段福平，余振刚，李银，詹国华

(1.浙江省送变电工程公司，杭州市，310016;2.中交第三航务工程局有限公司宁波分公司，浙江省 宁波市，315200)

0 引言

舟山与大陆联网输电线路工程螺头水道大跨越设计采用“耐—直—直—直—耐”跨越方式，3基跨越塔分别位于舟山的大猫山岛、宁波的凉帽山岛和外神马岛东侧约450 m的海中，其中海中高塔全高为199 m，基础本体采用高桩承台结构［1］。本文结合海中高塔基础承台直径2200 mm嵌岩灌注桩的施工实践，介绍了深基础无护筒支护嵌岩灌注桩施工技术。

1 工程概况

1.1 结构尺寸及工程量

海中高塔基础的本体设计采用高桩承台结构，塔基由4个17.6 m×17.6 m的方形钢筋混凝土承台组成，承台之间由钢筋混凝土梁板连接，整体尺寸为56.44 m ×56.44 m，承台厚3.0 m。承台之间的连系梁由53根2200 mm的灌注桩基础构成，灌注桩嵌入中风化岩面3.3 m，其中44根灌注桩钢护筒长35 m(按照地质资料估算，护筒底穿透淤泥质涂层基本进入粉质粘土层)，另9根钢护筒长30.2 ～34.7 m(护筒底进入强风化岩面)。桩基采用C35混凝土，总方量约9500 m3。

1.2 地形地貌及工程地质条件

海中高塔基础所在海域，海底地形平坦，海底标高 －2.30 ～ －2.50 m(国家 85 高程，下同。)，水深2～3 m，表面有厚1.5 m左右的新近沉积浮泥。

塔位浅部地基土主要为冲海积成因的淤泥质土和粘性土，下部基岩为凝灰岩，嵌岩桩结构区地质剖面如图1所示。土层性状自上而下分别为:

(1)Ⅰ－1层淤泥质粉质粘土。灰色，饱和，流塑，干强度中等，含少量粉粒及有机质，夹有较多粉砂薄层;表面厚1.5 m左右为新近沉积浮泥，性质极差。该层塔位均有分布，层厚11.00～16.20 m，层底标高－18.41 ～ －13.05 m。

图1 嵌岩桩结构区地质剖面图Fig.1 Geological section in RCP area

(2)Ⅰ－2层淤泥质粉质粘土。灰色，饱和，流塑，干强度中等，局部具磷片状结构，含少量粉粒分、局部混少量腐植质。该层塔位均有分布，层厚3.60～15.30 m，层底高程 －30.88 ～ －16.65 m。

(3)Ⅱ层粉质粘土。灰黄、灰绿色，湿，可塑为主，局部性质较好，干强度中等，韧性中等，局部为粘土，含少量粉粒及铁锰质氧化物。该层局部缺失，层厚1.40 ～8.30 m，一般层厚 5.0 m 左右，层顶高程－30.22 ～ －19.41 m。

(4)Ⅲ层粉质粘土。灰、兰灰色，很湿，软塑至可塑，干强度中等，韧性中等，含少量粉粒，局部混少量腐植质。该层局部缺失，厚度变化大，层厚3.20～23.30 m，层顶高程 －34.07 ～ －23.77 m。

(5)Ⅴ－1层全风化凝灰岩。灰白至灰绿色，风化成砂土状，刀可切，碎片手捏易散;该层上部近土状、性质相对差，下部性质较好，局部为全风化至强风化。该层塔位均有分布，层厚1.00～2.30 m，层顶高程 －51.98 ～ －16.65 m。

(6)Ⅴ－2层强风化凝灰岩。灰黄、灰绿色，裂隙发育，岩芯碎块状，锤击易碎，质较硬。该层塔位均有分布，层厚 0.70 ～2.50 m，层顶高程 －54.18 ～－18.55 m。

(7)Ⅴ－3层中等风化凝灰岩。灰、灰褐色，裂隙较发育，岩芯5～10 cm柱状为主，击不易碎，质坚硬。该层塔位均有分布，塔位西北角埋深较浅，东侧埋深较深，已控制层厚6.00 m。

2 桩基施工平台搭设

考虑桩基深度较深，且底部岩石坡度变化较大，经比较分析，确定采用冲击钻成孔工艺［2-4］。施工平台上的主要荷载有:2台50 t履带吊，9台CJK－10型钻孔桩机，1套泥浆处理器，2台柴油空压机组，3台柴油发电机组，各类水泵、钻头、钻杆等。其中，钻机组合件每台重20～25 t，履带吊每台重50 t(施工定位后控制单件起吊量不超过20 t)。各设备均分散布置作业，避免集中在某一桩位处［5］。

桩基施工平台利用桩护筒作为承重基础［6］，钢护筒沉放后在其顶部焊接安装钢牛腿，钢牛腿上安装钢箱梁作为主梁，主梁上安装HM400型钢@750 mm作为次梁，次梁上安装10 mm厚钢板作为面板。吊机、设备通道区域在次梁上搁置厚20 mm、宽1.8 m钢板2块，桩周边非承重区域在次梁上安装镂空式6 mm厚菱形拉格钢网片.施工平台设计顶标高为+8.70 m，工作平台四周设封闭式安全围栏。

3 钻孔灌注桩成桩施工

钢护筒长30～35 m，埋设较深，除4号承台区域9根桩基护筒底部达到强风化层以外，其余桩基护筒底部仅达到粉质粘土层顶部。该区域风化岩裂隙较发育，地下水丰富，施工中平均有15 m以上桩身位于粉质粘土层和强风化层中，选取合适的成孔工艺及泥浆护壁措施对成孔质量尤其重要。

3.1 正循环冲击钻机成孔工艺

正循环冲击钻机选用JK－10型，采用铸钢件冲锥，冲锥按形状分四爪、五爪，冲锥质量8 t，直径1800～2000 mm，焊牙齿后直径为2150 mm，冲击钻机卷扬机最大提升能力为100 kN。

采用泥浆悬浮排渣、正循环钻进工艺。钻渣在泥浆流动悬浮作用下被携带悬浮出护筒，在流向沉淀筒的通道槽途中设置筛网分离大部分钻渣，泥浆流入沉淀筒中沉淀，再用水泵泵送循环利用。一般施工钻进中，出渣口泥浆密度控制在1.3～1.4 g/cm3。采用单程钻机在正常情况下4～5天成孔，此类钻机适应性、成孔可靠性较好，但其成孔速度相对较慢，且需泥浆排渣，成孔后的清孔时间也相对较长。

3.2 泥浆护壁措施

施工区域位于远离岸基的海中，淡水奇缺，钢护筒内的海水及淤泥其Cl－、SO2－4、Ca2+、Mg2+等含量较高，若按常规方法使用普通黄泥、膨润土等造浆材料，用量大、成本高［7－8］。为此，在现场进行了泥浆配比试验，就近利用现场取样的较软海泥，添加粘性黄土、纯碱及特制造浆添加剂，解决了利用海水造浆的难题。试验发现该方法护壁效果较好，且可就近取材制作，成本较低，后续施工中始终使用该配方制作泥浆。泥浆性能指标如表1所示。

表1 泥浆性能指标Tab.1 Index of mud performance

3.3 清孔及成孔检测

钻进至岩面后，经地勘人员比对岩样确定中风化岩层起始面后，即加大钻机冲程钻进至设计标高终孔。终孔后及时下放φ 300 mm导管，并在导管内设置1根φ 50 mm镀锌管作为高压气举反循环二次清孔的送风管，通过高压气举反循环工艺将泥浆带到3PNL泥浆分离器进一步做过滤分离处理。清孔后，最终剩余泥浆内颗粒最大粒径为0.5～0.3 mm，随即下放JJC－1D孔径探测仪进行成孔质量和成孔深度检测，检测合格进行钢筋笼安装。

3.4 钢筋笼安装

每根灌注桩设计采用28根通长的φ 32 mm主筋及28根长度约30 m的φ 32 mm加强筋，单桩钢筋笼总质量为14～19 t，分4～6段制作，段与段之间钢筋采用辊压直螺纹套筒连接，以加快现场安装进度，并利于现场安装质量控制。

3.5 二次清孔与水下混凝土灌注

钢筋笼安装完成后，水上混凝土搅拌船进场前3 h开始下混凝土浇筑导管(φ 300 mm导管，下管前须做水密性试验确保导管完好)，二次清孔，同时用泥浆泵向桩内补充稀释泥浆液以降低桩孔内泥浆密度。船机就位1 h前停止清孔，并拔出φ 50 mm镀锌管，从导管内下放沉渣检测仪检测沉渣厚度。若检测不合格，加大高压气体压强并使用吊机提升下放导管，通过导管上下串动搅动底部沉积泥浆，使之分散并上下拌合均匀。若检测合格则准备浇筑水下混凝土，初灌施工时控制导管底部距离孔底0.4～0.5 m，以确保初灌料以适当压力冲击孔底并合理扩散排除孔底沉渣。

水下混凝土浇筑着重加强水灰比控制，由施工员和试验员在搅拌船上监控计量系统仪表参数并适时调整。现场灌注重点在于初灌料的控制。在现场设置双料斗，初始施工时先灌注大料斗(8 m3)，再灌注附加在灌注导管顶部的小料斗(1 m3)，小料斗灌注至2/3容量时拉开隔离栅并打开大料斗连接到小料斗的输送阀，连续浇筑完成初灌料浇筑。整个施工过程约持续6 min，加上此期间搅拌船仍在不间歇的输送混凝土(输送能力1 m3/min)，初灌量约15 m3，可灌注约3.5 m高度。该灌注过程连续进行，能有效避免桩底残渣遗留，确保成桩质量。后续灌注应确保导管埋深3～4 m，每灌注6～8 m拔拆导管1次，直到灌注到设计标高，翻浆超灌至露出新鲜混凝土方可停止灌注。

4 嵌岩桩质量检测

设计桩身混凝土强度为C35，每根桩均在现场取样制作抗压强度试块，标养28天后，进行抗压强度检验。经检测，53根桩混凝土试块的平均强度为44.1 MPa，标准差 3.5 MPa，符合设计和规范要求［8］。

采用超声波对53根嵌岩灌注桩进行完整性检测，检测表明:嵌岩桩桩深反馈波速较稳定，成桩质量良好，53根桩桩身完整性全部为Ⅰ类桩。

对其中1根嵌岩灌注桩进行了钻芯取样检测，检测表明:混凝土与岩面衔接良好，桩底无沉渣出现，施工质量满足设计要求。

对3根典型桩进行了桩基自平衡承载力测试，检测表明桩基承载力满足设计指标。

多种检测结果综合显示，嵌岩灌注桩施工达到了预期的质量控制目标。

5 结语

工程实践证明，在近海较深软土地基中进行护筒埋深至粉质粘土层的嵌岩灌注桩施工是合理可行的，可有效降低钢管材料使用量，减少大型打桩设备台班，避免水下作业，技术合理，经济节约。利用钢护筒作为钻孔平台的支撑是可靠的，可以节约大量支撑平台钢材，平台面板采用钢板与钢网片联合布设是合理的，兼顾了平台行车和施工作业排水的实际需要。

高含水率的粉质粘土层通过配置适当的护壁泥浆，仍可满足冲击成孔工艺的要求，但施工过程中须关注泥浆浓度和泥浆的均匀性。采用泥浆分离器清孔，能有效提高清孔效率，清孔残余可以直观检测，清孔质量有了较大提高，可为类似大直径嵌岩灌注桩施工提供方法借鉴。嵌岩灌注桩施工中，须密切注意各道工序的连续和合理衔接，一旦开钻应及时将成孔进行到底，并立即进行钢筋笼安装和水下混凝土施工，工序安排应当紧凑，尽量缩短施工周期，防止孔壁因浸泡时间过长而松软穿孔，导致发生坍孔等事故。

［1］朱天浩，徐建国，叶尹，等.输电线路特大跨越设计中的关键技术［J］.电力建设，2010，31(4):25-31.

［2］吴新孟.冲孔灌注桩施工经验简介［J］.电力建设，2000，21(2):56-57.

［3］JTJ 285—2000港口工程嵌岩桩设计与施工规程［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］王伟明，余振刚，吕小勇.外海深水裸露基岩大直径嵌岩桩施工关键技术［C］//国际航运协会2008年年会暨国际航运技术研讨会论文集.北京:人民交通出版社，2008:29-37.

［5］JTJ 215—98港口工程荷载规范［S］.北京:人民交通出版社，1998.

［6］JTG D63—2007公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［7］黄伟东.泥浆护壁钻孔灌注桩的施工［J］.电力建设，1999，20(1):58-59.

［8］JTJ 270—98水运工程混凝土试验规程［S］.北京:人民交通出版社，1998.