中交一公局厦门工程有限公司 福建厦门 361021
摘要：以松下跨海特大桥为例，在复杂海况下大直径变径桩基采用低液面（较原来水头标高降低4m-5m）+超重锤（直径d=2.5m，重14T）冲击成孔施工工艺进行详细介绍，相对于非超重锤工效有着明显的提高；针对漏浆问题，采用降低护筒内液面高度，减小水头差，保证成桩质量稳定。从机械选型、钻孔施工、清孔及水下混凝土灌注等方面对大直径变径钻孔桩施工技术进行详细介绍，尤其对钻进成孔这一施工重点、难点进行了着重介绍，为恶劣复杂海况条件下该类桩基施工积累了经验，提供了参考。
关键词：超重锤 低液面 复杂海况 大直径 变径桩
1、工程概况
1.1简介
松下跨海特大桥基础采用群桩基础+矩形承台，群桩基础采用钻孔灌注桩，每个墩承台采用8根直径2.5m-2.2 m变截面桩基，按嵌岩桩设计，每根桩嵌入中风化层不少于2倍桩径，全桥左幅21个墩，右幅24个墩，全桥桩基共180根，设计桩长18-65m，其中2.5m桩径桩长为16m。
1.2地质
桥址地层自上而下揭示为粉质粘土、细砂、粗砂、粘性土、全风化晶洞碱长花岗岩、碎块状强风化晶洞碱长花岗岩、中风化晶洞碱长花岗岩。
桥址区域地质情况分为三段：1#-3#墩和18#-24#墩为裸岩区，4#-17#为有覆盖层区。裸岩区海床无覆盖层，礁石或基岩直接裸露，且岩面倾角大，护筒定位及成孔难度大。
1.3气候
属亚热带季风性气候，年平均气温19.3℃，年降水量1382.3毫米。桥址位于世界三大风区之一，全年≥6级的大风达301天，全年平均风速8.42m/s，7-9月多台风，10月至次年二月为季风期，年有效作业施工天数为120天左右。
1.4水文
海域潮型属正规半日潮，桥位海域平均高潮位高程+2.39m，平均低潮位为-1.89m，平均潮差4.28m。桥址处水深为10-12m。全年2.5m及以上涌浪天气254天。
2、施工重点及难点
2.1难点分析
（1）桥址覆盖层厚度 0～40米，以粗砂、黏土为主，基岩为晶洞碱长花岗岩，砂层较厚极易造成漏浆串孔塌孔。
（2）桥位海域位于强风区，风大、浪高、水深、涌急、潮汐明显，岛屿暗礁等海底地质复杂，1/3为裸岩区，对钢护筒固定、垂直度保证以及成桩质量控制难度大。
（3）桥位地质岩性分布不均匀，部分岩石抗压强度达120MPa，增加卡锤埋钻风险。
2.2方案比选
松下跨海特大桥1#-4#墩采用10T锤高液面进行钻进，3#-1桩基护筒长31.66m，埋深14.53m，自2016年12月10日开钻，12月20日晚上23时漏浆，液面下降3.5m，漏浆时孔底距离护筒底1m，还未钻出护筒区域，漏浆时液面标高+9.5m，潮水+2.0m。4#-2、4#-6桩基于自2016年12月16日开钻，12月17日发生漏浆，护筒总长24.1m，入海床深度15.5m，后为了处理漏浆，将护筒又跟进了3m，护筒总入土深度18.5m。1#-4#墩桩基频繁发生钢护筒漏浆、串孔等现象，采用的灌注砂浆、混凝土等堵漏措施，但效果不明显，只能跟进护筒防止漏浆。
同时部分桩基岩石强度达120MPa，中风化嵌岩钻进过程中10T钻锤出现大面积的缺边掉瓣受损严重，中风化岩层钻进0.3m/天，进尺缓慢，造成单根桩基施工周期进一步增长。
根据地质勘查情况3#、4#墩覆盖层从海床顶至基岩依次为细砂、粉质粘土、强风化花岗岩、护筒底口岩层为中风化晶洞碱长花岗岩，高液面法钻进过程中孔内泥浆页面高度+9.5m，发生漏浆是潮位+2.5m，护筒内外水头差达7m。
针对以上情况采取低液面+超重锤冲击成孔工艺，将护筒内泥浆液面标高从+9.5m降低至+5m（天文大潮浪高最大可达标高+4m），降低内外护筒液面压差，同时采用14T的超重钻锤进行冲击钻孔与原施工工艺进行对比分析。
通过8#、9#墩桩基施工对比分析：采用超重锤+低液面施工工艺漏浆现象较原来有大幅好转，漏浆次数减少显著，低液面的钢护筒入土深度较高液面有明显的减少，超重锤桩基钻孔成桩周期较普通锤施工有较大的提升。同时针对砂层较厚且易塌孔的地层采用加入膨润土及CMC（羧甲基纤维素）制备优质泥浆提高塑性粘度，主要作用在于提高体系的塑性粘度、静切力和动切力，以增强钻井液对钻屑的悬浮和携带能力；同时降低滤失量，形成致密泥饼，增强造壁性。
综合以上对比分析，从施工周期、安全性、可靠性、施工难易程度等方面，对松下跨海特大桥大直径变径桩基采用超重锤+低液面施工技术。
3.2支栈桥及钻孔平台搭设
钻孔平台结构型式：尺寸为12 m×34.5m，800×12mm钢管桩基础＋2HN400型钢横梁＋贝雷梁主纵梁＋I25工字钢@37.5cm+10mm钢面板结构。
支栈桥结构型式：尺寸为8m×34.5m，1000×12mm钢管桩基础＋2HN600型钢横梁＋贝雷梁主纵梁＋混凝土桥面板。
高程：与栈桥+10.5m一致。
安全装置：外围设钢管护栏，高1.2米。
3.3护筒下放安装
采用Q235钢板卷制，直径2610mm，厚度14mm。护筒埋深15m±2m可穿透砂层进入粉质粘土3m左右。为防止护筒底部变形卷边锤头被卡对下口1m做了双层加强处理。
3.4泥浆制备及泥浆循环系统设置
3.4.1泥浆制备
泥浆项目采用通过水管接通淡水造浆，针对砂层较厚且易塌孔采用加入膨润土及CMC（羧甲基纤维素）制备优质泥浆提高塑性粘度，增强造壁性能，同时增强钻渣的悬浮和携带能力。
3.4.2泥浆循环系统
海上桩基施工时通过在护筒上（标高+5.5m-6m）设置溢浆口来降低护筒内的泥浆液面高度，与相邻护筒之间架设泥浆槽，通过泥浆泵直接利用临近的钢护筒进行泥浆循环。
3.5钻机就位造浆、开孔
现场采用CZ-16型钻机配合直径2.5/2.2m，采用超重14T锤施工；同时采用低液面施工（标高+5m—+6m），最高潮位+3m。钻进过程中泥浆浓度控制在1.35-1.4，采用正循环施工，与相邻护筒作为泥浆池。
3.6正循环钻进
钻进过程保持钻锤稳定，2.5m桩径桩长钻进完成后，提起Φ2.5m14吨钻锤，改用Φ2.2m14吨钻锤钻至设计标高。进入中风化岩层后，应慢速平稳钻进。注意海况的变化保持液面的水头高度，以防出现塌孔或流砂。
3.7验孔及清孔
钻孔至设计高程后，立即进行验孔，检查合格后立即清孔，验孔应检查孔深、孔径及垂直度。
3.8钢筋笼制作及安装
桩基为2.5-2.2变径桩基，2.5m桩径桩长16m，顶笼为双层钢筋笼。因桩基钢筋笼重要较大，钢筋笼最重达45T，起重安装时必须由130T吊车配合80T吊车施工。
3.9桩基混凝土灌注
砼灌注采用直径为300mm的快速卡口垂直提升导管。导管在使用前做拼接、水密、承压和接头抗拉试验。首灌砼不少于8m3，首灌采用集料斗，隔水栓采用篮球内胆。砼灌注全过程保证导管埋深在2-6m，保证变截面处的水下砼灌注密实。
4、施工注意事项
（1）加强超前地质的勘察，提前判明结构层变化，合理选择施工机具安排施工保证正常钻进。
（2）因大直径变径桩基钢筋笼吊装相对较重，应根据桩基钢筋笼合理选择履带吊型号等设备，履带吊要选择合理安全位置站位确保钢筋笼吊装下放安全。
（3）复杂海况条件下桩基施工过程中要定期勤加检查栈桥及钻孔平台的稳固性，做好栈桥及钻孔平台的沉降观测以及维护工作。
（4）灌注至桩基变径处时，应增加混凝土面的测量次数，以防导管埋置过浅甚至拔出混凝土面。
5、结语
松下跨海特大桥目前采用超重锤+低液面施工工艺完成了72根桩基，经超声波法和低应变法无损检测均为I类桩。通过此施工工艺大幅提升了恶劣海况条件下大直径变径桩基施工的进度与可靠性，为今后类似桩基工程的施工积累了经验。
参考文献：
[1] 蒋红振，水上超长变径钻孔桩施工技术，交通世界TranspoWorld[J]，2017年23期.
[2] 冯宇，采用重锤冲击钻施工深孔桩基础的质量控制，山西交通科技[J]，2006.02.
论文作者:卢磊,熊子多
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：桩基论文; 泥浆论文; 液面论文; 钻孔论文; 直径论文; 标高论文; 重锤论文; 《基层建设》2018年第5期论文;