荊東大橋超長深水鉆孔灌注樁施工技術要點分析

李燦明 合誠工程咨詢股份有限公司，福建 廈門 361012

1 工程概況

荊東大橋位于三明市三元區荊東村，是國道205 線三明市區過境段工程A2 合同段荊東互通的主線橋，荊東大橋起訖里程為K18 +070.5-K18 +651.5，橋長581m，共5 聯12 孔，主要跨越沙溪河，8、9#墩位于沙溪河中，水深14m，地層由卵石、強風化構造巖、中風化構造巖組成，同時位于(F5)斷層上，下部結構采用墩臺配樁基礎，上部采用(72 +130 +72)變截面連續箱梁。樁基礎采用摩擦樁，共32 根，最深樁長92m，鉆孔深度達104m。

2 超長深水鉆孔灌注樁施工工藝流程及施工技術要點

荊東大橋超長深水鉆孔灌注樁施工主要工藝流程為:鋼棧橋及鉆孔平臺搭設、護筒埋設、鉆機安裝、鉆孔施工、成孔檢查、一次清孔、鋼筋籠制作及安裝、二次清孔、灌注水下混凝土。

2.1 鋼棧橋及鉆孔平臺搭設

荊東大橋橋址位于臺江電站范圍內，前后二個電站中游，水位相對穩定，百年一最大流速為1.94 m/s，常水位標高為135.5 m，根據臺江電站出示的水文報告，三明沙溪河主汛期為每年5 月底到7 月中旬，橋位處10 年內最高水位為133.9 m，鋼棧橋及鉆孔平臺按10 年內最高水位加2 m 設計。

鋼棧橋設計時主要考慮通行時的臨時荷載，一般按照載重量來計算承重體系并考慮1.5 倍安全系數，動載最大荷載考慮80T，靜載最大荷載考慮95T。鋼棧橋設計全長276m，橋面凈寬6m。基礎采用630mm10mm 鋼管;下部結構為雙45b 工字鋼;上部為7 片31.5m 貝雷梁;橋面結構為1823.5 工字鋼橫向分配梁，上鋪8mm 防滑鋼板。鋼棧橋采用“釣魚法”施工，具體施工步驟如下:鋼管樁制作→鋼管樁施工(打入沖孔、插樁)→焊接樁及樁頂開槽→雙拼工字鋼橫梁制作及安裝→貝雷片縱梁安裝→剪刀撐制作及安裝→橫向分配梁制作、安裝及固定→橋面防滑鋼板鋪設→結點聯接檢查。

鉆孔鋼平臺共二座，設計尺寸為27m35m。可同時滿足12 臺鉆機同時作業。平臺基礎采用630mm 鋼管，壁厚8mm，橫梁采用40a 型雙拼工字鋼;分配梁采用25a 型工字鋼，間距0.3m，分配梁上滿鋪8mm 厚的鋼板，具體施工步驟如下;鋼管樁制作→鋼管樁施工(打入沖孔、插樁)→焊接樁及樁頂開槽→工字鋼橫梁制作及安裝→分配梁制作及安裝→剪刀撐制作擴安裝→分配梁制作、安裝及固定→鋼平臺面板鋪設、固定→結點聯接檢查。施工時應結合防洪防汛的要求，在平臺上游側需加設攔物網，避免漂流物堆積在平臺上側，增加阻力危及平臺安全。

2.2 埋設護筒

(1)基于后期鋼吊箱施工要利用護筒作為吊掛系統的主支撐，經計算后護筒采用14mm 的鋼板制作，其內徑大于鉆頭直徑25cm。為防止護筒變形，在護筒上、下端口和中部外部各焊一道加勁肋;(2)護筒埋設采用20 型震動錘下沉，在平臺上下做定位導向架，導向架距離盡可能加大，護筒中心與樁位中心的偏差不大于50mm，成孔后樁中心軸線不大于40mm，傾斜度不大于1%。護筒內存儲泥漿應高出河面水位1m，防止河水內滲稀釋泥漿造成坍孔。

2.3 鉆機就位

水中墩樁基礎相鄰較近，最小距離只有3m，為防止沖擊振動導致鄰孔坍壁等質量事故，荊東大橋水中墩鉆孔樁采用“跳打”法施工，單座承臺8 根樁基最多投入3 臺鉆機，按照“322”施工順序進行循環作業，本橋8、9 號墩4 座承臺32 根樁基，共投入12 臺鉆機，計劃3 個施工循環完成全部水中鉆孔樁施工，計劃工期7 個月。

2.4 泥漿的制備及循環凈化

造漿采用優質粘土，必要時摻入適量CMC 羧基纖維或Na2CO3 純堿等外加劑，保證泥漿自始自終達到性能穩定、沉淀極少、護壁效果好和成孔質量高的要求。

2.5 鉆孔

鉆孔宜采用半自動卷揚機，自重12 噸，鉆頭采用梅花形鉆頭，直徑2.18m，自重8.5 噸，鋼絲繩選用同向捻制，無死彎和斷絲。現場備用鉆頭2 個，當鉆頭直徑磨耗超過15mm 時及時更換修補。

(1)開孔:在地質不平整的巖面、深槽或人工填土時，開孔前在孔內多投入一些粘土，并加適量粒徑為15cm 左右的片石，頂部拋平，用低沖程沖砸，泥漿比重控制在1:3 左右。鉆進0.5～1.0m，再回填粘土或片石，繼續經低沖程沖砸，如此反復二至三次，待鉆頭沖砸至一般巖面時，方可加大沖程正常鉆進。為防止沖擊振動使鄰孔坍壁，待鄰孔砼灌注完畢一般經24 小時后方可開鉆。

(2)鉆孔:鉆孔過程根據地質情況，采用不同的鉆進方法鉆進，粉質土采用中沖程(0.75m 左右)，輸入較低稠度泥漿，防止卡鉆、埋鉆;易坍孔的土質采用小沖程(0.5m 左右)，多投入粘土提高泥漿的粘底與相對密度，并填加片石、碎石，使之被擠入孔壁。堅硬漂卵石和巖層中鉆孔采用中、大沖程，一般在4～6m，鉆孔時孔內水位宜高于河內水位1.5～2.0m，在沖擊鉆進中取碴和停鉆后，應及時向孔內補水或泥漿，保證孔內水頭高度和泥漿比重及粘度。

(3)抽碴:沖孔至護筒下4～5m 時，用抽碴筒抽碴，每鉆進0.5～1.0m 抽碴一次，抽至鉆碴明顯減少無粗顆粒為止，抽碴時應及時補水和粘土，使泥漿比重符合要求，沖孔是每隔3～4 小時，漿鉆頭或鉆碴筒在孔內上下提放幾次，把下面的泥漿拉上來，以護孔壁。

(4)刃口補焊:鉆頭刃口在鉆進中不斷磨損，每班應進行檢查，沖擊錘尺寸磨損到小于設計樁徑或磨鈍時，應及時補焊，以免造成縮徑或卡鉆事故。為防止卡鉆，一次補焊不宜過多，且補焊后在原孔使用時，宜先用低沖程沖擊一段時間，方可恢復正常沖程。

(5)檢孔:為保證孔形垂直，鉆進中應常用檢孔器檢孔，檢孔器用鋼筋制作，直徑與鉆頭直徑相同，高度為鉆孔直徑的4～6 倍。更換鉆頭前，必須經過檢孔。如檢孔器不能沉到原來已鉆到的深度，或鋼絲繩拉緊時的位置偏移護筒中心，則可能造成縮孔、彎孔、斜孔等，應及時糾正或回填重鉆。

(6)終孔檢查:當孔底達到設計標高，可停止沖擊，把鉆頭提到孔外，進行成孔檢查(孔徑、孔深、傾斜率等檢查)，符合施工規范要求后方可清孔，在終孔與清孔的間隙時間應保持孔內水頭高度。

2.6 成孔

孔徑及垂直度檢測在樁基成孔后，下入鋼筋籠前進行，根據樁徑制作籠式井徑器入孔檢測，籠式井徑器用φ22 的鋼筋制作，其外徑大于鋼筋籠外徑10cm，長度等于孔徑的4～6 倍。其長度與孔徑的比值選擇，可根據鉆機的性能及地層的具體情況而定。檢測時，將井徑器吊起，鉆孔中心與起吊鋼絲繩保持一致，慢慢放入孔內，上下通暢無阻表明孔徑大于給定的籠徑。

孔深和孔底沉碴采用標準錘檢測。測鍾一般采用錐形錘，錘底直徑15cm，高20cm，質量4kg～6kg。測繩必須經鋼尺進行校核。由于樁長較長，普通測繩容易被拉長，出現偏差，現場采用鋼測繩，測量完后用鋼尺對測繩進行復核，確保孔深達到設計要求。

2.7 一次清孔

清孔處理的目的是使孔底沉碴厚度、泥漿比重及含砂率等符合設計要求，為水下混凝土澆筑創造良好的條件。當鉆孔達到設計高程檢驗合格后，即可進行第一次清孔。荊東大橋8#、9#墩采用換漿法清孔，即使用2 臺泥漿泵正循環清孔，利用孔口作為泥漿池返漿，采用一臺37KW 泥漿泵正循環清孔，另采用一臺22KW 泥漿泵外接濾砂器孔口抽漿降低泥漿含砂率，將過濾后的泥漿排入泥漿池。清孔達到以下標準:泥漿比重不大于1:1，含砂率小于2%，粘度17～20S。同時保證水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度達到設計要求，嚴禁采用加深鉆孔深度的方法來代替清孔。

為解決鉆孔平臺狹窄，無法設置沉淀池的問題，清孔時在孔口設置振動篩進行排碴。振動篩主要由篩網、振動器、彈簧組成。清孔時孔內泥漿通過溜槽流入振動篩，在振動篩的振動作用下，泥漿與石碴分離，泥漿通過溜槽回到泥漿池，石碴及雜質被篩網隔離，達到快速沉碴的目的。荊東大橋使用的振動篩均為自行組裝，成本低，排碴效果好，節約場地。

當清孔達到一定時間，粒徑較大的沉碴被排干凈，粒徑較小的沉碴會透過振動篩網，起不到隔離排碴效果時，就需要使用濾砂器。濾砂器主要由進漿口、出漿口、主鋼管、出碴口、球閥組成。其工作原理為:泥漿在泥漿泵的壓力作用下，通過進漿口進入濾砂器，形成高速旋轉渦流，通過渦流離心力，泥漿中的砂粒與泥漿分離，砂粒在重力作用下下沉并通過出渣口排出，泥漿則通過出漿口回流到泥漿池中。

荊東大橋樁基施工統計數據表明，對于9#墩92m 長深水樁基，使用振動篩清孔平均約46h 可將粒徑較大沉渣清除干凈，使用濾砂器清孔平均約26.5h 后泥漿各項指標合格，一次清孔總時間平均約為72.5h。

通過使用振動篩及濾砂器清孔，不僅解決了鉆機集中、場地嚴重受限，無法設置沉淀池的難題，還大大提高了清孔質量及清孔速度。與常規清孔方法相比，每根樁基可節約清孔時間約24h，荊東大橋8#、9#墩共有深水樁基32 根，預計可節約工期32 天。

2.8 二次清孔

由于安放鋼筋籠及導管等工序時間較長，孔底沉淀產生新的沉渣，故鋼筋籠及導管安裝就序后，需要進行二次清孔。二次清孔方法與一次清孔相同。清孔后，各項指標達到以下要求方可進行水下混凝土灌注:泥漿比重為1.05～1.08，含砂率為1.1%～1.7%，孔底沉渣厚度小于10cm。

2.9 水下砼灌注

(1)采用直升導管法進行水下混凝土灌注。導管使用前，應進行密封性試驗，確保導管連接緊密。下導管時應防止碰撞鋼筋籠，導管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上，用于支撐懸吊導管。

(2)嚴格按制混凝土坍落度，確保混凝土有很好的的和易性。混凝土灌注應保證在首批混凝土初凝以前完成。

(3)混凝土灌注開始后，應緊湊、連續地進行，嚴禁中途停工。在整個灌注過程中，導管埋入混凝土的深度一般控制在2m～6m 之間。

(4)在混凝土灌注過程中，要防止混凝土拌和物從漏斗溢出掉入孔內，使泥漿內含有水泥而變稠凝固，致使量測不準。同時應設專人注意觀察導管內混凝土下降和井孔水位上升，及時測量復核孔內混凝土面高度及導管埋入混凝土深度，做好混凝土施工灌注記錄，正確指揮導管的提升和拆除。

(5)施工中導管提升時應保持軸線豎直和位置居中，逐步提升。如導管法蘭盤卡住鋼筋管架，可轉動導管，使其脫開鋼筋骨架后，移到鉆孔中心。當導管提升到法蘭接頭露出孔口以上一定高度，可拆除1 節或2 節導管。拆除導管動作要快，拆裝一次時間一般不宜超過15min。要防止螺栓、橡膠墊和工具掉入孔中。

3 結束語

在荊東大橋超長深水鉆孔灌注樁施工過程中，針對沙溪河河面寬、水深、樁基長等特點，施工過程中做好技術要點控制，使荊東大橋主墩8、9#墩樁基在計劃期內完成施工，樁基經檢測全部合格，有效的推進了項目的進展。