劉傳志

摘要：文章以福建瑯岐閩江大橋4#墩鉆孔樁施工為例，從鉆機(jī)選型、鉆進(jìn)參數(shù)控制、泥漿性能控制、鉆孔垂直度控制等方面介紹了近海河口環(huán)境大直徑、超深鉆孔樁結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)，為類似工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鉆孔樁；鉆進(jìn)參數(shù)；泥漿性能；垂直度

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）01-0093-04

一、概述

瑯岐閩江大橋4#主墩32根φ2.8m鉆孔樁工程，從2011年4月19日開(kāi)工至9月24日順利完成，歷時(shí)5月余。施工期間，克服了大潮汐、復(fù)雜地質(zhì)、海水拌漿和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等困難，施工工序復(fù)雜，在橋梁建設(shè)的近海環(huán)境大直徑、超深鉆孔樁結(jié)構(gòu)中具有較強(qiáng)的代表性，本文通過(guò)介紹4#墩鉆孔樁的施工方案選型及主要控制措施，敘述近海環(huán)境大直徑、超深鉆孔樁結(jié)構(gòu)的

施工。

二、工程概況

4#墩為主塔墩，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為整體式基礎(chǔ)，采用32根φ2.8m鉆孔樁，樁基呈行列式布置，縱橋向布置4排，橫橋向布置8列，順橋向樁距8.0m，橫橋向樁距6.0m，樁基礎(chǔ)按柱樁設(shè)計(jì)。鉆孔樁樁頂標(biāo)高為+0.0m，樁底標(biāo)高根據(jù)地質(zhì)情況不同各孔位并不相同，最大設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)103.5m，4#墩結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1：

4#墩巖面標(biāo)高-57～-60.7m，主要為花崗巖局部穿插輝綠巖巖脈。強(qiáng)風(fēng)化層厚11.4～37.2m，上部為砂礫狀，下部為碎塊狀，以砂礫狀為主，其層厚為6.1～37.2m；碎塊狀層厚分布不均且變化較大，局部缺失，最大厚度可達(dá)19.1m；中風(fēng)化層面標(biāo)高-69.3～-97.8m，分布均，厚度變化大，局部鉆探孔位缺失，最大中風(fēng)化層厚為14.8m。微風(fēng)化巖面起伏較大，標(biāo)高-70.7～-101.5m，整體上微風(fēng)化巖面由下游向上游逐漸抬升。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙資料統(tǒng)計(jì)，橋位處：平均高潮位：+4.828m；平均低潮位：+0.728m；最低潮位：-0.622m；最大潮差：6.48m；平均潮差：4.09m。

三、施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

（一）施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

1．鉆孔樁數(shù)量多、深度深、孔徑大。瑯岐閩江大橋4#墩共有32根φ2.8m鉆孔樁，最大設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)103.5m，至鉆孔平臺(tái)深度達(dá)到110m。

旋轉(zhuǎn)鉆鉆桿長(zhǎng)細(xì)比變大，剛度變?nèi)?，?dòng)力頭傳遞到鉆頭上的扭矩?fù)p失大，有效扭矩變??；鉆桿易擺動(dòng)變形，容易因彎扭組合作用而導(dǎo)致鉆桿疲勞斷裂。

2．地質(zhì)條件差。基巖面傾角大，同一根樁斷面內(nèi)半邊硬半邊軟，基巖單軸抗壓極限強(qiáng)度最高達(dá)到128MPa，孤石多，軟硬夾層多，中風(fēng)化夾層厚。旋轉(zhuǎn)鉆鉆孔易形成斜孔與S形彎孔；旋轉(zhuǎn)鉆鉆桿擺動(dòng)大，彎扭組合引起鉆桿疲勞斷裂。

3．近海河口受河流水流與潮汐相互影響水文環(huán)境復(fù)雜?，樶}江大橋橋址河段受徑流與潮汐兩方面的共同影響，汛期上游洪水徑流來(lái)量的大小，對(duì)橋址的流量、流速、水位影響顯著，非汛期以潮汐特征水流現(xiàn)象出現(xiàn)。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙資料統(tǒng)計(jì)，橋位處：最大潮差：6.48m；平均潮差：4.09 m；最大流速達(dá)到2.93m/s。

橋址河段水流流速大，河床沖刷嚴(yán)重，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，在鉆孔期間最大河床沖刷深度達(dá)到3～5m。

4．近海河口位置海水制漿，泥漿性能差。由于橋址位置淡水資源緊缺，需用橋址河段河水造漿，橋址位置受潮汐影響，此段水體為上游來(lái)水和海水的混合，用此類水體制出的泥漿粘度小，膠體率低，泥漿護(hù)壁質(zhì)量差，易沉淀。

泥漿護(hù)壁質(zhì)量差，鉆孔過(guò)程中容易產(chǎn)生塌孔埋鉆；灌注樁身混凝土過(guò)程中易塌孔斷樁。

泥漿穩(wěn)定性差，泥漿中的固、液兩相容易分離，鉆渣沉淀太快，清孔困難，稍有不慎極易引起沉碴厚度超標(biāo)。灌樁過(guò)程中混凝土上翻包裹沉渣易形成軟弱夾層而斷樁

（二）研究的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)本橋主塔鉆孔樁的施工特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)，施工技術(shù)重點(diǎn)研究以下四個(gè)方面：

1．如何確保大孔徑、深度深鉆孔樁成孔質(zhì)量、進(jìn)度。

2．如何確保成孔的垂直度（不彎孔、斜孔）。如何避免因彎孔、斜孔而引起卡鉆、別鉆、扭斷鉆桿等事故。

3．如何在近海河口受河流水流與潮汐相互影響復(fù)雜水文環(huán)境，確保成孔安全。

4．如何確保鉆孔泥漿性能，提高泥漿護(hù)壁質(zhì)量，保證成孔和混凝土灌注質(zhì)量。

四、主要施工方案

（一）成孔設(shè)備及配合機(jī)械選型

1．成孔設(shè)備選型?，樶}江大橋4#墩鉆孔樁直徑大，深度深，選用KTY-4000型旋轉(zhuǎn)鉆成孔。

該鉆機(jī)可滿足Φ2.8m鉆孔樁施工，最大鉆孔深度可達(dá)130m。該鉆機(jī)底盤(pán)較重，鉆孔穩(wěn)定。該型號(hào)的鉆機(jī)為國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的鉆機(jī)，可實(shí)現(xiàn)電控或液控恒壓自動(dòng)給進(jìn)，無(wú)級(jí)變速，密封性能好，能保證成孔質(zhì)量，并能大幅減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工效。

2．配重、穩(wěn)定器的設(shè)置。因4#墩孔深、巖硬、地層多、傾角大，如配重過(guò)輕則鉆進(jìn)效率低、成孔的垂直度不易控制，所以決定增設(shè)配重，總配重達(dá)到60t，另加鉆頭、穩(wěn)定器、風(fēng)包等鉆具總重約為90t，另在鉆頭穩(wěn)定器外再增設(shè)一個(gè)鉆桿穩(wěn)定器，以確?？椎拇怪倍取?/p>

（二）鉆進(jìn)施工控制

1．出護(hù)筒前清水鉆進(jìn)。鉆具下放到位后通過(guò)鉆桿中心管將孔內(nèi)海水置換為底潮位時(shí)河水。由于護(hù)筒的保護(hù)作用，在護(hù)筒內(nèi)采用清水鉆進(jìn)。

2．孔內(nèi)拌漿。護(hù)筒底口標(biāo)高在-25米左右，為保證出護(hù)筒后安全護(hù)壁，在-22米處開(kāi)始孔內(nèi)拌漿，待泥漿性能滿足規(guī)范要求后再進(jìn)行鉆進(jìn)。

3．出護(hù)筒底口鉆進(jìn)控制及出護(hù)筒后水頭控制。鉆頭邊刀出護(hù)筒底口時(shí)將轉(zhuǎn)速降低，減小鉆壓，平穩(wěn)鉆進(jìn)，觀察是否有刮擦護(hù)筒現(xiàn)象。當(dāng)邊刀、鉆頭護(hù)圈依次安全出護(hù)筒后，謹(jǐn)慎緩慢提進(jìn)護(hù)筒內(nèi)，進(jìn)出自如后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

根據(jù)2011年閩江潮汐表中的數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)控制護(hù)筒內(nèi)泥漿面的高度，時(shí)刻保持高于江面水位2～4m。

4．淤泥以及粉質(zhì)粘土層鉆進(jìn)。淤泥和粉質(zhì)粘土質(zhì)軟，鉆進(jìn)容易，但是極易糊鉆或裹鉆。故此層鉆進(jìn)過(guò)程中需對(duì)于泥漿的和鉆壓的嚴(yán)格控制。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和調(diào)節(jié)，鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓20～25t，轉(zhuǎn)速到 7～9r/min，每小時(shí)進(jìn)尺能達(dá)到0.5～0.7m/h，出渣效果良好，均為小塊狀泥團(tuán)，后期提鉆觀察無(wú)糊鉆或裹鉆情況出現(xiàn)。

5．卵石土層鉆進(jìn)。各孔在標(biāo)高-55～-61m之間出現(xiàn)卵石土層。因卵石層間隙大不易護(hù)壁，宜將泥漿調(diào)濃。卵石土中，經(jīng)實(shí)踐得到鉆進(jìn)參數(shù)為：鉆壓20t，轉(zhuǎn)速5r/min，進(jìn)尺能達(dá)到0.3～0.4m/h左右，且孔型良好。

6．強(qiáng)風(fēng)化花崗巖鉆進(jìn)。各孔在-60m左右開(kāi)始進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖呈散粒狀?yuàn)A泥質(zhì)，巖質(zhì)軟。入巖初期繼續(xù)采用卵石土層鉆進(jìn)參數(shù)，進(jìn)尺在0.25～0.3m/h左右，鉆進(jìn)平穩(wěn)，同時(shí)加大垂直度監(jiān)測(cè)力度，效果較為理想。在進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖4m以后，即鉆頭穩(wěn)定器已完全進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層，開(kāi)始調(diào)節(jié)鉆進(jìn)壓力以便取得最佳進(jìn)尺效果，經(jīng)實(shí)踐鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整為：鉆壓45～50t，轉(zhuǎn)速7～9r/min，進(jìn)尺可達(dá)到0.6～0.7m/h，且能保持良好孔型。

7．中風(fēng)化花崗巖鉆進(jìn)。該層強(qiáng)度相對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)堅(jiān)硬，鉆進(jìn)困難，鉆機(jī)晃動(dòng)大，易憋鉆。調(diào)節(jié)鉆進(jìn)參數(shù)到鉆壓55～60t，轉(zhuǎn)速4～5r/min，進(jìn)尺可達(dá)0.08～0.12m/h，同時(shí)堅(jiān)持每節(jié)鉆桿的垂直度測(cè)量與掃孔達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再接下節(jié)鉆桿鉆進(jìn)，確保成孔垂直度。

8．微風(fēng)化花崗巖鉆進(jìn)。微風(fēng)化花崗巖層強(qiáng)度明顯高于中風(fēng)化花崗巖，更換球齒鉆頭鉆進(jìn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和調(diào)節(jié)，球齒鉆頭相對(duì)楔齒鉆頭有明顯優(yōu)勢(shì)。當(dāng)鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)節(jié)為：鉆壓65～70t，轉(zhuǎn)速3～4r/min，每小時(shí)進(jìn)尺0.05～0.08m左右。

（三）鉆孔泥漿控制

1．泥漿配合比確定。由于瑯岐橋地處閩江入海口，受潮汐影響大，漲潮時(shí)海水倒灌進(jìn)入閩江中。海水中的大量鹽分和礦物質(zhì)對(duì)泥漿性能會(huì)造成極大破壞，威脅成孔安全。

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員反復(fù)試驗(yàn)證明直接利用漲潮海水拌漿不可取，只有當(dāng)閩江水位降至+2米以下之后的底潮江水才符合拌漿要求。以湖南膨潤(rùn)土為原料，用閩江底潮水試驗(yàn)得到最佳配合比為：水1000︰土100︰純堿3︰聚丙烯酰胺0.015。靜置12h后泥漿性能參數(shù)為：比重1.06，粘度18s，pH11，膠體率100%，此泥漿能夠滿足本工程地質(zhì)鉆孔施工的要求。

2．拌漿水儲(chǔ)備。充分利用現(xiàn)場(chǎng)未開(kāi)鉆的護(hù)筒，將護(hù)筒內(nèi)原有海水抽干，待到江水落潮到+2米以下之后，再補(bǔ)入底潮閩江水，以備各孔鉆進(jìn)時(shí)補(bǔ)水制漿，而不破壞孔內(nèi)泥漿性能。

3．出護(hù)筒泥漿控制。出護(hù)筒前，按照原始配合比拌漿，確保出護(hù)筒時(shí)孔內(nèi)泥漿性能滿足要求。

4．淤泥以及粉質(zhì)粘土層泥漿控制。結(jié)合粉質(zhì)粘土層造漿能力強(qiáng)以及容易糊鉆的特點(diǎn)，泥漿粘度控制在17～17.5s之間，pH 8，比重1.08～1.15均可。泥漿通過(guò)補(bǔ)水和添加添加劑實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

5．強(qiáng)風(fēng)化花崗巖以及強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖層泥漿控制。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖，均為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，有一定造漿能力，特別是強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中含有大量砂礫，鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重、粘度迅速上升。此時(shí)開(kāi)啟泥漿分離器進(jìn)行清砂，同時(shí)向孔內(nèi)注入底潮河水來(lái)補(bǔ)充因降砂而流失的水頭，在降砂、降低比重的同時(shí)，還降低了粘度，能有效加快進(jìn)尺效果，減少刀具磨損。

6．中風(fēng)化層以及微風(fēng)化巖層泥漿控制。中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層孔壁密實(shí)，保持泥漿17～17.5s之間，pH8，比重1.08～1.15即可。

7．終孔和一次清孔泥漿調(diào)節(jié)。終孔前，開(kāi)啟泥漿分離器，分離出泥漿粉砂和細(xì)砂，同時(shí)投放純堿以及聚丙烯酰胺調(diào)節(jié)，確保提鉆時(shí)泥漿指標(biāo)：比重：1.09～1.10，粘度≥17.8s，膠體率≥95%，含砂率≤0.05%。

（四）鉆孔垂直度控制

1．地質(zhì)分析。結(jié)合第一輪中個(gè)別孔出現(xiàn)斜孔，以及地層多、傾角大、交接處軟硬不均、輝綠巖夾層巖體易碎等因素，針對(duì)地質(zhì)報(bào)告以及各機(jī)鉆進(jìn)情況的統(tǒng)計(jì)研究，總結(jié)出瑯岐大橋地質(zhì)類型在鉆孔施工中容易形成斜孔的地層：

（1）強(qiáng)風(fēng)化巖層交接面。強(qiáng)風(fēng)化巖面自身都有一定斜面傾角（一般為東南方向傾斜），極為容易由于進(jìn)尺過(guò)快，形成偏斜，進(jìn)一步導(dǎo)致斜孔。

（2）強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化交接巖面。中風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖明顯增大，而且一般帶有較大傾角斜面。此段入中風(fēng)化巖面容易形成大角度斜孔。

（3）中風(fēng)化與微風(fēng)化交接巖面。中風(fēng)化進(jìn)微風(fēng)化巖面從地質(zhì)圖上分析，巖面傾角很大，傾斜角度達(dá)到70°，且微風(fēng)化花崗巖的強(qiáng)度相對(duì)于中風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度又大大增強(qiáng)，此段入微風(fēng)化巖面容易形成大角度斜孔。

2．控制方法。充分利用鉆頭穩(wěn)定器和鉆桿穩(wěn)定器，在進(jìn)入如上各個(gè)交接層面時(shí)，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)壓力，采用進(jìn)二退一方法鉆進(jìn)。

入強(qiáng)風(fēng)化巖面鉆壓在20～30t之間，入中風(fēng)化在30～35t之間，在進(jìn)入各地層4米之后，即鉆頭穩(wěn)定器進(jìn)入下個(gè)巖面，再適當(dāng)加壓增加進(jìn)尺速度。

在進(jìn)入-50m到入微風(fēng)化花崗巖之后的每一節(jié)鉆完，提起整節(jié)鉆桿用吊線法測(cè)量鉆桿垂直度，然后空轉(zhuǎn)掃孔觀察扭矩表指針變化情況和鉆桿晃動(dòng)情況，如果鉆桿晃動(dòng)大以及扭矩指針跳動(dòng)急促，則孔型有可能偏斜，將提升鉆頭到不晃的位置，輕壓慢轉(zhuǎn)，反復(fù)掃孔，直至基本無(wú)晃動(dòng)和扭轉(zhuǎn)變化值小于2個(gè)或以

下為止。

五、結(jié)語(yǔ)

瑯岐閩江大橋4#墩鉆孔樁具有近海河口環(huán)境、大直徑、超深、大傾斜基巖地質(zhì)條件等特點(diǎn)，使得施工非常困難。實(shí)踐證明，在此類結(jié)構(gòu)施工通過(guò)優(yōu)化施工方案、加強(qiáng)施工過(guò)程控制等措施，確保整個(gè)施工過(guò)程安全順利完成。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）