔平臺(tái)采用打入式鋼管樁（直徑630×10mm），平臺(tái)橫橋向長(zhǎng)39m，順橋向?qū)?9m，順橋向設(shè)置6排鋼管樁，橫橋向8排，橫橋向設(shè)置8組39m長(zhǎng)貝雷片；

鉆孔平臺(tái)采用釣魚(yú)法由下游向上游方向逐排順序施工，采用50t履帶吊配合振樁錘，振動(dòng)下沉鋼管樁及鋼護(hù)筒。

鋼管樁水面以上采用型鋼平聯(lián)+剪刀撐連接，并設(shè)置牛腿和管樁開(kāi)槽，設(shè)置型鋼作為承重梁，采用貝雷桁架作為分配梁，上鋪防滑鋼板。承受鉆機(jī)、履帶吊、混凝土罐車(chē)等荷載。

5 鉆機(jī)選型

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)一般分為正循環(huán)鉆機(jī)和反循環(huán)鉆機(jī)兩大類(lèi)；反循環(huán)又可分為泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)。

根據(jù)鉆孔深度及橋位處地質(zhì)狀況，經(jīng)反復(fù)論證，本項(xiàng)目選用自行式2RD2000H型號(hào)的反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

鉆頭選用了強(qiáng)度高、導(dǎo)向性好、傳遞扭矩平順的四翼籠式刮刀鉆頭。

排渣方式：氣舉反循環(huán)。

采用氣舉反循環(huán)鉆孔+氣舉反循環(huán)清孔組合工藝進(jìn)行大直徑樁基施工，采用泥漿船及護(hù)筒循環(huán)利用泥漿。

其他配套設(shè)施：濾砂箱、挖機(jī)、泥漿運(yùn)輸船車(chē)、履帶吊機(jī)、10m3空壓機(jī)、混凝土臥泵或汽車(chē)泵等設(shè)備。

6 護(hù)筒施工

護(hù)筒既是保證孔口及軟弱孔壁穩(wěn)定的設(shè)施，也是泥漿存放和循環(huán)的設(shè)施。大直徑水中樁基施工，鋼護(hù)筒安裝是關(guān)鍵過(guò)程。

根據(jù)地質(zhì)條件，確定鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為24m，埋置深度9m；護(hù)筒內(nèi)徑230cm，采用厚度20mm、Q345的鋼板卷制而成，為了運(yùn)輸安裝方便，護(hù)筒分節(jié)段加工，分節(jié)段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，焊接加長(zhǎng)。

護(hù)筒采用打樁機(jī)打入法施工，打樁機(jī)選用激振力為57噸的振動(dòng)錘，具體施工時(shí)在平臺(tái)上安裝導(dǎo)向架，經(jīng)過(guò)全站儀加激光垂準(zhǔn)儀測(cè)量定位，在確保導(dǎo)向架的位置準(zhǔn)確和垂直度符合規(guī)范要求后，一節(jié)一節(jié)加長(zhǎng)，一節(jié)一節(jié)打入，直至打到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。

7 泥漿選用、制備及指標(biāo)控制

根據(jù)橋位處的地質(zhì)情況、以及護(hù)壁和浮渣的需要，我們采用了PHP優(yōu)質(zhì)泥漿，PHP泥漿由水、膨潤(rùn)土和添加劑組成，特點(diǎn)是不分散、低固相、高粘度。經(jīng)試驗(yàn)，泥漿配合比為：1000公斤水需要摻加100公斤的膨潤(rùn)土，4公斤的純堿，0.4千克的羧甲基纖維素，0.2公斤PHP。

泥漿的控制指標(biāo)主要有容重、粘度、水分流失、泥皮厚、膠質(zhì)、含沙量、酸堿度等幾個(gè)指標(biāo)。

泥漿循環(huán)系統(tǒng)是利用特殊的泥漿軟管相互連接，由樁孔、鉆機(jī)、凈泥機(jī)、儲(chǔ)漿池、造漿池、空壓機(jī)等組成。泥漿循環(huán)系統(tǒng)的儲(chǔ)漿池、造漿池布置在附近的護(hù)筒內(nèi)，并將不需要流出的連通孔封閉。相鄰護(hù)筒通過(guò)平聯(lián)管聯(lián)通，相鄰的護(hù)筒可作為泥漿池使用；泥漿通過(guò)泥漿泵從泥漿池泵進(jìn)正在鉆孔的護(hù)筒；排出的攜帶鉆渣的泥漿則是通過(guò)鉆桿和軟管先排至泥漿料處理機(jī)，經(jīng)過(guò)初步處理后再排入沉淀池，經(jīng)過(guò)沉淀再流入漿料池完成一次循環(huán)。漿液凈化處置設(shè)備采用的是ZX500E的泥漿凈化機(jī)。

混凝土灌注時(shí)，泥漿可臨時(shí)存放在幾個(gè)護(hù)筒內(nèi)，之后用泥漿泵抽到泥漿船或泥漿運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送到棄土場(chǎng)。

施工過(guò)程中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按表1控制泥漿。

表1 各階段泥漿指標(biāo)參數(shù)表

鉆孔時(shí)入孔泥漿密度為1.05～1.15g/cm3；遇到圓礫層及地質(zhì)條件變化時(shí)可以調(diào)整到1.2g/cm3，以便護(hù)壁和浮渣。

8 樁基成孔主要工序控制

8.1 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)安裝就位：安裝前應(yīng)對(duì)護(hù)筒的實(shí)際位置再次進(jìn)行測(cè)量檢查，確保護(hù)筒位置無(wú)誤后，進(jìn)行鉆機(jī)就位，本項(xiàng)目采用的是自行式鉆機(jī)，可自移就位，定位時(shí)先調(diào)整鉆機(jī)自身的水平儀和垂直儀，調(diào)平車(chē)身底盤(pán)后利用液壓系統(tǒng)伸縮鉆桿，使鉆頭底部導(dǎo)向尖對(duì)準(zhǔn)孔位中心（事前設(shè)置定位十字），然后量測(cè)護(hù)筒到鉆頭外壁的距離，周邊距離應(yīng)基本相同，鉆頭對(duì)中偏差應(yīng)嚴(yán)格控制在允許誤差范圍內(nèi)。當(dāng)鉆機(jī)安裝就位后，固定并調(diào)整好鉆機(jī)底座并鎖定，使其在鉆進(jìn)過(guò)程中保證不產(chǎn)生位移，鉆架底盤(pán)在施工過(guò)程中要保持平穩(wěn)。

8.2 鉆進(jìn)

本項(xiàng)目為低樁承臺(tái)，初始泥漿高度高出湖面水位9m，比湖底高出14m，大于需要的初始高度（一般為8.5m），初鉆即可直接采用氣舉反循環(huán)工藝，無(wú)需采取其他初鉆輔助措施；進(jìn)尺達(dá)到一節(jié)鉆桿長(zhǎng)度后，即可正常接長(zhǎng)鉆桿，之后可正常鉆進(jìn)，逐節(jié)接長(zhǎng)鉆桿。

鉆至接近鋼護(hù)筒底部位置1～2m時(shí)，應(yīng)采用低鉆壓鉆進(jìn)、低轉(zhuǎn)數(shù)鉆進(jìn)，并控制進(jìn)尺，以確保筒底口部位地層的穩(wěn)定，當(dāng)鉆頭鉆出護(hù)筒底口2～3m后，再恢復(fù)正常鉆進(jìn)狀態(tài)，目的是為了保證護(hù)筒底部地層的穩(wěn)定。

在鉆孔過(guò)程中要有足夠的鉆壓，且應(yīng)減壓鉆進(jìn)，鉆孔底承受的鉆壓應(yīng)不超過(guò)鉆具重力之和的80%（扣除浮力后）。

鉆進(jìn)過(guò)程中要及時(shí)濾渣，注意地層變化，及時(shí)填寫(xiě)鉆孔施工記錄表，擺放鉆渣渣樣盒，鉆渣樣要編號(hào)保存，以便分析備查。經(jīng)常分析渣樣變化情況，根據(jù)渣樣變化，對(duì)地質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行判斷并記錄在案。

在鉆進(jìn)過(guò)程中，要經(jīng)常對(duì)泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢查和控制，根據(jù)地層變化，調(diào)整泥漿各項(xiàng)指標(biāo)，尤其是泥漿密度指標(biāo)，經(jīng)試驗(yàn)檢查泥漿某項(xiàng)指標(biāo)不符合要求時(shí)，要適時(shí)加入相應(yīng)的添加料，對(duì)不合格指標(biāo)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以確?？妆诜€(wěn)定和正常鉆進(jìn)；

鉆進(jìn)過(guò)程中，為檢查鉆頭磨損狀況，需要提升鉆頭出水面進(jìn)行檢查和更換，鉆頭提升過(guò)程中，一定要小心平穩(wěn)操作，防止鉆頭碰撞孔壁，尤其在護(hù)筒底口附近，更要高度謹(jǐn)慎，防止刮撞擾動(dòng)護(hù)筒。

鉆孔作業(yè)要連續(xù)進(jìn)行，每進(jìn)尺4～5m，應(yīng)對(duì)偏孔、縮徑、垂直度等指標(biāo)進(jìn)行檢查；

施工中因故停鉆時(shí)，應(yīng)將鉆孔內(nèi)的水頭保持在防坍塌的高度，同時(shí)應(yīng)將鉆頭提升至孔口或平臺(tái)，以防鉆頭被埋沒(méi)，必要時(shí)在孔口加蓋防護(hù)網(wǎng)。

8.3 過(guò)程控制及成孔檢測(cè)

鉆機(jī)鉆桿的垂直度應(yīng)經(jīng)常在樁基成孔過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有偏移現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)校正、修正。進(jìn)入圓礫層后，鉆頭會(huì)磨損嚴(yán)重，應(yīng)提出鉆頭，重新加焊合金刀頭，確保鉆孔孔徑符合要求。

成孔檢測(cè)：對(duì)樁基的孔深、孔徑、垂直度等，在清孔后利用自動(dòng)成孔檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，確保所有指標(biāo)達(dá)到要求。

8.4 首次清孔

根據(jù)鉆桿累計(jì)長(zhǎng)度，并采用測(cè)繩配合檢查，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，應(yīng)將鉆頭稍加提升，距孔底20～30cm為宜，然后以氣舉反循環(huán)方式，在原位低速轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行首次清孔作業(yè)。

清孔到渣箱內(nèi)無(wú)明顯鉆渣后方可停止清孔。

清孔合格判定標(biāo)準(zhǔn)：孔內(nèi)排出的泥漿用手觸摸摸不到明顯顆粒，泥漿比重在1.1以?xún)?nèi)，含砂率小于2%，粘度17～20s。

清孔合格后，將鉆桿、鉆頭提起并拆除，移開(kāi)鉆機(jī)，進(jìn)行成孔驗(yàn)孔，并填寫(xiě)終孔檢查記錄表。

8.5 鋼筋籠安裝

在完成成孔檢測(cè)后，鋼筋籠才能吊裝安放。

鋼筋籠采用75噸履帶吊，在鉆機(jī)移位后下放安裝。本項(xiàng)目采用自行加工的四點(diǎn)吊架，可防止鋼絲繩在下放鋼筋籠過(guò)程中產(chǎn)生夾角，避免造成鋼筋籠變形，預(yù)防措施為：吊架的吊點(diǎn)距離與鋼筋籠的直徑一致，可保證起吊時(shí)鋼絲繩不形成夾角。

本項(xiàng)目的鋼筋籠自重達(dá)45t，導(dǎo)致安裝、接長(zhǎng)、下放、固定施工均比較困難，對(duì)起重能力、臨時(shí)固定要求較高。鋼筋籠采用節(jié)段加工節(jié)段接長(zhǎng)的方式進(jìn)行施工，為了固定鋼筋籠方便下一節(jié)鋼筋籠接長(zhǎng)，我們?cè)O(shè)計(jì)加工了鋼筋籠安裝用臨時(shí)固定平臺(tái)，采用周邊多點(diǎn)抽插鋼棒方式臨時(shí)固定鋼筋籠，代替以往的通長(zhǎng)鋼棒。

鋼筋籠吊放時(shí)，用履帶吊將每節(jié)鋼筋籠通過(guò)吊架吊起放入孔內(nèi)，并在下落過(guò)程中保持鋼筋籠中心線與樁位中心線一致重合，下放時(shí)逐層割除鋼筋籠的“△”形支撐，每節(jié)下放到最后一個(gè)“△”形支撐時(shí)，在護(hù)筒頂位置，用臨時(shí)固定平臺(tái)固定鋼筋籠，以便鋼筋籠連接接長(zhǎng)。

采用螺紋套管連接鋼筋，對(duì)于少量錯(cuò)位較小的接頭，可以用手動(dòng)小葫蘆牽引對(duì)齊后連接，個(gè)別錯(cuò)位嚴(yán)重的，迫不得已可采用符合規(guī)范要求的雙面幫條焊接方式予以解決。

鋼筋接頭全部連接后，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行接頭連接質(zhì)量的檢查并留存影像資料。

由于鋼筋籠頂面距平臺(tái)頂面距離大且懸空，鋼筋籠沉放到位后，要用大鋼棒或型鋼插入事前接長(zhǎng)的大直徑鋼筋掛環(huán)內(nèi)并在井口固定，鋼筋籠的承托型鋼應(yīng)與樁基護(hù)筒焊接固定，以防灌注混凝土?xí)r鋼筋籠上浮或下沉。

下放鋼筋籠時(shí)要避免較大的晃動(dòng)，而且要對(duì)準(zhǔn)樁孔的中心，為了避免鋼筋籠與孔壁發(fā)生碰撞，造成孔壁的倒塌，所以要小心進(jìn)行。

鋼筋籠接長(zhǎng)的同時(shí)，要連通接長(zhǎng)聲測(cè)管，應(yīng)向聲測(cè)管內(nèi)注水檢查聲測(cè)管的安裝質(zhì)量，水面無(wú)下降現(xiàn)象后方可安裝下一節(jié)鋼筋籠。

8.6 二次清孔

在鋼筋籠下放完成并安裝導(dǎo)管后，要再次測(cè)量沉渣厚度，因?yàn)殇摻罨\安放時(shí)間較長(zhǎng)，沉渣一般都會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，為了保證摩擦樁孔底沉渣厚度不大于設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目采用自行式鉆機(jī)二次就位，利用鉆機(jī)自帶吸泥機(jī)通過(guò)特制接頭連接導(dǎo)管，二次清孔采用抽漿法，相比深長(zhǎng)樁以往采用正循環(huán)清孔需要8到12小時(shí)，抽漿法只需要半小時(shí)左右即可完成二次清孔，可節(jié)省大量時(shí)間。待完成二次清孔后，再進(jìn)行沉渣厚度檢測(cè)和泥漿指標(biāo)檢測(cè)，達(dá)到要求后即可澆筑水下混凝土。

8.7 混凝土灌注

混凝土澆筑前要計(jì)算首盤(pán)混凝土的需要方量，并加工定制大型料斗，預(yù)備混凝土泵車(chē)，大型料斗應(yīng)至少存儲(chǔ)首盤(pán)混凝土需要量的2/3，澆筑時(shí)先將大料斗注滿(mǎn)混凝土，注滿(mǎn)后拔出料斗內(nèi)導(dǎo)管堵板，同時(shí)用混凝土泵車(chē)向料斗內(nèi)泵料，再連續(xù)灌注兩車(chē)混凝土后，檢測(cè)封底是否滿(mǎn)足要求。封底后，將大料斗拆掉，換成正常料斗，再采用混凝土泵連續(xù)灌注水下混凝土。

水下混凝土應(yīng)連續(xù)灌注不能夠中斷，當(dāng)灌注至鋼筋籠底部附近時(shí)應(yīng)放緩澆筑速度。

灌注時(shí)，應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)管埋設(shè)深度控制，根據(jù)混凝土頂面高程，確定導(dǎo)管拆除節(jié)數(shù)，頂面高程可采用測(cè)繩檢測(cè)并計(jì)算確定，要保證混凝土始終埋沒(méi)導(dǎo)管底口，埋沒(méi)深度不低于2m。

水下混凝土澆筑的其他注意事項(xiàng)，與常規(guī)樁基礎(chǔ)大同小異，本文不再贅述。

9 結(jié)束語(yǔ)

樁基礎(chǔ)是常用的橋梁基礎(chǔ)，施工工藝多樣，但采用氣舉法反循環(huán)工藝進(jìn)行大直徑、深長(zhǎng)樁鉆孔施工，對(duì)筆者來(lái)說(shuō)屬于首次。本項(xiàng)目采用此工藝施工水中樁基共30根，樁基檢測(cè)均為I類(lèi)，保證了成樁質(zhì)量。采用氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行首次清孔，每根樁清孔僅需0.5-2h，施工效率高，清孔速度快且質(zhì)量高。本項(xiàng)目樁基施工比計(jì)劃縮短了約兩個(gè)月的工期，減少了項(xiàng)目施工成本。

現(xiàn)階段對(duì)環(huán)境要求越來(lái)越嚴(yán)，筆者設(shè)想如果今后再遇到水中樁基施工時(shí)，可考慮采用泥沙分離設(shè)備先對(duì)泥漿進(jìn)行固化處理后再行廢棄。

為了總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高自己的技術(shù)能力和水平，時(shí)隔幾年后，筆者總結(jié)形成了本文，以便在今后實(shí)踐中繼續(xù)完善和提高。