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1、大连星海湾跨海大桥岩溶地质钻孔灌注桩施工XXXXXX)摘 要 大连星海湾跨海大桥主桥工程没有栈桥和陆地相通，为纯海上施工，施工区域岩溶地质条件复杂，海域开 阔，这给钻孔灌注桩施工带来很大影响，在钻孔灌注桩施工过程遇到了很多困难，项目不断摸索这种海上岩溶地质钻孔 方法，成功完成了主桥索塔钻孔灌注施工任务，也总结出一套海上复杂岩溶地质钻孔灌注桩施工经验。关键词 钻孔灌注桩 岩溶地质 施工工艺 抛填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180m+460m+180m=820m。桥塔采用“门”式框架混凝土结构，塔
2、高112.31m。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Q 2.5m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17.3m X 23.6m X 6.05m。图1索塔单个承台钻孔灌注桩布置图（单位：mm）1.2 水文气象条件水位：施工所处区域水深1215m,设计高水位1.66m （高潮累计频率10%）,设计低水位：-1.38m （低潮累计频率90%），施工水位0.3m。潮汐：据历年潮汐资料，大潮升2.9m，小潮升2.3m，平均海面1.6m，最大潮差3.9m,平均潮差 3.7m。波浪
3、：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0.5m（占70%）,大于1m波高的时间仅占5.7%，大于2m波高仅占0.4%，相对较平静。气象：全年平均风速5.3m/s，台风最大风速31.0m/s,50年一遇：本市基本风压0.65kN/m?。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7.3m，最低的岩溶高度0.7m；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
4、深10m12m，没有岛屿等遮挡物，每 年410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 2.5m 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 主桥索塔桩基钻孔施工技术3.1 设备选型 主桥索塔桩基采用冲击钻机成孔，冲击钻机结构
5、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。3.2 施工工艺3.2.1 钻孔施工准备( 1)钢护筒加工和下放公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)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80mm。本工程桥塔位置为深水区，且护筒长度在24m以上，钢护 筒内径比桩径大300mm，平面允许偏差按80mm进
6、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2所示。图 2 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 1 泥浆指标钻孔方法地层情况相对密度泥浆性能指标静切力(Pa)酸碱度(pH)粘度(Pa S)胶体率(%)失水率ml/30min泥皮厚度mm/30min冲击成孔易塌地层1.201.402230三95W20W3358113.2.2 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
7、同一铅锤线上，其 偏差不大于2cm。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1.52.0m。在钻进过程中，应调节好冲程的范围，最大冲程不宜超过5m,遇到岩溶地 质时冲程控制在13m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。各项指标符合公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）要求。3.2.3 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，
8、 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。岩溶地质钻 孔，为防止塌孔，泥浆比重比公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-2011）规定适当提高，控制在1.03 1.15之间，但其他各项制备要严格按规范控制。3.2.4 钢筋笼制作与安装钢筋笼在胎架上加工，钢筋笼各项指标满足公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）要求。钢筋 笼分节安装，每节长度12m。为防止在吊装过程变形，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
9、，声测管接头接好后要注水检查。3.2.5 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0.8MPa。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。4 岩溶地质钻孔工艺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宜采用抛填混 凝土、压浆固结、双护筒等处理工艺，而对于这种没有明确界限，并且分布着大量裂隙的岩溶洞，在钻 孔过程不宜采用压浆等预处理技术或抛填混凝土技术和双护筒技
10、术，根据经验总结，这种没有明确边界 并且裂隙分布广泛的岩溶洞，可以采用预处理工艺，最简洁的办法还是抛填处理或护筒跟进等处理工艺。5 岩溶地质钻孔施工病害处理措施主桥桩基采用冲击钻机进行钻孔，在钻孔过程采用了抛填片石和粘土工艺、钢护筒跟进工艺、专用 岩溶洞钻孔锤头工艺等施工工艺，在钻孔过程因岩溶地质条件复杂，遇到了意想不到的困难。5.1 漏浆塌孔5.1.1 原因分析（1）由于许许多多大小裂隙，一串串岩溶洞通过发育的裂隙连通在一起，形成岩溶洞带。同时这 些岩溶洞有些被填充物填充，有些没有填充物或填充不满，形成低压区。（2）由于岩溶洞内无填充物或填不满，在钻孔打开其顶板时也会导致突然大量失浆而塌孔。
11、（3）在处理卡锤或掉锤问题时，由于处理时间过长，造成孔壁被泥浆浸泡松软，原本结实的泥浆 护壁开始脱落，进而发展为塌孔。5.1.2 处理措施（1）海中岩溶地质钻孔，钢护筒要有一定强度，避免大量漏浆流失将钢护筒挤瘪，大连星海湾跨 海大桥主桥索塔桩基钢护筒壁厚采用12mm和14mm壁厚组合,在适当位置设置环形钢板箍以增加钢护筒 强度，实践证明能够抵抗10m水头差。（2）钻孔时,应密切注意钢护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆面下降漏浆,应立即提出钻头,向孔 内补充泥浆或注水，保持桩孔内水头压力。（3）保持桩孔内水压力后，向桩孔内抛填粘土和片石混合物，经小冲程反复冲砸后，形成新的护 壁。（4）当钢护筒底部漏浆
12、后，可继续下沉钢护筒，并用粘土封闭钢护筒周围缝隙，防止海水继续渗 入，然后向孔内填掷粘土块和片石（填筑高度以高出钢护筒底1 m为宜），再用小冲程反复冲砸，达到 加固钢护筒底部孔壁与堵漏的目的。（5）若不能保持水压力，表明空岩溶洞较大或其他岩溶洞连通，此时应先停止钻孔，然后采用加 大抛填量或灌注混凝土等措施进行封堵。（6）漏浆补水后要用超声波孔壁检测仪对孔壁情况进行检测，如没有出现塌孔现象则可继续回填 粘土造浆钻进，如出现塌孔，则需全部回填。5.2 掉锤、卡锤、埋锤处理5.2.1 原因分析（1）钢绳在与锤头连接处磨损严重或绳卡拧的不仅，超出了自身承载能力，在冲击过程极易造成 掉锤。（2）锤销质量
13、不合格，采用劣质锤销；锤销与锤头接触部位缺少减震弹簧；另外这种锤销一般为 特种钢，工人会用电焊焊接锤销和防脱螺母，造成锤销脆断。（3）在岩溶地带，由于地下水非常丰富，基岩起伏相当大，溶蚀现象严重且极不规则，地质钻探 资料反映只代表该钻探点处的地质情况，离开钻探孔位，则有很大的变化，在钻孔中，钻孔灌注桩径范 围内因为基岩半边露头，容易导致斜桩和卡锤。（ 4）卡锤或掉锤不能及时处理，沉渣过多或塌孔造成埋锤。5.2.2 处理措施（1）要经常检查钢绳及绳卡情况，要使用质量合格的锤销，并且要增加减震弹簧，避免焊接锤销。（2）在岩溶发育段施工时要采用小冲程冲击钻进以减少或消除“探头石”影响。（3）冲遇岩溶
14、洞底板或基岩面时采用小冲程慢速冲击钻进，并向孔内抛入片石等材料以减少锤头 歪斜量，防止钻孔倾斜。（4）还要保证泥浆质量，保证护孔壁稳定，防止孔壁石块掉入内孔。（5）采用专门研制的筒状锤头处理“探头石”。（6）必要时采用水下爆破或下潜水员捞锤，如下潜水员捞锤，要确保孔壁完整，泥浆比重符合重 潜要求。5.3 偏锤处理5.3.1 原因分析 在钻孔过程遇到斜面岩、陡坡岩、石柱、溶沟槽、裂隙等类型岩溶地质，锥形锤头在重力下降过程 没有导向作用，遇到障碍发生倾倒。在钻孔过程遇到软硬岩地质或者半边岩溶洞地质，锤头在下降过程受力不均匀造成偏锤。5.3.2 处理措施 出现偏锤现象时，采取回填片石或回填混凝土方案
15、进行处理，片石或混凝土强度略大于岩石强度，钻孔过程要缓慢钻进，避免在钻进过程出现斜孔现象。 采用专用岩溶洞钻孔筒状锤头处理岩溶地质，这种锤头侧壁有导向作用，可避免偏锤现象发生。5.4 泥浆沉淀5.4.1 原因分析（1）造浆材料配比不合理，泥浆质量差。（2）遇到岩溶洞后泥浆流失或清孔过程泥浆流失，补充大量的水，新补充进去的水将原泥浆稀释，造成泥浆沉淀。（3）在岩溶地带，穿岩溶洞或裂隙时，岩溶洞水或裂隙水常带有的弱酸性的碳酸根离子与桩内泥 浆胶体发生反应使其沉淀分层，使得泥浆无法正常循环，或导致沉渣较大。5.4.2 处理措施（1）选用好的粘土或膨润土，通过试配，选择合理的配比，造浆过程不宜过急，要充分造浆。（2）尽量减少泥浆流失，如出现大量漏浆，应及时补充泥浆或补充粘土造浆。5.5 钢护筒沉降处理5.5.1 原因分析 在钻孔过程会出现钢护筒沉降问题，主要原因是在钻孔过程，钢护筒底口或覆盖层下有岩溶洞，当 钻到岩溶洞位置后，钢护筒底口的岩溶洞顶盖或覆盖层坍塌，造成钢护筒沉降。5.5.2 处理措施 （1）遇到钢护筒沉降要尽快提出钻头，避免出现埋钻，并且根据情况将已经钻好的桩位用片石加粘土回填，待回填土体稳定后重新接长钢护筒，继续下沉钢护筒至打不动
