卓家超 ，錢所軍

（1.廣州南華工程管理有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；3.長沙理工大學，湖南 長沙 410114）

1 工程概況

港珠澳大橋主體工程橋梁工程全長22.9 km，其中深水區(qū)橋梁約15.824 km，包括青州航道橋、崖13-1氣田管線橋、江海直達船航道橋和深水區(qū)非通航孔橋，均采用鋼管復合樁，包含136個墩臺，1 006根樁基，見表1。

非通航孔橋等寬段低墩區(qū)樁徑φ175/200，嵌入中風化巖石持力層不小于4 m；等寬段高墩區(qū)及變寬段φ195/220，嵌入中風化巖石持力層不小于5 m。通航孔橋φ215/250，樁底標高嵌入中風化巖深度不小于1.5倍樁徑[1]（2.15×1.5=3.225 m）。樁頂標高約-8～-10 m，鋼管長度約40～60 m，平均樁長約103 m，最大樁長129.7 m，最大混凝土設計方量558.1 m3。

樁基是橋梁施工的關鍵環(huán)節(jié)，必須按照設計文件與施工規(guī)范的要求，選用合理的施工方案、工藝流程，堅持以預防為主，風險預控相結合的原則，采取有效的措施進行施工控制。

表1 深水區(qū)橋梁樁基數(shù)量Table1 Thebridgepilefoundation number in deepwater area

2 鋼管沉樁設計要求

鋼管樁豎向荷載主要承載施工期荷載，絕大部分樁端進入砂層，部分墩進入強風化巖。對于砂層，可以滿足打到設計高程的要求；對于含礫較多或碎塊狀強風化巖，依據(jù)錘重、鋼管長度及地質資料，經設計驗算后，以最后貫入度作為終孔標準；在沉樁過程中，應嚴格控制各樁的相對平面位置，避免與承臺連接困難，樁頂平面位置允許偏差小于100 mm，傾斜度小于1/250，以保證鉆孔樁和墩臺垂直度。避免貫入度連續(xù)小于4 mm，防止樁底卷邊影響鉆孔樁施工。

CB03標非通航孔橋采用導樁架+振動錘沉樁工藝[2]，見圖1。CB04標采用打樁船+液壓錘沉樁工藝[3]，見圖2。

圖1 導樁架、振動錘沉樁工藝Fig.1 Pile-sinking technology of guide pile frameand vibratory hammer

圖2 樁船、液壓錘沉樁工藝Fig.2 Pile-sinking technology of pile driving boat and hydraulic hammer

3 地質概況

全橋經過8處斷裂帶，其中青州航道橋穿過斷裂帶。

每個墩位至少有2個鉆孔，揭示地層如下：

①層：淤泥、淤泥質土，厚度29.8～35.4 m；②層：粉細砂、中粗砂，厚度0～8.3 m；③層：粉質黏土，中間夾砂，夾軟弱土，厚度0～18.0 m；④層：密實砂類土，中下部夾透鏡體狀軟土，厚度27.4～47.0 m；⑦層：混合片巖，厚度10.2～52.4 m；⑧層：混合花崗巖，厚度0～27 m；⑨層：構造破碎帶和角礫夾泥等。

中風化花崗巖，飽和抗壓強度18.9～71.9 MPa，平均43.27 MPa；中風化混合片巖，飽和抗壓強度17.1～69.0 MPa，平均39.93 MPa；中風化混合花崗巖，飽和抗壓強度17.6～67.6 MPa，平均43.46 MPa。

全橋基本為支撐樁，僅個別墩臺為摩擦樁。基巖面、中風化層頂面有一定的起伏，少量鉆孔揭露花崗巖球狀風化現(xiàn)象，應注意持力層坡度較大處的基礎穩(wěn)定性。部分墩中風化巖面坡度大于50%～100%，甚至大于200%～300%，在施工時應予以充分重視，采取必要措施。必要時應進行施工勘察。

4 鋼管復合樁施工進展情況

1） CB03標非通航孔橋，2012年11月3日至2013年9月20日，累計完成47個墩的282根鋼管打設；2012年12月31日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工137根。

2） CB03標青州航道橋，2012年11月2日至2013年4月23日，全部完成6個墩的156根鋼管打設施工；2013年2月21日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工91根。

3） CB04標的非通航孔橋，2013年1月23日至2013年8月20日止，累計完成27個墩的162根鋼管打設；2013年2月17日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工75根。

4） CB04標江海直達船通航孔橋，2012年12月21日至2013年8月9日，全部完成7個墩的112根鋼管打設施工；2013年2月3日至2013年9月20日，完成鉆孔灌注樁施工46根。

5 前期暴露的問題

1） 鋼管樁護筒底部變形、卷邊。如146-5樁，145-1、2、6 樁，143-2、3、6 樁，138-3樁。

2）鋼管樁護筒下沉、傾斜。如119-3樁。該樁在鉆孔至-105 m時，鋼管樁護筒下沉1.2 m，鋼護筒頂面有所變化，鉆頭提至護筒底后難以提出來。由于地質原因所致，處理起來較麻煩，最后下鉆頭導向裝置才把鉆頭取出。

3）塌孔。從現(xiàn)狀分析，為泥漿濃度和比重不足所致，也反映出技術經驗不足，鋼管樁端部不能形成很好的泥漿護壁，幾乎同時施工的兩根鉆孔樁之間存在相互影響。

4）孔內棄物。在孔內丟棄鉆頭、鉆具時有發(fā)生，雖對質量影響不大，但對工期影響很大。反映出工前對鉆具絲扣檢查不足，操作程序不當。

5）沉渣過大?？陀^原因是砂層厚度大且非均質，孔深達100 m，鋼筋籠安裝時間長，重點是提高二清質量。

6）混凝土坍落度過小、堵管[4]。坍落度宜按220～230 mm控制，確?；炷梁鸵仔院土鲃有?。

7）澆筑管爆裂。鋼筋籠安放和混凝土澆筑兩者工序緊湊，應合理安排。由于非通航孔橋樁每根混凝土方量為200～300 m3，澆筑7～13 h，通航孔橋樁方量為500 m3，混凝土澆筑時間過長，應確保澆筑過程的連續(xù)性。

8）鉆桿折斷、掉鉆頭。加強設備的維修和檢查，控制好巖層的鉆進速度，出現(xiàn)問題情況見表2。

表2 出現(xiàn)問題的情況匯總Table 2 Problemssummary

6 風險分析

6.1 安全環(huán)保風險分析

跨崖13-1管線橋若出現(xiàn)事故是災難性的。遭遇臺風、濃霧、突風、雷暴、強降雨、烈日、大浪等惡劣氣候；每天通過該海域船舶達5 000艘，易發(fā)生海上碰撞事故；涉及臨邊、臨水、高空作業(yè)，易發(fā)生意外墜落事故；施工平臺狹小，孤懸于海中，防止碰撞、局部失穩(wěn)或垮塌；人員落水、用電隱患；存在海底管線、地下障礙物；避免施工船舶撞擊白海豚，避免施工噪音對白海豚繁殖的影響；禁止泥漿、油污、生活垃圾排放海域；防止沉船、原材料或構件墜落海中對海洋的污染。

6.2 質量風險分析

影響施工質量的因素為4M1E，即施工人員、施工船舶及設備、施工材料、施工方法和施工環(huán)境。用層次分析法進行風險因素排序，在此基礎上運用模糊綜合法進行整體風險評價，鉆孔樁施工風險因素排序前15位分別是：1） 鋼筋籠安裝時間過長；2）人員技術素質不足；3） 施工管理和協(xié)調不足；4） 不利的海洋氣候條件；5） 混凝土生產灌注能力不足；6） 清孔不徹底與孔底沉淀厚度大；7）泥漿控制不當；8）斷樁、夾泥等樁身質量問題；9）鉆進出現(xiàn)塌孔、擴孔、縮孔現(xiàn)象；10） 鉆桿折斷、卡鉆、埋鉆、掉鉆頭現(xiàn)象；11） 設備故障、不穩(wěn)定的供電；12） 地質勘察不足；13）護筒埋設位置、高度、深度不合理；14）鉆架安裝不平穩(wěn)；15）鋼管樁施工缺陷。

6.3 施工質量風險評估

本項目鉆孔樁長度大，最深129 m。主要特點是所有橋墩均采用鉆孔樁，數(shù)量大，因此，雖然技術風險影響水平低，但風險發(fā)生概率還是很大。

II類樁不宜超過10%，一旦出現(xiàn)III類樁，由于樁位是唯一的，危害大。

主要技術風險來自混凝土灌注、清孔、鉆孔工藝。因此要對員工加強技術培訓與指導，各工種應選擇專業(yè)化水平高、操作熟練的工人。

對一些典型風險因素，可以通過適當增加投入和加強管理來降低風險。

6.4 鋼管復合樁的施工風險管理

施工方法全部細節(jié)應符合設計要求，報監(jiān)理審批，包括材料和全部設備、鉆孔平臺的說明。任一鉆孔工作開始前都應得到監(jiān)理的書面批準。

每根樁基的全部施工記錄，作為工程資料應妥善保存。自行擬定記錄格式時，應經監(jiān)理批準。

跨越崖13-1氣田管線橋施工時，應在基礎工程施工期取得管線與橋位相交的準確位置及坐標，并在橋梁施工開始前實地確定管線確切位置，完成要求的防護措施或防護工程，在施工過程中確保施工安全距離，制定相關應急預案。施工工作計劃應同時報監(jiān)理及天然氣管線公司審批。

地質補勘問題：對同一墩位巖面傾斜較大的樁基，應盡量保證逐孔都有地質鉆孔資料。

終孔的判斷問題：原則上在地質資料的基礎上，以進尺速度及渣樣強度作為判斷入巖及終孔的標準，從程序上特別強調監(jiān)理對入巖的判斷。

樁基加深及提前終孔的程序管理問題：原則上不允許樁基提前終孔，盡量減少加深：對于樁基提前終孔的情況，因涉及結構受力，此問題應由施工單位、現(xiàn)場監(jiān)理及設計代表、甲方代表四方共同確定。

變更管理的問題：對于可能出現(xiàn)的樁基加深及提前終孔，均需辦理相關變更手續(xù)。管理局終孔管理辦法明確：在設計標高0～50 cm范圍內，由監(jiān)理確認。超過范圍需會同設計和管理局。

需要增加樁長的，變更長度由設計確定，施工完成后須經監(jiān)理驗收簽認，按照原樁基單價計量。樁基應在無損檢測驗收合格后才能進行承臺安裝施工或澆筑施工。

鉆孔過程中的泥漿及鉆渣的處理應符合環(huán)境保護規(guī)定，并取得監(jiān)理的認可。泥漿及鉆渣不得污染當?shù)厮怠?/p>

鉆孔施工和灌注混凝土期間，所產生的廢棄泥漿不得直接注入海中，應經凈化達到排放要求后，至指定區(qū)域排放，以免造成環(huán)境污染。

7 常見問題分析及防治措施探討

7.1 鋼管樁底部卷邊

原因：地質因素和沉樁錘擊能量過大。因多出現(xiàn)于φ2.2 m的樁，也可能是樁底壁厚不夠（φ2.0 m、φ2.2 m的樁底壁厚均為32 mm，φ2.5 m的樁底壁厚為36 mm）。

防范措施：對于出現(xiàn)含礫多的砂層、碎塊狀強風化層、球狀風化、海底殘留物或障礙物時出現(xiàn)鋼管底部卷邊機率大，在沉樁過程中控制好沉樁錘擊能量和貫入度。如出現(xiàn)鋼管樁底部卷邊，在水深允許的情況下可進行潛水員水下切割，但安全風險比較大；主要是利用片石和沖錘擴孔，并采用沖擊錘成孔的措施（138-3號、143-6號樁已使用沖錘）。

7.2 樁底沉渣量過多

造成原因：因船運供應淡水不足，清孔泥漿中混有海水，泥漿性能指標差或由于海水造漿而加速沉渣沉淀；提起鉆頭前清孔不干凈，提起鉆頭時間過長；鋼筋籠開始安裝時須安裝多根檢測管和取芯管，工人操作不熟練，安裝時間較長；導管的安裝也因受到施工平臺和施工設備的限制而需花費不少時間。待安好導管具備二次清孔時，孔底的沉渣已沉積很多并且比較密實，使得二次清孔比較困難。

防治措施：加強淡水供應，杜絕海水造漿，泥漿性能必須滿足規(guī)定要求；成孔后，一清要到位，加快提鉆和安裝鋼筋籠速度，縮短一清到二清之間的停頓時間，減少沉渣沉積。利用導管進行二次清孔時，采用導管管口多點觸底清孔，直到孔底沉渣厚度滿足規(guī)定要求。灌注混凝土時，再利用剪球的混凝土巨大沖擊力濺除孔底少量沉渣，以達到清除孔底沉渣的目的[5]。

7.3 塌孔

造成原因：泥漿稠度小，護壁效果差，出現(xiàn)漏水；泥漿水頭高度不夠，對孔壁壓力減少；泥漿相對密度過小，使水頭對孔壁的壓力較??；在松軟砂層中鉆孔時進尺過快，泥漿護壁形成較慢，并孔壁滲水；鉆進時未連續(xù)作業(yè)，中途停鉆時間較長而未進行泥漿循環(huán)；操作不當，提升鉆頭或吊放鋼筋籠時碰撞孔壁；鉆孔附近有大型船機設備作業(yè)時產生振動；清孔后未及時澆筑混凝土，放置時間過長。

預防措施：鉆孔附近禁止大型船機設備作業(yè)；鋼護筒打設時，根據(jù)地質資料，將護筒穿過淤泥及透水層，護筒之間接頭要密封好，防止漏水；根據(jù)地質情況，選用適宜的泥漿比重、泥漿黏度、不同的鉆進速度。如在砂層中鉆孔時，應加大泥漿稠度，選用較好的造漿材料，提高泥漿的黏度以加強護壁，并適當降低進尺速度；當汛期或水位變化較大時，應采取升高護筒，增加水頭或用虹吸管等措施保證水頭壓力相對穩(wěn)定；鉆孔時要連續(xù)作業(yè)，無特殊情況中途不得停鉆；提升鉆頭、下放鋼筋籠時應保持垂直，盡量不要碰撞孔壁；若澆筑準備工作不充分，暫時不要進行清孔并保持泥漿循環(huán)，清孔合格后及時澆筑混凝土。

7.4 斷樁

造成原因：混凝土澆筑過程中斷，不能一次澆筑完成；攪拌船設備、供電設備出現(xiàn)故障使?jié)仓贿B續(xù)；導管漏水；導管提漏而進行二次下球；澆筑時出現(xiàn)串孔而不得不中斷混凝土澆筑；混凝土生產能力不足，澆筑時間過長，孔內的混凝土面層已接近初凝，形成硬殼，造成混凝土繼續(xù)澆筑極為困難，以致堵管或導管難以提拔上來，引發(fā)斷樁事故。

防治措施：在混凝土澆筑前認真做好攪拌船等設備維修保養(yǎng)工作，認真檢查安裝澆筑導管的水密性，確?；炷翝仓倪B貫性；在混凝土澆筑時，盡量提高混凝土的澆筑速度，并經常測量澆筑導管的埋深，提升導管要準確，保證導管埋深在4～10 m之間。在混凝土灌注過程中，如果出現(xiàn)堵管或其他原因而不得不中斷澆筑，可以利用導管及時清除已澆筑的混凝土，清孔干凈后再重新開盤澆筑，以避免斷樁的發(fā)生；如果中斷混凝土灌注的位置在鋼護筒內，過后能保證把鋼護筒內的泥漿水抽干，可以對發(fā)生的斷樁進行干接樁施工處理。

7.5 鉆孔傾斜

造成原因：海上施工平臺重心高、剛性小、穩(wěn)定性差，施工平臺常常受到風浪、船舶靠泊、船舶碰撞的影響，安裝就位在平臺上的鉆機穩(wěn)定性較差，鉆機作業(yè)時不穩(wěn)所致；鉆孔地質中夾有大的孤石或遺留鉆桿或其它硬物或巖面傾斜等情形。

防治措施：加強施工平臺的整體剛性，提高穩(wěn)定性，在施工平臺外側打設獨立的靠船樁，避免施工船舶直接靠碰平臺；安裝鉆機時轉盤中心與鉆架上起吊滑輪在同一軸線，鉆桿位置偏差不大于15 cm。采用自重大、鉆桿剛度大的鉆機，并安裝導正裝置。地質中夾有大的孤石或遺留鉆桿或其它硬物或巖面傾斜等情形鉆進時，采用慢檔鉆速。出現(xiàn)鉆孔傾斜時，可提起鉆頭到傾斜處修孔，如修孔效果不大且孔斜位置在巖層處，應在孔中澆筑水泥砂漿至斜孔以上，待水泥砂漿達到一定強度后再重新鉆進；或者回填塊石后采用沖擊錘沖孔。

7.6 鉆桿折斷、掉鉆頭

造成原因：鉆桿老舊，維修保養(yǎng)不到位；巖層堅硬，難以鉆進；鉆孔偏斜，出現(xiàn)卡鉆。

防治措施：加強鉆機等設備的維修和檢查，保證在鉆進時設備狀態(tài)良好；控制好巖層的鉆進速度；出現(xiàn)鉆孔偏斜時，及時進行糾偏，并放慢鉆進速度，避免卡鉆情況出現(xiàn)。

8 樁基質量的檢測情況

從港珠澳大橋橋梁工程樁基聲波透射法的6次檢測結果統(tǒng)計來看，樁徑φ250 cm的通航孔橋樁Ⅰ類樁比例較低，一般在80%以下，非通航孔橋的樁長越短、樁徑越小的Ⅰ類樁比例較高。因此從施工情況看，港珠澳大橋鋼管復合樁的超長樁（樁長≥90 m）的Ⅰ類樁比例難以達到90%以上。今后必須認真對待Ⅱ類樁，分析原因，總結經驗，提高鉆孔灌注樁的Ⅰ類樁比例，以使Ⅰ類樁的總體比例達到90%以上的創(chuàng)優(yōu)目標。

2013年5月10日開始，檢測單位對部分樁基進行了基樁鉆孔取芯法檢測，從檢測報告結果看到：樁身混凝土芯樣連續(xù)、完整，芯樣表面光滑，粗、細骨料分布均勻、膠結良好。樁底無沉渣或沉渣厚度均滿足質量驗收標準要求，混凝土芯樣抗壓強度滿足設計要求。

9 結語

通過10多個月施工探索、總結經驗，港珠澳大橋鋼管復合樁的施工已走上正軌，特別是鋼管樁的打設施工，施工工藝成熟可靠，施工質量滿足設計和驗收的高標準要求；鉆孔灌注樁的Ⅰ類樁比例有所提升。但是，還需深刻認識到鉆孔灌注樁的施工復雜性，干擾因素多，超長樁的施工難度大。在后續(xù)的大量施工中，需根據(jù)施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，認真分析、研究、解決問題，并不斷的對作業(yè)指導書進行補充、完善、優(yōu)化，重視過程預控，保質保量地完成港珠澳大橋鋼管復合樁的施工任務。

[1]中交公路規(guī)劃設計院有限公司.港珠澳大橋主體工程橋梁DB01標段施工圖設計[R].2012.CCCCHighway Consultants Co.，Ltd.Construction drawing design of DB01 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[2]中交一航局二公局聯(lián)合體.港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB03標段施工組織設計[R].2012.CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.and A Consortium of CCCCSecond Highway Engineering Co.，Ltd.Construction organization design of CB03 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[3]廣東省長大公路工程有限公司.港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB04標段施工組織設計[R].2012.Guangdong Changda Highway Engineering Co.，Ltd.Construction organization design of CB04 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[4]馬亞岑，戶相洛.鉆孔灌注樁基礎施工的常見問題及處理方法[J].技術與市場，2010（8）：34-35.MA Ya-cen，HU Xiang-luo.Common problems treatment in the construction of cast-in-place pile foundation[J].Technology＆Market，2010（8）：34-35.

[5] 王海曄，戶相洛.鉆孔灌注樁施工過程常見問題及防治措施[J].陜西建筑，2013（4）：45-47.WANG Hai-ye，HU Xiang-luo.Common problems and control measures in the construction of cast-in-place pile foundation[J].Shaanxi Architecture，2013（4）：45-47.