孙士辉?张鹏

【摘要】本文通过介绍鱼山大桥φ5.0m～3.8m变径桩基的施工过程，从护筒沉放、钻机钻孔、钢筋笼的制安以及混凝土浇筑等方面阐述了海洋环境下，超大直径超深钢管复合桩单桩基础施工工艺，为今后类似工程提供借鉴与参考。

【关键词】超大直径超深钢管复合桩；海洋环境；护筒施工；钢筋笼下放

1、工程概况

本工程共有桩基187根，其中钢管复合桩98根。桩径5.0m～2.5m；桩长为60m～148.2m不等。单桩钢筋笼最大重量为241.3t，单桩永久钢护筒最大重量297.1t，单桩混凝土最大灌注方量1943.2m3。

桥址区地质主要为淤泥、淤泥质土、软～流塑状黏性土，厚度7.9～67.5m，工程性质差；下为中密～密实冲海积的粉砂、细砂为主，一般厚度较大，地层较为连续，底部为粉质黏土、圆砾等，下伏基岩起伏较大，一般岩质较硬，中风化岩埋深18.9～132.3m不等。

工程区的潮汐属非正规半日潮，潮流以往复流为特征，涨潮流速大于落潮流速，最高潮位+3.08，最低潮位-2.11，潮差2～3m，流速2m/s。

2、桩基施工工艺流程

根据现场实际地质水文情况及设计技术标准，本工程选用国内打桩船进行钢护筒沉放，采用ZJD5000、ZJD4000型回旋钻机进行钻孔，混凝土采用2套3方机和1套2方机进行供应，现场使用3台拖泵进行混凝土浇筑，施工流程如图：

3、关键施工工艺

3.1 钢护筒施工

本工程钢护筒最大直径5.0m，长度达60m，单根护筒重达297.1t。由于钢护筒为永久性钢护筒，直接参与桩基受力，其设计精度要求为中心偏位不大于3cm，倾斜度不得超过1/200，如此超大直径、超长、超重且高标准的钢护筒施工在海洋性气候环境中，非常难以控制。

为保证钢护筒沉放精度，本工程选用国内最大打桩船“雄程1号”对钢护筒整根进行沉放，避免了钢护筒因多次分节对接导致的垂直度无法满足要求；并采用一种导向钢管桩辅助配合护筒沉放，用于确保钢护筒桩沉桩工作中不受外来水流、涌浪等因数的影响，且通过顶端连接的导向滚轮使护筒中心位置控制更加方便、精准。

钢护筒沉放时，首先沉放导向钢管桩，采用打桩船上设置的三台GPS，以及在主栈桥上架设3台全站仪（2台用于观测，1台用于校核）进行粗定位，保证导向钢管桩的平面位置误差在10cm之内以及垂直度满足要求；然后打设永久性护筒，依靠导向钢管桩上的导向滚轮进行调节，完成钢护筒的精准定位，最终达到平面位置2～3cm，垂直度优于1/200的沉放精度。

钢护筒在施打过程中应注意以下几点：

1）沉桩应尽量选择流速、风浪较小时进行；船只航行波浪影响打桩船稳定时，宜暂停锤击；

2）沉桩过程中不得移船纠正桩位；

3）应结合施工实际地质情况，要考虑一定的提前量，以使沉桩后桩位符合设计要求。

4）为防止钢护筒在沉放过程中变形问题，可在护筒底口设置1至2道抱箍，以增加护筒底口刚度。

3.2 成孔施工

1）钻机选择：本工程桩基均为超大直径超长桩，且5米桩径为国内之最，因此选择国内最大的ZJD5000型反循环回旋钻机作为φ5m与φ4.5m钻孔设备，其最大扭矩为45t·m，钻孔深度达200m，满足施工需要，其余桩径采用4000型钻机。根据钻孔需要，每台钻机配备3个钻头：2个刮刀钻用于护筒内外覆盖层钻进；1个滚刀钻用于岩层钻进，保证钻孔质量与钻孔效率。

2）泥浆性能：采用PHP优质泥浆，其具有泥皮薄、稳定性好、造浆率高以及相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、稳定性强等优点。结合现场实际情况，以海水造浆为主，通过配合比试验，保证泥浆性能，本工程泥浆主要分两种：第一种用于裸岩钻孔，海水：膨润土：纯碱=1：0.66：0.22%；第二种用于海泥覆盖层，海水：海泥：膨润土：纯碱=1：0.64：0.36：0.1%；

在钻进过程中，根据不同的地质及时调整泥浆指标，保证桩基顺利成孔，不同地质泥浆性能参数总结如下：

3）钻机钻进

护筒内钻进：采用正转反吹施工工艺钻进，先利用淤泥质土层进行造浆，并及时调整泥浆指标；当钻进孔深达到30m位置时，改用气举反循环钻进提高钻进效率。为避免护筒底部出现漏浆塌孔事故，当钻进至护筒底口以上两米时应降低钻进速度；待钻头钻出护筒2m左右后，再正常钻进。

护筒外非岩层钻进：钻头钻出护筒后，更换小直径刮刀钻头，根据地层情况选擇钻进参数、控制泥浆性能指标，以确保孔壁的安全。

护筒外岩层钻进：

更换滚刀钻进行钻孔并增加钻机配重，以满足切削岩石的要求。由于岩层中钻机负荷重，进尺缓慢，应根据实际情况检查钻头、保证低速慢进，避免不良情况的发生。

钻机钻进时始终保持减压钻进，钻压不得超过钻具重力之和（扣除浮力）的80%，并在钻头顶部设置扶正器，保证成孔垂直度；孔内水头高度保持略高于高潮水位，防止出现塌孔现象。

3.3钢筋笼下放

1）起吊设备：根据现场实际情况，前几节单层钢筋笼采用100t履带吊进行对接、下放，300t浮吊（钢筋笼超过200t时600t浮吊）辅助抬吊；后续双层钢筋笼采用浮吊进行对接、下放，履带吊辅助抬吊。

2）钢筋笼下放：为保证海洋环境中，钢筋笼下放精度，采取了一种新型的钢筋笼悬挂装置。该装置分为外环和内环：外环用于钢筋笼固定；内环用于钢筋笼起吊，且内环直径与钢筋笼直径相同；具体步骤为：

外环放置：将下放工具中外环放置在成孔桩位处，使外环与桩基同心；

内环起吊：通过内环起吊钢筋笼放入孔内；通过圆心确定钢筋笼位置；

固定钢筋笼：将外环上的插销插入钢筋笼顶段第一道加强圈之下，完成钢筋笼固定，然后起吊第二节钢筋笼与之对接，完成后，抽出插销，进行下放；

精钢定位：钢筋笼对接完成之后，通过精钢将钢筋笼主筋于内环连接，精钢长度根据钢筋笼高程和内环高程进行调整，保证钢筋下放准确；

下放完成：钢筋笼下放完成后，将内环放置插销上，完成整个钢筋笼的下放。

3.4 混凝土浇筑

混凝土采用φ422mm，壁厚12导管进行灌注，下放前必须进行水密性实验；导管下放完成后进行二次清孔，保证孔底沉渣满足要求。现场采用3台拖泵及16量搅拌车进行混凝土供应，通过集料斗下料模式进行浇筑。

首封混凝土必须保证导管埋深大于2m，且在首封料斗拔球后仍需持续供料，保证封底成孔；混凝土浇筑时，要实时测量及记录孔内混凝土标高及导管埋深，每次测点不少于2处，防止误测，保证导管埋深控制在2～6m范围内。

浇筑过程中应对混凝土进行抽检，严格把控混凝土性能，保证浇筑质量。

浇筑完成后，为保证桩头质量，混凝土应超灌1.5m左右。

4、结语

本文简单介绍了鱼山大桥钢管复合桩施工工艺，通过上述工艺，本工程桩基经超声波成孔检测，均为I类桩，表明了上述施工工艺是完全满足超大直径超深桩基施工要求的，同时简化了施工步骤，缩短了工期，节约了成本。以上经验可供今后类似工程参考。

参考文献：

[1] 黄炜， 桂炎德，焦飞. ф3.8m超大直径深孔钻孔桩施工质量控制[J]. 桥梁建设，2010年增刊1

[2]黄勇， 章斌. 苏通大桥主桥基础深水大直径超长钻孔桩施工.山西建筑，2008年2月