大连星海湾跨海大桥主桥索塔钻孔灌注桩施工

孙艳明 郝胜利 马振民 张洪文 杨 勇 杨富生

(中交二公局第二工程有限公司，陕西西安 710119)

1 工程简介

1.1 工程概况

大连星海湾跨海大桥主桥位于大连市著名旅游景点星海湾广场对面开阔海域，为双塔三跨地锚式悬索桥，跨径布置为180 m+460 m+180 m=820 m。桥塔采用“门”式框架混凝土结构，塔高112.31 m。桥梁上部主体加劲梁为钢桁架结构，钢桥面板采用正交异性桥面板，车道双层布置。索塔每根塔柱下设一个承台，承台之间不设横系梁，单个承台由12根φ2.5 m的钻孔灌注桩支撑，钻孔灌注桩3行4列矩形布置，承台尺寸为17.3 m×23.6 m×6.05 m。

1.2 水文气象条件

水位:施工所处区域水深12 m～15 m，设计高水位1.66 m(高潮累计频率10%)，设计低水位:－1.38 m(低潮累计频率90%)，施工水位0.3 m。

潮汐:据历年潮汐资料，大潮升2.9 m，小潮升2.3 m，平均海面1.6 m，最大潮差3.9 m，平均潮差3.7 m。

波浪:据波浪观测资料揭示，勘区以风浪为主，涌浪为次。星海湾海区大部分时间的波浪小于0.5 m(占70%)，大于1 m波高的时间仅占5.7%，大于2 m波高仅占0.4%，相对较平静。

气象:全年平均风速5.3 m/s，台风最大风速 31.0 m/s，50 年一遇，本市基本风压0.65 kN/m2。

1.3 岩溶地质情况

每个索塔下方24根桩基，依照施工地勘资料，其中每个索塔下方有8根桩存在岩溶洞，岩溶高度不同，最高的岩溶洞高7.3 m，最低的岩溶高度0.7 m;岩溶构造有多种形式，有单层的岩溶亦有多层岩溶;内部填充有粘性土、灰岩角砾、碎石和部分无充填物。

2 工程特点

1)工程位于黄海海域，受海洋环境影响比较大，桥址处水深10 m～12 m，没有岛屿等遮挡物，每年4月份～10月份东南风、南风、西南风比较频繁，海上涌浪比较大。

2)施工区域岩溶发育，类型复杂，有单层岩溶洞、多层岩溶洞、斜面岩、陡坡(或半边岩溶洞)、石柱(中间凸起)、溶沟槽、裂隙等岩溶类型。

3)索塔基础为群桩基础，单个承台下有12根直径2.5 m的大直径钻孔灌注桩。

4)由于岩溶类型复杂，即便是同一根桩在钻孔过程也会遇到不同的岩溶地质类型，因此在钻孔过程中需要根据具体情况应对各种岩溶地质钻孔施工病害。

5)海上潮气大，空气盐分含量高，施工设备容易损坏。

3 海上深水岩溶地层分布勘察

3.1 岩溶洞勘察综述

岩溶地区的勘察虽然做到了一桩一个勘探孔，但在后续的桩基施工和检测过程中发现，地质情况存在很大的变异性。有些勘察钻孔未发现岩溶洞，而在成桩冲孔过程中碰到了岩溶洞，出现了漏浆和塌孔现象。有些勘察钻孔未发现岩溶洞且成桩冲孔过程中也未见异常现象，而在桩基检测过程中发现岩溶洞或嵌岩不足等地质隐患。

表1 原勘探岩溶洞分布和复勘探岩溶洞分布对比表 m

3.2 主桥索塔钻孔灌注桩勘察方法

主桥索塔钻孔灌注桩勘察采取钻探工艺对施工区域地层进行复勘，复勘结果和原勘探结果进行对比分析，综合评价施工区域地质情况。原勘探有岩溶洞的部位在复勘后仍然存在岩溶洞，但原来勘探处没有岩溶洞的部位在后来复勘时发现岩溶洞，在复勘后，有10个桩位勘探出岩溶洞，至此有岩溶洞桩位升至26个，其中DT-4有5层岩溶洞。表1为原勘探岩溶洞分布和复勘探岩溶洞分布对比表。

4 主桥索塔桩基钻孔施工技术

4.1 设备选型

主桥索塔桩基采用冲击钻机成孔，冲击钻机结构简单，可以应付海中各种复杂岩溶地层，在复杂岩溶地质桩基施工中广泛应用，但要求钻机操作手要有一定的经验，能够根据地质变化情况随时改变钻进工艺，要尽量避免卡锤、偏锤、掉锤和埋锤现象发生，尤其空洞坡顶要特别小心。同时为解决复杂岩溶地质钻孔问题，专门研发了筒状锤头来应对钻孔过程遇到的病害。

4.2 施工工艺

4.2.1 钻孔施工准备

1)钢护筒加工和下放。

JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范规定，钢护筒在竖直方向倾斜度应不大于1%，对深水基础中的钢护筒，平面偏位可放宽至80 mm。本工程桥塔位置为深水区，且护筒长度在24 m以上，钢护筒内径比桩径大300 mm，平面允许偏差按80 mm进行控制，倾斜度控制在0.5%以内。

2)泥浆制备。

本工程泥浆制备采用在钢护筒内抛填粘土，直接利用冲锤反复冲击造浆，相邻钢护筒间用连通管连接，形成泥浆循环系统，泥浆循环如图1所示。

图1 泥浆循环图

泥浆制备需要根据不同的地质情况合理调配泥浆性能指标，泥浆指标控制如表2所示。

表2 泥浆指标

4.2.2 钻孔施工

1)钻机就位。

冲击钻机就位时保证钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和设计桩孔中心三者应在同一铅锤线上，其偏差不大于2 cm。钻机调整就位后，固定钻机以避免在钻孔过程中因钻机振动而影响钻机平面位置。

2)钻进施工。

开孔时直接投入粘土，用冲击锤以小冲程反复冲击造浆。开孔及钻进过程中，应始终保持孔内水位高出护筒外水位1.5 m～2.0 m。在钻进过程中，应调节好冲程的范围，最大冲程不宜超过5 m，遇到岩溶地质时冲程控制在1 m～3 m范围内。

3)成孔检查。

成孔先进行自检，自检合格后报监理检查，同时地勘单位、设计单位参与成孔检查。各项指标符合JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范要求。

4.2.3 清孔

钻孔施工至设计标高时，采用反循环换浆法进行第一次清孔，这一过程始终保持孔内泥浆面的高度，防止塌孔。第二次清孔是在钢筋笼安放到位、灌注混凝土之前进行，采用泵吸反循环法清孔。

4.2.4 钢筋笼制作与安装

钢筋笼在胎架上加工，钢筋笼分节安装，每节长度12 m。为防止在吊装过程中变形，需在钢筋笼内部增加三角形支撑。

在钢筋笼的接长、安放过程中，始终保持骨架垂直，为防止钢筋笼上浮，钢筋笼下放到位后固定在钻孔平台上。钢筋笼安装重点检查主筋接头套筒连接和声测管连接，声测管接头接好后要注水检查。

4.2.5 灌注混凝土

灌注混凝土用的导管下放前需做水密试验，水密试验水压不小于1.3倍孔底水压，本工程水密试验水压取0.8 MPa。导管下放拼接时记录每节导管长度，以便混凝土灌注过程拆除导管时计算混凝土埋导管深度。混凝土灌注完，利用测锤检查声测管内是否漏进混凝土，如有漏混凝土或漏浆及时处理，避免影响后续检桩。

5 存在岩溶洞桩基处理措施

岩溶地质钻孔需根据岩溶洞性质的不同而选择不同的钻孔工艺，有明确边界的岩溶洞一般采用抛填混凝土、压浆固结、双护筒等工艺处理，而对于这种没有明确边界并且裂隙分布广泛的岩溶洞，采用抛填处理工艺或护筒跟进等处理工艺相对比较经济适用。

由于主桥索塔下面岩溶地质复杂，岩溶洞分布没有明显规律可循，在钻孔施工过程，有32根桩有明显岩溶洞迹象，实际钻孔遇到岩溶洞地质与勘查报告不是完全相符，有6根桩在后来钻孔施工发现岩溶洞。有明显岩溶洞桩基采取了相应处理工艺外，成孔质量满足规范要求，其他16根没有明显岩溶洞的桩基在钻孔过程中也遇到了各种困难，遇到问题时主要采取抛填片石和粘土工艺以及钢护筒跟进工艺，并取得了很好的效果。

6 结语

海中岩溶地质钻孔在我局尚属首次，没有经验可循，大连星海湾跨海大桥主桥索塔桩基处在复杂岩溶地质地段，在钻孔灌注桩施工过程中总结了一套完整海上岩溶地质钻孔灌注桩施工方法，为后续同类型地质钻孔灌注桩施工提供依据。从全部48根桩实际成孔及成桩情况，桩基扩孔系数均在1.2以内，各桩成孔实测倾斜率最大为0.7%，满足规范要求。成桩后经检测所有桩均为Ⅰ类桩，桩基在整个钻孔施工过程所使用的钻孔工艺虽然简单，但应对这种复杂岩溶洞行之有效，所有桩基质量控制良好。

［1］王学军.岩溶地区公路桥梁深水桩基础施工技术研究［D］.重庆：重庆大学，2003.

［2］何鹏翔.岩溶区桥梁桩基施工技术及设计方法研究［D］.长沙：湖南大学，2002.

［3］徐 华.岩溶地区钻孔灌注桩施工工艺及承载能力研究［D］.武汉：武汉理工大学，2003.

［4］孙艳明.适用于斜岩地质桩基钻孔的冲击钻机锤头：中国专利，ZL 2013 2 0101424.8［P］.2013-10-02.

［5］刘汉银.斜岩岩溶地质钻孔桩施工技术［J］.铁道建筑技术，2011(3)：92-93.

［6］JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.

［7］黄楚周.桥梁工程钻孔灌注桩基础施工技术探讨［J］.山西建筑，2012，38(3)：194-195.