港珠澳大桥珠海连接线拱北湾大桥滨海复杂地层大直径超深桩基施工质量控制方案研究

丁 晶

（中铁十八局集团有限公司 天津 300222）



港珠澳大桥珠海连接线拱北湾大桥滨海复杂地层大直径超深桩基施工质量控制方案研究

丁 晶

（中铁十八局集团有限公司 天津 300222）

摘要：港珠澳大桥珠海连接线拱北湾大桥位于伶仃洋拱北湾海域，水深2～7 m，桩基直径1.5 m～2.0 m，桩长60～70 m，护筒深度30～40 m，桩身穿过淤泥层、砂层、孤石层等，所处地层地质结构复杂、地下岩层起伏，桩基均属嵌岩桩。施工中采用护筒沉放控制、成孔质量控制、泥浆质量控制、钢筋笼施工控制、水下灌注控制等多种施工措施保证质量，形成一套可靠的控制方案，经检测表明成桩质量良好，可为类似滨海复杂地层的桩基施工借鉴。

关键词：港珠澳大桥滨海复杂地质桩基施工质量控制

1　工程概况

拱北湾大桥横跨伶仃洋西部千米海域，东起珠澳口岸-人工岛，西至珠海接线人工岛，设现浇箱梁16联，采用先简支后连续的结构形式，预制梁15孔，全桥长950 m。大桥所处海域水深2～7 m，桩身穿过淤泥层、砂层、孤石层等，所处地层地质结构复杂、地下岩层起伏，属典型滨海海陆相交互沉积复杂地层，桩长60～70 m直径有1.5 m、1.8 m、2.0 m三种，且均属嵌岩桩，施工难度较大。

2　重难点分析

本桥所处地层复杂，桩基施工的重难点主要有：淤泥、砂层施工，孤石区施工，海域护筒安装，以及泥浆质量控制等。

2.1淤泥、砂层

桩基需穿越沉积的淤泥、淤泥质粉质粘土、砂层等特殊地层，平均厚度11.3～15.8 m，施工时极易产生塌孔、断桩等事故。因此，施工中要通过采取提高泥浆性能、降低成孔速度、控制浇筑速度等措施确保成桩质量，防止塌孔、断桩事故的发生。

2.2长护筒安装

护筒安装是海上桩基施工的重点所在，护筒长度30～40 m，由于钢护筒直径大、单节长、接头及埋设精度要求严格，护筒的制作和安装过程需要严格控制，尤其是要保证精度和确保不渗不漏。

2.3 孤石区

桥址区孤石随机分布，而且形状大小各异、厚度不一，孔内状况复杂，穿透孤石成孔难度较大，易产生卡钻、斜孔、掉钻头、塌孔等事故，成孔速度也较慢，将严重影响施工的正常进度。为保证顺利施工，需要在桩基施工前进行补充勘探，根据勘探情况，采取爆破、冲击钻进等处理措施。

孤石取样照片

2.4泥浆质量控制

泥浆的主要作用是增大孔壁内侧静压力，根据现场实际情况，主要控制的指标有比重、粘度、胶体率、PH值、含砂率五项指标。每一项性能指标的变化都会直接影响钻进成孔与孔壁的稳定性、机械运转及孔内事故的预防和成桩作业各工序的工艺状态，并对成桩质量带来明显而直接的影响。因此，泥浆性能成为钻孔灌注桩施工质量的关键保证措施之一，要严格控制其参数。

3　桩基施工质量控制技术

3.1护筒制作与安装

3.1.1护筒制作

水上钻孔桩的钢护筒内径采用φ1.8 m、φ2.1 m，φ2.3 m三种，1.8 m钢护筒壁厚14 mm，2.1 m钢护筒壁厚16 mm，2.3 m钢护筒壁厚16 mm，长度30～40 m，护脚50 cm范围内进行加劲，防止变形和起卷。

3.1.2护筒安装

（1）设备选用

钢护筒采取履带吊接振动锤后吊装插打。振动锤选型时按激振力P＞土的动摩阻力R减去护筒和振动锤的自重G进行选择，经计算，护筒振动下沉到位时，P=480 kN，选用中-160型振动锤，其额定激振力为960kN。

（2）测量定位

准确测量定位并固定好导向架，向导向架内插入护筒。

（3）精度控制

在钻孔平台上安装刚度较大的导向装置对钢护筒进行定位，保证钢护筒定位精度。钢护筒精度要求：平面中心位置≤50 mm，倾斜度≤0.5 %。

3.1.3护筒渗漏处理

在施工过程中曾发生过护筒渗漏问题，应注意以下两个方面，一要保证护筒沉入到设计深度，且要保证接头焊接质量，不发生渗漏；二是发生渗漏后，可采取回填、压注水泥浆或双液浆等方法处理。

3.2成孔质量控制

3.2.1孤石处理

拱北湾大桥部分桩基地层中存在大量孤石，其主要成分为中—微风化的新鲜岩体，孤石产状各异，其垂直厚度一般为0.2～6 m左右。大型孤石一般呈集聚型分布，邻近一般都有数个大小不一的孤石就近分布，这些孤石致密坚硬，难以穿过，且容易误判为桩端持力层，若采取常规施工方法进行施打，则穿透孤石成孔难度较大，在类似地层中施工钻孔桩钻进效率低，钻具寿命短，同时在钻孔施工过程中也会产生卡钻、斜孔、掉钻头、塌孔等事故，成孔速度也较慢，严重影响施工的正常进度。通过对影响桩基施工的各种因素进行综合考虑，最终决定采取钻孔爆破法，对孤石较多的桩基地层进行爆破，之后再进行冲孔施工。爆破采用水下爆破方式。

3.2.2泥浆性能

本项目所穿地层复杂，泥浆性能将直接决定成桩质量，只有保证施工各阶段的泥浆质量，才能确保桩基质量。泥浆主要结合滨海地区的特点，采用控制比重、粘度、胶体率、PH值、含砂率五项指标的方法保证泥浆质量。

制浆采用膨润土和自来水，分散剂选用纯碱。将膨润土、水、纯碱按比例制成浆。正常施工情况下每4小时测定一次泥浆性能指标，以确保孔内泥浆的质量，调浆的药品可选用，PAC、纯碱、CMC、铁络盐、纤维素等，施工过程中要根据泥浆的性能不断调整。为保证循环过程中除砂效率，要配置专用的除砂器和除砂筛。表1为现场的泥浆控制指标。

表1　现场泥浆控制指标

3.2.3钻孔施工

（1）砂层

在砂质等松散层开孔或钻进时，可按1︰1投入粘土和小片石（粒径不大于15 cm），用小冲程反复冲击，使泥膏，片石挤入孔壁。冲击钻钻进过程中，必须勤松绳，少量松绳，防止打空锤，避免钢丝绳承受过大的意外荷载而遭受破坏，取渣后及时补入新鲜泥浆以保证护筒内水头，浆面要高出水平面4 m以上。

（2）孤石区

该类地层采用冲击法和爆破法相结合的钻进方式。冲击法是向孔内抛填片石或卵石，吊住钻杆控制进尺，减速钻进，然后利用泥浆循环或抽渣的方式来排除碎块。桩锤可以采用加重锤，锤芽部分可焊接合金钢或钢轨，以提高破碎石的能力。

3.2.4清孔质量控制

分多次清孔，混凝土浇筑前的控制指标是：孔底沉碴厚度＜100 mm，比重1.1～1.12，粘度16～18 Pa·s，含砂率＜1 %，胶体率95 %以上。

3.3钢筋笼制作和安装控制

（1）钢筋笼分节加工，现场接高下沉，采用胎具加工，运输吊装设置专用吊具设备，防止吊装、运输时损坏和变形。在钢筋笼外侧设“Ω”形环，保证钢筋保护层符合设计要求，钢筋笼纵向φ25mm以上主筋采用机械连接。

（2）对接时，两节笼子之间上下中心线保持顺直一致，对接完成后，顺桩孔自然下放。入孔定位时高程符合设计要求。

（3）下放到位后，将钢筋笼有效固定，防止灌注混凝土时移位和上浮。可在满足设计的条件下适当减少底部箍筋的间距和数量，以减小混凝土对钢筋笼的冲击力。

（4）声测管壁厚3 mm，直径60 mm，连接时注意采取保护措施，确保接头不漏水、位置安装正确。

3.4水下灌注质量控制措施

3.4.1水下灌注混凝土性能参数控制

混凝土强度等级采用C40，塌落度控制在18～22 cm，初凝时间控制在14 h，施工中要严格控制性能指标，确保和易性良好。

3.4.2水下混凝土灌注控制

（1）灌注采用φ325 mm大直径导管，使用前要进行水密性试验，确保连接的可靠性。

（2）首批灌注混凝土的数量须满足导管底首次埋置深度1.0 m以上，并不大于3 m。首批混凝土灌入孔底后，立即测探孔内的混凝土面高度，控制导管埋设深度。

（3）灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工，注意观察导管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，计算导管埋置深度，确保导管埋置深度≥2 m，不超过6 m。测量次数不小于导管的节数，应在每次提升到管前，测量一次管内外混凝土的高度。在设计高程以上加灌不小于0.5 m的混凝土，确保桩顶质量。

（4）在灌注接近结束时，由于导管内混凝土柱的高度减小，超压力降低，而孔内的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大，如果在这种情况下混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，并挖出部分沉淀土。

3.4.3水下混凝土灌注速度控制

水下混凝土灌注应连续、快速进行，避免坍孔和泥浆沉淀过厚。每根桩灌注时间尽量控制在10小时以内，为保证顶层混凝土的流动性，方便导管提升，每小时灌注高度最好大于10 m。

准确记录混凝土的灌注情况，应包括：灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象，要作好详细的记录。

4　结语

经过以上综合措施的应用，经超声波无损检测和取芯检测，桩基质量良好，符合相关规范要求，为以后海滨复杂地层大直径超深桩基施工积累了施工经验，提供成熟的可操作性强的方案及方法。

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On the Quality Control Plan for Construction of Large Diameter Deep Pile Foundation in Complex Formation of Gongbei Bay Bridge in Zhuhai Connection Line for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

DING Jing
（China Railway 18th Bureau Group Co., Ltd Tianjin 300222 China）

Abstract：Gongbei Bay Bridge in Zhuhai Connection Line for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge is located in the sea area of Gongbei Bay in Linddingyang. The water is 2-7 meters in depth. The pile diameter is 1.5-2.0 meters, the pile length is 60-70 meters, and the depth of pile casting is 30-40 meters. Piles go through the silt layer, sand layer, boulder layer and so on. The formation where piles are located is complex in structure. And the underground rock formation fluctuates. So socketed piles are adopted. Many construction measures are adopted to guarantee the quality, such as control of immersed pile casting, quality control of borehole, mud quality control, reinforcing cage construction control, control of underwater cast-in-place and so on. Thus a set of reliable control scheme is formed, which is proved to be excellent in ensuring the quality of piling. And it is of great reference value for similar complex formation in coastal area.

Key words：Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge coastal area complex geology construction of pile foundation quality control

文献标识码：中国分类号：U445A

文章编号：1673-1816（2016）01-0010-05

收稿日期：2015-11-18

作者简介：丁晶，女，辽宁抚顺人，本科，工程师，研究方向桥梁工程。