大直徑鉆孔樁施工關鍵技術

付國平

（中鐵大橋局集團第二工程有限公司，江蘇 南京 210015）

近年來，我國橋梁事業正從“大”向“強”轉變，作為超級工程橋梁中的“定海神針”，橋梁樁基逐漸向著樁徑大、樁長深的方向發展，2013 年通車的嘉紹大橋采用了φ3.8m 的鉆孔樁（無承臺）技術，2020 年通車的平潭海峽公鐵大橋鉆孔樁更是達到了φ4.5m。本文結合新建巢馬城際鐵路馬鞍山公鐵兩用大橋項目，總結主橋Z3 號和Z4 號大直徑鉆孔樁施工關鍵技術。

1 工程概況

新建巢湖至馬鞍山城際鐵路全線位于安徽省境內，其中馬鞍山公鐵兩用長江大橋在常合高速馬鞍山長江公路大橋上游約2.3km 處姑孰橋位跨越長江。（圖1）

圖1 新建馬鞍山公鐵兩用大橋效果圖

主橋采用四線鐵路+六車道城市快速路的公鐵合建橋梁，橋跨布置為（112+392+2×1120+392+112）m。（圖2）。

圖2 主橋橋跨布置圖（單位：m）

2 鉆孔樁概況

主橋Z3 號墩基礎承臺采用啞鈴型承臺，平面尺寸為（81.8×36.8）m（橫×縱），厚為9.5m；承臺下設36 根φ4.0m 的鉆孔灌注樁，按端承樁設計，行列式布置，樁長68m。

Z3 號墩橋址區位于和縣岸大堤與牛屯河邊灘之間，該段位于新近淤積的淺灘。覆蓋層厚度45.7～46.6m，覆蓋層上部為流塑狀淤泥質粉質黏土及松散砂層，為近年來長江淤積而成，中下部主要為稍密～中密狀粉細砂層，底部可見粗砂及礫砂層。下伏基巖為葛村組（K1g）粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、砂巖、礫巖，巖體較完整～較破碎。（圖3）

圖3 Z3 號墩基礎結構圖

主橋Z4 號墩基礎承臺平面尺寸為（89.2×54.7）m（橫×縱），厚為10m，承臺下設60 根φ4.0m 的鉆孔灌注樁，行列式布置；鉆孔樁樁長最長72m，最短60m。

Z4 號墩位于長江主航道，距離西側牛屯河邊灘約270m，距離和縣長江大堤約1360m。覆蓋層厚約48.5～53.0m，覆蓋層主要為松散～中密狀粉、細砂層，底部較薄的細圓礫土及殘坡積粉質黏土，下伏基巖為葛村組（K1g）粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、砂巖。基巖整體較完整，局部裂隙較發育，局部裂隙間充填泥質，少量巖石呈碎裂狀，局部后期有膠結。

圖4 Z4 號墩基礎結構圖

3 關鍵施工技術

3.1 總體施工方案

主橋Z3 號墩鉆孔樁采用筑島平臺法施工，鋼護筒利用200t 履帶吊整節起吊，APE400B 型振動錘施振下沉，護筒下沉時設置導向架進行輔助。采用2 臺XR700E+2 臺XR600E+2 臺XR580HD 旋挖鉆機逐級擴孔鉆進，泥漿護壁濕作業成孔，泥漿采用泥漿池收集并凈化后進行處理。

主橋Z4 號墩鉆孔樁采用水上棧橋+水上作業平臺施工，鋼護筒施工采用1000t 浮吊起吊，APE400B 型振動錘施振下沉，護筒下沉時設置導向架進行輔助。采用2臺BG-46 型旋挖鉆機+8 臺KTY4000 型回旋鉆機接力組合鉆孔成孔。

鉆孔完成后下放導管采用氣舉反循環法清孔。鉆孔樁鋼筋籠采用長線法在鋼筋加工廠制作完成，利用平板車分12m 每節運至樁位。鋼筋籠安裝完成后，下放導管進行二次清孔。混凝土灌注采用垂直導管水下混凝土灌注方法。

3.2 鉆孔平臺

Z3 號墩筑島平臺：頂面尺寸118（橫橋向）×77.9（縱橋向）m，平面高程+8.0m。平臺頂面采用混凝土預制板+填縫混凝土硬化，鉆孔區四周硬化區域為主要施工通道，在施工中間區域鉆孔樁時在混凝土預制板上鋪設鋼跑板用于鉆機及履帶吊走行及站位，履帶吊及鉆機走行需嚴格按照設計走行路線走行。

圖5 Z3 號墩筑島平臺布置圖

圖6 Z3 號墩鉆孔樁施工履帶吊及鉆機走行路線圖

Z4 號墩水上平臺：頂面尺寸99（橫橋向）×61.6（縱橋向）m，平面高程+12.0m。平臺采用鋼管樁+貝雷梁的結構形式。（圖7）

3.3 鋼護筒插打

Z3 號墩鋼護筒采用200t 履帶吊+70t 履帶吊空中翻身豎立；Z4 號墩鋼護筒采用1000t 浮吊空中翻身豎立。鋼護筒穿入導向架中，利用導向架上、下導向反復調整鋼護筒平面位置及垂直度。鋼護筒沉樁采用液壓振動錘進行插打。（圖8）

圖8 鋼護筒浮吊水上空中翻身豎立步驟圖

導向架分兩層，采用型鋼制作，上層導向架四角設置4 臺50t 機械千斤頂，底層導向架四角設置四個導向輪用于鋼護筒平面位置及垂直度調整。

圖9 導向架結構布置圖（單位：mm）

3.4 泥漿循環系統

Z3 號墩開孔覆蓋層鉆進時，以補充新拌制濃漿為主；成孔灌注時，通過在灌注孔位安置泥漿回收泵，調整泥漿泵下放深度，以確保灌注時也有相應泥漿面高度。

Z4 號墩每臺旋轉鉆機分別設置排渣管、回漿管和供風管。在鉆頭上增加風包，旋轉鉆機鉆進時，將鉆頭按照風包進水口的方向進行旋轉，泥漿通過風包進水口進入鉆頭，通過鉆頭的旋轉，泥漿連續不斷的與鉆頭中原有泥漿進行置換，增強泥漿利用效率，同時，泥漿的不斷置換對鉆頭上的牙輪鉆也進行冷卻。（圖10）

圖10 風包鉆頭結構圖

3.5 成孔工藝

Z3 號墩采用旋挖鉆逐級擴孔工藝：a. 覆蓋層采用φ3m 直徑鉆頭開孔，φ4m 直徑擴孔；b.采用φ3×3m 長筒鉆繼續鉆進至入巖約1.5m；c. 利用φ3-φ1.5×3m 上導正筒鉆繼續鉆進至φ3m 孔底；d. 采用φ1.5m 長筒鉆繼續鉆進至設計樁底高程；e. 采用特制φ1.5×8m 修孔鉆頭修孔；f.采用φ1.5-2m 下導正鉆頭開始擴孔，后續以每0.5m 孔徑遞增逐級擴孔，直至完成全斷面φ4m 樁徑成孔。（圖11）

圖11 旋挖鉆逐級擴孔步驟圖

Z4 號墩采用旋挖+旋轉組合接力工藝：上部覆蓋層采用旋挖鉆機成孔，下部巖層采用旋轉鉆機成孔。

3.6 清孔

第一次清孔采用氣舉反循環法；二次清孔時，將二清高壓射水器放入孔中，上端由導管接長，待射水器穿過鉆孔樁覆蓋層，進入巖層時，接通電源開始工作，空壓機同時開始工作。高壓射水器將孔內的泥漿抽入潛水泵，并加壓后由布置在管道之上的射水口均勻射出，清洗鋼筋籠與孔壁之間以及孔底的鉆渣；隨后攜帶鉆渣的泥漿通過空壓機的作用由射水器底口伸出的導管從孔內抽出，直到孔底沉渣符合規范要求。（圖12）

圖12 二次清孔裝置結構圖

3.7 鋼筋籠制安

Z3 號墩鋼筋籠節段長12m，采用150t 履帶吊+70t 履帶吊空中翻身豎立。

Z4 號墩鋼筋籠先預接長至24m，再采用1000t 浮吊空中翻身豎立。

3.8 水下混凝土灌注

混凝土灌注采用常規垂直導管水下混凝土灌注方法。

Z3 號墩鉆孔樁共歷時4 個月，平均成孔17.5 天/根；Z4 號墩鉆孔樁共歷時6 個月，平均成孔13.7 天/根。經超聲波及取芯檢驗，全部為Ⅰ類樁。

4 施工創新

4.1 優化鉆孔平臺設計，節省施工成本

Z3 號墩位于新近淤積的淺灘，覆蓋層厚，如采用水上平臺法施工成本高，采用簡單筑島法則地基承載力很難滿足要求。本項目采用吹砂筑島+鋪設混凝土板作為施工平臺，對地基承載力要求低，減少地基沉降的影響，更易控制施工質量，同時降低了施工成本。

4.2 底導向架精確控制大直徑、長鋼護筒插打精度

主橋Z4 號墩鉆孔樁鋼護筒內徑4400mm，長度46m，護筒插打樁頂平面位置允許偏差50mm，傾斜度要求不大于3‰。本項目鋼護筒導向架設計為雙層，層高僅為2m，通過采取導向架精確定位鋼護筒插打平面位置，過程中跟蹤檢測垂直度的施工工藝保證鋼護筒施工精度。

4.3 兩種成孔方式確保成孔進度

主橋Z3 號墩采用旋挖鉆機逐級擴孔成孔：巖層采用φ1.5m 長筒鉆鉆孔至設計高程，再依次利用φ1.5-2m、φ2-2.5m、φ2.5-3m、φ3-3.5m、φ3.5-4m 下導正鉆頭以每0.5m 孔徑遞增逐級擴孔，直至完成全斷面φ4m 樁徑成孔。

主橋Z4 號墩采用旋挖鉆機及旋轉鉆機接力組合成孔：上部覆蓋層旋挖鉆機成孔，下部巖層采用旋轉鉆機成孔。充分發揮兩種鉆機在各自地層中的施工優勢。

4.4 優化鉆頭設計，提高大直徑鉆孔樁施工中旋轉鉆機鉆進效率和泥漿使用效率。

大直徑鉆頭在鉆進過程中通常會出現，鉆頭被覆泥包裹，牙輪鉆頭切割巖面摩擦導致過熱，導致鉆孔樁鉆進效率不高，并且在鉆進過程中，泥漿的使用效率也不高。本項目通過在鉆頭上增加風包來實現泥漿的更好利用，鉆進過程中，鉆頭在旋轉的過程中，泥漿可通過風包進入鉆頭內部，沖洗鉆頭上的覆泥，同時還可以冷卻鉆頭。

4.5 改進清孔設備，確保二次清孔質量

當前大直徑鉆孔樁的二次清孔一般采用氣舉反循環法，效率較低，且對于大直徑鉆孔樁，無法很好的清理鋼筋籠與孔壁之間的鉆渣。本項目通過高壓射水器實現鉆孔樁二次清孔，射水器中設置兩臺潛水泵，由潛水泵加壓過后的泥漿通過管道射出，換漿的同時沖洗鋼筋籠與孔壁之間的廢渣，廢漿連同廢渣通過導管抽出，清孔效率高質量好。

5 結論

新建巢湖至馬鞍山城際鐵路馬鞍山公鐵兩用大橋主橋Z3 號和Z4 號墩鉆孔樁施工地質條件差、工藝復雜，在大直徑鉆孔樁工程中具有很好的代表性。本文重點介紹了其鉆孔樁施工平臺、鋼護筒插打、泥漿循環裝置、鉆機成孔、二次清孔裝置等關鍵技術，通過多次論證、不斷優化改進方案，現場施工取得了很好的施工效果，總結出一套完整的大直徑鉆孔樁施工技術及經驗，可為同類型橋梁施工提供參考。