東江特大橋主橋樁基施工技術(shù)

喻初武，鄔良玉

（1.中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司總承包經(jīng)營(yíng)分公司，北京100088；2.中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢430040）

1 工程簡(jiǎn)介

蘆洲至泰美大橋項(xiàng)目按照一級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，雙向4車道，全程線路總長(zhǎng)7.61 km，其中，東江特大橋全長(zhǎng)1 510 m，橋面全寬23.0 m，主橋采用85 m+150 m+85 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋跨越兩岸大堤處采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，其余位置均采用跨徑為30 m的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁（33跨），主橋下部結(jié)構(gòu)采用板式墩，引橋下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁。

東江特大橋主橋跨越東江主航道為限制性V級(jí)航道，遠(yuǎn)期規(guī)劃為內(nèi)河Ⅲ級(jí)航道，設(shè)計(jì)最高通航水位24.94 m，最低通航水位14.80 m，主橋26#墩、27#墩及28#墩位于水中，需要搭設(shè)鋼棧橋及鋼平臺(tái)后進(jìn)行樁基及下部結(jié)構(gòu)施工，棧橋及鋼平臺(tái)頂標(biāo)高為21.00 m。東江特大橋主橋水中27#與28#墩采用群基礎(chǔ)，每個(gè)墩8根直徑2.50 m樁基，均為摩擦樁，承臺(tái)底標(biāo)高為+6.80 m，樁頂標(biāo)高為+7.00 m、樁底標(biāo)高-63.00 m和-70.00 m，橋墩位處河床標(biāo)高13.44～16.10 m，鋼護(hù)筒頂標(biāo)高為+21.50 m，鉆孔深度84.0～90.0 m。橋區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，由砂礫層、厚卵石層、粉質(zhì)黏土夾層、全風(fēng)化變質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化夾中風(fēng)化變質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖等組成，局部巖層巖芯完整、巖面傾角較大、質(zhì)地較硬，因此，施工難度較大。

2 重難點(diǎn)分析

根據(jù)本工程特點(diǎn)，主橋27#、28#墩大直徑、超長(zhǎng)樁基在復(fù)雜條件下施工難度較大，主要體現(xiàn)以下方面：

1）主墩樁基所處東江主航道，受上游水閘調(diào)蓄及汛期影響，水位變化較大，枯水期常水位12.50～13.50 m，5年一遇洪水位為22.52 m，主河道水流速度0.5～1.5 m/s，影響樁基成孔過(guò)程中孔內(nèi)外壓力，容易導(dǎo)致漏漿、塌孔的質(zhì)量問(wèn)題。

2）主墩樁基所處位置地質(zhì)條件復(fù)雜，主要有砂礫層、超厚卵石層、風(fēng)化變質(zhì)砂巖、粉質(zhì)黏土夾層、斜坡面巖層等不良地質(zhì)，不利于大直徑超長(zhǎng)樁基成孔條件，成孔難度大、鉆進(jìn)速度慢，易引起漏漿、塌孔、卡錘、粘錘、斜孔等質(zhì)量問(wèn)題。

3）水上鉆孔平臺(tái)場(chǎng)地狹窄，難以布設(shè)常規(guī)的泥漿清渣設(shè)備，影響大直徑超長(zhǎng)樁基造漿、鉆進(jìn)、清渣、成孔等進(jìn)度，易引起漏漿、塌孔等質(zhì)量問(wèn)題。

4）復(fù)雜條件下深水大直徑超長(zhǎng)樁基施工措施費(fèi)用較高，橋區(qū)位于東江河道水源保護(hù)區(qū)，對(duì)水源保護(hù)要求較高，樁基施工不能污染東江水源，環(huán)保措施較多，施工成本較高。

5）主墩樁基處在本項(xiàng)目關(guān)鍵線路上，主墩樁間距較小，難以形成多個(gè)作業(yè)面同時(shí)作業(yè)，交叉鉆孔時(shí)相互影響較大，對(duì)施工工期有一定制約作用。

6）主墩樁基樁頂標(biāo)高位于東江主航道河床面以下，按照低樁承臺(tái)設(shè)計(jì)樁基，鋼護(hù)筒頂?shù)綐俄斁嚯x約為15.0 m，虛樁長(zhǎng)度較長(zhǎng)，不利于樁基施工質(zhì)量控制，施工控制難度較大。

7）主墩樁基均為摩擦樁，且持力層均為中風(fēng)化巖層，設(shè)計(jì)對(duì)樁底沉渣厚度要求較高，要求樁底沉樁厚度≤5 cm，高于施工技術(shù)規(guī)范要求，施工控制難度較大。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→鋼棧橋及鋼平臺(tái)搭設(shè)→測(cè)量放樣→沉入鋼護(hù)筒→鉆機(jī)就位→造漿并鉆進(jìn)（泥漿正循環(huán)）→鋼護(hù)筒跟進(jìn)→造漿并鉆進(jìn)→清渣→造漿并鉆進(jìn)→終孔→掃孔、刮泥皮→一次清孔（氣舉反循環(huán)）→下探籠→下放鋼筋籠→下導(dǎo)管并進(jìn)行二次清渣→水下混凝土澆筑→樁基檢測(cè)→下一道工序。

3.2 施工關(guān)鍵技術(shù)及方法

東江特大橋主橋27#、28#墩大直徑超長(zhǎng)樁基施工難度較大，本項(xiàng)目采取成套施工技術(shù)，解決了鉆孔灌注樁施工過(guò)程中的系列問(wèn)題：

1）主墩樁基所處東江主航道，受上游水閘調(diào)蓄及汛期影響，水位變化較大、水流速度快，影響樁基成孔過(guò)程中孔內(nèi)外壓力，易導(dǎo)致漏漿、塌孔的質(zhì)量問(wèn)題。合理設(shè)置鋼平臺(tái)及鋼護(hù)筒頂標(biāo)高，解決變水位、大流速樁基成孔難題，主墩鉆孔鋼平臺(tái)標(biāo)高設(shè)為21.0 m，主墩鉆孔灌注樁鋼護(hù)筒頂標(biāo)高設(shè)置約21.50 m，根據(jù)東江水位變化調(diào)整孔內(nèi)泥漿面標(biāo)高，確?？變?nèi)外壓力一致，防止漏漿、塌孔的質(zhì)量問(wèn)題。

2）超厚卵石層鉆孔灌注樁樁成孔施工，主墩大直徑超長(zhǎng)樁基穿過(guò)砂礫層進(jìn)入卵石層，卵石層較厚，卵石層呈黃褐、灰褐色、局部紅褐色，飽和、中密～密實(shí)，卵石含量70%～90%，呈磨圓狀～次磨圓狀，粒徑1.0～20.0 cm不等，卵石成分主要為砂巖，間隙填充砂礫夾粉質(zhì)黏土，局部分布，層厚為15～25.00 m，厚卵石層樁基成孔難度較大，主要采取回填片石+優(yōu)質(zhì)黃土進(jìn)行護(hù)壁，通過(guò)低錘密擊、擠密孔壁周邊卵石層形成護(hù)壁結(jié)構(gòu)。為提高護(hù)壁效果必須控制好沖程及鉆進(jìn)速度，在飽和卵石層鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制鉆錘的速度，提升速度控制在0.25～0.375 m/s，沖程控制在1～1.5 m，但不能過(guò)低，避免鉆渣無(wú)法上浮，引起鉆進(jìn)、清渣困難。另外，對(duì)于局部卵石粒徑較大、孔內(nèi)難以維持水頭差的鉆孔灌注樁，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)工藝，跟進(jìn)鋼護(hù)筒進(jìn)入穩(wěn)定黏土層或強(qiáng)風(fēng)化巖層≥1.0 m，能防止大直徑超長(zhǎng)樁基在厚卵石層中成孔難度大、鉆進(jìn)速度慢等問(wèn)題。

3）粉質(zhì)黏土夾層以及斜坡面巖層等不良地質(zhì)條件下大直徑超長(zhǎng)樁基成孔技術(shù)，主墩大直徑超長(zhǎng)樁鉆孔過(guò)程中容易遇到粉質(zhì)黏土層夾層而引起粘錘現(xiàn)象，黏附力較大，鉆錘無(wú)法自行提起，給正常鉆進(jìn)造成較大困擾。本工程采用錐形空心錘輔助成孔工藝可以安全、快速解決粘錘問(wèn)題。斜坡面巖層鉆進(jìn)時(shí)引起斜孔、卡錘等質(zhì)量問(wèn)題，斜坡巖面錘擊時(shí)受力接觸面較小，引起斜孔、卡錘，采用回填片石+優(yōu)質(zhì)黃土（3∶1）進(jìn)行處理，對(duì)孔內(nèi)回填2.0～3.0 m后重新沖擊孔，接近傾斜巖面后低錘密擊，控制錘擊頻率及沖程，是解決粉質(zhì)黏土夾層以及斜坡面巖層等不良地質(zhì)條件下成孔問(wèn)題的有效方法。

4）水上鉆孔平臺(tái)場(chǎng)地狹窄，難以布設(shè)常規(guī)的泥漿清渣設(shè)備，影響大直徑超長(zhǎng)樁基造漿、鉆進(jìn)、清渣、成孔等施工進(jìn)度，易引起漏漿、塌孔等質(zhì)量問(wèn)題。主墩樁基施工搭設(shè)鋼棧孔平臺(tái)以滿足主墩鉆孔灌注樁施工設(shè)備布置。但因鉆孔平臺(tái)造價(jià)較高，泥漿池、沉淀池及回旋鉆等大型設(shè)施不設(shè)置鋼平臺(tái)上，僅考慮沖擊鉆、起重吊車、混凝土澆筑車等設(shè)備作業(yè)寬度布置主墩鉆孔鋼平臺(tái)，難以滿足同時(shí)布置4臺(tái)鉆機(jī)作業(yè)的空間要求，并采用水上自浮式環(huán)保泥漿池，成功解決了水上鉆孔作業(yè)場(chǎng)地狹窄、泥漿池、沉淀池布置難題。

5）橋區(qū)位于東江河道水源保護(hù)區(qū)，對(duì)水源保護(hù)要求較高。為了適應(yīng)變水位泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁水上作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)、滿足水保區(qū)綠色施工要求和降低施工成本目標(biāo)，設(shè)計(jì)了水上自浮式環(huán)保泥漿池，并成功應(yīng)用，解決了水保區(qū)泥漿處理難題。

6）主墩樁基處在本項(xiàng)目關(guān)鍵線路上，每個(gè)墩8根2.5 m樁基按照4根×2排方式布置、樁間距為6.25 m，難以形成多個(gè)作業(yè)面同時(shí)作業(yè)，交差鉆孔時(shí)相互影響較大。施工按照2輪成孔安排，每輪鉆孔為對(duì)角交叉布置，同時(shí)施工時(shí)樁間距為8.84 m，減小同時(shí)作業(yè)間的相互影響，并適當(dāng)錯(cuò)開每輪4根鉆孔灌注樁成孔深度?？刂泼枯?根鉆孔灌注樁鉆進(jìn)進(jìn)度差3 m以上，并適當(dāng)提高泥漿濃度以防止相互影響引起漏漿、塌孔等質(zhì)量問(wèn)題。

7）主墩承臺(tái)頂標(biāo)高位于東江主航道河床面以下約50 cm，按照低樁承臺(tái)設(shè)計(jì)，鋼護(hù)筒頂?shù)綐俄斁嚯x約為15.0 m，虛樁長(zhǎng)度較長(zhǎng)，樁基施工控制難度較大。為了防止樁基鋼筋籠上浮、檢測(cè)管漏水、樁頭質(zhì)量等問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采取了系列技術(shù)措施。對(duì)鋼筋籠4根吊筋進(jìn)行優(yōu)化，采用4根10號(hào)工字型鋼作為吊筋，10號(hào)工字型鋼下口與樁基鋼筋籠加強(qiáng)筋及伸入承臺(tái)內(nèi)的主筋焊接牢固，10號(hào)工字型鋼上口固定在鋼護(hù)筒上，10號(hào)工字型鋼起到拉、撐作用，防止大直徑鋼筋籠上浮。設(shè)計(jì)樁基檢測(cè)管為樁頭以上50 cm，但對(duì)于水下低樁承臺(tái)樁基存在較大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，易導(dǎo)致檢測(cè)管漏泥漿、水泥漿且檢查難度較大，可能引起檢測(cè)管堵管無(wú)法檢測(cè)。因此，檢測(cè)管加長(zhǎng)至鋼護(hù)筒頂以上30～50 cm并注滿清水，可以防止檢測(cè)管漏堵塞問(wèn)題。

8）主墩樁基均為摩擦樁，且持力層均為中風(fēng)化巖層，設(shè)計(jì)對(duì)樁底沉渣厚度要求較高，要求樁底沉渣厚度≥5 cm，高于施工技術(shù)規(guī)范要求。選用優(yōu)質(zhì)泥漿，以增加孔壁顆粒之間的膠結(jié)力，形成泥皮起到保護(hù)孔壁作用。提高泥漿黏度，主要通過(guò)使用細(xì)分散泥漿、增加泥漿中膨潤(rùn)土含量、加入增黏劑等措施實(shí)現(xiàn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中，至少每2 h測(cè)定1次該地質(zhì)的比重、黏度、含砂率，全面掌握孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化，然后預(yù)配置泥漿，同時(shí)通過(guò)泥漿面觀察孔壁的穩(wěn)定情況，確保安全[1]。鉆進(jìn)時(shí)采用正循環(huán)處理鉆渣的做法，通過(guò)水上自浮式環(huán)保泥漿池（儲(chǔ)蓄池和沉淀池）進(jìn)行泥漿護(hù)壁及清渣，終孔完后一次清孔，采用黑旋風(fēng)ZX-250型高頻振動(dòng)泥漿篩氣舉反循環(huán)清渣工藝，當(dāng)孔底沉渣厚度超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)，若不采用措施處理，難以確保摩擦樁孔底沉渣厚度不大于5 cm的要求。采用錐形空心錘可以解決沉渣過(guò)厚問(wèn)題，用鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)機(jī)吊起錐形空心錘，并使錐形空心錘的DN25mm高壓水連接管與超高壓水泵連接，緩慢放入孔底，當(dāng)錐形空心錘落到孔底后反復(fù)起落錐形空心錘沖擊孔底幾次（提錘高度控制在2 m以內(nèi)），直至錐形空心錘底刃腳沖擊到基巖面，停止提起錐形空心錘，開啟超高壓水泵進(jìn)行沖洗孔底，使孔底沖起的沉渣上翻，同時(shí)啟動(dòng)孔內(nèi)泥漿泵繼續(xù)循環(huán)，高效、經(jīng)濟(jì)解決孔底沉渣過(guò)厚問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

東江特大橋主墩大直徑超長(zhǎng)樁基在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工具有較大的施工難度，主墩鉆孔灌注樁基于2018年10月開始施工，2019年3月中旬完成樁基施工。施工過(guò)程中遇到變水位、水流速度大、超厚卵石層、粉質(zhì)黏土夾層、斜坡面巖層、綠色環(huán)保施工等一系列技術(shù)難題。項(xiàng)目采用了依據(jù)水位變化調(diào)整孔內(nèi)水頭差、卵石層特殊護(hù)壁及鉆進(jìn)方法、粉質(zhì)黏土夾層以及斜坡面巖層成孔問(wèn)題處理及防治措施、環(huán)保區(qū)泥漿無(wú)污染處置方法等大直徑超長(zhǎng)樁基成套施工技術(shù)，解決了鉆孔灌注樁施工過(guò)程中的系列問(wèn)題，最終主墩樁基檢測(cè)結(jié)果均為Ⅰ類樁基，樁底沉渣厚度均在2 cm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求的不大于5 cm，提高了鉆孔灌注樁施工速度和成孔質(zhì)量，達(dá)到了安全可靠、施工快速、經(jīng)濟(jì)合理的預(yù)期目標(biāo)，獲得了較好的綜合效益。