坭洲水道橋超深樁基施工技術

肖漓境

(湖南省交通科學研究院)

1 工程概述

虎門二橋是連接廣州番禺區與東莞沙田鎮而修建的橋梁，二次跨越珠江分岔水道，主橋由坭洲水道橋、大沙水道二座懸索橋組成，坭洲水道橋是目前國內跨徑最大的懸索橋，特點如下。(1)主跨跨徑超大，548 +1 688 m+548 雙跨鋼箱梁懸索橋;2.樁基礎超深，東塔、西塔樁長分別為82.5 m、88.5 m，直徑2.8 m，共C30混凝土鉆孔灌注樁128 根;3.索塔高，門式塔高260 m，塔頂、底尺寸分別為8 ×12.5 m、10 ×16 m;4.承臺尺寸大，全橋4 個承臺，長、寬為90.43 ×34.8(m)，高7 m。橋梁由寬49.7 m 長2 236 m 鋼箱梁構成。樁基礎是承受上部荷載的主要構件，故依據設計文件、地質資料選用合適的施工方法、工藝來保證樁基質量就尤為重要。

2 棧橋、平臺設計

棧橋、樁基施工平臺設計很重要，承受運輸荷載、鉆進、施工荷載等，經計算棧橋采用橋寬9 m，其中行車道、人行道寬分別為7.5 m、1.5 m，棧橋跨徑12 m，φ820 ×8 mm 鋼管樁基礎，長20 m，橫橋向間距6 m，單樁設計荷載45 t，鋼管樁開槽安裝2I45a 工字鋼墊梁，順橋向設3 組貝雷承重梁，梁間每6 m 設置一道［10 槽鋼剪刀撐。分布梁每隔0.75 m 設置一道I25a 工字鋼，面板每33 cm 臥放28 號槽鋼。坭洲水道橋主墩平臺長108 m，寬55 m，頂面標高+4.0 m，由輔助平臺和鉆樁平臺構成。單鋼管樁設計荷載120 t，平臺主要功能是安放鋼護筒及樁基、塔柱施工，臨時堆放設備、材料，其上布置兩臺80 t 龍門吊及一臺75 t 履帶吊。

3 深樁基試樁

坭洲水道橋在施工前進行了施工組織設計，為驗證施工方案、工藝可行，保證深樁基質量，先行試樁，達到設計、規范要求后才大面積施工。

3.1 坭洲水道橋地質條件

水底地形平坦，地貌為珠江河口三角洲。上部為第四系沉積巖所覆蓋，基巖為白堊系白鶴洞組(K1b)泥巖、泥質粉砂巖、中砂巖及其風化層。依據勘探地質情況顯示，基巖風化夾層現象較發育。樁基按摩擦樁設計但終孔時仍需滿足設計樁長及勘巖雙控。

表1 試樁地質情況

3.2 鋼護筒安裝

鋼護筒直徑3.0 m，長20 m，上、下兩節長8 m、12 m，厚20 mm，共重28 t。鋼護筒下放主要設備有M1200 塔吊、50 t浮吊、80 t 龍門吊、DZ150 振動錘等。灌入度約為10 cm/min并到達設計高程收錘。用全站儀觀測調整、控制鋼護筒的垂直度。

3.3 樁基成孔

(1)人員、鉆機及配套設備

人員10 人，分兩班鉆進。配套機械:KTY－4000 鉆機1臺、空壓機1 臺、泥漿循環系統1 套、80 t 履帶吊、龍門吊1臺，400 kW 發電機1 臺。KTY－4000 型全液壓回轉鉆機，最大鉆孔直徑4 m，鉆孔深度130 m，試樁地層鉆機選用參數見表2。

表2 鉆頭、鉆進參數表

不同地質采用不同鉆頭，覆蓋層鉆進過程中采用正循環、刮刀鉆頭鉆進，鉆至巖層面后采用反循環、楔齒鉆頭鉆進。

(2)泥漿性能

泥漿采用海水加鈉基膨潤土造漿，隔4 h 監控泥漿指標，保持泥漿水頭高出平潮水位約1.5 m。高潮水位持續鉆進提高泥漿比重，低潮水位除砂確保轉進效率。通過泥漿比重、水頭差確保鉆孔安全。粗砂層以下均每天除砂約2 h，以使泥漿含砂率符合規范要求。

表3 不同地層泥漿指標表

泥漿循環系統，全橋樁基采用氣舉反循環鉆進成孔，每臺鉆機配備獨立的泥漿循環系統。泥漿起護壁、浮渣作用，鉆渣通過泥漿處理器分離，在泥漿處理器出口放置一個漏斗，鉆渣進入漏斗，排放到廢渣艙集中運出環保部門指定位置排放。帶有鉆渣的泥漿由鉆桿中心被吸出，分離出來的優質泥漿通過泥漿處理器排放到儲漿艙內，由于鉆進過程泥漿比重會變小，故一邊鉆進一邊需加入新配制的優質泥漿，使泥漿性能符合要求，同時通過泥漿泵調節鉆孔泥漿面高度高出孔外水面約2 m，保持水壓差。

圖1 泥漿處理器工作過程

(3)防塌孔、防縮孔措施

發生塌孔、縮孔的原因多是不熟悉地質情況，對泥漿控制、不同地層的進尺速度、護筒內外水頭差等關鍵環節控制不到位引起的。因此，要采取主動措施預防塌孔、縮孔。預防措施:

①防止鋼護筒底部沖刷，在大潮汛階段定期測量河床面，當河床沖刷嚴重時，及時采取拋填砂袋或石籠防沖刷，避免因護筒松動而發生護筒腳塌方。

②鉆孔過程必須連續，中途不得長時間停鉆，長時間停鉆則泥漿沉淀不能有效護壁。準備備用設備，嚴防停鉆導致塌孔、縮孔等事故的發生。

③按地質情況選擇不同性能的泥漿，特別是穿過不同地層及時調整、配制泥漿，遇中砂層及砂礫等易塌地層時，應加大泥漿比重，粘度及膠體率，以確保護壁厚度，防止塌孔，2 h 測量泥漿指標以保持泥漿的優良性能。

④鉆至護筒腳部范圍時慢速鉆進，觀察水面水位若發現護筒腳漏漿則需立即回填或加壓護筒后再鉆進，保持護筒腳不漏泥漿。

(4)成孔檢查

試樁清孔后垂直度檢測采用KE400 型超聲波檢測儀進行檢孔，孔深、孔徑、傾斜度符合設計要求。

(5)清孔

采用二次清孔工藝，首次清孔，當鉆至孔底設計標高各項控制指標經檢測合格時終孔，采用氣舉反循環清孔提鉆20 cm，停下風機待鉆渣充分沉淀至孔底，開動風機緩慢轉鉆清孔，此時需調大泥漿比重以便沉渣排出，調漿時加入膨潤土20 t，CMC 50 kg。檢測泥漿指標為:比重1.2，粘度21 s，含砂率2%，膠體率98%。清孔時間24 h，清孔完成后泥漿指標為:比重1.1，粘度19.3 s，含砂0.5%，膠體率99%。二次清孔，下放導管后，若測得沉淀大于5 cm 應二次清孔。在導管內接一根內徑4 cm 的鋼管，底部加一沙包，導管頂端密封，預留進風管及出漿管，用空壓機吹砂清孔。風管距離導管底約2/3 導管深度，送風量約為25 m3/min，風壓控制在1.2 MPa，搖動、改變導管在孔底的位置，直到沉渣厚度不超過5 cm。

(6)鋼筋籠制作及下放

鋼筋籠用長線法制作，鋼筋籠外徑264.2 cm，主筋φ40 mm，長9 cm 的直螺紋套筒連接，鋼筋接頭車絲長度符合規范且不大于2P，荷載箱直接安裝在鋼筋籠上，安裝標高－55.5 m。鋼筋籠標準胎架、卡位采用鋼筋焊接，以控制主筋間距符合雙標管理要求，胎架間距3 m，主筋用套筒連接放在胎架上，上部主筋放在卡位器上，再與加強筋焊接，這樣鋼筋籠主筋間距偏差全部能達到規范允許要求。

鋼筋籠下放，人員14 人，分兩班下放。配套機械:平板車、25 t 汽車吊、80 t 履帶吊、80 t 龍門吊，400 kW 發電機。由于龍門吊高度限制，鋼筋籠采用80 t 履帶吊立籠，將鋼筋籠先放入鋼護筒內，利用卡板臨時固定在鋼護筒上，80 t 龍門吊起吊鋼筋籠與下節鋼筋籠套接，聲測管采用焊接對接，聲測管壁厚2 mm，嚴格控制焊接質量，防止聲測管進漿，焊接完成后直接在聲測管內灌水，檢查接頭密封是否完好。

(7)混凝土灌注

①首盤混凝土量計算，首批混凝土埋管深度應控制≥2 m。由公式V≥πd2h1/4 +πD2Hc/4 得:首盤混凝土量需21.8 m3，配備1 個23.4 m3的儲料斗和1 個1.5 m3的漏斗。

導管選用8 mm 厚Φ325 mm 的無縫鋼管。螺母接頭以提高拆、接管速度。導管長113.3 m，為便于拆卸，采用1 ×6 m(底管長)+34 ×3 m(標準長)+1 ×2 m(短節)+2 ×1 m(短節)+1 ×0.8 m(短節)+1 ×0.5 m(短節)。

②灌注混凝土，混凝土配比設計見表4，初凝15 h，拔球采用直徑為32 cm 厚14 mm 圓鋼板堵塞導管上口，鋼板下墊油毛氈將混凝土密封與泥漿隔開，用鋼絲繩連接鋼板掛于履帶吊鉤，待儲料斗、漏斗灌滿混凝土，拔球完成首盤混凝土灌注，并持續灌注至設計標高。

表4 C30混凝土設計配合比

單樁最大體積544.9 m3，由2 臺240 m3/h，距離岸上1 km的混凝土攪拌機生產，10 m3的攪拌車運輸，灌注量80 m3/h，共需6 臺灌車，2 臺備用，首批12 輛罐車，混凝土坍落度215 mm，擴展度600 mm，首盤灌注順利但浮漿偏多，減少用水量4 kg/方，坍落度調整為210 mm，擴展度550 mm，包裹性明顯好轉。未出現待料情況，首盤混凝土埋管深2.5 m，最大埋深10 m，控制埋管深6 m，拆管長3 ～6 m 不等。試樁混凝土灌注時間7 h，平均灌注速度68.9 m3/h，設計458 m3，實際灌注482 m3，超方約5%。

(3)樁頭處理

試樁混凝土灌注完成后，拆除導管，用泥漿泵將護筒里泥漿抽出，人工清理樁頭，鑿除樁頭至樁頂設計標高，樁基經檢測為Ⅰ類樁，混凝土強度符合設計要求。

4 結 語

超深樁基礎在江、海中施工是一項系統工程，以坭洲水道橋為工程背景，介紹超深樁基的施工工藝及質量控制方法，總結如下。(1)依據不同的地質條件采取合適鉆進方式，泥漿指標、性能對護壁起關鍵作用。(2)保證每道工序質量，才能保證樁基質量合格。(3)針對可能出現的問題采取主動控制措施，避免出現質量事故，上述措施對提高我國橋梁工程樁基質量及耐久性具有十分重要的意義。

［1］公路橋涵施工技術規范(JTG F50－2011)［S］.

［2］公路工程質量檢驗評定標準(JTGF80/1－2004)［S］.

［3］陳光飛.杭州灣跨海大橋大口徑鉆孔灌注樁施工工藝［J］.西部探礦工程，2008，(11).