跨海大橋鉆孔樁全回轉套管鉆機施工關鍵技術研究

馮恒文

（廣州市南沙新區(qū)產業(yè)園區(qū)開發(fā)建設管理局，廣州 511455）

隨著建設工程的發(fā)展，越來越多的樁基礎施工需要在濱海灘涂、人工填海造地環(huán)境下進行施工[1]，這些環(huán)境通常具有地質地層復雜性及施工空間有限性等限制因素，加大了施工難度與施工過程的危險性。近年來，全回轉套管鉆機施工工藝被工程界廣泛采用，黃凱[2]在珠海某復雜地層的橋梁改造工程中應用全套管全回轉鉆機與RCD 鉆機組合鉆進的施工方法，避免傳統(tǒng)鉆機造成的跨孔、頸縮等問題，提升成樁質量及施工效率；邱紅臣等[3]通過探討全回轉套管鉆機的施工要點，得出確保地基承載力與合格的套管公差是施工垂直精度的必要保障；張劍等[4]將全回轉套管鉆機應用于多種特殊地質條件下進行施工，得到根據不同的地質條件需采用合適的施工措施，可充分發(fā)揮全回轉套管鉆機的作用，降低施工風險；馬榮久等[5]將全回轉套管鉆機應用到涉鐵樁基施工中，實踐證明該工法較傳統(tǒng)施工工藝更加高效、科學、先進。全回轉套管鉆機[6]在國外已有幾十年的歷史，近些年才引入我國成為新型樁孔及溶洞處理、清除障礙物最安全有效的施工方法，本文將該方法應用于復雜地形跨海工程鉆孔樁施工，并研究施工過程中的關鍵技術，對全回轉套管鉆機施工的推廣與應用具有重要意義。

1 工程概況

紅蓮跨海工程所處地貌單元總體為珠江三角洲沖擊平原區(qū)，其間夾有珠江河床。地面高程約-4.29~8.27 m，基巖風化層較薄。該區(qū)域水網密布，湖塘眾多，總體地勢普遍較低。項目所在地均為填海造地形成的陸地，沿線地層多數(shù)為淤泥質軟土，高程大約為5 m。地表多數(shù)為果園、道路、荒地和魚塘?？辈炻范胃浇惺薪即?、鎮(zhèn)大道或村鎮(zhèn)間的便道通過，珠江可通行船只，交通便利。本工程位于蕉門延伸段上段，陸域兩側為雞抱沙及萬頃沙圍墾區(qū)，工程附近水域是伶仃洋的重要組成部分，其上游口門為蕉門，下游有洪奇門和橫門。

工程主橋采用（62+104+580+104+62）m 雙塔斜拉橋，主橋全長912 m，其中主跨采用鋼箱梁，邊跨采用混凝土主梁。主橋邊跨長166 m，邊中跨比例為0.286，主橋結構采用半漂浮體系。主橋23#、24#、27#、28#索塔承臺尺寸均為9.5 m×9.5 m×4 m（27#、28#承臺之間設置系梁），單個承臺該樁基采用4 根鉆孔灌注樁，樁徑Φ2.2 m，行列式布置，樁基縱、橫向間距5.5 m，樁尖進入中風化花崗片麻巖不小于2 倍樁徑。

2 施工過程

紅蓮大橋工程主橋輔助墩、交界墩鉆孔樁采用全回轉套管鉆機施工工藝，應用該工藝的過程中主要包含鉆機就位、安裝套管、校核垂直精度、旋挖成孔和灌注成樁等幾個步驟，施工流程如圖1 所示。

圖1 鉆孔樁全回轉套管鉆機施工流程

2.1 鉆機就位

紅蓮大橋主橋樁基地處水中，鉆機搭設在平臺上，平臺頂面高9.45 m，高出最高通航水位2 m，鉆機采用JAR-260H 型全回轉套管鉆機。

施工前，對所需放樣的坐標、標高進行復核，準確無誤后采用高精密全站儀進行放樣，放樣后用鋼尺進行校核。根據設計圖紙坐標尺寸，采用全站儀測定樁中心，并放置2 塊2 m×8 m 的4～5 cm 厚的鋼墊板，將鉆機定位板吊放于樁位點，對中誤差小于±15 mm，再將主機吊放至定位板上，利用鉆機自帶水平裝置調平主機。如圖2 所示。

圖2 JAR-260H 全回轉套管鉆機就位

2.2 安裝套管

安裝套管的難點在于如何控制首節(jié)套管的垂直精度，本次施工在首節(jié)鋼套管機放入主機時，在起重機將套管吊起懸空的狀態(tài)下迅速夾緊鋼套管，套管垂直度誤差控制在允許范圍的1/500 內。首節(jié)套管插入初期不要使套管有過度上下的動作，應積極配合套管自重進行下壓。

2.3 旋挖成孔

清障工作選用XR550D 型旋挖鉆機，在首節(jié)套管安裝完畢并正常工作后，開啟套管鉆機旋轉及下壓功能使底部牙盤緩慢切入土體，進入土體1～3 m 后繼續(xù)校核鋼套管垂直度至允許范圍內，用沖抓斗取出套管內的土體，同時繼續(xù)下壓套管，在保證垂直度的前提下使下壓與抓土過程同時進行。首節(jié)套管壓入后，接入下一節(jié)鋼套管并用套管螺栓鎖緊，重復旋挖過程至旋挖鉆成孔至設計標高并清孔至符合設計要求。如圖3 所示。

圖3 全回轉套筒鉆進

2.4 灌注成樁

鉆孔樁灌注前需將鋼筋籠吊放入套管中，鋼筋籠加工嚴格按照設計要求設置鋼筋骨架的保護層，最后安裝和固定聲測管。本工程所用鋼筋籠具有長度較長、自重較大的特點，受到施工場地限制，需在鋼筋場集中加工鋼筋籠，用鋼筋籠運輸車及運輸船運至現(xiàn)場進行兩吊點吊裝，鋼筋籠吊裝過程示意圖如圖4 所示。

圖4 鋼筋籠吊放過程

為提高橋梁結構的耐久性性能，本工程鉆孔樁混凝土采用C45 高性能海工混凝土，混凝土滿足設計要求?；炷劣诎韬驼炯邪韬停ㄟ^混凝土運輸罐車運至現(xiàn)場?；炷吝\至施工現(xiàn)場后，由現(xiàn)場試驗人員對到場的每車混凝土進行坍落度（180~220 mm）、含氣量（3.0%～5.0%）、擴展度（初始大于等于560 mm、半小時大于等于530 mm）檢測，將不合格混凝土清除出場，保留合格部分進行灌注。灌注水下混凝土施工流程如圖5 所示。全回轉套管灌注混凝土的優(yōu)勢在于提高土壤承載力、減少基礎面積、施工便利、適用范圍廣及節(jié)約成本。

3 關鍵技術

3.1 軟土層加固技術

紅蓮大橋工程處地層為填海造陸而成的軟土地基，為確保主橋輔助墩、交界墩鉆孔樁全回轉套管鉆機施工的順利進行，在鋪設鋼墊板之前，將壓拔油缸位置打入H 型鋼減小地基的沉降和變形，提高地基承載力，并配合特殊反力板承受全回轉套管鉆機的回轉作用力。

3.2 垂直精度控制技術

影響套管垂直精度的主要因素有地層的承載力不足、套管不合規(guī)格、地下障礙物影響等。為保證旋挖清障、鉆進成孔等步驟的順利進行，每安裝完上一節(jié)套管后，都要對套管的垂直精度進行再次校準，校準主要通過在套管上安裝導向器和測斜儀，結合設置在鉆孔點的導向碑相互作用來實現(xiàn)，保證套管的垂直壓入。若套管開始貫入地下時遇到孤石等堅硬地下障礙物，會導致垂直精度大幅下降，需將套管提到障礙物以上重新壓入將障礙物清除，保證套管壓入的垂直精度。

3.3 泥漿循環(huán)技術

在鉆孔樁全回轉套管鉆機施工過程中，制備泥漿可起到保持孔洞穩(wěn)定性、冷卻和潤滑鉆頭、清除鉆屑和廢棄物，以及提供支撐力等作用。本工程中選用膨潤土作為造漿原料，在泥漿循環(huán)系統(tǒng)（圖6）的制漿池中進行泥漿的制備，旋挖鉆孔的同時將泥漿泵入孔內進行穩(wěn)定孔洞與沖洗鉆屑等廢棄物，泥漿比重控制在1.05～1.20；通過回收管將泥漿運送到沉淀池中過濾，污泥運輸車將沉淀池中的雜質污泥運出現(xiàn)場，防止污染環(huán)境，同時將可再次利用的泥漿脫水后輸入泥漿池重復以上循環(huán)。

圖6 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

4 結束語

在填海造陸地區(qū)軟土層條件下，將全回轉套管鉆機施工應用于鉆孔樁灌注施工中，并通過3 項關鍵技術保障施工進度，其中軟土層加固技術有效降低了該類復雜地層環(huán)境的樁基礎施工難度；垂直精度控制技術確保鉆孔灌注樁的成樁率，減少二次灌樁的概率；泥漿循環(huán)技術實現(xiàn)可再利用泥漿的循環(huán)使用，在節(jié)約施工成本的同時避免了污泥對周邊環(huán)境造成污染。

全回轉套管鉆機施工工藝為廣州市南沙區(qū)紅蓮跨海工程項目的如期完成提供了有力的技術支持與保障，可將該方法作為軟土地層條件下鉆孔灌注樁施工的主要施工技術進行推廣與應用。