港珠澳大橋海中鋼管復合樁基礎施工技術

■陳華南 ■中鐵大橋局集團第五工程有限公司，江西 九江 332001

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，大橋東接香港特別行政區，西接廣東省珠海市和澳門特別行政區，主體工程采用橋隧組合方案，其中隧道長約6.7km，橋梁長約22.9km［1］。該橋CB05 標非通航孔橋采用85m 連續組合梁橋形式，全長5440m，共62 個橋墩。每橋墩基礎采用6根鋼管復合樁，共有鋼管復合樁372 根。其中低墩區樁徑Ф2.0m 共計294 根、高墩區樁徑Ф2.2m 共計78 根。除190#墩設計為摩擦樁外，其余均為嵌巖樁。低墩區鋼管長度4.5～35.5m，樁長12～85m;高墩區鋼管長度15～25m，樁長27～78m。主線橋梁跨度布置見圖1。本項目北靠亞洲大陸，南臨熱帶海洋，屬南亞熱帶海洋性季風氣候區，受海洋風、浪、流、潮、霧、雨等環境因素的影響較大;橋址區處于熱帶氣旋路徑上，登陸和影響橋位的熱帶氣旋十分頻繁，據資料統計，平均每年2 個左右，最多時每年可達6 個，主要集中在6～10 月。橋址區潮汐屬不規則半日潮混合潮型，具有高潮位由外海向珠江口內逐漸增大，低潮位由外海向珠江口逐漸降低的特點。設計平均水位0.54m，潮差1.5～2.0m。

圖1 主線橋梁跨度布置

橋址區覆蓋層淺，部分墩位覆蓋層僅有淤泥。基巖為晚侏羅世燕山第三期花崗巖(γ52(3))，巖面起伏大，基巖全強風化發育，風化差異顯著，全強風化基巖中常夾有中微風化殘留體，中微風化巖面起伏大，局部地段基巖受構造擠壓影響，裂隙發育，巖體軟硬不均。同一墩位采用等長樁布置，設計嵌巖深度最淺4m，最深達32.81m，巖性強度較硬達到100Mpa，鋼管復合樁施工難度大。

2 鋼管復合樁基礎施工

依據橋址水文、地質條件及環保要求。鋼管復合樁施工方案采用“小天鵝”號運架一體船運輸導向架就位，浮吊起吊APE400B 型打樁錘插打定位樁完成后，“小天鵝”退出。浮吊起吊打樁錘逐根插打完成6根復合樁鋼管及鉆孔平臺支撐樁，吊裝整體桁架式鉆孔平臺安裝就位。鉆孔平臺上安裝3 臺沖擊鉆機鉆進，鉆進成孔后澆筑水下混凝土，達到強度后對樁基進行檢測，待樁基檢測合格后對檢測管壓漿，完成樁基施工，拆除鉆孔平臺。

2.1 復合樁鋼管樁插打

鋼管復合樁中的鋼管作為參與受力的主體結構，其打設精度要求非常高(傾斜度1/250，平面偏位50mm［2］)。復合樁鋼管最長達58.5m，重382.45t。作業海域水文、氣象條件復雜，無法采用打樁船懸吊打樁。為滿足復合樁鋼管施工精度要求，特設計制作可調整體式導向架提高復合樁鋼管的打設精度。整體式導向架由導向架架體和上、下導向裝置組成，整體式導向架結構示意見圖2。

圖2 整體式導向架結構示意

導向架架體分為上、中、下三層，各層均由型鋼焊接而成。上、中兩層四個角處設導向架套管，用于定位樁插打時導向。架體上、下兩層分別設置由導環和液壓調節系統組成的導向裝置。導向裝置與架體采用栓接。中層架體向外延伸出兩翼，可放置在“小天鵝”號甲板上的滑道梁上并滑動。

整體式導向架法施工的優點:通過絞錨將“小天鵝”調整至縱橫向±20cm 范圍，完成一次定位;再依次通過導向架調位系統的縱、橫向液壓系統將導向架平面位置調整到位，采用鋼楔塊將調整好的導向架鎖定，完成二次定位。完成定位樁的插打并將導向架套管固定在定位樁上。然后在插打復合樁鋼管時利用導向架上的液壓導向裝置將導向4個方向的纖維輪頂推調整復合樁鋼管的平面位置及垂直度，使平面誤差精確至±5mm 內，垂直度調整至小于1/250，三次精確定位完成。并使用APE400B 型打樁錘將復合樁鋼管依次插打完成。

2.2 鉆孔平臺搭設

鉆孔平臺采用桁架結構。平面尺寸橫向×縱向:36m ×21.1m。平臺弦桿主要由HN500 ×200 型鋼組成，腹桿由HW200 ×200 的型鋼組成，腹桿與弦桿之間均采用破口熔透焊焊接。橋面板鋪槽14 +4mm 花紋鋼板。平臺基礎由6 根復合樁鋼管和4 根支撐樁共同組成。施工平臺結構圖見圖3。

完成復合樁鋼管及支撐樁打設施工后，在復合樁鋼管及支撐樁樁身焊接牛腿作為支座。采用“雪浪”號浮吊，將桁架式鉆孔平臺整體吊裝至支座牛腿上，完成安裝。桁架式鉆孔平臺整體安裝見圖4。

圖3 施工平臺結構圖

圖4 整體裝備桁架式鉆孔平臺

2.3 鉆孔施工

鉆孔施工采用正循環沖擊成孔施工。正循環沖擊成孔是通過沖擊式裝置或卷揚機懸掛沖擊鉆頭上下反復沖擊，將硬質土或巖層破碎成孔，部分碎渣及泥漿擠入孔壁中，大部分鉆渣由泥漿正循環帶出孔外，或用撈渣筒撈出孔外，這樣循環往復，直至鉆至設計深度。

根據海上鉆孔樁耐久性要求，鉆孔樁施工需采用淡水拌制泥漿。因橋址區覆蓋層多為淤泥、粉質粘土。在開孔前，先將孔內的海水抽干，注入淡水。開孔后，利用覆蓋層內的海泥并投放粘土造漿，按照抽檢頻率檢查泥漿指標情況，及時補充淡水及粘土，確保泥漿質量。鉆進過程中應注意觀察地質情況并做好原始記錄，發現地質情況與地質勘探報告不一致，及時報告，以便采取相應的措施。

2.4 清 孔

依設計要求終孔后，開始一次清孔。清孔過程中對鋼管復合樁孔內壁進行掃孔，掃除鉆孔施工中形成的過厚泥皮。提高復合樁鋼管與成樁混凝土的粘結;減少鋼筋籠安裝過程中，因鋼筋籠晃動刮落孔壁上過厚的泥皮，致使泥皮沉入孔底或包裹在鋼筋籠上，給二次清孔造成困難，影響成樁質量。待泥漿質量及孔底沉渣均合符規范要求后，采用超聲波檢孔儀對孔徑、孔型及傾斜度等進行檢測，檢測結果上報監理工程師復查并存檔。

2.5 鋼筋籠施工

鋼筋籠生產采用車間工廠標準化制作，制作完成后利用船舶海運至樁位處，采用浮吊安裝鋼筋籠施工。潮汐、風浪對其穩定性影響很大，鋼筋籠直螺紋套筒連接安裝質量及安全難以控制。為確保質量及安全，特設計了鋼筋籠安裝支架。鋼筋籠安裝支架由鋼筋籠安裝支架架體及4 個5t 手拉葫蘆組成，鋼筋籠安裝支架見圖5。

鋼筋籠安裝支架的優點:浮吊將鋼筋籠喂入支架后，由手拉葫蘆受力并調整對接安裝鋼筋籠，浮吊不受力，受風浪影響較小，能確保鋼筋籠安裝施工的質量及安全。

圖5 鋼筋籠安裝支架進行鋼筋安裝施工圖

圖6 水下混凝土灌注示意

2.6 樁基混凝土施工

該橋混凝土均采用大型海上混凝土工廠船舶供應，風浪對混凝土船體及布料桿的穩定性影響極大。為克服風浪影響并加快混凝土灌注速度，樁基混凝土灌注設備采用灌注架、料斗、導管架等協同接力灌注。樁基混凝土灌注示意見圖6。

其優點在于:(1)因儲料斗口徑大，布料桿可直接伸入儲料斗內澆筑，可減小風浪的影響;(2)利用儲料斗可確保首盤混凝土料滿足導管底端首次埋深大于1m 的要求;(3)利用儲料斗澆筑，在拆除導管時，不必將布料桿擺出灌注孔位，且能繼續往儲料斗泵送混凝土，待拆完導管后，打開閥門放料，有效節省混凝土灌注時間，確保成樁混凝土質量。

3 關鍵工序質量控制措施

3.1 鉆孔質量控制措施

(1)施工過程中根據潮位變化及時調整孔內水位，始終保持孔內水位高出海水位2.0—3.0m，確保孔壁任何部位靜水壓力不小于0.02MPa。

(2)根據土層條件及現場特點，采用正循環鉆孔、清孔工藝，選擇合適的鉆孔進尺速度，控制好泥漿比重等各項泥漿指標，防止出現粘錘、埋鉆、梅花孔等現象。

(3)進入護筒底口后，調整鉆頭位置，確保鉆頭在鉆孔及提鉆過程中不碰撞護筒，以免破壞護筒底口護壁。如覆蓋層過淺，護筒底口處于淤泥層與風化巖交界處，則鉆進至護筒底口時，向孔內投入一定數量的粘土和片石進行造壁，必要的時候加入鋸末、麻布、棉絮、膨潤土或水泥等造壁材料，并且減小沖程鉆進，以免發生穿孔漏漿、偏孔等事故，待通過護筒底口3—5m 后恢復正常鉆進。

3.2 清孔質量控制措施

(1)確保孔壁上沒有過厚泥皮。清孔前必須掃孔，掃孔的標準以鋼絲刷上再無泥塊為準，一般清孔時間超過三天，則需再次掃孔，直至清孔完成。

(2)嚴格控制清孔泥漿指標。采用正循環清孔時，泥漿密度及粘度不宜過小，否則影響孔壁穩定，并影響泥漿懸浮鉆渣的能力，降低清孔效果。為確保下完鋼筋籠后的清孔質量。一次清孔至下鋼筋籠前，泥漿指標控制為:相對密度1.08～1.15t/m3;粘度18～22;含砂率不大于2%。下完鋼筋籠后二次清孔，應在孔底取泥漿進行性能指標檢測，泥漿達下列指標后方可終止清孔:相對密度1.03～1.10t/m3;粘度17～20;含砂率＜2%。

3.3 樁基混凝土灌注質量控制措施

(1)確保首批混凝土澆筑量。首批混凝土的數量對確保水下混凝土澆筑質量十分關鍵，混凝土初澆筑量應滿足導管底端首次埋置深度不小于1.0m。

(2)保證混凝土灌注使用的導管壁厚。由于海水的腐蝕以及海工耐久混凝土的摩擦力對導管內壁的損壞較大，對于50m 以上的深長樁必須使用壁厚大于6mm 的導管，并且絲扣為平絲。

(3)控制導管埋置深度。混凝土澆筑過程中，經常探測樁孔內混凝土面位置，及時調整導管埋置深度，控制導管埋置深度在2～6m 之間。

(4)控制混凝土性能。混凝土料應嚴格按設計配合比來控制，其坍落度應控制在180～220mm 范圍內，坍落度過小，則易堵管且一樁身混凝土易出現“蜂窩、狗洞”;坍落度過大，則樁頂浮漿過多，且易離析。

4 結束語

目前，該橋CB05 標非通航孔橋段鋼管復合樁基礎已全部施工完成。其復合樁鋼管打設精度最小平面位置偏差為±2mm，傾斜度為1/4000;最大平面位置偏差為±46mm，傾斜度為1/276，鉆孔灌注樁I 類樁的比例高達95.2%。在鋼管復合樁的施工過程中，追求零傷害、零污染、零事故，在健康、安全與環境管理方面達到國際同行業先進水平，為實現港珠澳大橋建設管理目標提供保障。其施工技術可供以后海上鋼管復合樁基礎施工借鑒。

［1］羅扣，王東暉，張強.港珠澳大橋淺水區非通航孔橋組合梁設計［J］.橋梁建設，2013，43(3):99 -102.

［2］中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，合樂集團有限公司聯合體.港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB05 標專用技術規范［Z］.珠海:2011.