寧德特大橋海上樁基施工技術(shù)

周光舉

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司, 北京 100018)

[定稿日期]2017-12-25

寧德特大橋跨越漳灣海水區(qū)域，潮水影響較大，地質(zhì)情況復(fù)雜，未知因素影響多，施工條件困難，工期緊，時間急，橋梁能否按期完成，保證高速公路按期開通，樁基施工成了最關(guān)鍵因素。如何到達(dá)保質(zhì)保量，按期完成海上樁基施工成了重中之重，所以海上樁基施工技術(shù)成了最關(guān)鍵的技術(shù)問題。

1 工程概況

海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線寧德漳灣至連江浦口高速公路寧德段路基土建工程A3標(biāo)段起點位于寧德市蕉城區(qū)飛鸞鎮(zhèn)上村村的二都灣內(nèi)(起點樁號為K19+442)與A2標(biāo)段終點(K19+442)相接。設(shè)置寧德特大橋與溫福鐵路的寧德特大橋平行，路線位于寧德飛鸞陽光物流碼頭和原沈海高速公路之間穿過，后跨原沈海高速公路飛鸞互通A匝道、E匝道和F匝道。設(shè)飛鸞復(fù)合互通與原沈海高速公路銜接，并接國道G104，經(jīng)寧德市人民警察培訓(xùn)學(xué)校以東，路線終點位于寧德市蕉城飛鸞鎮(zhèn)梅田村以南(樁號YK24+440、ZK24+442.290)與A4標(biāo)段起點(YK24+440、ZK24+442.290)相接，本標(biāo)段線路全長4.998 km。

其中寧德特大橋橋長2 580 m，跨越漳灣海水區(qū)域，潮水影響較大，高潮水位6～7 m，低潮水位1～3 m，潮差3～7 m。地質(zhì)情況從上到下依次為淤泥地層2～141 m，卵石地層3～322 m，砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖10～111 m，中風(fēng)化花崗巖10～113 m，全橋采用樁基礎(chǔ)，樁基采用端承樁，持力層選在中風(fēng)化花崗巖地層，樁長最長63 m。

2 樁基施工的重難點

首先樁基地質(zhì)情況難以完全掌握清楚，屬于不可控因素，淤泥地層施工容易出現(xiàn)吸錘、塌孔、縮徑、埋鉆等問題，卵石地層施工容易出現(xiàn)漏漿、塌孔、埋鉆等問題；其次潮汐對成孔過程影響最為突出。當(dāng)潮汐到來時，會造成鉆孔的反向滲漏，當(dāng)潮汐退后，鉆孔內(nèi)泥漿面下降，漏失量增大，很易造成塌孔并埋鉆。

3 施工方案

根據(jù)現(xiàn)場情況，寧德特大橋外側(cè)設(shè)置貫通運梁鋼棧橋配合施工平臺，鋼棧橋設(shè)計荷載取載重30 m箱梁和50 t履帶吊同時行走，橋面凈寬8 m，橋面標(biāo)高按照高出潮汐水位1.5 m控制，每個橋墩樁基施工設(shè)置施工平臺與鋼棧橋銜接，每隔300 m設(shè)置一處加寬段方便施工車輛調(diào)頭；樁基礎(chǔ)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)穿越卵石地層護(hù)壁，沖擊鉆機(jī)成孔，導(dǎo)管法灌注水下混凝土。樁基礎(chǔ)定位采用在施工平臺上定位，鋼護(hù)筒埋設(shè)采用導(dǎo)向架在施工平臺上配合吊車下放，逐節(jié)焊接下放。淤泥地層鋼護(hù)筒采用振動錘振動下壓埋設(shè)，卵石地層采用邊鉆孔邊下壓鋼護(hù)筒護(hù)壁成孔，鋼護(hù)筒上口固定在施工平臺上，以保住樁位準(zhǔn)確和鋼護(hù)筒穩(wěn)固。在施工平臺上用鋼箱做泥漿池，上加震動篩，將鉆渣和泥漿分離，鉆渣用汽車清運，泥漿可循環(huán)使用。灌樁時泥漿用泥漿泵抽入泥漿池，再用混凝土罐車清運，以防止泥漿污染海灘。

鋼便橋橫斷面見圖1，水中墩臺施工作業(yè)平臺見圖2，施工實況見圖3。

4 樁基施工前的思考

4.1 鋼護(hù)筒是否需要穿越卵石地層

卵石地層主要考慮漏漿、塌孔、埋鉆問題。如果加大泥漿濃度，減小沖擊鉆機(jī)沖程，以達(dá)到減小振動，完全可以達(dá)到避免塌孔、埋鉆問題；漏漿問題可以在泥漿池備用泥漿或備用膨潤土，一旦發(fā)現(xiàn)漏漿，可及時補(bǔ)充泥漿。所以，考慮將鋼護(hù)筒下口控制到卵石地層表面即可，這樣施工即節(jié)約了鋼護(hù)筒的用量，同時還加快了樁基成孔速度。

4.2 淤泥地層施工主要考慮的影響因素及應(yīng)對措施

淤泥地層施工主要考慮吸錘、塌孔、縮徑、埋鉆問題。對于吸錘問題，只需控制好鉆機(jī)沖程，控制沖擊錘進(jìn)入淤泥的深度就可解決。同時，一旦出現(xiàn)吸錘現(xiàn)象，馬上用高壓水沖洗沖擊錘四周，同時晃動沖擊錘上方的主鋼絲繩，并猛然上拉，重復(fù)幾次可將沖擊錘提出淤泥。塌孔、縮徑和埋鉆問題，如果鋼護(hù)筒穿過淤泥地層，可完全避免。

圖1 鋼便橋橫斷面

圖2 水中墩臺施工作業(yè)平臺

圖3 水中樁施工實況

4.3 潮汐到來時的影響因素及應(yīng)對措施

潮汐到來時，會造成鉆孔的反向滲漏，當(dāng)潮汐退去后，鉆孔內(nèi)泥漿面下降，漏失量增大，很易造成塌孔并埋鉆問題。根據(jù)潮汐時水面高度，及時調(diào)整鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿面高度，保持與潮汐時水面高度基本一致，平衡鋼護(hù)筒內(nèi)外壓差，可避免出現(xiàn)泥漿反向滲漏和正向滲漏問題。

5 試樁情況

試樁選擇在淺海灘位置，漲潮時能全部淹沒，退潮后能露出淤泥地層海灘灘涂，以方便觀察試樁時灘涂面的變化以及泥漿出現(xiàn)滲漏的情況等。在施工平臺上進(jìn)行放樣定位，用導(dǎo)向架下放鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒連接采用焊接，保證接縫不漏水，用振動錘振動下壓，將鋼護(hù)筒底面下至卵石地層頂面，以不下沉為準(zhǔn)。鉆孔一切按施工方案進(jìn)行，當(dāng)鉆孔至卵石地層頂面時，發(fā)現(xiàn)沖擊錘沖擊到卵石層引起鋼護(hù)筒震動強(qiáng)烈，繼續(xù)鉆孔發(fā)現(xiàn)鋼護(hù)筒周邊淤泥層出現(xiàn)液化，繼而出現(xiàn)漲潮時海水灌入孔內(nèi)。退潮時孔內(nèi)泥漿滲漏嚴(yán)重，周邊淤泥塌入孔內(nèi)形成漏斗狀，鉆孔宣告失敗，只能拔出鋼護(hù)筒，用粘土回填樁位重新處理。

6 試樁失敗原因分析及改進(jìn)思路

綜合分析試樁過程，主要塌孔原因是鉆孔至卵石地層時，沖擊震動傳到鋼護(hù)筒上，導(dǎo)致周邊淤泥液化，形成鉆孔內(nèi)外通道，加上泥漿、海水間貫通穿行，從而導(dǎo)致塌孔。

要能鉆孔成功，首先必須避免沖擊卵石層時的震動傳到鋼護(hù)筒上，鋼護(hù)筒不發(fā)生強(qiáng)烈震動，就不會引起周邊淤泥層液化，不會形成通道導(dǎo)致海水和泥漿貫穿通行引起塌孔。唯一的辦法就是提高鋼護(hù)筒底面高度離開卵石地層頂面，使卵石地層沖擊鉆孔時的強(qiáng)烈震動不能傳到鋼護(hù)筒上，淤泥地層正好是很好的隔震層，但是鋼護(hù)筒底面提高到什么位置，鋼護(hù)筒底面與卵石層之間的淤泥地層鉆孔時會不會出現(xiàn)縮徑、塌孔等問題呢？根據(jù)鋼護(hù)筒埋設(shè)時觀察發(fā)現(xiàn)，鋼護(hù)筒開始下沉?xí)r，利用自身重量就能壓入淤泥中，越往下走就需要使用振動錘下壓或振動才能下沉。通過這個現(xiàn)象說明淤泥地層中的淤泥質(zhì)土越往下，含水率就越低，抗壓強(qiáng)度就越高，抗壓強(qiáng)度越高，土的內(nèi)摩擦角和凝聚力就越大，比重也越大。一般淤泥質(zhì)土的內(nèi)摩擦角ψ為1.5°～10°，凝聚力c為1～8 kPa，比重為14.9～18 kN/m3,根據(jù)庫倫定律抗剪力T=C+σtanψ可知，土的穩(wěn)定性就越好，可以考慮按照普通粘土層鉆孔方法施工。由此考慮將鋼護(hù)筒下至含水率較低的淤泥質(zhì)土層1～2 m，底面高于卵石地層頂面1 m以上的位置鉆孔。

7 改進(jìn)效果

根據(jù)上述方法調(diào)整后，鉆孔成功，未出現(xiàn)縮徑、塌孔、漏漿、埋鉆等問題，成樁后檢測均為Ⅰ類樁。

通過上述施工工藝調(diào)整，首先大量節(jié)省了鋼護(hù)筒的用量，進(jìn)一步擴(kuò)大了經(jīng)濟(jì)效益；其次減少了大量鋼護(hù)筒加工、運輸和埋設(shè)時間，加快了樁基施工速度，大大縮短了樁基施工時間，為工程創(chuàng)造了時間價值；最后將端承樁在樁尖受力變成了混合受力，提高了樁基的承載能力，更進(jìn)一步保證了整座橋梁的工程質(zhì)量。

8 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，跨海高速公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益增多，海上樁基施工必不可少，如何快速高效、保質(zhì)保量完成海上樁基的施工，成了整個建設(shè)階段的關(guān)鍵問題；通過本文背景資料所涉及的海上施工典型地質(zhì)條件，施工方案及技術(shù)改進(jìn)措施，為今后海上樁基施工的質(zhì)量保證、環(huán)境保護(hù)及工期安排提供了參考。

[1] 福建省高速公路建設(shè)總指揮部. 福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南[G]. 人民交通出版社, 2010.

[2] 福建省交通規(guī)劃設(shè)計院. 沈海復(fù)線寧德漳灣至連江浦口高速公路(寧德境)A3標(biāo)段，寧德特大橋施工圖，福州，2013(1).

[3] JTG/T F50-2011 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 王建華， 張璐璐, 陳鋒劍. 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M]. 中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[5] 張忠苗. 樁基工程[M]. 中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[6] 常士驃. 工程地質(zhì)手冊[M]. 中國建筑工業(yè)出版社，2007.