深门特大桥海中斜岩条件深水大孔径嵌岩桩施工关键技术研究

彭文川,胡　隆，余　甦

(1.浙江省公路管理局，杭州　310009;2.77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程项目指挥部，浙江 温州　325026；3.广东省长大公路工程有限公司，广州　523000)



深门特大桥海中斜岩条件深水大孔径嵌岩桩施工关键技术研究

彭文川1,胡隆2，余甦3

(1.浙江省公路管理局，杭州310009;2.77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程项目指挥部，浙江 温州325026；3.广东省长大公路工程有限公司，广州523000)

通过对深门特大桥处海洋环境水下地形和海床地质进行勘查分析，对海上深水裸岩大孔径钻孔桩的施工平台、钢护筒制作埋设技术、钻孔桩泥浆和海工混凝土配制等进行研究，提出经济合理的施工方案，有益于今后在桥梁中推广应用。

深门特大桥；深水；裸岩；大孔径钻孔桩；施工；技术

0　引　言

目前，我省公路建设已逐步由内陆向外海延伸，全长36.75km公里的77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路、象山港大桥、乐清湾大桥、三门湾大桥等一个个海域公路项目已相继开工建设。针对国内外海域大型桥梁建设中深水裸岩大孔径钻孔灌注桩的施工技术应用现状，分析了深门特大桥深水倾斜裸岩大孔径嵌岩桩施工的主要技术，提出了优化钻孔平台施工方案，研究护筒埋设技术，就地取材配制海水泥浆，采用大掺量粉煤灰海工砼来解决砼灌注和桩基耐久性等问题。

1　深门特大桥海中斜岩深水大孔径嵌岩桩施工关键技术

目前，国内深水裸岩大孔径钻孔桩施工主要采用浮式平台、整体钢管架平台、常规钢管架平台、钢管桩+人造覆盖层平台等措施。深门特大桥15#主墩桥址覆盖层厚度不均、变化剧烈，岩面呈倾斜状态，经分析比较，上述4种方案均不宜采用。

1.1采用钢管桩悬臂推进法施工钻孔桩平台

1.1.1钻孔桩平台

针对本项目浅覆盖层和裸岩区域内倾斜岩面上的钢管桩存在难以打入、无法稳定的施工难题。经研究，采取先利用打桩船施工厚覆盖层钢管桩(φ1000δ12mm钢管)，再通过履带吊从栈桥侧依次逐跨搭设厚覆盖层平台上部构造。依托厚覆盖层稳定的施工平台为基础用临时导向架下放钢管桩，然后焊接平联管再拆除导向架，此方案即为钢管桩悬臂推进法。

1.1.2倾斜岩面浅覆盖层钢管桩稳定措施

为了增强倾斜岩面浅覆盖层区域钢管桩的稳定性，采取先增大钢管桩桩径(φ1200δ12mm钢管)和平联管尺寸(φ630δ8mm与φ426δ8mm组合桁片)，并将钢管桩底部加工成锯齿形以增大钢管桩与岩面的接触力。

1.2钢护筒施工关键技术

由于受海况条件诸如水深、风力、潮差、波浪、海流、水下地形地质等因素影响, 海上成孔相对陆地施工难度加大,其中钢护筒的埋设质量直接影响钻孔桩的施工进度和质量。

1.2.1钢护筒长度推算

根据平台桩施工时钢管桩插打情况，详细记录每根钢管桩桩位的覆盖层深度，绘制不同桩位覆盖层深度连线图，估算出钻孔桩护筒的覆盖层厚度。从而初步确定护筒长度，以有效控制下放时护筒脚的变形。

1.2.2护筒加固措施

目前国内针对浅覆盖层岩面钻孔桩钢护筒施工简单有效的方法是“栽桩”施工，但本项目岩面整体倾斜角度大，平均坡度约为14.5%，用大锤冲击岩面时容易发生倾斜，很难达到预期效果。考虑到这一特殊性，从以下两个方面对护筒进行加固改进。

(1)采用下承式导向架，此导向架刚度大，抵抗水流冲击力强，上下口均可以调节护筒垂直度，能更好的控制护筒下放垂直度。

(2)选用φ2836×δ18mm钢护筒，增大护筒整体强度防止护筒变形，为了防止护筒在后续跟进下沉过程中护筒脚变形，对护筒脚底部进行加固处理，加强方法为在桩尖焊接规格为φ2818×δ18mm加强套管，长50cm，并在竖向按间距30cm布置宽度为15cm的δ18mm钢板带，长度为1.5m，顶部再设置30cm宽的加强套箍，整个加强区长度为2.3m，可保证护筒脚不变形，见图1。

图1　护筒底加强照片

1.2.3护筒脚岩面处理

针对护筒脚处岩面的倾斜情况，将护筒脚斜岩分成两种类型进行处理。

(1)岩面倾斜角度小，在护筒内回填强度较大的块石后，用冲锤(φ2.6m)进行冲孔，冲孔同时从周边厚覆盖层区及时抓取海泥进行造浆清渣，反复回填冲进护筒底数米后重新接长钢护筒并振动下沉护筒；根据下沉情况控制护筒下沉深度，护筒下沉后重新将护筒与平台固定继续进行冲桩施工，详见图2。

图2　钢护筒处理示意图(斜岩角度小)

(2)岩面倾斜角度大，护筒脚跟岩面夹角太大无法回填块石，只能先通过小冲锤冲击高处岩面减小护筒脚周长范围内岩面高差后，再按第一种倾斜岩面进行后续施工，详见图3。

图3　钢护筒处理示意图(斜岩角度大)

1.3泥浆配制技术研究

深门特大桥桥址属近代沉积海峡，主桥区域局部海积层达50m之厚，上层主要为淤泥质粉质粘土、淤泥、淤泥质粘土、含角砾粉质粘土，厚度0～50.2m，下层为全风化、强风化、中风化泥灰岩。

1.3.1深门特大桥大孔径钻孔桩施工对泥浆的要求

(1)由于海水中含有大量的无机盐类,故要求泥浆性能稳定,对盐的敏感性较低,可以抗较高盐类污染,性能变化小。

(2)本项目海上使用淡水运费太高,且没有足够的容器储存泥浆，配浆材料应易寻且价格低廉。

(3)由于温州湾海域内养殖业发达,为防止有毒泥浆的污染,要求泥浆无毒无害。

(4)其他泥浆性能指标与一般泥浆相同。

1.3.2海水泥浆配制

深门特大桥钻孔灌注桩均处于海中，离本岛岸线较远，淡水供应困难，由于陆上运输成本高，海上运输淡水又很困难。鉴于此，本工程钻孔灌注桩施工全部采用海水泥浆护壁工艺。通过多种不同配比泥浆的反复试配和各项性能指标的测试。最终选用了表1中的3种配合比。试验结果表明，上述配合比配制的泥浆性能稳定，使用效果好，成本低，平均每立方泥浆不到210元。泥浆的各项测试性能如下：泥浆比重相对密度控制在1.28～1.37之间，泥浆含砂率小于2.5%，泥浆PH值控制在8.7左右，泥浆黏度在20～27s之间，胶体率在98.5%左右，泥皮厚度1.6～2.1mm。

深门特大桥钻孔灌注桩使用海水泥浆，泥浆优质的性能确保了钻孔桩即便在极端恶劣海洋气候环境(台风或超强季风、强潮汐)下孔壁的稳定，全桥166根钻孔灌注桩经检测均为Ⅰ类桩，海水造浆为项目部节约建设资金近240多万元。事实证明：海水造泥浆取得了良好的经济效益和社会效益，有效克服了海中大孔径超长钻孔桩桩身夹泥、断裂、缩径、扩径、孔底成渣过厚等问题。实践证明，本海水泥浆适用于：(1)含有大量的无机盐类的海水；(2)海上使用淡水运费高,且没有足够的容器储存泥浆的工程；(3)海域内养殖业发达区域。

表1　3种泥浆的配合比　单位：kg

1.4钻孔桩海工混凝土技术研究

深门特大桥钻孔桩海工混凝土设计强度为C35，抗氯离子渗透指标为3.0E-12m2/s，使用寿命100年。结合本项目的实际施工情况，从原材料的选择、配合比的优化设计和施工保护措施3个方面着手，采用大掺量粉煤灰海工混凝土来提高钻孔灌注桩的耐久性能。

深门特大桥钻孔桩采用海螺牌P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥、厦门I级粉煤灰、上海高铁聚羧酸高性能减水剂、张家港S95矿粉、福建产中砂、青田产碎石。

根据钻孔桩海工混凝土的性能要求，参考国内外有关资料依据均匀分布及密实结构相结合的原则，进行了20多种配合比的反复试配，最终选用了33.3%大掺量粉煤灰海工砼。表2为33.3%大掺量粉煤灰砼不同水胶比的配合比和性能实测结果。

表2　大掺量粉煤灰砼配合比和性能实测结果表

从表2可以看出：粉煤灰具有增涨后期混凝土强度的潜能,并能缓慢降低氯离子扩散系数,增加抗氯离子渗透的能力。以上3种配合比试验结果均能满足设计和施工要求，均可用于本项目桩基海工混凝土的施工。综合考虑技术性能和经济效益，项目部选择采用配合比2作为桩基海工混凝土的施工配合比。从本项目全部桥梁钻孔桩灌注情况来看，162根桩灌注过程均很顺利，混凝土和易性好,坍落度损失小,初凝时间长。全桥162根桩全部为I类桩。检测的3根桩基，钻孔取芯试件混凝土抗压强度分别为36.4MPa、35.3 MPa 、42.0 MPa。从全桥钻孔桩施工过程和试验检测结果显示，大掺量粉煤灰海工混凝土在深门特大桥主墩和引桥桩基中的应用已取得成功, 施工方便，效果良好,经济效益显著。

2　结　语

通过在深门特大桥钻孔灌注桩主墩中采用钢管桩悬臂法施工覆盖层厚度变化剧烈的倾斜岩面钢管桩，将钢管桩底部加工成锯齿形，加大钢管桩桩径和平联管尺寸来增加钢管桩与倾斜岩面的接触力，增强倾斜岩面浅覆盖层和裸岩区钢管桩的稳定。采取系列措施来解决钢护筒筒脚变形、下放垂直度、倾斜岩面入岩等难题。就地取材，用海水泥浆和大掺量粉煤灰混凝土，既确保了大孔径钻孔桩的施工安全，提高了桩基混凝土结构物的耐久性，避免了海洋环境的施工污染，同时还提高了工效，节约了工程造价，经济效益和社会效益明显，在同类桥梁施工中具有较强的应用价值和推广前景。

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PENG Wen-chuan1,HU Long2,YU Su3

(1. Zhejiang Provincial Highway Administration Bureau，Hangzhou 310009,China;2.Construction Headquarter of Longwan - Dongtou Road of 77 Provincial Road Extension Line,Wenzhou 325026，China；3.Guangdong Changda Highway Engineering Co.Ltd.，Guangzhou523000，China)

Through the exploration and analysis of underwater topography and seabed geology in the marine environment of Shen-men grand bridge, This article study the construction platform、steel tube making embedding technology 、bored pile mud、the preparation of marine concrete of large aperture rock-socketed pile, The economical and reasonable construction scheme is put forward, which is beneficial to the popularization and application of the bridge in the future.

Shen-men grand bridge; deep-water; bare rock; large aperture pile; construction; technology

2016-04-19

彭文川(1973-)，男，江西万载人，高级工程师，硕士，E-mail：2855979490@qq.com。

U445.551

A doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2016.02.001

1671-234X(2016)02-0001-04