葉道華，林子鑫

(廣西交通投資集團(tuán)樂望高速公路有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，大跨徑海上橋梁不斷增多，橋梁建設(shè)面臨的自然環(huán)境愈加復(fù)雜，導(dǎo)致施工難度加大?；谶@種情況，積極探索超厚軟弱層條件下樁基標(biāo)準(zhǔn)化與智能化施工技術(shù)，對于橋梁建設(shè)尤為重要。本文結(jié)合某海上大跨徑斜拉橋東側(cè)主墩樁基施工技術(shù)，總結(jié)了海陸交互相地層樁基施工成孔質(zhì)量控制與提升措施，并在實(shí)際施工中取得良好效果。

1 工程概況

某特大橋位于廣州市南沙區(qū)與中山市民眾鎮(zhèn)交界，主橋長1 126 m(80.5+222.5+520+222.5+80.5)，結(jié)構(gòu)形式為雙塔雙索面半漂浮體系斜拉橋。其東側(cè)主墩位于北江出海水道，距堤岸近240 m，基礎(chǔ)由24根φ2.8 m鉆孔灌注樁組成，樁長為63 m。

橋位區(qū)覆蓋層主要為填土、海陸交互相沉積淤泥、粉砂、細(xì)砂，主墩處覆蓋層厚35～40 m。樁位處地質(zhì)情況如圖1所示。施工過程存在地質(zhì)復(fù)雜多變、樁徑大、下層巖面起伏大、成孔困難、成樁質(zhì)量控制難度高等特點(diǎn)。

圖1 樁位處地質(zhì)情況柱狀圖

2 鉆孔工藝及機(jī)具選擇

2.1 鉆孔工藝比選

根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境條件、樁基孔徑及深度、地質(zhì)情況、工期因素、施工成本，并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比選。具體如表1所示。

表1 鉆孔方案比選表

考慮到覆蓋層為近40 m的超厚軟弱層，下層中風(fēng)化巖強(qiáng)度較高，結(jié)合工效、經(jīng)濟(jì)性、可操作性等原因，最終采用方案四。但需要特別注意的是，在旋挖鉆鉆進(jìn)覆蓋層時(shí)，旋挖鉆直接上下提桿、落鉆過程對樁壁土產(chǎn)生較大擾動(dòng)，從而容易造成較大擴(kuò)孔率甚至引發(fā)塌孔。該問題可從三方面考慮解決：(1)提前插打鋼護(hù)筒，其長度需超過覆蓋層的厚度；(2)制備優(yōu)質(zhì)的護(hù)壁泥漿并嚴(yán)格控制鉆進(jìn)過程、一清、二清的各項(xiàng)指標(biāo)；(3)嚴(yán)格控制進(jìn)尺和鉆頭提升的速度[1]。

2.2 鉆頭選擇

旋挖鉆采用雙底板撈砂鉆斗，進(jìn)行覆蓋層鉆孔施工；KTY4000型回旋鉆采用球齒滾刀鉆頭，進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化混合巖地層鉆進(jìn)施工[2]。

3 施工準(zhǔn)備

該橋東側(cè)主墩穿越紅樹林保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求高，水上大直徑樁基施工需要施做鋼平臺(tái)，并通過裝配式鋼棧橋連接至堤岸。鉆孔鋼平臺(tái)、鋼棧橋采用“釣魚法”施工，大大減小對周圍環(huán)境的干擾。鋼平臺(tái)上配備一臺(tái)80 t龍門吊、一臺(tái)315 kv變壓器，供KTY4000型回旋鉆機(jī)配套使用。

4 海陸交互相地層大直徑樁基成孔施工要點(diǎn)

4.1 鋼護(hù)筒埋設(shè)質(zhì)量控制措施

采用振動(dòng)插打埋設(shè)護(hù)筒時(shí)設(shè)置型鋼定位導(dǎo)向架控制精度，在導(dǎo)向架上設(shè)置限位調(diào)節(jié)鋼板，以調(diào)節(jié)護(hù)筒平面偏差及垂直度。在插打過程中，對護(hù)筒的平面位置進(jìn)行復(fù)核，用吊錘從兩個(gè)方向測量垂直度，插打過程中用水平尺輔助觀測，保證垂直度滿足要求。

4.2 鉆機(jī)就位及垂直度控制

旋挖鉆機(jī)對平臺(tái)平整度要求較高，需控制與水平面最大傾角≤4°，鉆機(jī)就位后通過調(diào)整桅桿垂直度進(jìn)而控制成孔垂直度。KTY4000型回旋鉆就位后在平臺(tái)上施焊限位鋼板，防止鉆進(jìn)過程中鉆機(jī)擺動(dòng)造成移位。

4.3 旋挖+回旋鉆組合成孔質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.3.1 泥漿指標(biāo)控制

鉆孔泥漿選用不分散、低固相、高黏度的PHP優(yōu)質(zhì)膨潤土化學(xué)泥漿。此泥漿由優(yōu)質(zhì)膨潤土、堿(Na2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、聚陰離子基纖維素(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)等原料組成。泥漿配比根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)試驗(yàn)后確定[3]。詳見表2。

表2 鉆進(jìn)過程中不同地層泥漿性能控制指標(biāo)表

4.3.2 排渣凈化及循環(huán)方式

施工現(xiàn)場周邊對環(huán)保要求較高，嚴(yán)禁隨意排放泥漿及鉆渣。因此，為旋挖鉆配備一個(gè)長6 m、寬4 m、高1.1 m的渣箱。旋挖鉆機(jī)掏起的鉆渣需臨時(shí)存放于渣箱內(nèi)，以便集中外運(yùn)。

KTY4000型回旋鉆出渣通過氣舉反循環(huán)方式將孔底帶鉆渣的泥漿經(jīng)排渣管排到沉渣箱。其出渣系統(tǒng)包括排渣管、回漿管、沉渣箱和供風(fēng)管路等。鉆渣落入沉渣桶內(nèi)，泥漿通過沉渣箱上的回漿管流回孔內(nèi)循環(huán)使用。其中，排渣管和回漿管與配套的沉渣箱、泥漿分離器連接，供風(fēng)管與配套的空壓機(jī)連接。當(dāng)孔內(nèi)泥漿含砂率較高時(shí)，將泥沙分離器與沉渣箱相連的管路閥門打開，通過泥沙分離器分離出細(xì)砂，以降低孔內(nèi)泥漿的含砂率，而經(jīng)過泥漿分離器凈化的泥漿通過另一條回漿管送回孔內(nèi)。

4.3.3 鉆進(jìn)過程控制措施及施工要點(diǎn)

(1)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)至接近鋼護(hù)筒底口1～2 m時(shí)，采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，并控制進(jìn)尺，以確保護(hù)筒底口部位地層的穩(wěn)定；當(dāng)鉆頭鉆出護(hù)筒底口4～5 m后，再恢復(fù)正常鉆進(jìn)狀態(tài)。

(2)在護(hù)筒底口鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)注意觀察孔內(nèi)水頭變化和護(hù)筒狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)漏漿和護(hù)筒下沉現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，采取回填、護(hù)筒跟進(jìn)等相應(yīng)措施，不能盲目鉆進(jìn)。

(3)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔時(shí)，采用減壓鉆進(jìn)，鉆壓不得超過鉆具重量之和的80%(扣除浮力)，有助于控制成孔垂直度和孔形。停鉆時(shí)，鉆頭需提離孔底才能停止供風(fēng)，防止出渣口和風(fēng)包被堵。若孔深過深，可在鉆桿的中部設(shè)置中間接力風(fēng)包，提高出渣效率，以保證排渣順暢。

(4)當(dāng)鉆進(jìn)到地層交接面和傾斜巖面時(shí)，注意扭矩表盤顯示的變化，如扭矩?cái)[幅過大，則調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，減小鉆壓降低轉(zhuǎn)速，同時(shí)加強(qiáng)垂直度監(jiān)測。

(5)回旋鉆機(jī)在終孔前鉆進(jìn)時(shí)，將泥沙分離器接入循環(huán)系統(tǒng)中，以降低泥漿含沙量，這樣在終孔時(shí)泥漿指標(biāo)就可達(dá)到一清要求，提高施工效率。

4.4 樁基施工智能化

(1)鉆機(jī)智能化。鉆孔工裝智能化改造總體思路為：通過在鉆頭上埋設(shè)傳感器，將孔底相關(guān)數(shù)據(jù)回傳至控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測，可實(shí)時(shí)顯示鉆進(jìn)深度、鉆進(jìn)壓力、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、鉆機(jī)扭矩等參數(shù)；同時(shí)配備無線傳輸通訊模塊，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸至工程管理平臺(tái)。

(2)泥漿性能檢測裝置。在鉆孔灌注樁的施工中，泥漿指標(biāo)是影響成孔質(zhì)量的重要因素，對于黏度和pH值的在線監(jiān)測采用FAST101黏度計(jì)和工業(yè)pH值控制儀表進(jìn)行監(jiān)測。

(3)樁基檢測智能化-超聲波成孔檢測儀。樁基成孔檢測采用超聲波成孔檢測儀對孔位、孔徑、孔深、孔形和傾斜度進(jìn)行檢測，檢測數(shù)據(jù)直接上傳至對應(yīng)資料系統(tǒng)，減少人為操作誤差。

5 工效、成孔成樁及環(huán)保效果評價(jià)

經(jīng)核查，采用旋挖+回旋鉆組合施工，單樁成孔約8～10 d，比計(jì)劃工期15 d縮短1/3以上，大大節(jié)約時(shí)間成本，減少間接費(fèi)用支出。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，對孔位、孔徑、沉渣厚度、孔深和傾斜度等項(xiàng)目進(jìn)行檢查，通過全自動(dòng)超聲檢孔器和機(jī)械探針進(jìn)行檢測，各項(xiàng)指標(biāo)均合格[4]。對已完成的東側(cè)主墩共24根樁基在成樁后采用超聲波進(jìn)行自檢，垂直度合格率為100%，未出現(xiàn)縮孔等情況；經(jīng)第三方檢測，一類樁基比例為100%。

此外，由于應(yīng)用泥漿轉(zhuǎn)運(yùn)箱并實(shí)現(xiàn)棄渣全程封閉外運(yùn)，整個(gè)鉆孔過程無鉆渣、泥漿直排造成污染現(xiàn)象，極大減輕了在環(huán)境敏感區(qū)施工的環(huán)保壓力。

6 結(jié)語

由于海陸交互相地層區(qū)特點(diǎn)，針對性采用大功率回旋鉆機(jī)與大功率旋挖鉆機(jī)相互配合，有效避免穿越軟弱覆蓋層時(shí)塌孔、縮頸等現(xiàn)象，加快了施工進(jìn)度，取得了良好功效。同時(shí)，嚴(yán)格控制成孔過程工序，結(jié)合樁基智能化設(shè)備的應(yīng)用，有力保證在此區(qū)域施工的大直徑鉆孔灌注樁的質(zhì)量，并取得一類樁比例為100%的成效。該工藝的實(shí)施對今后類似工程具有現(xiàn)實(shí)借鑒意義。