趙成貴

（中鐵大橋局集團(tuán)第四工程有限公司 江蘇南京 210031）

1 前 言

公安長江公鐵兩用特大橋是蒙西至華中運(yùn)煤通道控制性工程，主橋全長1459.6 m，主通航孔為（98+182+518+182+98）五跨斜拉橋連續(xù)鋼桁梁，橋跨布置見圖1 所示[1]。

圖1 公安長江大橋主橋橋式立面布置圖

公安長江大橋南主塔墩基礎(chǔ)采用36 根Ф2.8/3.1 m 變徑鉆孔樁群樁基礎(chǔ)，鉆孔樁成縱向5 排，橫向8 排行列式布置，如圖2 所示。樁頂標(biāo)高為+15.45 m，樁底標(biāo)高為-74.55 m，樁長90 m，鉆孔樁在+0.5 m 處從下向上由直徑2.8 m 變?yōu)橹睆?.1 m。

2 水文及地質(zhì)條件

2.1 水文

主塔4#墩鉆孔樁在水中平臺(tái)上施工，平臺(tái)標(biāo)高及護(hù)筒內(nèi)鉆孔水位時(shí)刻受到長江水流的影響，該區(qū)域內(nèi)長江具有峰高量大，持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)，汛期為5～10 月份，主塔墩處汛期最大水深約26m，水流流速達(dá)3.38 m/s，且隨著水位和流量的變化，具體漲水時(shí)間和水位無規(guī)律，橋位處設(shè)計(jì)20 年一遇洪水位為+39.77 m，最低通航水位為+26.48 m，高差達(dá)13.29 m。

圖2 南主塔墩基礎(chǔ)布置圖

2.2 地質(zhì)條件

主橋在地貌上由南向北，從長江低漫灘逐漸過渡到河槽淺水區(qū)、主河槽深泓區(qū)、南岸高漫灘區(qū)。4#墩位于長江主河槽南側(cè)，河床面高程20.82～21.67 m。

橋位處的長江荊江河段屬長江堤防險(xiǎn)段，有“萬里長江、險(xiǎn)在荊江、荊江之險(xiǎn)、江陵為重”一說。汛期，長江水位則平均高于堤外地面低洼處3~5 m，成為“懸河”，加之地表硬殼層薄，下部粉細(xì)砂、圓礫土強(qiáng)透水層厚，該段自古就是管涌和潰堤的易發(fā)地段。

歷史上長江荊州河段曾多次發(fā)生過管涌，管涌將礫沙層中細(xì)沙帶走，圓礫土中細(xì)顆粒填充物少，更加增加了鉆孔樁施工過程中漏漿、坍孔的風(fēng)險(xiǎn)。橋梁的施工將破壞地表硬殼層，使發(fā)生管涌的可能性增大，施工過程中務(wù)必要重視，避免險(xiǎn)情的發(fā)生。

3 鉆孔施工

3.1 鉆機(jī)選型

為便于泥漿集中拌制和方便回收處理，泥漿池布置在臨近大堤灘地上，由泥漿泵通過管路輸送到鉆孔平臺(tái)護(hù)筒內(nèi)，泥漿回收也通過管路反泵回泥漿池沉淀池內(nèi)。

工程所處荊江河段地質(zhì)條件為管涌易發(fā)河段，卵、礫石層填充物少，透水性強(qiáng)漏漿嚴(yán)重，結(jié)合鉆孔樁孔深、直徑和地質(zhì)條件，泥漿采用優(yōu)質(zhì)膨潤土拌制，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)指標(biāo)加入纖維素，鉆機(jī)采用大橋局KPG-3000 型鉆機(jī)氣舉反循環(huán)成孔，配壓力為0.8~1.2MPa 空壓機(jī)，風(fēng)量為20 m3/min，鉆頭選擇穩(wěn)定性、導(dǎo)向性好的雙護(hù)圈四翼刮刀鉆[2]。

結(jié)合工期要求和施工平臺(tái)設(shè)計(jì)條件，主墩平臺(tái)上共布置6 臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工，平均分6 個(gè)循環(huán)完成全部36 根鉆孔樁。

3.2 鉆孔施工

在卵石含量高地層中進(jìn)行反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)灌注樁的鉆進(jìn)施工，如果地層比較松散、卵石大，則有可能因?yàn)槟酀{漏失嚴(yán)重、孔壁不穩(wěn)定而導(dǎo)致坍塌垮孔和埋鉆現(xiàn)象的產(chǎn)生，對(duì)工程施工產(chǎn)生非常不利的影響。

根據(jù)地質(zhì)情況及試樁總結(jié)，為了保證鉆孔孔形、垂直度等成孔質(zhì)量，選用雙護(hù)圈、四翼刮刀鉆頭。護(hù)筒直徑為Φ310cm，底標(biāo)高為+0.5 m，進(jìn)入覆蓋層10 m 以上。

根據(jù)不同地層分別選用不同的鉆壓和鉆速。供風(fēng)設(shè)備采用每機(jī)1 臺(tái)21.5 m3／min 的壓風(fēng)機(jī)(風(fēng)壓0.8～1.2 MPa)，鉆機(jī)鉆具中間設(shè)置1 道接力風(fēng)包，設(shè)置在鉆機(jī)以下60 m 位置，以保證風(fēng)量供應(yīng)，滿足排渣的要求[2]。

在前期幾根樁鉆孔過程中，均不同程度出現(xiàn)了進(jìn)尺慢、漏漿嚴(yán)重等現(xiàn)象，甚至局部有坍孔，尤其是在卵、礫石地層鉆孔過程中，除漏漿造成大量泥漿損失外，連續(xù)幾個(gè)小時(shí)甚至全天沒有進(jìn)尺，反循環(huán)也沒有鉆碴排出，經(jīng)拆鉆桿提鉆檢查，發(fā)現(xiàn)鉆頭刀齒脫落嚴(yán)重，刮刀四翼磨損嚴(yán)重，有的已經(jīng)磨成月牙形，如圖3 所示。

圖3 磨損嚴(yán)重的鉆頭

現(xiàn)場(chǎng)雖對(duì)脫落的楔齒進(jìn)行了補(bǔ)焊，磨損的刮刀翼進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)，但重新下鉆后鉆進(jìn)效果并不明顯，不久又出現(xiàn)進(jìn)尺慢甚至無進(jìn)尺情況，重新提鉆后發(fā)現(xiàn)又出現(xiàn)了脫齒、磨損情況?？偨Y(jié)前幾次經(jīng)驗(yàn)，為適應(yīng)卵、礫石層內(nèi)鉆頭磨損嚴(yán)重情況，除對(duì)刮刀四翼楔齒加強(qiáng)、加密外，還對(duì)底層護(hù)圈側(cè)面進(jìn)行了楔齒加強(qiáng)、加密，如圖4 所示，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軌跡無空檔、全覆蓋，以減少鉆頭磨損、消耗。

圖4 重型密齒鉆頭

3.3 漏漿處理

3.3.1 堵漏材料和泥漿參數(shù)

泥漿的主要作用是保護(hù)孔壁和攜帶鉆碴，在卵、礫層鉆進(jìn)中，主要靠空氣反循環(huán)形成的流速和流量來吸泥排碴，因此對(duì)泥漿的指標(biāo)要求與一般土質(zhì)地層不同，采用優(yōu)質(zhì)膨潤土造漿，粘度一般要控制為20～30 s，適當(dāng)摻加黃粘土增加泥漿比重，比重控制在1.18～1.35 kg/L 之間[3]。

在穿過含量較高的圓礫土層時(shí)，由于該地質(zhì)層細(xì)顆粒填充物少，含水量高，除泥漿向地層中漏失嚴(yán)重外，地層中水不斷向孔內(nèi)滲透，相當(dāng)于與泥漿交換，造成泥漿漏漿嚴(yán)重，同時(shí)泥漿質(zhì)量劣化也比較快，在鉆進(jìn)該地質(zhì)層前，除盡可能多加大泥漿存儲(chǔ)量外，還適當(dāng)提高泥漿的含沙率，當(dāng)出現(xiàn)泥漿漏失時(shí)，泥漿中含的粉細(xì)沙、鋸末和膨潤土等細(xì)顆?？勺髀选⒌[石中的填充物，有利于止漏。

3.3.2 堵漏時(shí)機(jī)

針對(duì)卵、礫石層極易漏漿，提前在護(hù)筒口平臺(tái)上儲(chǔ)存足夠數(shù)量的粘土、膨潤土和鋸末，利用相鄰的護(hù)筒儲(chǔ)存一定量的泥漿，并通過連通管與鉆孔的護(hù)筒相連。在鉆孔開始進(jìn)入卵礫石層時(shí)，先適當(dāng)提升鉆頭空轉(zhuǎn)并停止循環(huán)排碴，向孔內(nèi)拋填粘土、膨潤土和鋸末等，提高孔底泥漿濃度，再緩慢進(jìn)尺鉆進(jìn)，減少漏漿和避免坍孔。

同時(shí)配備2 臺(tái)水泵備用，當(dāng)出現(xiàn)材料堵漏不能堵漏不止，泥漿用盡情況下，為保證孔內(nèi)水頭，必要時(shí)由備用的水泵向孔內(nèi)加注江水，避免因水頭高度不足出現(xiàn)坍孔[4]。在首根樁鉆進(jìn)過程中，曾出現(xiàn)存儲(chǔ)近200 m3泥漿在不到15 min 內(nèi)全部漏失的現(xiàn)象，最后靠水泵加注江水保證了水頭高度，避免了坍孔。

3.3.3 定點(diǎn)堵漏

從孔口向孔內(nèi)強(qiáng)補(bǔ)漿、投放鋸末止漏，因到達(dá)孔底路徑長，用漿量、損耗量大。當(dāng)出現(xiàn)漏漿速度不是很快，但持續(xù)不停時(shí)，可從鉆桿里向直接向孔底注入專門拌制的濃漿，通過孔底滲漏填充卵、礫石間空隙達(dá)到堵漏效果，定點(diǎn)注漿堵漏，用漿量少，效果明顯，但需要通過鉆桿向孔底注漿，需要更換泥漿回路，費(fèi)工煩瑣，對(duì)于孔深較淺的樁基，若直接采用正循環(huán)鉆孔則效果更好。

3.3.4 快速鉆進(jìn)

在采取堵漏處理措施后，鉆孔樁孔壁達(dá)到了護(hù)壁效果，實(shí)現(xiàn)了止漏，一旦開始鉆進(jìn)又出現(xiàn)強(qiáng)漏漿現(xiàn)象。其主要原因是，通過投放粘土、鋸末、補(bǔ)漿等解決了孔壁漏漿，但在進(jìn)尺鉆進(jìn)過程中孔底不斷形成漏漿通道，停鉆能止進(jìn)尺則漏。孔底因進(jìn)尺形成的漏漿面不可避免，通過適當(dāng)減少排碴量以減少所投的土被排碴帶出，并加大泥漿儲(chǔ)備量，在穿過卵、礫層時(shí)，通過強(qiáng)行補(bǔ)漿快速鉆進(jìn)，一旦穿過卵、礫層，孔壁形成護(hù)壁效果，孔底沒有新的漏漿通道，則漏漿立即改善。相當(dāng)于進(jìn)尺與漏漿速度的競(jìng)賽，要搶在泥漿漏失完前穿過強(qiáng)漏漿的卵、礫石層。

3.4 終孔與質(zhì)量檢測(cè)

鉆至滿足設(shè)計(jì)孔深要求時(shí)，先循環(huán)泥漿清孔，調(diào)整孔內(nèi)泥漿指標(biāo)，待孔內(nèi)沉碴和泥漿指標(biāo)滿足驗(yàn)收要求后，拆除鉆具，進(jìn)行樁孔質(zhì)量檢查、驗(yàn)收[3]。

樁孔質(zhì)量采用JL-IUDS(B)智能超聲成孔質(zhì)量檢測(cè)儀檢測(cè)成孔質(zhì)量[5]，該儀器檢測(cè)可以在1 小時(shí)內(nèi)完成樁孔孔徑、孔形及垂直度指標(biāo)的成孔質(zhì)量的檢測(cè)，大大縮短成孔至下鋼筋籠的時(shí)間差，為后續(xù)快速施工創(chuàng)造了條件，減少成孔后等待時(shí)間，降低了坍孔風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 鋼筋籠安裝及混凝土填充

鋼筋籠整根在長線胎架上制作，制作完成后將直螺紋套筒松開以12 m 分段運(yùn)輸、吊裝，通過碼頭吊機(jī)在平板駁船上水平接長成24 m ，由在平板駁船上設(shè)置的專用翻轉(zhuǎn)裝置將鋼筋籠翻轉(zhuǎn)成豎直狀，由浮吊吊至孔口安裝，鋼筋籠運(yùn)輸、安裝、吊掛均設(shè)計(jì)了專用吊具，減少了孔口鋼筋接頭數(shù)量和安裝時(shí)間。

樁基混凝土由岸上2HZS180 混凝土拌和站生產(chǎn)，混凝土由攪拌車通過棧橋運(yùn)輸至碼頭，通過設(shè)置于碼頭的地泵輸送到樁位灌注，每根樁混凝土約600 m3，灌注時(shí)間8 ～10 h。

4 施工總結(jié)

通過選擇合理、適用的鉆機(jī)、鉆頭類型，確定合理的泥漿參數(shù)，恰當(dāng)?shù)亩侣┓椒ê蜁r(shí)機(jī)等，公安長江大橋4#主墩在在強(qiáng)漏漿的卵、礫石地質(zhì)條件下鉆孔施工技術(shù)的成功解決，不僅成功保證了汛期來臨前渡洪樁的按期完成，也為該墩僅用96 天時(shí)間完成全部36 根鉆孔樁快速施工提供了技術(shù)保障，創(chuàng)造了在有“險(xiǎn)在荊江”的長江中上游深水基礎(chǔ)快速施工的新記錄，為復(fù)雜建橋條件下大型深水基礎(chǔ)的建造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類似地層鉆孔施工具有一定的指導(dǎo)意義。