海洋性環境中超大直徑超長鉆孔樁成孔施工技術

慈張高，劉兵

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 引言

隨著我國公路橋梁建設的發展，樁基礎逐漸朝著大、長的方向邁進，特別是在海洋環境中，超大直徑、超長樁基礎的應用已經越來越多，要求也越來越高。目前橋梁施工中φ2.5～φ3.0m的樁基已經較為普遍，φ3.5～φ4.0m的樁基也開始應用于各大橋梁建設中；但隨著樁基礎不斷的加大、加深，要求越來越嚴，施工難度越來越大，常規的樁基施工方法出現了越來越多的局限性，導致施工效率緩慢。本文結合魚山大橋φ5.0～φ3.8m鋼管復合樁的施工實踐，對海洋環境下超大超長樁基成孔施工進行了研究，為今后海上鉆孔樁施工提供良好示范。

2 工程概況

魚山大橋共有樁基187根，其中大直徑樁基有153根，樁徑2.2～5.0m，樁長最長為148m。橋位區地質較差，覆蓋層上部主要為淤泥、淤泥質土、軟～流塑狀黏性土，工程性質差；下部為中密～密實沖海積的粉砂、細砂為主，一般厚度較大，地層較為連續，底部為粉質黏土、圓礫等；下部基巖面起伏大。

本文以大橋45#樁基為例（直徑5.0～3.8m，樁長126m），其地質情況如表1所示。

表1 45#樁基地質參數表

在這種地質情況下，要滿足施工如此超長超大直徑變徑樁必須解決以下幾點問題：

1）必須選擇一種可行的鉆孔設備，能具備較大的扭矩和控制措施，確保能夠順利成孔；

2）橋址偏遠，淡水供應困難，無法采用淡水進行造漿且不合實際，若采用海水進行造漿，必須選擇一種合理的配比來保證泥漿性能；

3）地質條件較差，鉆進過程中存在卡鉆、塌孔等風險，必須事先做好防范措施，防止事故發生及事故擴大[1]。

3 成孔施工控制

3.1 鉆孔設備選型

在孔深超過80m，樁徑超過3m，沖擊鉆已經很難滿足施工要求，且施工工效緩慢。經過多方比選，根據樁基樁徑、樁長以及實際地質情況，項目部選擇了國內最大的ZJD5000型反循環回旋鉆機用于成孔施工，其最大扭矩可達450 000N·m，鉆孔深度可達200m，滿足施工需要。

根據樁徑及實際地質情況，鉆機配備2個刮刀鉆[φ5m和φ3.8m用于護筒內外覆蓋層鉆進，加配重錘重達600kN（60t）]和1個滾刀鉆進行鉆孔[φ3.8m用于巖層內鉆進，加配重錘重達800kN（80t）]。合理的配備鉆頭是提高鉆進效率、保證鉆孔質量的關鍵因素，如圖1、圖2所示。

圖1 刮刀鉆頭

圖2 滾刀鉆頭

3.2 泥漿配比確認控制

泥漿在鉆孔過程中主要起維護孔壁穩定、排渣清孔以及冷卻鉆頭和潤滑的作用，因此，泥漿的性能是決定成孔質量的關鍵。

由于受環境限制，泥漿采用定制膨潤土加海水進行造漿，為保證泥漿性能，在開鉆前進行配合比實驗，將所用原材料分為2類，第一類用于裸巖鉆孔：海水、膨潤土與純堿；第二類用于海泥覆蓋層：海水、海泥、膨潤土與純堿。參數如表2所示。

表2 泥漿配合比實驗參數對比

經過配比實驗表明，海水造漿完全可以滿足鉆孔施工要求。

3.3 設備布置

海洋環境中，由于ZJD5000型回旋鉆機占地較大、配套設備較多，受場地制約因素很大，因此，合理的設備擺放不但能提高鉆孔工效，同時也能防止鉆孔事故的發生。

3.4 鉆進過程控制

3.4.1 泥漿指標控制

鉆進時，首先慢速鉆進，在護筒內添加定制膨潤土進行造漿，當鉆進至護筒底口時更換φ3.8m鉆頭繼續鉆進，鉆進至巖層時再更換滾刀鉆頭。由于本樁地質復雜，在鉆進過程中，需要隨時對泥漿指標進行檢測，并且根據不同的地質及時調整泥漿指標，保證鉆孔順利。詳細參數如表3所示。

表3 鉆進時的泥漿參數表

3.4.2 鉆速控制

鉆孔過程中根據不同地層，調整鉆壓、鉆速：一般松散粉細砂層，應采用低擋慢速；在板結砂（礫）層，宜采用中擋中速，并適當增加鉆壓。始終保持減壓鉆進（孔底承受的鉆壓控制在鉆具重力之和（扣除浮力）的80%以下），確保成孔質量[2]。鉆孔過程中詳細參數見表3。

3.4.3 垂直度控制

由于本樁長達126m，且入巖深度超過7m，為保證樁基的垂直度，主要采取了以下2個措施：

1）鉆進過程中，在鉆頭上部加設配重，使鉆具在重力的作用下始終垂直向下，并在配重頂端增加扶正器，扶正器與鉆頭直徑相同，通過鉆頭與扶正器上下孔同心圓保證鉆孔的垂直度。

2）由于鉆進過程中，鉆機可能產生震動，為確保鉆機轉盤始終保持水平，每加1～2節鉆桿，檢查一次鉆機水平度和鉆桿垂直度。一旦出現情況，立刻停鉆調整。

3.4.4 其他保證措施

除上述主要控制因素外，在鉆進過程中還因注意以下幾點：

1）始終保持護筒內水頭高度高于高潮位，防止出現塌孔，串孔現象；

2）鉆進過程中，注意對護筒周圍進行防護，防止雜物（一般維修工具、鐵片、鋼筋概率較大）掉入孔內，影響成孔效率；

3）鉆進過程中，一旦鉆機設備發生故障，維修時間較長，此時容易引發孔內事故，因此，必須對鉆進及配套設備定期進行維護，保證鉆孔的連續。

4）及時清理渣箱中的沉渣，確保排渣效率；勤測泥漿指標，保證泥漿循環質量。

3.4.5 成孔工效

通過在鉆孔過程中一系列措施，45#樁基順利成孔，經超聲波測壁儀檢測孔徑、孔深、垂直度以及沉渣均滿足設計要求，質量合格。本次鉆孔工共耗時22d，其中，鉆桿接長耗時19.5h，鉆孔耗時476h，具體工效如表4所示。

表4 鉆孔工效記錄

4 結語

魚山大橋直徑3.8～5m變徑樁為目前國內公路橋梁中最大樁基，這種樁基簡化了橋梁基礎結構形式，提高了施工效率，同時對質量要求也非常之高。目前，本工程超大直徑樁基已全部完成，經檢驗，全部為I類樁。通過實踐表明，在鉆進過程中，良好的作業環境、充分的施工準備、合理的泥漿配比以及強有力的保障措施，可大大節省鉆孔時間，保證成孔質量。