深水大直徑超深鉆孔灌注樁施工技術
——以商合杭鐵路淮河特大橋為例

鄭 策

中鐵八局集團第一工程有限公司，重慶 400050

目前，國內鉆孔灌注樁采用鉆孔設備主要包括旋挖鉆機、沖擊鉆機、回旋鉆機、反循環鉆機等；但深水大直徑超深鉆孔灌注樁超過一定深度后，一般鉆機和鉆孔工藝無法滿足鉆孔深度需求；超過一定深度均采用氣舉反循環鉆機成孔，但其成孔速度極慢，長時間鉆孔，塌孔風險概率倍增，施工周期長，導致施工進度滯后，對水下基礎施工安全度汛造成威脅。

1 工程概況

淮河特大橋跨淮河（112+228+112）m預應力混凝土連續剛構拱橋為目前同類型無砟軌道橋梁世界最大跨度，其294#、295#主墩位于淮河深水區域，常水位水深約為17m，承臺埋置于一般沖刷線以下，基礎采用20根直徑為2.5m的鉆孔灌注樁基礎，樁長96m，孔深約121m，樁基呈行列式布置，順橋向4排，橫橋向5排，樁中心距6.6m。

主墩水下基礎采用先樁后堰的施工方案，即先搭設鉆孔平臺施工樁基，如圖1所示，再在原位拼裝下沉圍堰。

圖1 樁基平面布置圖

地層表層為第四系沉積的水陸混合相沉積，主要為灰白色、黃色、灰色、灰黑色流塑狀淤泥土，中部夾有粉細砂、圓礫土，大部分地段厚30～50m，最厚大于80m。下伏基巖為細砂巖、泥質粉砂巖，強風化-弱風化，地層及地質情況如表1所示。

表1 地質資料參數表

2 施工工藝流程

施工工藝流程如下：鉆孔平臺搭設、龍門吊安裝→鋼護筒定位下沉→泥漿循環系統安裝及泥漿制備→鉆孔→清孔→鋼筋籠下放→二次清孔→水下混凝土灌注。

2.1 鉆孔平臺搭設、龍門吊安裝

鉆孔平臺設計滿足130t旋挖鉆機、2臺100t履帶吊機正吊側吊、60t龍門吊機滿荷載工作、5臺自重50t氣舉反循環鉆機交叉作業以及其他施工荷載的組合荷載工況要求，采用“釣魚法”施工；鉆孔平臺上安裝一臺60t龍門吊，用于鉆機移位、混凝土灌注及后續其他工序吊裝要求。圍堰刃腳擾動如圖2所示，一字型兩翼擾動鉆頭如圖3所示。

圖2 圍堰刃腳擾動（單位：m）

圖3 一字型兩翼擾動鉆頭

2.2 鋼護筒定位下沉

護筒根據樁基直徑選擇直徑2.8m、壁厚16mm的鋼護筒，護筒刃腳及每節護筒頂部采用10mm厚鋼板進行加勁，避免插打過程中卷刃，標準護筒節長8m，護筒長40m；運輸過程中采用米字撐支撐，避免護筒變形；鋼護筒采用加工定位導向架進行定位導向插打，采用永安YZ300一字型單夾具液壓振動錘震動下沉，下沉困難時，采用旋挖鉆機擴孔輔助下沉，如圖4、圖5所示。

圖4 鋼護筒“米”字撐加固運輸

圖5 鋼護筒定位插打下沉

2.3 泥漿循環系統安裝及泥漿制備

泥漿采用PHP泥漿循環系統，每臺鉆機采用一套獨立的泥漿循環系統。泥漿循環系統由鉆機、連通管串聯鋼護筒、泥漿連接管、過濾泥漿罐、泥沙分離振動篩組成，如圖6、圖7所示。根據不同鉆進底層，泥漿濃度指標應即時調整；旋挖鉆機入孔泥漿比重控制在1.05～1.15；反循環鉆機入孔泥漿比重砂黏土層控制在1.15～1.3；巖石層控制在1.2左右。泥漿循環系統如圖8所示。

圖6 護筒間連通管

圖7 磚渣分離泥漿罐

圖8 泥漿循環系統圖

2.4 鉆孔及清孔

鉆孔采用1臺TR400型旋挖鉆機+5臺氣舉反循環鉆機鉆進施工，分4個作業循環完成20根樁基鉆進。

首先采用TR400D大型旋挖鉆機配備直徑1.0m、1.5m、1.8m、2.5m鉆頭分級擴孔鉆機鉆進，通過分級擴孔，解決旋挖鉆機隨著孔深深度加深，鉆機扭矩無法滿足要求的瓶頸，加深旋挖鉆機鉆孔深度至100m左右孔深，利用旋挖鉆機鉆進速度快的優點，2～3d內鉆進100m左右孔深，再采用全液壓氣舉反循環鉆機接力鉆進，7d左右鉆進至設計孔深，并利用氣舉反循環鉆機反循環系統清孔；實際單孔成孔時間優化至10d左右，單孔成孔時間縮短了15d，極大地提高了鉆孔效率，如圖9、圖10所示。

圖9 旋挖鉆機

圖10 氣舉反循環鉆機

2.5 鋼筋籠下放及二次清孔

鋼筋籠采用工廠化集中加工生產，長線法制作，分節段運輸，龍門吊分節接長下放。二次清孔采用氣舉反循環清孔工藝，并輔以泥砂分離振動篩，降低泥漿砂率，避免灌注工程中泥沙沉淀超標，如圖11、圖12所示。

圖11 氣舉反循環二次清孔

圖12 泥沙分離振動篩

2.6 水下混凝土灌注

根據計算首批混凝土方量制作首批料斗，采用龍門吊機吊裝首批料料斗，汽車吊撥球灌注，同時，兩臺天泵不斷泵送混凝土至大料斗，首批料封底成功后，拆除大料斗，采用小料斗汽車自流快速灌注，如圖13、圖14所示。

圖13 首批料撥球

圖14 小料斗自流灌注

3 施工注意事項

（1）無浮吊地段施工，應考慮足夠的鉆孔平臺吊裝能力，可有效提高施工效率，化零為整。

（2）鋼筋籠應采用長線法加工，并在設計基礎上采取加固措施，避免起吊、運輸、存放過程中鋼筋籠變形，導致孔口對位接長困難。

（3）水下混凝土灌注時，必須在料斗內或導管頂部設置排氣孔抑或排氣管，否則，強大的內外氣壓差將導致混凝土灌注困難，疑是堵管。

（4）水下混凝土灌注前，必須進行導管水密性試驗，確保在巨大的水壓差下，導管不滲水。

（5）水下混凝土灌注結束前，應采用工裝或檢測設備控制混凝土灌注樁頂標高，避免過高或過低，造成嚴重后果。

4 結束語

淮河特大橋跨淮河（112+228+112）m連續剛構拱橋294#、295#主墩樁基施工中，采用了旋挖鉆機分級擴孔+氣舉反循環鉆機接力鉆進工藝，保證了成孔質量的同時，極大地提高了施工效率，較原計劃施工時間提前了60d完成樁基施工，為水下基礎安全度汛打下了堅實的基礎，在同類型地質條件下大直徑超深鉆孔灌注樁施工中具備一定的指導性意義。