张常轩

(中铁十四局集团第三工程有限公司 山东济南 250300)

1 工程概况

新建南(宁)至玉(林)铁路六律邕江特大桥，主桥为(40.75＋109＋320＋109＋40.75)m双塔双索面钢－混凝土部分斜拉桥，正交跨越邕江，桥位处江面宽约300 m。17＃主墩位于邕江西岸，大里程侧承台位于邕江河槽内，下部结构采用群桩基础，承台尺寸34.8 m×22.8 m×6.5 m，设24根桩基，桩径3.0 m，按长短桩布置，线路左侧为长桩区，右侧为短桩区，桩长17～83 m，桩位布置如图1所示。

图1 17＃主墩桩位布置示意(单位:cm)

17＃主墩桩基设计均为嵌岩桩，存在斜岩、岩溶强发育等复杂地质，桩底嵌入风化灰岩不小于9.5 m。

2 工程重难点分析

主桥17＃墩桩基为全桥的重难点工程之一，施工难度大、风险高，主要表现在:

(1)17＃主墩位于邕江河槽内，汛期组织桩基施工难度大、风险高；

(2)主墩桩基处于斜岩、岩溶强发育等复杂地质环境，桩基成孔难度大，存在卡钻、斜孔、塌孔的风险；

(3)桩基钢筋笼竖向主筋设计采用两根一束径向布置，钢筋间距及保护层控制难度大；

(4)主墩桩基为超大直径嵌岩长桩，成孔施工中需进行多次岩溶处理，造成沉渣多、粒径大小不均匀，桩基清孔难度大；

(5)主墩桩基为超大直径长桩，钢筋笼安装、水下混凝土灌注难度大。

3 主墩群桩综合施工技术

3.1 桩基平台方案选择

根据现场地质条件，17＃主墩短桩区承台底以下为裸岩地层，长桩区承台底以下的上部区域为粉质黏土，下部区域为岩层，围堰形式可采用锁扣钢管桩围堰[1]，也可采用地下连续墙[2]。因受场地限制，上述方案存在机械设备进场困难，裸岩区域插打钢管桩数量多、施工周期长等弊端。结合主桥施工组织安排，先采用搭设钢平台方案[3]在汛期组织桩基施工，然后利用桩基施工完成后的枯水期组织承台施工，可以减少裸岩区钢管桩打设时的引孔数量，尽量缩短桩基施工周期，确保总工期满足要求。

结合施工区域的水文资料和地形特征，合理确定钢平台的顶面标高，可在桩基施工完成后，将小里程侧承台范围以外的钢平台作为主桥后续施工的作业平台，解决现场施工作业面狭小问题，同时可确保主桥后续施工免受汛期影响。

经方案比选，17＃主墩桩基施工采用搭设钢平台方案。

3.2 钢平台方案

主桥17＃主墩施工控制水位按10年一遇水位72.12 m控制，考虑钢平台的后期综合利用，其顶面标高按72.5 m设置。

钢平台下部结构采用φ720×10 mm钢管桩基础＋双拼 45a工字钢横梁，钢管桩纵向设8排，间距为(12＋3＋9＋9＋6＋6＋7.5)m，横向间距位于钢护筒部位为4 m，位于贝雷梁部位为2 m。上部结构采用贝雷梁＋ 32a工字钢分配梁，贝雷梁间距跨越钢护筒部位为365 cm，其余部位均为45 cm，两组贝雷梁之间采用标准支撑架连接；分配梁间距为37.5 cm，在桩孔部位断开。桥面系面板采用8 mm厚防滑花纹钢板，与分配梁之间采用点焊固定。钢平台布置形式如图2所示，立面图为处于主墩短桩区的剖面。

图2 钢平台布置形式示意(单位:m)

考虑钢平台承受施工荷载大的特点，钢管桩基础按嵌岩桩设计，位于主墩短桩区的钢管桩底端支撑在岩面上，桩长10.5 m，施工时先采取潜孔钻引孔[4]，然后采用DZ-120型振动锤插打，引孔深度按不小于1.0 m控制。位于主墩长桩区的钢管桩采用振动锤打设，以贯入度基本无变化作为停锤标准[5]，使钢管桩底端尽量支撑在岩面上，钢管桩桩长随桩位处实际地质不同而发生变，最长钢管桩桩长度为48 m。

钢管桩顶部纵、横向均设置1道连接系，以增加钢管桩基础的整体稳定性。连接系采用 20槽钢加工，槽钢与钢管桩之间采用焊接连接，焊脚高度不小于8 mm。为增加焊缝长度，连接系槽钢与钢管桩之间设置1 cm的补强钢板。

3.3 钢护筒加工及安装

桩基施工用钢护筒直径为330 cm，采用厚度22 mm的Q235钢板制作，利用卷板机在加工场加工成型，接缝部位采用坡口焊。钢护筒单节加工长度为6 m，利用平板车运输到现场后，在工作平台上接长为12 m。钢护筒在运输过程中利用倒链拉紧固定，端口部位设置三角形支撑进行加强，防止钢护筒运输过程中发生变形，增加现场接长焊接时对缝的难度。

利用150 t履带起重机配合振动锤将钢护筒吊至孔口设计位置并打设到位，振动锤采用DZ-150型液压振动锤，激振力为1 354 kN。

为确保钢护筒定位精度及插打过程中的垂直度满足要求，首先利用平台钢管桩安装钢护筒定位限位架[6]，限位架采用双拼 20a工字钢加工，履带起重机配合安装。其次采用双拼 45a工字钢加工成一字型或十字型工具，或采用双夹液压夹桩器辅助钢护筒下沉，确保振动锤可平衡均匀施加激振力，防止钢护筒下沉过程中发生偏斜。振动锤打设钢护筒如图3所示。

图3 钢护筒打设现场

3.4 起吊设备选择

为配合桩基施工期间平台钢管桩打设、钢护筒安装、钻机就位、锤头吊装、钢筋笼安装等工序施工，需配置起吊设备。考虑作业半径及吊重，主桥最长桩的钢筋笼安装为起吊设备选型的控制因素。

17＃主墩最长桩基桩长83 m，钢筋笼单节长度12 m，总长84.4 m，总重量约75 t，考虑吊具、吊绳等荷载后吊装重量按80 t估算。

考虑钢平台的受力特点，选择SCC1500A型履带起重机，主臂长31 m，现场工作幅度最小为6 m，查询150 t履带起重机-H工况荷载表，工作幅度6 m时可吊重115 t，满足最长钢筋笼吊装需求。

3.5 钢筋笼加工及安装

钢筋笼在钢筋加工场分节制作，单节加工长度为12 m，竖向主筋采用φ32的HRB400钢筋，保护层为10.5 cm，采用两根一束径向布置，接头采用墩粗直螺纹套筒连接。箍筋采用HPB300钢筋，接头采用焊接连接，每2 m设1道40×40×5 mm等边三角形角钢支撑，以加强钢筋笼定型。

因桩基钢筋笼竖向主筋设计采用两根一束径向布置，为保证钢筋位置及保护层满足设计要求，钢筋笼加工时配置自制胎模架[7]，利用胎模架辅助完成钢筋笼制作，如图4所示。胎膜架每2 m设1道，采用厚度10 mm的Q235钢板制作。胎模与钢筋笼主筋接触面加工成弧形，以利于钢筋与胎模密贴。胎模分两次拼装，先拼装胎模架的下半部分圆弧，依次安装主筋、加强箍筋，然后组装胎模架的上半部分圆弧，依次安装上半圈主筋、外侧一般箍筋及加密箍筋。钢筋笼加工完成并验收合格后，解除胎模架上下两部分圆弧之间的连接螺栓，将钢筋笼吊至存放区，拆除胎模架上半部分圆弧周转至下一节钢筋笼加工。

图4 钢筋笼加工示意

主桥17＃墩最长钢筋笼重约75 t，为确保钢筋笼安装顺利进行，在桩基孔口位置设置安全圈[8]。安全圈由内圈、伸缩杆、外圈及底部托架组成，如图5所示。

图5 桩基孔口定位安全圈示意

内圈和外圈均为箱形结构，采用厚度10 mm钢板焊接，其中内圈高、宽均为300 mm，中心直径为2 790 mm，外圈高400 mm、宽300 mm，中心直径为3 700 mm。伸缩杆长1 200 mm，共20个，沿外圈均匀布置，采用侧放的 16槽钢，侧面用厚10 mm钢板封堵焊接形成箱形结构。内圈上设置4个起吊用吊环和12个椭圆形钢筋笼吊点孔，吊环及吊点孔位置均在箱体内对应位置设置加劲板。外圈底部设置起吊用托架，采用平放的 18槽钢，底面采用厚10 mm钢板封堵焊接形成箱形结构。

为确保钢筋笼安装时能够满足起吊和临时固定需要，在每节钢筋笼顶端设置1道 14槽钢制作的加强箍圈，槽钢圆弧侧面与纵向主筋采用焊接。长度超过60 m的钢筋笼，在槽钢顶面每5束主筋设置1根φ32加强钢筋，加强钢筋侧面与主筋焊接，底部与加强箍圈槽钢侧边顶紧并焊接。

3.6 岩溶及斜岩处理

17＃主墩处于强岩溶[9]发育区，最大溶洞高21 m，最大埋深76 m，见溶洞率达48.9%。溶洞以全填充为主，局部无填充，充填物以粉质黏土及细角砾土为主，长桩区的1＃、13＃ ～16＃、23＃桩基位于 90°溶槽斜岩上。17＃主墩桩基地质展开如图6所示，无填充物的溶洞图中未进行单独标注。

图6 桩基地质展开示意

桩基采用冲击钻冲击成孔工艺为主，XR400E型旋挖钻机配合施工。冲击钻锤头采用十字锤和五边锤两种规格，单个锤头重约16 t。

针对溶洞大小、高度、填充物的不同特征采取不同的处理方案进行处治。高度小于5 m的溶洞采取回填片石和黏土的混合物，小冲程冲击施工；高度大于5 m的溶洞采用钢护筒跟进方案处理。对于溶洞出现向四周延伸面积较大的情况时，采用先回填低标号混凝土，混凝土强度满足要求后，调大泥浆比重，再用冲击钻冲孔施工。

桩基冲孔遇到斜岩[10]时，以回填片石和黏土混合物后小冲程反复冲击修正为主，其次采用回填高标号混凝土，强度满足要求后利用旋挖钻机慢速钻进配合处理。以上处理效果仍不理想时，采用水下弱爆破[11]处理，利用潜孔钻施工炮孔时在岩层顶面位置设限位装置，确保炮眼能顺利成孔。

由于岩溶及斜岩地段的地质条件复杂，采用多种方案和措施综合处治:

(1)开钻前逐孔复核地质资料，尽量提前摸清每个桩位的溶洞分布特征，为钻孔施工提供可靠信息，制定合理施工预案。

(2)按隔孔组织施工，尽量减少长桩区桩基发生串孔、塌孔的机率，同时间接探明相邻桩孔的地质情况。

(3)回填片石的强度必须大于桩位处岩层的实际强度，确保处治效果。

(4)回填高度超出溶洞顶面至少1 m，消除因回填不密实而影响处治效果。

(5)处理过程中注意泥浆性能满足要求，尽量加大泥浆比重，通过添加膨润土来改善泥浆性能。

(6)岩溶处理时，需将冲击钻的锤头更换为五边陲，并采取小冲程处理，提高处理效果，减少卡钻发生的机率。

(7)岩溶及斜岩处理过程中，派专人值守，注意观察钢丝绳的摆动特征，避免卡钻、漏浆等意外情况的发生，并能及时采取应对措施。

(8)岩溶及斜岩处理过程中，及时检查桩基成孔的垂直度，发现垂直度不满足要求时，及时回填片石修正或采用旋挖钻配合修正。

3.7 超大直径长桩清孔方案

17＃主墩最长桩长83 m，实际孔深达93 m，经多次岩溶及斜岩处理后，孔内泥浆具有沉渣多、颗粒大、含砂率高等特点，加之桩径达3.0 m，清孔难度大。现场采取空压机与泥浆净化装置配合辅助清孔[12]，达到了较好效果。

(1)空压机辅助清理沉渣

采用直径159 mm的钢管下到孔底，沿钢管外壁敷设并固定风管，在钢管底部以上5 m左右位置与钢管内部已安装的风管连接在一起。配置1台KEG-100A型螺杆式压缩机输送压缩空气，利用气流在钢管内部形成的压力差带动泥浆流动，通过泥浆把孔底较大的沉渣颗粒带出孔外。孔内抽出的泥浆进入泥浆池将粗大颗粒沉淀后，再利用泥浆泵向桩孔内补浆，保持孔内泥浆不间断循环。

(2)泥浆净化装置辅助降低含砂率

桩孔内沉渣的粗大颗粒清理满足要求后，再将从孔内抽出的泥浆改由ZX-200型泥浆净化装置过滤后流入沉淀池，将过滤后含砂率低的泥浆再次循环至桩孔内。

为提高处理效果，清孔时需将钢管在孔内不间断移动，同时采用掺加膨润土、木质素等材料来改善向桩孔内补浆的泥浆性能，以加快泥浆置换速度，缩短清孔时间。

3.8 超大直径桩基混凝土灌注

17＃墩最长桩首批灌注混凝土方量为13 m3，现场采取自制的大料斗与混凝土罐车配合完成首封混凝土灌注[13]。加工的大料斗容量约为8 m3，同时安排一辆12～16 m3的罐车在孔口就位配合封底。

因钢筋笼安装时需在孔口设置安全圈，造成罐车下料斗无法直接伸入大料内，采用型钢加工斜坡道，罐车借助斜坡道靠近孔口，然后再将罐车卸料斗伸入大料斗内。

4 结束语

通过对六律邕江特大桥群桩基础综合施工技术的研究和施工实践，成功解决了斜岩及岩溶强发育地质条件下，长大直径群桩施工中遇到的各种技术难题，为类似工程施工提供借鉴。

(1)采用自制胎模架配合完成大直径钢筋笼加工，解决了竖向φ32主筋采取两根一束径向布置时钢筋定位及保护层控制的难题；

(2)采用孔口设置安全圈，解决了大吨位长桩钢筋笼安装定位的难题；

(3)通过综合成孔技术处治岩溶及斜岩，解决了90°溶槽的岩溶强发育区长大直径桩基成孔的难题；

(4)采用空压机和泥浆净化装置辅助清孔，解决了复杂地质条件下长大直径桩基清孔难题。