1、廣東省南澳大橋主墩海上超長大直徑變徑鉆孔灌注樁施工關鍵技術李春元 崔然 劉學洋 姚延煥（中交一航局第三工程有限公司；大連；116001）摘 要：廣東省南澳大橋主墩超長大直徑變徑鉆孔灌注樁施工采用了回轉鉆機成孔及海上拌和船澆筑水下砼的施工工藝，針對海上超長大直徑變徑鉆孔灌注樁的施工難點及要點，文章闡述了該項工藝的技術要點及工程實施情況。關鍵詞：鋼護筒沉放；大直徑鋼筋籠、泥漿1、工程概況南澳大橋主橋總長490m，共設2個主墩W0、E0；2個過渡墩W1、E1；其中W0、E0主墩基礎采用13根變截面鉆孔灌注樁，樁身上段20m直徑為3.1m，以下直徑為2.8m。梅花形布置，W0主墩設計最大樁長為91m，

2、E0主墩設計最大樁長為110m，均為嵌巖樁。2、施工總體思路主墩樁基采用打設800*12mm的鋼管樁和樁基鋼護筒共同受力組建鉆孔平臺進行施工。每個主墩搭建1個平臺，共2個平臺；鉆機等各種設備在平臺上工作，主墩平臺采用ZDJ-3500型和ZDJ-4000型回轉鉆機進行鉆孔施工，采取氣舉反循環出渣工藝，并配備泥砂分離器。同時主墩平臺上布置1臺80t龍門吊，用來下放鋼護筒和鋼筋籠，包括鉆機移位、灌注混凝土的施工。3、施工重點、難點、主墩鉆孔灌注樁施工是全橋施工的核心，直徑3.1m變徑為2.8m,最大設計樁長110m，單樁砼量約800m3,在國內也算是施工難度較大的樁基。、主墩鋼護筒是鉆孔灌注樁施工的

3、必要措施，又是施工平臺的受力支撐結構，單根最大長度46m，直徑3.1m，施工受風浪、水流影響大，精度、垂直度控制難度大。以往工程施工出現過護筒底口變形的情況，控制好激振力也是護筒沉放施工的關鍵。、泥漿是成孔的關鍵保障，如何優化配合比，保證泥漿的各項指標，是鉆孔灌注樁施工的難點。、主墩鋼筋籠直徑大、長度長，且樁頂20m范圍內為雙層鋼筋籠，加工的難度大，鋼筋籠線形及對接精度不易控制；整套鋼筋籠最重達70t，單節最大重量15.8t，鋼筋籠吊裝、豎轉難度大。、樁基砼灌注是施工風險最大的環節，做好首罐砼澆筑施工，保證后續砼澆筑的連續性是鉆孔灌注樁施工的重點。4、施工中采取的對策及方法針對上述施工重點、難

4、點，項目部通過召開專家會、施工技術討論會等方式，對施工方案不斷完善，并成立課題組，年輕施工技術人員和老師傅共同探討，對施工工藝不斷進行優化，具體如下：4.1 臨時平臺搭設主墩平臺整體尺寸為27m×53.5m，起始平臺尺寸為27m×15m。平臺基礎共采用800×12mm鋼管樁，平臺鋼管樁及鋼護筒之間設置兩層平聯，上層平聯采用426×8mm鋼管，標高在+5.0m左右，下層平聯在+1.2m處采用600×8mm的鋼管；上下層之間采用426×6mm的鋼管做斜撐。鋼管樁上部為2HM300×588的擱置梁，擱置梁上為I18工字鋼的縱向分配

5、梁，最上面是6mm的面板。、鋼管樁打設a、打樁船選擇：設計的樁長為41m，前期選擇粵航工05，錘型為D62-22；后W0墩樁長更改為48m，W1、E1墩樁長更改為51m，打樁船更改為粵航工03，錘型同樣為D62-22，具體參數如下：項目粵航工05粵航工03尺寸12×32m16×40m可打設最大樁長48m58m可打設最大樁徑1.2m1.4m樁架高度48m48m吊桿跨距15m15m鋼管樁起吊方式捆扣捆扣b、鋼管樁沉放順序先施工起始平臺鋼管樁，打樁船按扇形退打鋼管樁。如圖：主墩平臺打樁順序示意圖打樁按照上圖所示，按區號依次進行施打，每區鋼管樁打完后，立即以區為單位進行夾樁。c、測

6、量定位施工區域為海上獨立作業，距離岸邊較遠，常規的測量方法不能滿足施工需求，故采用2臺GPS聯合測量定位。萊蕪渡口及長山尾渡口附近各設有一個GPS固定基準站。打樁前，在打樁船駕駛室頂平臺上，選位于打樁船中軸線上（通過樁架及龍口中心）兩個固定點A點、B點，用于固定GPS接收機，進行測量定位。 直樁定位選取平面任意一條通過樁位中心的直線，計算出當打樁船軸線與所選取的直線重合，且樁位中心正好位于設計坐標時，打樁船上A、B兩點的坐標。將兩個GPS接收機固定在這兩個點上，連接接收機與手簿，選擇坐標系，將計算出的A、B點坐標提前輸入手簿，然后發射信號，接收固定基準站發出的RTK信息，獲取這兩個點的實時坐標

7、，手簿計算出這兩點實際坐標與計算坐標的偏差，根據偏差數據通知打樁船絞纜移船，直至這兩點位置與計算的坐標重合，從而定出樁位。為便于定出船艏方向，需在船艏朝向設置浮漂。直樁定位示意圖 斜樁定位斜樁與直樁定位相比，略顯復雜，當船身隨著水位的變化導致船身標高發生變化時，樁身中軸線將產生豎向位移，從而引起樁位產生偏差，實際偏差距離應為：船身標高差值/樁身斜率（6：1），如下圖：為了保證樁位正確，打樁船必須前后移動消除偏差，打樁船位置發生變化，設置在打樁船上的固定測量點A、B兩點坐標也必然發生變化，如下圖：所以斜樁定位方法為：前期與直樁定位一樣，將兩個GPS接收機固定在打樁船中軸線上A、B兩點上，連接接收

8、機與手簿，選擇坐標系，測量此時A、B兩點的實時標高，根據標高計算出A、B兩點的實時坐標，然后將這計算結果輸入手簿，然后發射信號，接收固定基準站發出的RTK信息，獲取這兩個點的實際坐標，手簿計算出這兩點實際坐標與計算坐標的偏差，根據偏差數據通知打樁船絞纜移船，若在絞纜移船期間水位變化較大，超過30CM；應重新測量A、B點標高，計算坐標，重復前一步驟，直至定出樁位。樁的傾角由樁船樁架傾角控制。d、沉樁錘擊數和貫入度的控制E0主墩平臺沉樁過程中錘擊數和最后貫入度均滿足設計要求，當W0、W1、E1墩開始沉樁時錘擊數和最后貫入度均不滿足設計要求，項目部根據現場實際情況請天津港灣工程質量檢測中心對我項目部

9、所沉鋼管樁進行樁基高應變檢測，根據檢測結果對鋼管樁的長度進行修改，W0墩樁長改為48m，E1和W1墩樁長均改為52m；檢測結果如下：e、工效分析在沉樁前期，施工工效為6根/天，后期施工時工效為9根/天。根據總體可作業施工天數和工程量可知沉樁的工效約為8根/天。、上部結構施工a、上、下層平聯施工下層平聯采用600×8mm。平聯之間的連接通過“哈佛接頭”焊接連接，每根平聯設置一個“哈佛接頭”。平聯的吊裝具體施工方法如下：在待安裝平聯的一端套上“哈佛接頭”，為了方便調整平聯位置，用兩個2t的手拉葫蘆吊掛在樁頂及平聯的兩端。平聯吊裝到位后，首先對平聯與鋼管樁直接連接的一端進行焊接，然后將平聯

10、一端的“哈佛接頭”推到指定位置進行焊接，焊接時先焊接“哈佛接頭”與鋼管樁連接處，后焊接與平聯連接處。b、上部結構施工施工人員在吊籃上進行截樁頭、焊樁帽，樁帽施工完成后，方駁吊機配合進行上部橫梁、分配梁及面板鋪設施工。4.2 鋼護筒沉放主墩樁基鋼護筒內徑3.1米，采用22mm厚Q345鋼板卷制，E0墩長度為36米，W0墩長度為46米。E0墩、W0墩各需沉放13根鋼護筒。、施工工藝鋼護筒沉放采用懸臂導向架進行定位，鋼護筒分兩節對接沉放，采用橫雞躉吊入臨時懸掛存放區，換80t龍門吊起吊定位、振動錘沉放的施工工藝。、懸臂式導向架設計為確保護筒沉放的精度和垂直度，分公司自行開發、設計了懸臂式導向架。根據

11、鉆孔要求，鋼護筒的垂直度不得大于1/200，將導向架上下龍口距離定為10m，由于自沉時鋼護筒頂口低于上龍口，故在中間加設一道龍口，確保自沉時鋼護筒垂直度滿足要求。為能精確調節護筒位置及垂直度，在龍口梁4個方向設置調整限位裝置，調整裝置由頂推和轉軸滾輪組成，頂推裝置為1個32t手動千斤頂，調整時千斤頂頂推前面的轉軸滾輪對護筒位置進行調節，可調節最大距離為25cm。限位裝置的前方做成滾輪形式，基本形成點接觸，使摩阻力減到最小，便于護筒下沉。、鋼護筒沉放鋼護筒分節進行沉放，第一節鋼護筒長30m，用橫雞躉運至現場、豎轉出倉，但橫雞躉穩定性差，不能直接將護筒吊至導向架內進行定位，為解決這一問題，在臨時平

12、臺鋼護筒入口處設立一個鋼護筒存放區，橫雞躉將第一節鋼護筒豎轉后吊至護筒存放區臨時存放，然后龍門吊行至存放區將護筒吊至導向架進行定位、沉放。存放區采用4根長度18米的鐵鏈，下部吊一塊鋼板作為護筒支撐，鋼板底標高為泥面以下1m左右，在下放鋼板時，隨時測量鋼板標高，用4根鐵鏈調節鋼板的平整度及標高，定位完成后，用卡環將樁頂的耳板和鐵鏈進行連接。 護筒臨時存放區 橫雞躉吊鋼護筒進臨時存放區 護筒進導向架定位 振動錘沉放鋼護筒、護筒沉放激振力控制鋼護筒采用2臺DZJ240型振動錘聯動進行沉放，相關參數如下：項目電機功率激振力允許拔樁力靜偏心力矩數值480KW0-3644KN1372KN7056Nm在以往

13、的鋼護筒沉放施工中，激振力控制不當，鋼護筒底口易發生變形，給施工工期及質量造成極大的影響，很難進行處理。在施工中，為防止護筒變形，一是在距底口2cm處設置4道50cm寬的加強箍，間距40cm，在距頂口2cm處設置長度50cm的加強箍，護筒中部設置1道50cm寬加強箍（距兩節護筒焊縫位置為8m），加強箍具體位置結構見下圖。主墩鋼護筒加強箍位置圖二是嚴格控制激振力，根據地質情況及護筒埋深，計算護筒沉放的激振力，若發現激振力達到計算數值，持續2分鐘，護筒仍不下沉的情況立即停錘，避免激振力過大或振動時間過長，護筒底口變形。小結：這種工藝解決了無大型起重船的難題，同時保證了打設精度和安全問題，施工效率達

14、到每天沉放1根。主墩26根鋼護筒全部沉放完成，鉆孔灌注樁施工未發現護筒底口變形的現象。4.3 鉆進控制主墩平臺采用ZDJ-3500型和ZDJ-4000型回轉鉆機進行鉆孔施工，采取氣舉反循環出渣工藝，并配備泥砂分離器。成孔過程分三個階段：護筒內鉆進階段、護筒底口以下鉆進階段和終孔后清孔階段。 護筒內鉆進：在開孔鉆進時采用輕壓、慢速鉆進。開孔時在鉆頭母體外側加高強度鋼絲刷，一是保證護筒內壁清理干凈；二是護筒內徑為3.1m，鉆頭直徑為2.8m，加鋼絲刷增加鉆頭直徑的作用（護筒內樁徑為3.1m，從護筒底口開始變徑為2.8m）。另外，每鉆完一根鉆桿要上下慢速竄動幾次，目的是加強對鉆渣的充分吸收，鉆進過程

15、中認真觀察進尺和排渣情況，當泥漿中含渣量較多或排量減少時，應控制鉆進速度。 護筒底口以下鉆進階段：此階段是整個施工的關鍵。地層變化較大，故在不同地層的鉆進施工中，操作人員要及時調整鉆壓和轉速確保鉆孔安全。鉆頭鉆進至護筒底口時，認真觀察護筒底口是否漏漿，其癥狀為水位明顯下降。護筒口以下正常地層鉆進過程中，必須密切注意泥漿指標和鉆進速度，同時在鉆孔過程中分不同深度測量鉆孔垂直度及成孔質量，發現偏斜及時采取措施糾正。該項目配備的鉆頭有三種：刮刀鉆頭、楔齒滾刀鉆頭和球齒滾刀鉆頭。刮刀鉆頭主要用于表土層鉆進，在破巖面積較小時，也可用于較軟的泥灰巖鉆進；楔齒滾刀鉆頭主要用于中硬以下巖石鉆進；球齒滾刀鉆頭主

16、要用于硬巖鉆進。 終孔后清孔階段：根據設計要求確定入巖深度和終孔標高，鉆至終孔標高后，停鉆將鉆具提離孔底約3050cm，緩慢旋轉鉆具，進行氣舉反循環清孔；在整個的清孔過程中，始終保持孔內泥漿面的高度，防止塌孔，清孔所用的泥漿比重不得小于孔中泥漿的比重。經檢查孔徑和孔深及垂直度均滿足要求后，才能移走鉆機，盡快進行鋼筋籠安放施工，在澆筑砼前須進行第二次清孔。4.4 泥漿控制泥漿是成孔的關鍵保障，項目部在請教專家、現場試驗的基礎上決定采用淡水制漿。在鉆進過程中，配備專門的試驗人員及時及時測定泥漿指標，泥漿的檢測保證每2小時檢測一次，嚴格控制不同地層的泥漿性能，如下表所示：在不同地層鉆進時的鉆壓及泥漿

17、參數表地 層鉆壓（t）轉數（r）比重(g/cm3)粘度(s)PH值含砂率（%）淤 泥510351.151.2517208104砂 層515351.151.2518208104粘 土1015351.151.2018208104強風化花崗巖1518351.151.2017208104微風化花崗巖1520351.131.1817208102二次清孔以后，泥漿指標按下表進行控制：清孔后泥漿指標項目名稱比重（g/cm3）粘度（Pa.s）膠體率(%)含砂率(%)指標1.031.11720>98%<2小結：采用淡水制漿，并對泥漿的配合比進行優化，保證了泥漿各項指標，首根樁在成孔后經過近半個月的臺

18、風影響毫無變化。4.5 鋼筋籠制作及安裝 長線法制作鋼筋籠主墩樁基鋼筋籠外層鋼筋籠直徑2.94m，內層鋼筋籠直徑2.64m，最長為110m，樁頂20m范圍內為雙層鋼筋籠，鋼筋籠節與節之間采用直螺紋套筒進行連接，按常規方式制作，鋼筋籠的線形及對接精度難以保證。根據以往施工經驗及項目實際，采用長線法制作鋼筋籠：首先，采用12mm鋼板結合鋼筋籠的直徑、主筋間距以及雙層鋼筋籠的內外層排距按下圖形式加工專用胎具：胎具加工完成后，在鋼筋籠加工場地內采用經緯儀、水準儀配合進行胎具安裝，確保整條線的胎具處于同一軸線、同一水平面上。每隔2m設置一個胎具并在胎具底腳旁邊鉆孔植入16鋼筋將胎具固定。為保證首節鋼筋籠

19、頂端平齊，在胎具生產線的起始端安裝端頭擋板，端頭擋板采用10mm鋼板，如下圖所示：鋼筋籠加工用端頭擋板胎具生產線安裝完成后，鋼筋籠采用分多節在胎具上進行制作，按鋼筋原材長度劃分基本節長為12m，尾節長度根據鉆孔終孔高程確定。加工至兩節鋼筋籠的對接處時，先將直螺紋套筒擰至長絲一側，待對接的鋼筋靠緊后用直螺紋套筒將對接的兩根鋼筋擰緊固定。整套鋼筋籠加工完成后，在每兩節的對接處均按照長線法的原則做好標記，以便吊裝對接過程中辨識。加工完成的雙層鋼筋籠小結：采用長線法制作鋼筋籠，大大提高了鋼筋籠制作的線形精度及直螺紋接頭對接精度，保證了鋼筋骨架結構尺寸成型準確、軸線順直。為鋼筋籠的加工質量及順利安裝對接

20、施工提供了保證。、鋼筋籠采用鋼板作為吊點主墩樁基鋼筋籠重量較大，整套鋼筋籠最重達70.1t，吊裝時如采用常規的利用加強箍筋吊掛方式難以承受這么大的重量，根據計算采用2cm鋼板單獨設置吊點。采用4塊2cm鋼板等間距滿焊在主筋內側、第一道加強箍筋下方，設置形式如下圖所示：鋼板吊點布置示意圖鋼板吊點、鋼筋籠豎轉鋼筋籠由方駁吊機吊至樁基施工臨時平臺后需進行豎轉施工，單層鋼筋籠采用80t龍門吊主副鉤配合進行豎轉，最后兩節雙層鋼筋籠由于副鉤吊重不夠（副鉤吊重5t），需采用轉軸式支架進行豎轉。豎轉支架制作形式如下圖所示： 豎轉直架正面示意圖 豎轉直架側面示意圖80T龍門吊主副鉤配合豎轉180T龍門吊主副鉤配

21、合豎轉2使用豎轉支架進行豎轉1使用豎轉支架進行豎轉2、采用F型扁擔臨時懸掛鋼筋籠為防止下放鋼筋籠過程中碰撞孔壁，吊裝時，調整鋼筋籠平面位置確保其處于孔中心下放。吊裝就位后，用厚2cm的鋼板制作的F形扁擔將鋼筋籠臨時懸掛在護筒上，以便與后續節段進行對接施工，F形扁擔如下圖所示：F型板示意圖F型板臨時懸掛鋼筋籠小結：應用豎轉支架避免了使用2臺起重設備配合豎轉所產生的安全隱患，增設的鋼板吊點為吊裝安全提供了有效保證，F型扁擔為鋼筋籠的臨時懸掛對接提供了方便，采用本套施工工藝，保證主墩鋼筋籠安裝施工的快速、安全。4.6 樁基砼澆筑施工、確保首罐砼澆筑成功為保證首批灌注足夠數量的砼,大料斗容量為6m³，導灰架料斗容量為22m³，合計28m³；澆注前將大料斗和導灰架均灌滿混凝土，以保證首罐砼埋置導管深度在2以上，保證首罐砼澆筑成功。、控制導管埋深，保證砼澆筑連續灌注過程中，應及時的探測所灌注的砼面高度，以控制沉淀層、埋導管深度和樁頂高度