五峰山長江特大橋4號墩鉆孔樁施工關鍵技術

陶 俊 中鐵大橋局集團第四工程有限公司

史良洪 馮傳寶 中國鐵路上海局集團有限公司南京鐵路樞紐工程建設指揮部

1 工程概況

新建連鎮鐵路五峰山長江特大橋為連鎮鐵路跨越長江的一座特大型橋梁，為全線的重點控制性工程。五峰山長江特大橋主橋為 (84+84+1092+84+84)m鋼桁梁公鐵兩用懸索橋，主梁上層采用設計行車速度為100 km/h的雙向八車道公路橋面，下層采用250 km/h雙線客運專線及200 km/h預留雙線客運專線（見圖1）。

圖1 五峰山長江大橋橋型立面布置圖（m）

主橋4號墩為南岸臨江陸地主塔墩，基礎采用左右塔柱分離式承臺(中間設系梁連接)、群樁基礎形式，共計布置67根φ2.8 m鉆孔樁。承臺上游側布置35根，下游布置32根，樁基呈梅花型布置，縱向7排，橫向13排，行間距為5.1 m和5.8 m。由于上、下游巖面埋深差異較大，故上下游鉆孔樁采用長短樁設計。其中，下游側為短樁，樁長50 m～95 m，上游側為長樁，樁長65 m～128 m。端承樁設計，要求上游樁尖嵌入弱風化石英閃長斑巖不小于22 m，下游樁尖嵌入微風化凝灰質砂巖不小于4.5 m。鋼護筒15 m參與受力，設計直徑3.2 m、壁厚25 mm。鉆孔樁具體布置見圖2。

圖2 主橋4號墩鉆孔樁布置圖（cm）

2 工程地質

4號墩上游側表層為拋石及塊石填土。拋石及塊石以下為覆蓋層，覆蓋層上部為填土，厚約5 m～6 m，中部為軟塑狀粉質黏土，厚15 m～35 m，下部為硬塑～堅硬狀粉質黏土，局部含碎石，厚25 m～30 m。基巖以含礫凝灰質泥巖為主，不均勻夾雜凝灰質砂巖、凝灰質泥巖、凝灰質角礫巖，底部為燕山期侵入的石英閃長斑巖，弱風化基巖面高程在-44 m～-56 m（地面高程為+6.5 m），巖體強度較低且軟硬不均。基巖受石英閃長斑巖侵入影響，巖體破碎，巖塊強度變化大。

4號墩下游側地表覆蓋層為粉質黏土、含碎石粉質黏土，覆蓋層層厚約30 m～40 m。覆蓋層以下為強風化、弱風化凝灰質砂巖。樁基持力層為微風化凝灰質砂巖，強度高，天然抗壓強度達 36 MPa～42 MPa，最大達 90 MPa～120 MPa。

3 主要施工難點

4號墩鉆孔樁采用陸上施工方法施工。在清理場地、插打鋼護筒并完成混凝土鉆孔平臺施工后，采用回旋鉆機+沖擊鉆組合完成鉆孔施工。然后分節安裝鋼筋籠，采用氣舉反循環法清孔。泥漿指標及孔底沉淀層厚度滿足設計及規范要求后，采用垂直導管法完成水下混凝土灌注。

4號墩鉆孔樁主要施工難點如下：

（1）4號墩場地原狀為砂石料碼頭，碼頭表層約3 m～6 m深的素填土內夾雜鋼筋、碎磚等建筑垃圾，臨江側地表以下5 m～7 m范圍內分布有原碼頭防護拋填的粒徑30 cm～50 cm塊石，嚴重影響鉆孔樁鋼護筒插打。且設計要求鋼護筒15 m參與受力，即鋼護筒需自地面下沉約24 m至-17.5 m高程，下沉深度較深，下沉阻力非常大。

（2）4號墩鉆孔樁為直徑2.8 m，最長128 m的大直徑超長鉆孔樁，孔深最大可達135 m，進入巖層深度深，持力層巖石強度高，對鉆機性能要求非常高。樁位巖體較為破碎，裂隙發育，且存在軟硬不均現象，鉆孔過程中有漏漿塌孔的風險，成孔施工難度非常大。

（3）地質巖層走向傾斜較大，最大傾角可達45°，單根鉆孔樁直徑范圍內巖面高差約2.8 m，對鉆孔過程中孔身垂直度控制極為不利。

（4）巖層分布不均，上下游差異較大，且軟硬巖層交替，鉆孔施工較為困難，應選擇合適的鉆孔設備，在鉆孔過程中，泥漿和鉆進參數的選擇成為鉆孔樁成敗的關鍵。

針對以上難點，從場地布置、鋼護筒施工、鉆機選型、泥漿指標和循環、鉆進程序控制等方面制定措施，確保主橋4號墩鉆孔樁順利完成。

4 關鍵技術措施

4.1 場地布置

鋼護筒施工完成后,上下游圓端承臺區填筑石渣，澆筑20cm厚地坪砼形成鉆孔平臺。同時布設泥漿溝槽用于廢棄泥漿的回收利用。布置兩臺100 t門吊用于鉆機拼裝、移位及鋼筋籠下放等吊裝作業，門吊跨度為55 m，主鉤額定吊重量為100 t，副鉤額定吊重量為25 t。另在上、下游各布置一臺TC7035B-16型塔吊用于吊裝鉆桿、導管等輔助吊裝作業。

4.2 鋼護筒施工

鋼護筒插打采用大小護筒套打的方法，先埋設φ3.4 m工具護筒，采用沖擊鉆在工具護筒內鉆孔至標高-2.5 m進行清障，安裝導向架，利用250 t履帶吊配合YZ230振動錘進行鋼護筒插打，將φ3.2 m工作護筒插打至設計標高-17.5 m后，拔除工具護筒并用砂回填。工作護筒內徑為φ3.2 m，壁厚δ=25 mm，材質為Q345C，護筒長度25.6 m，底節15.6 m為永久鋼護筒。

鋼護筒垂直度控制在1/200以內，平面位置偏差不大于50 mm。為確保鋼護筒的插打精度，采取以下控制措施：

（1）在樁位處設置導向架，導向架采用錨固筋與地面錨固。

（2）插打過程中采用兩臺全站儀進行實時觀測，控制垂直度。

（3）鋼護筒插打標準采取設計護筒底標高為準，鋼護筒插打到位后，將+7.2 m以上多余部分割除，然后拔出工具護筒，并用砂回填（見圖3）。

圖3 底節鋼護筒定位

實踐證明，采用套打技術，在順利穿透不利地層的同時有效的降低了插打對振動錘的需求，經過50天的插打，67根護筒全部順利插打到位，其護筒垂直度最大偏差為10 cm，滿足設計要求。

4.3 鉆機選型

根據上下游不同地質情況，合理選擇鉆機，在滿足施工要求的情況下使設備利用率達到最大化：

上游側為長樁，樁長65 m～128 m。基巖以含礫凝灰質泥巖為主，不均勻夾雜凝灰質砂巖、凝灰質泥巖、凝灰角礫巖，底部為燕山期侵入的石英閃長斑巖，巖體強度較低且軟硬不均。布置6臺KTY4000型鉆機進行施工。

下游側為短樁，樁長50 m～65 m。地基為微風化凝灰質砂巖，強度高，天然抗壓強度達36 MPa～42 MPa，最大達90 MPa～120 MPa，布置6臺JKL-16型沖擊鉆進行施工。

鉆孔順序按照優先岸側、相鄰樁不得同時開鉆、先長樁后短樁的原則進行。

4.4 泥漿指標及循環

在鉆孔施工過程中泥漿的凈化采用機械強制凈化。每臺鉆機配1臺250 m3/h泥漿分離器及1個沉渣桶。沉渣箱和泥漿分離器布置在鉆孔平臺臨江側，通過泥漿管與鉆機（回旋鉆機）/鉆孔內泥漿泵（沖擊鉆）連接。鉆孔時鉆機排出的帶渣泥漿抽至沉渣桶，經過篩網過濾，去除粒徑大于10 mm的鉆渣，然后流入泥漿分離器進行凈化處理后通過回漿管路流回孔內。分離出的鉆渣通過溜槽排放至渣船上（見表1、表2）。

表1 回旋鉆機各地層泥漿控制指標

表2 沖擊鉆機各地層泥漿控制指標

4.5 鉆進程序控制

（1）開孔節段，檢查鉆機平面位置及垂直度符合要求后，開始鉆進作業，先進行反壓循環，置換孔內泥漿并觀察鉆桿有無漏水情況。然后進行正常鉆進，并且做好鉆進記錄。

（2）針對不同地層采用相應的鉆頭及鉆壓、鉆速、進尺速度，以最大限度的滿足施工需要和降低鉆機設備損耗。相關鉆進數據見表3、表4。

表3 覆蓋層鉆進數據表

表4 巖層鉆進數據表

（3）針對大傾斜巖面容易導致斜孔采取的措施有：①開鉆前，對鉆機進行抄平。②杜絕鉆進過程中鉆桿、鉆架大幅擺動，力爭平穩鉆進。③用吊線法測量鉆桿和沖繩的垂直度，發現垂直度超標，及時糾偏。④采用“進二退一”的鉆孔方法，結合掃孔時的扭矩大小判斷孔的垂直度。⑤通過渣樣變化來判斷地層的變化，以便及時調整鉆進參數，預防斜孔。⑥密切注意鉆機在鉆進過程中的鉆機轉速、鉆壓、沖程等狀態參數的變化，并根據鉆頭標高判斷其所處地層情況，調整合適的鉆壓、轉速和沖程。

（4）終孔時終孔標高以鉆孔平臺頂面為基準測定，采用鉆桿長度和測繩測量相互校核。

（5）鉆孔至設計標高后，回旋鉆將鉆頭提離孔底5 cm～10 cm，鉆機慢速旋轉進行氣舉反循環抽漿清孔；沖擊鉆機采取導管氣舉反循環清孔，同時調整泥漿性能以滿足鋼筋籠安裝要求。

（6）當第1次清孔完畢，采用超聲波檢測儀檢查孔徑、孔斜等，檢測結果均滿足設計和規范要求后方可進行鋼筋籠安裝及第2次清孔。當孔底沉渣小于5 cm時，方可灌注混凝土。

5 結束語

五峰山長江特大橋4號墩于2016年1月18日施工第1根鉆孔樁，于2016年10月24日完成最后1根鉆孔樁的施工，總歷時281天，針對該墩磚石覆蓋層、大斜巖面、超硬巖質、巖層分布不均、軟硬巖層交替等情況，通過采取澆筑混凝土平臺、鋼護筒套打、合理的設備選型、泥漿控制及鉆進參數控制等措施，特別時采用鋼護筒套打技術和根據不同地質選取不同的鉆機設備，有效保證了鉆孔樁的成孔質量，最終順利完成全部鉆孔樁施工。經超聲波檢測顯示67根樁基均為Ⅰ類樁。