论文部分内容阅读
前言
富春江特大桥是杭千高速公路横跨富春江的一座特大型桥梁，本文以该桥深水钻孔灌注桩施工为例，介绍了深水钻孔灌注桩施工控制的实践经验。
一、工程地质条件
桥址区内揭露的地层从上至下依次为第四系冲积形成的细砂、亚粘土、淤泥质亚粘土及冲积形成的亚粘土透镜体与卵石层，其下基岩为白垩系砂岩、砾岩。
淤泥质亚粘土：深灰色，饱和、流塑，夹薄层细砂;亚粘土：灰黑色，饱和，流塑;卵石层：杂色，湿，中密。卵石含量大于70%，粒径一般3-10cm，大者大于30cm，多为亚圆状，母岩主要为凝灰岩、砂岩。砂岩：紫红色，硬，原岩呈中厚层状;砾岩：杂色，硬，砾石含量50-70% 。
二、工程概况
富春江特大桥位于东洲岛南侧的富春江主汊上，桥位上游发育新砂，并有大源溪入汇，七十年代末，该河段上开始出现了人工采砂，至了九十年代发展到中型链斗式采砂船和大型真空泵吸砂船，致采砂量逐年递增，近几年有关部门加强了采砂管理，河道断面因人为采砂导致变化的幅度减小。桥位断面的主槽靠近灵桥镇一侧，主槽相对稳定在离灵桥海塘大致200m至250m左右的地方，摆幅较小，主桥三座主墩、一座边墩均位于河槽上，一座边墩位于河滩边，河槽标高-10.0m至-12.5m，按300年一遇的设计洪峰流量为22200m3/S，设计洪水位为10.27m，常水位4.83m，河槽常水位水深15m至18m，且水位受钱塘江涌潮影响，潮差在1.0m至2.0m之间。主桥跨径组合为68+2×120+68m，下部构造为薄壁空心墩、高桩承台、群桩基础组合，主桥主墩桩基为18棵φ2.0m钻孔灌注桩基础，桩顶标高0.0m，三座主墩桩底标高分别为-65m、-70m、-65m，边墩桩基为12棵φ2.0m钻孔灌注桩基础桩顶标高1.0m，三座主墩桩底标高分别为-54m、-59m，主桥φ2.0m桩基78棵。
桥址处地层情况异常复杂，由于八、九十年代大量采砂，对河槽的覆盖层影响较大，大量采砂取走砂及中、小卵石料，大粒径卵石留在江中，卵石之间缺乏细小料石填充，淤泥层淤积时间短，软弱且含有大量的碎石，碎石粒径大者有30cm，石层卵石粒径大，普遍在3～10cm之间，大者有30cm以上，松散、空隙率大，透水性较强，淤泥层自北向南厚度在15m至3m之间，淤泥層底为呈透镜体分布的亚粘土层，厚度为1.5m左右，卵石层自北向南厚度在18m至13m之间。
三、桩基施工平台搭设
考虑到桥址处地表淤泥层软弱、易液化、承载力低和受涌潮冲刷的影响，桩基钢护筒不参与平台受力，一个主墩平台由32根φ80cm的钢管桩支撑，横桥向4排，每排8根，选择卵石层作为钢管桩的持力层，钢管桩穿过淤泥层进入卵石层不小于2m，钢管桩之间设置斜撑及水平撑，增加平台的整体稳定性。平台上部自上而下依次为8cm木质面板、I12分布梁、I45纵梁、贝雷承重梁和2I45帽梁。平台顶面标高按20年一遇的洪水为控制，为9.6m。
四、桩基钢护筒埋深标高的拟定及施工
深水钻孔桩钢护筒埋置深度的确定，特别是受涌潮和冲刷较大的河段的钻孔桩钢护筒的埋置深度，是钻孔桩施工成败的关键之一，也是一个比较复杂的技术问题。埋置太浅，护筒根部土体因失稳发生流土、管涌现象;埋置太深，又会造成钢材、振沉设备和人员等不必要的浪费。在平台方案中未考虑钢护筒参与平台受力，钢护筒的埋置深度主要考虑钢护筒是水中钻孔灌注桩施工的定位、导向设施，同时钻孔过程中起蓄浆作用，保持孔内外的水头差，使钻孔时孔壁不致坍塌，巩固钻孔成果的作用。综合考虑桥位处的地质条件和冲刷情况，钢护筒设计埋深10m左右，进入卵石层顶的亚粘土层（在实际施工过程中，发现亚粘土层比较薄，而且时有缺失），底标高控制在-22米至-23米之间，顶标高9.0m。钢护筒内径2.3m，利用钢板卷制而成，对刃脚部分包箍加强，避免在振打过程中发生卷曲变形。
钢护筒下沉利用135KW振动沉桩基振动下沉，下沉过程中采用导向框定位，导向框按钢护筒规格加工好后，采用全站仪放样，固定在平台上，导向框高6m，要求有足够的刚度，成独立体系，施工过程中周转使用。为抵抗水流冲击及涌潮的影响，确保桩基施工时不发生意外，每9根钢护筒在标高6.5m处用30cm钢管连成整体，一方面增大钢护筒的整体稳定性，另一方面用作泥浆循环系统。
五、钻孔施工
1、钻机选型
河床内覆盖层形成年代较近，加之近期大量采砂的影响，覆盖层软弱（为淤泥或淤泥质亚粘土层，受振动时极易发生液化而呈流塑状态，承载力低），淤泥层厚10米左右，钢护筒基本穿透，其下为卵石层，卵石层厚约15米左右，粒径3～10cm，大者有30cm以上，再往下是基岩，为砂岩和砾岩交错分布，桩基穿透约35m左右。根据卵石层厚、卵石粒径大，桩基入岩厚的特点，钻机选用大功率气举反循坏回旋钻机，配合牙轮钻头。
2、护壁泥浆
泥浆是钻孔灌注桩施工中的重要控制指标，主墩桩基成孔工艺选用气举反循环回旋成孔，泥浆的主要作用是护壁。在泥浆的配制过程中主要针对卵石层易漏浆的问题，泥浆选用优质黄土和掺加适量的锯末、泡花配制，并配合使用膨润土。
3、钻孔施工
根据工期要求和施工平台的面积，每座主桥墩布置三台钻机，为避免施工过程中的相互干扰和减小对地层的震动，详细编排施工顺序，避免相邻孔位同时施工，造成相互串孔。
钻头出护筒后，扫落护筒内壁的泥层，一是避免在钻进过程中护筒内壁泥层塌落糊钻，二是避免塌落在钻头上的泥土堵塞泥浆通道，在提钻时在提钻时导致孔内形成负压，威胁孔壁安全。
钻进进入卵石层后，在保证孔壁稳定的前提下，尽量降低护筒内泥浆的水头高度，一般控制在1.5米左右，并及时调整泥浆性能指标：粘度控制在30s左右，比重1.3左右，含砂率小于4%。同时在泥浆中添加锯末、刨花等惰性堵漏材料，利用其颗粒的吸水膨胀性填充地层空隙，堵塞渗漏通道。进入岩层后将泥浆比重调整至1.15～1.2，不得为追求钻进速度，将泥浆比重调整得过小。
针对卵石层易漏浆的特点，为避免泥浆突然流失，孔内水头降低，引起坍孔，应储备足够的泥浆和堵漏材料。
出护筒时轻压慢钻，钻进过程中始终减压钻进，如非特殊情况，不得加压钻进。提钻时应慢速提钻，同时边提边转动，随时观测提钻动力，与钻具重力校核，提钻动力大于钻具重力时不得硬提，避免孔底形成负压（即真空）。
六、结束语
富春江特大桥主墩钻孔灌注桩施工始终在有效的控制下进行，进展情况顺利，单桩成孔周期15天左右，结合本桥的施工情况，以下几点看法供大家参考：
1、护筒的埋设：深水桩基的护筒底口最好不要落在易渗漏的地层上。由于富春江地质条件限制，有的护筒底口进入卵石层，需对漏浆情况采取预处理措施，如：事先填埋足量的优质黄土或对护筒外壁进行压浆处理。
2、根据本工程钢护筒的施工情况，偏位和倾斜度控制较好，钢护筒最大偏位8cm，一般在3cm左右，最大倾斜度0.5%，一般在0.2%左右，因此，在钢护筒施工工艺成熟的条件下可以适当减小钢护筒的内径，减小钢护筒的内径一方面是节约钢材和沉打费用，另一方面是可以节约扫除护筒内壁泥层的机械台班。
3、保持稳定的水头：水头保持在1.5-2.0m，不要过高，钻进过程中随时观测孔内水头，一旦渗漏，及时补浆。
4、经常检修施工机具，不要因钻进比较顺利，长时间钻进不提钻检查钻杆及钻头，避免法兰连接螺栓松动致使螺栓受剪、应力集中导致断杆、掉钻事故。对施工机具应经常检修，确保钻机的工作性能，特别是对于钻杆，使用前应探伤检验，新钻杆尽量用在下面。
富春江特大桥是杭千高速公路横跨富春江的一座特大型桥梁，本文以该桥深水钻孔灌注桩施工为例，介绍了深水钻孔灌注桩施工控制的实践经验。
一、工程地质条件
桥址区内揭露的地层从上至下依次为第四系冲积形成的细砂、亚粘土、淤泥质亚粘土及冲积形成的亚粘土透镜体与卵石层，其下基岩为白垩系砂岩、砾岩。
淤泥质亚粘土：深灰色，饱和、流塑，夹薄层细砂;亚粘土：灰黑色，饱和，流塑;卵石层：杂色，湿，中密。卵石含量大于70%，粒径一般3-10cm，大者大于30cm，多为亚圆状，母岩主要为凝灰岩、砂岩。砂岩：紫红色，硬，原岩呈中厚层状;砾岩：杂色，硬，砾石含量50-70% 。
二、工程概况
富春江特大桥位于东洲岛南侧的富春江主汊上，桥位上游发育新砂，并有大源溪入汇，七十年代末，该河段上开始出现了人工采砂，至了九十年代发展到中型链斗式采砂船和大型真空泵吸砂船，致采砂量逐年递增，近几年有关部门加强了采砂管理，河道断面因人为采砂导致变化的幅度减小。桥位断面的主槽靠近灵桥镇一侧，主槽相对稳定在离灵桥海塘大致200m至250m左右的地方，摆幅较小，主桥三座主墩、一座边墩均位于河槽上，一座边墩位于河滩边，河槽标高-10.0m至-12.5m，按300年一遇的设计洪峰流量为22200m3/S，设计洪水位为10.27m，常水位4.83m，河槽常水位水深15m至18m，且水位受钱塘江涌潮影响，潮差在1.0m至2.0m之间。主桥跨径组合为68+2×120+68m，下部构造为薄壁空心墩、高桩承台、群桩基础组合，主桥主墩桩基为18棵φ2.0m钻孔灌注桩基础，桩顶标高0.0m，三座主墩桩底标高分别为-65m、-70m、-65m，边墩桩基为12棵φ2.0m钻孔灌注桩基础桩顶标高1.0m，三座主墩桩底标高分别为-54m、-59m，主桥φ2.0m桩基78棵。
桥址处地层情况异常复杂，由于八、九十年代大量采砂，对河槽的覆盖层影响较大，大量采砂取走砂及中、小卵石料，大粒径卵石留在江中，卵石之间缺乏细小料石填充，淤泥层淤积时间短，软弱且含有大量的碎石，碎石粒径大者有30cm，石层卵石粒径大，普遍在3～10cm之间，大者有30cm以上，松散、空隙率大，透水性较强，淤泥层自北向南厚度在15m至3m之间，淤泥層底为呈透镜体分布的亚粘土层，厚度为1.5m左右，卵石层自北向南厚度在18m至13m之间。
三、桩基施工平台搭设
考虑到桥址处地表淤泥层软弱、易液化、承载力低和受涌潮冲刷的影响，桩基钢护筒不参与平台受力，一个主墩平台由32根φ80cm的钢管桩支撑，横桥向4排，每排8根，选择卵石层作为钢管桩的持力层，钢管桩穿过淤泥层进入卵石层不小于2m，钢管桩之间设置斜撑及水平撑，增加平台的整体稳定性。平台上部自上而下依次为8cm木质面板、I12分布梁、I45纵梁、贝雷承重梁和2I45帽梁。平台顶面标高按20年一遇的洪水为控制，为9.6m。
四、桩基钢护筒埋深标高的拟定及施工
深水钻孔桩钢护筒埋置深度的确定，特别是受涌潮和冲刷较大的河段的钻孔桩钢护筒的埋置深度，是钻孔桩施工成败的关键之一，也是一个比较复杂的技术问题。埋置太浅，护筒根部土体因失稳发生流土、管涌现象;埋置太深，又会造成钢材、振沉设备和人员等不必要的浪费。在平台方案中未考虑钢护筒参与平台受力，钢护筒的埋置深度主要考虑钢护筒是水中钻孔灌注桩施工的定位、导向设施，同时钻孔过程中起蓄浆作用，保持孔内外的水头差，使钻孔时孔壁不致坍塌，巩固钻孔成果的作用。综合考虑桥位处的地质条件和冲刷情况，钢护筒设计埋深10m左右，进入卵石层顶的亚粘土层（在实际施工过程中，发现亚粘土层比较薄，而且时有缺失），底标高控制在-22米至-23米之间，顶标高9.0m。钢护筒内径2.3m，利用钢板卷制而成，对刃脚部分包箍加强，避免在振打过程中发生卷曲变形。
钢护筒下沉利用135KW振动沉桩基振动下沉，下沉过程中采用导向框定位，导向框按钢护筒规格加工好后，采用全站仪放样，固定在平台上，导向框高6m，要求有足够的刚度，成独立体系，施工过程中周转使用。为抵抗水流冲击及涌潮的影响，确保桩基施工时不发生意外，每9根钢护筒在标高6.5m处用30cm钢管连成整体，一方面增大钢护筒的整体稳定性，另一方面用作泥浆循环系统。
五、钻孔施工
1、钻机选型
河床内覆盖层形成年代较近，加之近期大量采砂的影响，覆盖层软弱（为淤泥或淤泥质亚粘土层，受振动时极易发生液化而呈流塑状态，承载力低），淤泥层厚10米左右，钢护筒基本穿透，其下为卵石层，卵石层厚约15米左右，粒径3～10cm，大者有30cm以上，再往下是基岩，为砂岩和砾岩交错分布，桩基穿透约35m左右。根据卵石层厚、卵石粒径大，桩基入岩厚的特点，钻机选用大功率气举反循坏回旋钻机，配合牙轮钻头。
2、护壁泥浆
泥浆是钻孔灌注桩施工中的重要控制指标，主墩桩基成孔工艺选用气举反循环回旋成孔，泥浆的主要作用是护壁。在泥浆的配制过程中主要针对卵石层易漏浆的问题，泥浆选用优质黄土和掺加适量的锯末、泡花配制，并配合使用膨润土。
3、钻孔施工
根据工期要求和施工平台的面积，每座主桥墩布置三台钻机，为避免施工过程中的相互干扰和减小对地层的震动，详细编排施工顺序，避免相邻孔位同时施工，造成相互串孔。
钻头出护筒后，扫落护筒内壁的泥层，一是避免在钻进过程中护筒内壁泥层塌落糊钻，二是避免塌落在钻头上的泥土堵塞泥浆通道，在提钻时在提钻时导致孔内形成负压，威胁孔壁安全。
钻进进入卵石层后，在保证孔壁稳定的前提下，尽量降低护筒内泥浆的水头高度，一般控制在1.5米左右，并及时调整泥浆性能指标：粘度控制在30s左右，比重1.3左右，含砂率小于4%。同时在泥浆中添加锯末、刨花等惰性堵漏材料，利用其颗粒的吸水膨胀性填充地层空隙，堵塞渗漏通道。进入岩层后将泥浆比重调整至1.15～1.2，不得为追求钻进速度，将泥浆比重调整得过小。
针对卵石层易漏浆的特点，为避免泥浆突然流失，孔内水头降低，引起坍孔，应储备足够的泥浆和堵漏材料。
出护筒时轻压慢钻，钻进过程中始终减压钻进，如非特殊情况，不得加压钻进。提钻时应慢速提钻，同时边提边转动，随时观测提钻动力，与钻具重力校核，提钻动力大于钻具重力时不得硬提，避免孔底形成负压（即真空）。
六、结束语
富春江特大桥主墩钻孔灌注桩施工始终在有效的控制下进行，进展情况顺利，单桩成孔周期15天左右，结合本桥的施工情况，以下几点看法供大家参考：
1、护筒的埋设：深水桩基的护筒底口最好不要落在易渗漏的地层上。由于富春江地质条件限制，有的护筒底口进入卵石层，需对漏浆情况采取预处理措施，如：事先填埋足量的优质黄土或对护筒外壁进行压浆处理。
2、根据本工程钢护筒的施工情况，偏位和倾斜度控制较好，钢护筒最大偏位8cm，一般在3cm左右，最大倾斜度0.5%，一般在0.2%左右，因此，在钢护筒施工工艺成熟的条件下可以适当减小钢护筒的内径，减小钢护筒的内径一方面是节约钢材和沉打费用，另一方面是可以节约扫除护筒内壁泥层的机械台班。
3、保持稳定的水头：水头保持在1.5-2.0m，不要过高，钻进过程中随时观测孔内水头，一旦渗漏，及时补浆。
4、经常检修施工机具，不要因钻进比较顺利，长时间钻进不提钻检查钻杆及钻头，避免法兰连接螺栓松动致使螺栓受剪、应力集中导致断杆、掉钻事故。对施工机具应经常检修，确保钻机的工作性能，特别是对于钻杆，使用前应探伤检验，新钻杆尽量用在下面。