海陆交互相地层大直径钻孔灌注桩成孔质量控制与提升经验探讨

叶道华，林子鑫

(广西交通投资集团乐望高速公路有限公司，广西 南宁 530022)

0 引言

近年来随着经济的发展、技术的进步，大跨径海上桥梁不断增多，桥梁建设面临的自然环境愈加复杂，导致施工难度加大。基于这种情况，积极探索超厚软弱层条件下桩基标准化与智能化施工技术，对于桥梁建设尤为重要。本文结合某海上大跨径斜拉桥东侧主墩桩基施工技术，总结了海陆交互相地层桩基施工成孔质量控制与提升措施，并在实际施工中取得良好效果。

1 工程概况

某特大桥位于广州市南沙区与中山市民众镇交界，主桥长1 126 m(80.5+222.5+520+222.5+80.5)，结构形式为双塔双索面半漂浮体系斜拉桥。其东侧主墩位于北江出海水道，距堤岸近240 m，基础由24根φ2.8 m钻孔灌注桩组成，桩长为63 m。

桥位区覆盖层主要为填土、海陆交互相沉积淤泥、粉砂、细砂，主墩处覆盖层厚35～40 m。桩位处地质情况如图1所示。施工过程存在地质复杂多变、桩径大、下层岩面起伏大、成孔困难、成桩质量控制难度高等特点。

图1 桩位处地质情况柱状图

2 钻孔工艺及机具选择

2.1 钻孔工艺比选

根据施工现场环境条件、桩基孔径及深度、地质情况、工期因素、施工成本，并结合以往工程经验进行比选。具体如表1所示。

表1 钻孔方案比选表

考虑到覆盖层为近40 m的超厚软弱层，下层中风化岩强度较高，结合工效、经济性、可操作性等原因，最终采用方案四。但需要特别注意的是，在旋挖钻钻进覆盖层时，旋挖钻直接上下提杆、落钻过程对桩壁土产生较大扰动，从而容易造成较大扩孔率甚至引发塌孔。该问题可从三方面考虑解决：(1)提前插打钢护筒，其长度需超过覆盖层的厚度；(2)制备优质的护壁泥浆并严格控制钻进过程、一清、二清的各项指标；(3)严格控制进尺和钻头提升的速度[1]。

2.2 钻头选择

旋挖钻采用双底板捞砂钻斗，进行覆盖层钻孔施工；KTY4000型回旋钻采用球齿滚刀钻头，进行强风化和中风化混合岩地层钻进施工[2]。

3 施工准备

该桥东侧主墩穿越红树林保护区，环保要求高，水上大直径桩基施工需要施做钢平台，并通过装配式钢栈桥连接至堤岸。钻孔钢平台、钢栈桥采用“钓鱼法”施工，大大减小对周围环境的干扰。钢平台上配备一台80 t龙门吊、一台315 kv变压器，供KTY4000型回旋钻机配套使用。

4 海陆交互相地层大直径桩基成孔施工要点

4.1 钢护筒埋设质量控制措施

采用振动插打埋设护筒时设置型钢定位导向架控制精度，在导向架上设置限位调节钢板，以调节护筒平面偏差及垂直度。在插打过程中，对护筒的平面位置进行复核，用吊锤从两个方向测量垂直度，插打过程中用水平尺辅助观测，保证垂直度满足要求。

4.2 钻机就位及垂直度控制

旋挖钻机对平台平整度要求较高，需控制与水平面最大倾角≤4°，钻机就位后通过调整桅杆垂直度进而控制成孔垂直度。KTY4000型回旋钻就位后在平台上施焊限位钢板，防止钻进过程中钻机摆动造成移位。

4.3 旋挖+回旋钻组合成孔质量控制要点

4.3.1 泥浆指标控制

钻孔泥浆选用不分散、低固相、高黏度的PHP优质膨润土化学泥浆。此泥浆由优质膨润土、碱(Na2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、聚阴离子基纤维素(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)等原料组成。泥浆配比根据当地水质试验后确定[3]。详见表2。

表2 钻进过程中不同地层泥浆性能控制指标表

4.3.2 排渣净化及循环方式

施工现场周边对环保要求较高，严禁随意排放泥浆及钻渣。因此，为旋挖钻配备一个长6 m、宽4 m、高1.1 m的渣箱。旋挖钻机掏起的钻渣需临时存放于渣箱内，以便集中外运。

KTY4000型回旋钻出渣通过气举反循环方式将孔底带钻渣的泥浆经排渣管排到沉渣箱。其出渣系统包括排渣管、回浆管、沉渣箱和供风管路等。钻渣落入沉渣桶内，泥浆通过沉渣箱上的回浆管流回孔内循环使用。其中，排渣管和回浆管与配套的沉渣箱、泥浆分离器连接，供风管与配套的空压机连接。当孔内泥浆含砂率较高时，将泥沙分离器与沉渣箱相连的管路阀门打开，通过泥沙分离器分离出细砂，以降低孔内泥浆的含砂率，而经过泥浆分离器净化的泥浆通过另一条回浆管送回孔内。

4.3.3 钻进过程控制措施及施工要点

(1)旋挖钻机钻进至接近钢护筒底口1～2 m时，采用低钻压、低转速钻进，并控制进尺，以确保护筒底口部位地层的稳定；当钻头钻出护筒底口4～5 m后，再恢复正常钻进状态。

(2)在护筒底口钻进时，应注意观察孔内水头变化和护筒状态，当出现漏浆和护筒下沉现象时，应立即停止钻进，采取回填、护筒跟进等相应措施，不能盲目钻进。

(3)回转钻机钻孔时，采用减压钻进，钻压不得超过钻具重量之和的80%(扣除浮力)，有助于控制成孔垂直度和孔形。停钻时，钻头需提离孔底才能停止供风，防止出渣口和风包被堵。若孔深过深，可在钻杆的中部设置中间接力风包，提高出渣效率，以保证排渣顺畅。

(4)当钻进到地层交接面和倾斜岩面时，注意扭矩表盘显示的变化，如扭矩摆幅过大，则调整钻进参数，减小钻压降低转速，同时加强垂直度监测。

(5)回旋钻机在终孔前钻进时，将泥沙分离器接入循环系统中，以降低泥浆含沙量，这样在终孔时泥浆指标就可达到一清要求，提高施工效率。

4.4 桩基施工智能化

(1)钻机智能化。钻孔工装智能化改造总体思路为：通过在钻头上埋设传感器，将孔底相关数据回传至控制系统，实现自动监测，可实时显示钻进深度、钻进压力、钻机转速、钻机扭矩等参数；同时配备无线传输通讯模块，实现钻机数据的远程传输至工程管理平台。

(2)泥浆性能检测装置。在钻孔灌注桩的施工中，泥浆指标是影响成孔质量的重要因素，对于黏度和pH值的在线监测采用FAST101黏度计和工业pH值控制仪表进行监测。

(3)桩基检测智能化-超声波成孔检测仪。桩基成孔检测采用超声波成孔检测仪对孔位、孔径、孔深、孔形和倾斜度进行检测，检测数据直接上传至对应资料系统，减少人为操作误差。

5 工效、成孔成桩及环保效果评价

经核查，采用旋挖+回旋钻组合施工，单桩成孔约8～10 d，比计划工期15 d缩短1/3以上，大大节约时间成本，减少间接费用支出。当钻孔深度达到设计要求时，对孔位、孔径、沉渣厚度、孔深和倾斜度等项目进行检查，通过全自动超声检孔器和机械探针进行检测，各项指标均合格[4]。对已完成的东侧主墩共24根桩基在成桩后采用超声波进行自检，垂直度合格率为100%，未出现缩孔等情况；经第三方检测，一类桩基比例为100%。

此外，由于应用泥浆转运箱并实现弃渣全程封闭外运，整个钻孔过程无钻渣、泥浆直排造成污染现象，极大减轻了在环境敏感区施工的环保压力。

6 结语

由于海陆交互相地层区特点，针对性采用大功率回旋钻机与大功率旋挖钻机相互配合，有效避免穿越软弱覆盖层时塌孔、缩颈等现象，加快了施工进度，取得了良好功效。同时，严格控制成孔过程工序，结合桩基智能化设备的应用，有力保证在此区域施工的大直径钻孔灌注桩的质量，并取得一类桩比例为100%的成效。该工艺的实施对今后类似工程具有现实借鉴意义。