寧德特大橋海上樁基施工技術

周光舉

(中鐵十六局集團有限公司, 北京 100018)

[定稿日期]2017-12-25

寧德特大橋跨越漳灣海水區域，潮水影響較大，地質情況復雜，未知因素影響多，施工條件困難，工期緊，時間急，橋梁能否按期完成，保證高速公路按期開通，樁基施工成了最關鍵因素。如何到達保質保量，按期完成海上樁基施工成了重中之重，所以海上樁基施工技術成了最關鍵的技術問題。

1 工程概況

海西高速公路網沈海復線寧德漳灣至連江浦口高速公路寧德段路基土建工程A3標段起點位于寧德市蕉城區飛鸞鎮上村村的二都灣內(起點樁號為K19+442)與A2標段終點(K19+442)相接。設置寧德特大橋與溫福鐵路的寧德特大橋平行，路線位于寧德飛鸞陽光物流碼頭和原沈海高速公路之間穿過，后跨原沈海高速公路飛鸞互通A匝道、E匝道和F匝道。設飛鸞復合互通與原沈海高速公路銜接，并接國道G104，經寧德市人民警察培訓學校以東，路線終點位于寧德市蕉城飛鸞鎮梅田村以南(樁號YK24+440、ZK24+442.290)與A4標段起點(YK24+440、ZK24+442.290)相接，本標段線路全長4.998 km。

其中寧德特大橋橋長2 580 m，跨越漳灣海水區域，潮水影響較大，高潮水位6～7 m，低潮水位1～3 m，潮差3～7 m。地質情況從上到下依次為淤泥地層2～141 m，卵石地層3～322 m，砂土狀強風化花崗巖10～111 m，中風化花崗巖10～113 m，全橋采用樁基礎，樁基采用端承樁，持力層選在中風化花崗巖地層，樁長最長63 m。

2 樁基施工的重難點

首先樁基地質情況難以完全掌握清楚，屬于不可控因素，淤泥地層施工容易出現吸錘、塌孔、縮徑、埋鉆等問題，卵石地層施工容易出現漏漿、塌孔、埋鉆等問題；其次潮汐對成孔過程影響最為突出。當潮汐到來時，會造成鉆孔的反向滲漏，當潮汐退后，鉆孔內泥漿面下降，漏失量增大，很易造成塌孔并埋鉆。

3 施工方案

根據現場情況，寧德特大橋外側設置貫通運梁鋼棧橋配合施工平臺，鋼棧橋設計荷載取載重30 m箱梁和50 t履帶吊同時行走，橋面凈寬8 m，橋面標高按照高出潮汐水位1.5 m控制，每個橋墩樁基施工設置施工平臺與鋼棧橋銜接，每隔300 m設置一處加寬段方便施工車輛調頭；樁基礎采用鋼護筒跟進穿越卵石地層護壁，沖擊鉆機成孔，導管法灌注水下混凝土。樁基礎定位采用在施工平臺上定位，鋼護筒埋設采用導向架在施工平臺上配合吊車下放，逐節焊接下放。淤泥地層鋼護筒采用振動錘振動下壓埋設，卵石地層采用邊鉆孔邊下壓鋼護筒護壁成孔，鋼護筒上口固定在施工平臺上，以保住樁位準確和鋼護筒穩固。在施工平臺上用鋼箱做泥漿池，上加震動篩，將鉆渣和泥漿分離，鉆渣用汽車清運，泥漿可循環使用。灌樁時泥漿用泥漿泵抽入泥漿池，再用混凝土罐車清運，以防止泥漿污染海灘。

鋼便橋橫斷面見圖1，水中墩臺施工作業平臺見圖2，施工實況見圖3。

4 樁基施工前的思考

4.1 鋼護筒是否需要穿越卵石地層

卵石地層主要考慮漏漿、塌孔、埋鉆問題。如果加大泥漿濃度，減小沖擊鉆機沖程，以達到減小振動，完全可以達到避免塌孔、埋鉆問題；漏漿問題可以在泥漿池備用泥漿或備用膨潤土，一旦發現漏漿，可及時補充泥漿。所以，考慮將鋼護筒下口控制到卵石地層表面即可，這樣施工即節約了鋼護筒的用量，同時還加快了樁基成孔速度。

4.2 淤泥地層施工主要考慮的影響因素及應對措施

淤泥地層施工主要考慮吸錘、塌孔、縮徑、埋鉆問題。對于吸錘問題，只需控制好鉆機沖程，控制沖擊錘進入淤泥的深度就可解決。同時，一旦出現吸錘現象，馬上用高壓水沖洗沖擊錘四周，同時晃動沖擊錘上方的主鋼絲繩，并猛然上拉，重復幾次可將沖擊錘提出淤泥。塌孔、縮徑和埋鉆問題，如果鋼護筒穿過淤泥地層，可完全避免。

圖1 鋼便橋橫斷面

圖2 水中墩臺施工作業平臺

圖3 水中樁施工實況

4.3 潮汐到來時的影響因素及應對措施

潮汐到來時，會造成鉆孔的反向滲漏，當潮汐退去后，鉆孔內泥漿面下降，漏失量增大，很易造成塌孔并埋鉆問題。根據潮汐時水面高度，及時調整鋼護筒內泥漿面高度，保持與潮汐時水面高度基本一致，平衡鋼護筒內外壓差，可避免出現泥漿反向滲漏和正向滲漏問題。

5 試樁情況

試樁選擇在淺海灘位置，漲潮時能全部淹沒，退潮后能露出淤泥地層海灘灘涂，以方便觀察試樁時灘涂面的變化以及泥漿出現滲漏的情況等。在施工平臺上進行放樣定位，用導向架下放鋼護筒，鋼護筒連接采用焊接，保證接縫不漏水，用振動錘振動下壓，將鋼護筒底面下至卵石地層頂面，以不下沉為準。鉆孔一切按施工方案進行，當鉆孔至卵石地層頂面時，發現沖擊錘沖擊到卵石層引起鋼護筒震動強烈，繼續鉆孔發現鋼護筒周邊淤泥層出現液化，繼而出現漲潮時海水灌入孔內。退潮時孔內泥漿滲漏嚴重，周邊淤泥塌入孔內形成漏斗狀，鉆孔宣告失敗，只能拔出鋼護筒，用粘土回填樁位重新處理。

6 試樁失敗原因分析及改進思路

綜合分析試樁過程，主要塌孔原因是鉆孔至卵石地層時，沖擊震動傳到鋼護筒上，導致周邊淤泥液化，形成鉆孔內外通道，加上泥漿、海水間貫通穿行，從而導致塌孔。

要能鉆孔成功，首先必須避免沖擊卵石層時的震動傳到鋼護筒上，鋼護筒不發生強烈震動，就不會引起周邊淤泥層液化，不會形成通道導致海水和泥漿貫穿通行引起塌孔。唯一的辦法就是提高鋼護筒底面高度離開卵石地層頂面，使卵石地層沖擊鉆孔時的強烈震動不能傳到鋼護筒上，淤泥地層正好是很好的隔震層，但是鋼護筒底面提高到什么位置，鋼護筒底面與卵石層之間的淤泥地層鉆孔時會不會出現縮徑、塌孔等問題呢？根據鋼護筒埋設時觀察發現，鋼護筒開始下沉時，利用自身重量就能壓入淤泥中，越往下走就需要使用振動錘下壓或振動才能下沉。通過這個現象說明淤泥地層中的淤泥質土越往下，含水率就越低，抗壓強度就越高，抗壓強度越高，土的內摩擦角和凝聚力就越大，比重也越大。一般淤泥質土的內摩擦角ψ為1.5°～10°，凝聚力c為1～8 kPa，比重為14.9～18 kN/m3,根據庫倫定律抗剪力T=C+σtanψ可知，土的穩定性就越好，可以考慮按照普通粘土層鉆孔方法施工。由此考慮將鋼護筒下至含水率較低的淤泥質土層1～2 m，底面高于卵石地層頂面1 m以上的位置鉆孔。

7 改進效果

根據上述方法調整后，鉆孔成功，未出現縮徑、塌孔、漏漿、埋鉆等問題，成樁后檢測均為Ⅰ類樁。

通過上述施工工藝調整，首先大量節省了鋼護筒的用量，進一步擴大了經濟效益；其次減少了大量鋼護筒加工、運輸和埋設時間，加快了樁基施工速度，大大縮短了樁基施工時間，為工程創造了時間價值；最后將端承樁在樁尖受力變成了混合受力，提高了樁基的承載能力，更進一步保證了整座橋梁的工程質量。

8 結束語

隨著我國經濟發展，跨海高速公路、鐵路等基礎設施建設日益增多，海上樁基施工必不可少，如何快速高效、保質保量完成海上樁基的施工，成了整個建設階段的關鍵問題；通過本文背景資料所涉及的海上施工典型地質條件，施工方案及技術改進措施，為今后海上樁基施工的質量保證、環境保護及工期安排提供了參考。

[1] 福建省高速公路建設總指揮部. 福建省高速公路施工標準化管理指南[G]. 人民交通出版社, 2010.

[2] 福建省交通規劃設計院. 沈海復線寧德漳灣至連江浦口高速公路(寧德境)A3標段，寧德特大橋施工圖，福州，2013(1).

[3] JTG/T F50-2011 公路橋涵施工技術規范[S].

[4] 王建華， 張璐璐, 陳鋒劍. 土力學與地基基礎[M]. 中國建筑工業出版社，2018.

[5] 張忠苗. 樁基工程[M]. 中國建筑工業出版社，2007.

[6] 常士驃. 工程地質手冊[M]. 中國建筑工業出版社，2007.