貴廣鐵路北江特大橋嵌巖100 m大直徑鉆孔樁施工技術

曹玉紅，周翰斌

(中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510500)

貴廣鐵路北江特大橋嵌巖100 m大直徑鉆孔樁施工技術

曹玉紅，周翰斌

(中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510500)

貴廣鐵路(貴陽—廣州)北江特大橋主墩樁基礎采用直徑3.0 m鉆孔灌注樁，不僅樁徑大，嵌巖最大厚度接近100 m，成孔深度超過120 m，還具有質量要求高，施工風險大，工期緊等特點。根據工程特點，介紹了該鉆孔灌注樁的施工技術，包括施工平臺及棧橋搭設，成孔設備的配置及成孔技術，鋼筋籠制作與安裝，水下混凝土灌注等內容，可為同類工程提供借鑒。

嵌巖100 m深 大直徑鉆孔樁 施工

1 工程概況

北江特大橋為新建貴廣鐵路的一座特大橋，在廣東佛山市的金沙鎮與小塘鎮之間跨越北江，全長11.466 km。主橋采用(57.5+109.25+230+109.25+57.5)m，5跨連續鋼桁梁斜拉橋，兩主塔承臺面以上高度105 m。引橋采用32 m，24 m后張法預應力簡支箱梁。橋上為四線鐵路，中間兩線為快速客車通道，兩側兩線為貨車及相對較低速度客車通道。

工程所處的北江為珠江的重要支流，每年4～9月份為汛期，6，7月份為洪水爆發危險期，具有徑流量大、汛期長、洪峰高的特點。20年一遇水位為9.14 m，50年一遇水位為9.52 m，100年一遇水位為9.83 m，相應流速1.83 m/s。

主墩處的覆蓋層主要由粉砂、中砂、粉質黏土、粗砂、礫石等構成，但兩個主墩位處情況差異較大。243#主墩范圍內的河床面高程變化較大，最大高差達4 m，覆蓋層主要由中砂、粉質黏土、粉砂層構成，厚度6～8 m左右;244#主墩處的覆蓋層主要為中細砂，厚度只有1～4 m。主墩處的基巖由上至下依次為全風化、強風化、弱風化的泥巖、泥質砂巖、砂巖等，分布不連續，其基本承載力為300～800 kPa。243#，244#主墩的鉆孔樁嵌巖平均厚度分別為85.7 m，98.6 m，最大嵌巖深度超過100 m。

北江特大橋241#～245#墩位于水中，在施工常水位+1.0～+2.0 m下的水深約2～19 m。其中243#，244#主墩為每墩18根φ3.0 m鉆孔樁基礎，采用C30水下混凝土。樁長分別為96.5 m，102.0 m，樁底高程分別為-105.8 m，-112.2 m，在+9.76 m施工平臺頂面下的相應成孔深度分別為116.5 m和122.0 m。主墩采用低樁承臺形式，在施工常水位下，243#主墩水深8～15 m，覆蓋層厚度較大，244#主墩水深約8 m，覆蓋層較薄，承臺埋入河床深度超過其1/2高度，其它情況見表1。

表1 243#與244#主墩的地形及設計情況 m

2 施工難點

1)鉆孔樁的樁徑大，最大成孔深度超過120 m，嵌巖最大厚度接近100 m，對成孔設備性能要求高。終孔后清孔難度大，易引起孔底沉渣超標等質量問題。鉆孔必須確?？妆诖怪本却笥谝幏兑蟮?/100，以滿足鋼筋籠的吊裝要求。

2)鋼筋籠主筋采用 φ32 mm鋼筋，樁頂以下47.20 m主筋采用徑向雙層筋布置，單層鋼筋共76根，其中244#主墩的單根樁基鋼筋籠質量達80.20 t。鋼筋籠質量及長度大，吊裝時連接難度大，安裝時間長，對孔底沉渣控制要求高。

3)施工工期緊，根據主塔需在次年的洪水來臨前露出水面的進度計劃安排，主墩樁基施工工期只有半年左右時間。

4)244#主墩覆蓋層很薄，不利于鋼管樁鉆孔平臺的搭設。

3 嵌巖100 m大直徑鉆孔樁施工

3.1 成孔設備及工藝

每個主墩原計劃各投入6臺樁機進行施工，其中旋轉鉆機2臺，沖擊鉆機4臺，采取鉆沖結合的成孔工藝。經在243#主墩進場了一臺DW-35型全液壓大口徑鉆機進行工藝試驗，發現該鉆機較為龐大，其配套的輔助設備多，相鄰的樁孔無法擺放其他機械進行施工，且安裝就位、移機都比較困難。該機在覆蓋層范圍的鉆進速度較快，但進入巖層就很慢，鉆至半途還須更換沖擊機沖進，綜合成孔速度并不具有明顯優勢，甚至還可能影響到主墩樁基礎的整體施工工期。因此，綜合考慮改為全部采用YKC型沖擊鉆機，配以質量為13 t的沖錘沖擊鉆孔。同時配置氣舉反循環設備以及宜昌黑旋風ZX-200泥漿分離器配合清孔，作為本工程所有樁基成孔施工的主要機具，3種設備優勢互補、聯合作業。

沖擊鉆機按相鄰樁位錯開布置，原計劃分3輪完成沖孔施工。但開工一段時間后，設計仍未明確最終的終孔標準而暫時停工。特別是243#主墩受征拆影響，施工便道一直無法使用，致使工期十分緊張。因此及時調整了沖機數量，只要在樁位允許的情況下，即增加沖機數量，高峰時每墩樁基成孔施工的沖機達到了9～10臺。

3.2 鉆樁平臺及棧橋搭設

為滿足鉆孔樁施工，需要在設計橋位的上游搭設6 m寬的鋼棧橋通到主墩的鉆樁平臺。243#主墩鉆樁平臺的鋼棧橋長度為430 m，244#主墩鋼棧橋搭設長度144 m。鋼棧橋通至其鉆樁平臺，鋼棧橋與鉆樁平臺相連形成水上施工通道，頂面高程均為+9.76 m。

根據兩個主墩處不同的水深、覆蓋層厚度及工期要求，采取不同的鉆樁平臺形式。243#主墩處水深、覆蓋層厚度較大，采用鋼管樁作為支撐的鉆樁平臺，平臺長×寬為60 m×42 m。244#主墩由于水深較淺，中細砂的覆蓋層厚度小，鋼管樁入土不足，滿足不了鋼管樁平臺的安全穩定性要求，也考慮到可能需要在洪水期進行基礎施工的安全渡汛要求，采用雙壁鋼圍堰搭設鉆樁平臺，并作為后續承臺施工的圍堰及模板。

每個主墩平臺安裝一臺龍門吊，龍門吊凈跨30 m，起吊高度18 m。龍門吊采用貝雷桁架拼裝，主要用于鉆樁平臺的樁機、導管等設備移位，以及鋼筋籠的接長下放等。

3.3 泥漿制備及控制

泥漿循環采用正、反循環結合方式，孔深在60 m以內時采用正循環，超過60 m后采用反循環。沖孔時采用正循環工藝，終孔后的清孔則采用反循環工藝。

泥漿在滿足成孔工藝要求情況下，根據不同的土層而采取不同的制備材料。覆蓋層采用的泥漿制作材料主要為當地的膨潤土、純堿(Na2CO3)和羧甲基纖維素(CMC)，其配合比為淡水∶膨潤土∶Na2CO3∶CMC=1 000∶80∶2.2∶1.0。進入基巖后，由于泥巖是一種由泥巴及黏土固化而成的沉積巖，泥巖、泥質砂巖是一種很好的造漿材料。在沖錘的反復沖擊下成為小顆粒的鉆渣，一部分隨著泥漿循環浮上孔口，大部分在沖孔過程中成為泥漿。漿液略呈灰色，含砂率較高，約6～8%，但可通過ZX-200泥漿凈化裝置進行排渣處理而大幅度降低含砂率。根據具體情況，適時補充一些膨潤土造漿的泥漿。成孔過程中針對不同土層，實時調整及監控泥漿的性能指標，一般在黏土、粉土層中的泥漿相對密度取1.3，砂層、礫石層中取1.4，巖層中則取1.2，使泥漿既起到護壁及清渣的作用，又不至于太濃而影響沖進速度。

成孔施工時，在護筒頂部開孔，利用相鄰的鋼護筒作為泥漿循環沉淀池。制作泥漿溝把兩個鋼護筒連通，兩個鋼護筒的頂部空孔深18～24 m，可滿足160～240 m3泥漿的循環置換。施工中鉆渣隨泥漿從孔內浮出，人工用網篩將鉆渣從循環泥漿溝撈出?？咨畛^60 m后每隔10 m使用一次泥漿凈化裝置濾出鉆渣，處理鉆渣后的泥漿經安裝在泥漿沉淀池的泥漿泵將其抽送至施工樁孔底內。清理出的鉆渣及多余泥漿由300～500 t泥漿船裝載，泥漿可作為其它樁基造漿循環使用，鉆渣則運往指定棄渣點排放。

3.4 防止沖機卡錘、掉錘的主要措施

由于成孔深度達到116.5 m，122 m，一旦沖機發生卡錘或掉錘現象而處理不當容易產生埋錘事故，將會影響到主墩基礎的按期完成，甚至會對樁基質量產生不利影響。因此較好的方法是對沖機卡錘、掉錘事故采取預防措施。主要措施有:①沖機所用的鋼絲繩全部采用進口鋼絲繩，施工過程加強檢查，特別規定在孔深超過50 m后每4 h檢查一次沖錘、鋼絲繩及鋼絲繩接頭、錘銷的情況，發現鋼絲繩有破損或斷絲現象，或者錘銷有裂紋時立即更換，以避免發生掉錘問題;②沖錘使用前在其錘瓣上加焊保險吊耳并穿上全新鋼絲繩，用于掉錘時下放1個或2個鋼鉤到沖錘位置，鉤住保險鋼絲繩后用沖機的卷揚機將沖錘提升，及時將沖錘順利打撈出來;③沖孔時嚴禁打松錘，最大沖程不超過4 m，每進尺5 m測量一次成孔垂直度，孔深超過50 m后每沖進10 m應提錘上下掃孔后再沖進，以免發生卡錘并保證樁孔的垂直度。

3.5 終孔及清孔

樁孔達到設計要求后，采用JJC-1D型灌注樁孔徑檢測系統進行成孔質量檢測。由于樁孔深，泥漿含砂率較大，采用ZX-200泥漿凈化裝置配合氣舉反循環方式進行清孔。清孔時，將泥漿凈化裝置的抽漿管接至樁孔60 m處開始抽取泥漿。泥漿通過凈化裝置實現漿渣分離，凈化后的泥漿重新注入樁孔中，而砂及泥渣則通過另外的管道分離。當泥漿實測含砂率≤1%時，再按孔深每增加5 m為一級往孔底下放抽漿管進行分級抽漿清孔。直至整體泥漿含砂率均≤1%，泥漿相對密度≤1.1，含砂率＜2%，黏度17～20 s，且孔底基本無沉渣時，停止清孔，然后進行鋼筋籠吊裝。

3.6 鋼筋籠制作與安裝

鋼筋籠在鋼筋加工車間的胎膜上采用長線臺座法分節制作。鋼筋籠的主筋采用直螺紋套筒連接，相鄰接頭錯開1.2 m，同一截面主筋接頭數量不得超過主筋總數的50%。每節長度12 m，最上一節作為調節籠。

由于鋼筋籠深至孔底，其直徑、長度及質量均較大，且樁頂高程距作業平臺面達19～20 m，傳統的扁擔吊方式已無法滿足鋼筋籠起吊及安裝定位要求。對接時也不可能采用常規的孔口設置扁擔梁方式來支撐已放入孔內的鋼筋籠。為控制鋼筋籠在起吊安裝時變形，設計加工了專門的吊具及懸掛環來解決鋼筋籠的起吊、支撐及懸掛定位問題。

鋼筋籠節段運至現場后，由起重機用4點平衡吊起吊，起吊至一定高度后再慢慢起上端松下端，兩個鉤同步進行，直至鋼筋籠完全豎立后松掉下端鋼絲繩。慢慢將籠放進臨時懸掛筒，焊好防滑筋后(在吊點主筋與加強箍位置雙面焊接16 cm長φ32 mm防滑筋)用6個懸掛鉤托住，然后由專用吊具(見圖1)將連接器與鋼筋籠的8根主筋對接。鋼筋籠的懸掛定位及接長通過“圓形懸掛環”來實現?！皥A形懸掛環”由卡板和支撐圓環兩部分組成，支撐圓環開孔插[12槽鋼均勻受力，可以將鋼筋籠質量均勻分配于環上，懸掛環支承于鋼護筒及施工平臺上(見圖2)。

3.7 水下混凝土灌注

圖1 正在吊裝作業的鋼筋籠吊具

圖2 鋼筋籠的圓形懸掛環

鋼筋籠安裝后，利用龍門吊或吊機下放導管進行二次清孔。導管選用壁厚6 mm，直徑325 mm的無縫鋼管。導管初次使用前進行水密承壓和接頭抗拉試驗，水密試驗的水壓取為孔內水深1.5倍的壓力以及導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時最大內壓力1.5倍兩者之中的較大值，經過計算，水密承壓試驗壓力需滿足≥2 430 kPa。導管安裝時，準確測量每節導管長度及安裝順序，并做好記錄。導管在開始澆注混凝土前距離孔底面20～30 cm。

本工程單樁灌注量達807 m3，根據計算，初灌混凝土量為17.5 m3。采用C30高性能水下混凝土，所使用的拌合料應滿足鐵路規范關于高性能混凝土的要求?；炷僚浜媳仍O計滿足以下要求:坍落度180～220 mm，混凝土初凝時間≥23 h，粗骨料最大粒徑≤31.5 mm，并摻入密實劑，以減小混凝土的收縮，提高抗裂性及耐久性能。

混凝土灌注開始后，快速連續進行灌注，不得中斷，控制在12 h內完成。灌注過程中，防止混凝土拌合物從漏斗頂溢出或從漏斗外掉入孔底，使泥漿內含有水泥而變稠凝結，致使混凝土頂升困難。注意觀察管內混凝土下降和孔內水位升降情況，及時在互相垂直的兩個方向上測量孔內混凝土面高度，計算出導管埋深進而確定導管的提升和拆除。導管提升時保持軸線豎直和位置居中，逐步提升。

灌注將近結束時，由于導管內混凝土柱高減小，超壓力降低，而導管外的泥漿及所含渣土稠度增加，相對密度增大。如此時出現混凝土頂升困難，可在孔內加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注順利進行。為確保樁頂混凝土質量，在樁頂設計高程以上加灌混凝土80～100 cm。最后1段長導管拔出時需緩慢進行，以防止樁頂沉淀的泥漿順著導管壁滲入而形成泥心。并在最后拔管時適當反插，以保證導管位置的混凝土密實度。

4 結語

北江特大橋主墩φ3.0 m的大直徑超深鉆孔樁，嵌巖最大厚度接近100 m，在工程中的應用還較少，對其施工技術及組織安排可以說是相當大的考驗。通過研究采取適當的工藝技術和控制方法，樁基經檢測全部為Ⅰ類。這是通過精心組織，采取有效的工藝及技術措施，確保施工過程順利以及有效控制成樁質量的結果，所采取的工藝技術和控制方法，可為同類工程提供借鑒。

1)沖擊鉆機加上配套的氣舉反循環設備以及泥漿分離器在深厚的泥巖、泥質砂巖中成孔施工，比全液壓回轉鉆機具有一定的成本優勢，成孔的質量、進度也能得到保證。

2)沖擊鉆機成孔施工時，采取有效的預防卡錘、掉錘措施，是可以避免發生卡錘、掉錘問題的。

3)鉆孔樁的長大鋼筋籠應采取有效的起吊及支撐、懸掛定位方法，以控制鋼筋籠的起吊變形，加快鋼筋籠的安裝進度。

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Construction Technology of Large-diameter Bored Pile with Rock-socket Deep of 100-m Used on Guiyang-Guangzhou Railway Beijiang Bridge

CAO Yuhong，ZHOU Hanbin
(The First Construction Co.Ltd of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.Ltd.Guangzhou Guangdong 510500，China)

The pile foundation of the main pier in Beijiang super major bridge of Guiyang-Guangzhou Railway uses 3.0 m diameter bored piles，which have the characteristics of large diameter，nearly 100 m maximum thickness of rock-socket，over 120 m drilling depth，high quality requirements，high construction risk，short duration，etc.According to the characteristics of the project，the paper introduces the construction technology of the bored pile，including the construction of platform and trestle bridge，deploying of drilling equipment and drilling technology，production and installation of reinforcement cage，underwater concrete casting etc.，which can provide a reference for other similar projects.

100 m rock-socket;Large-diameter bored pile;Construction

U445.55+8

A

1003-1995(2012)06-0042-04

2011-11-18;

2012-03-05

曹玉紅(1982— )，女，廣東梅州人，助理工程師。

(責任審編 趙其文)