乌龙江大桥拓改工程主桥2#墩钻孔桩施工技术
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摘要：乌龙江大桥拓改工程主桥2#墩处水深、流急、潮差大，且河床基岩，岩面自江岸至墩位处近45°倾斜。本文简要介绍了在此种水文地质条件下施工平台的搭设及钻孔桩的施工。
关键词：基岩倾斜 平台 施工
1工程概况
乌龙江大桥拓改工程位于福州市仓山区境内，在两山隘口处跨越乌龙江河道，与上游50m处原324国道乌龙江大桥组成复线桥。主桥为预应力钢构-连续组合箱梁体系，桥跨布置为(31＋49＋3×144＋86)米，梁宽12m。
主桥2#墩采用桩基础，由6根φ2.5m钻孔桩组成，墩中心离江岸约20m，水深自10m过渡至20m左右，墩位处河床基岩为强风化凝灰岩，，且自江岸至墩位处近45°倾斜。墩位处水深流急，最大流速达3m/s，同时由于靠近入海口，受潮汐影响明显，为正规半日潮型，每天两涨两落，最大潮差达5m。在此种水文地质条件下，基础平台施工难度很大。
2施工平台方案比选
2.1该平台施工有如下难点
(1)墩位处基岩为强风化凝灰岩，试桩时定位桩插打很难保证其入岩深度。
(2)河床坡度过陡，且水深流急潮差大，定位桩需要承受的水平力较大，难以自稳。
(3)新桥位于两座老桥之间，由于净空限制，大型浮式起重机无法进入。
2.2基于此墩位处工程特点，有如下方案供比选：
方案一：采用定位桩+贝雷梁的普通平台方案。
优点：施工方便，对机械、材料等投入较低，施工区域占用航道较小不影响通航。
缺点：整个平台在施工过程中无法自稳，且后期平台施工完毕后，水平力过大，不能保证结构的稳定性。
方案二：水上锚碇+锚桩系统辅助的整体板凳平台方案。
优点：主要结构在车间成型，在驳船上预先拼成整体后浮运至墩位，同时水上锚碇定位能够增加平台稳定，符合此处大流速、强潮、河床无覆盖层的条件。
缺点：结构相对复杂，施工周期长，投入较大，且此处桥位受上下游桥梁净空限制，大型起吊设备无法进入。
方案三：定位桩+贝雷梁+锚桩的施工方案。
该方案利用近岸处有少部分填筑料，在此处插打引桩，该引桩一方面作为栈桥定位桩，另一方面可与插打入岩深度极浅的平台桩及时形成整体，保证其自稳。在定位桩插打完毕形成整体后，再进行锚桩施工，确保定位桩与河床可靠固结，能够抵抗平台水平力。
其余诸于导管架方案、浮式平台方案等均存在大型浮式设备无法进入或投入过大，施工周期过长等问题，经过比选，结合现场实际情况，最终确定采用方案三进行施工。
3平台结构及施工
3.1平台结构
施工平台结构主要由定位桩、分配梁、贝雷梁、桥面板、锚桩等组成，平台施工布置图见图1。
(1)引桩、定位桩及桩间连接系
引桩由4根Φ0.82m、δ=8mm钢管桩成，定位桩由12根Φ1.0m、δ=10mm钢管组成，桩尖均采用开口十字结构，以其插打时尽量多的嵌入强风化凝灰岩中；同时桩底通过施工锚杆，桩身内填充部分混凝土与河床岩层固结。每排定位桩间连接系采用双层Φ426mm螺旋管，并设置有层间斜杆，同一排定位桩之间用2[20型钢焊接为桁架结构，同时定位桩与钢护筒间亦采用Φ426mm钢管连接，尽可能的将平台连成整体。
(2)桩顶分配梁
桩顶分配梁根采用2I45，与桩顶盖板焊接固定。
（3）平台面
平台面由平台梁及桥面板组成，平台梁为标准贝雷梁，平面尺寸21m×22m，共6组贝雷梁，每组用支撑架及连接系连成整体；贝雷梁底部在桩顶分配梁设置限位，顶部摆放混凝土桥面板。平台定位桩顶标高+4.83m，平台顶标高根据最高潮水位及历年洪水位拟定为+7.1m。
(4)锚桩系统
锚桩系统主要为通过地质钻机钻孔后，在孔中插入P43钢轨，钢轨上敷设压浆系统，压浆完成后在钢管内填充部分混凝土与岩面锚固，从而达到抵抗水平力的效果。
3.2平台施工步骤
(1) 施工桥台。桥台为普通钢筋混凝土结构，其顶层预埋部分预埋件，用来限位分配梁及贝雷梁等。
(2) 在80t浮吊上安装导向架，利用80t浮吊配合DZ-90插打近岸侧引桩，并及时将各桩连成整体。
(3)利用80t浮吊于平潮时从北到南、从上到下
依次插打定位桩，并及时与引桩连成整体。
(4)在施工完的定位桩上搭设临时简易平台，利
用地质钻机钻孔，每根桩根据入岩深度(一般0.8m～2.0m)钻2～4孔，深度为3～4.5m。成孔后在各孔插入P43钢轨，钢轨上固定有注浆设备，逐孔注浆，浆液采用普通水泥净浆，水灰比按1:2控制。注浆完毕后，潜水员于定位桩外侧堵缝(河床倾斜严重，部分桩底口尚未完全入岩)后，往管内安装导管，灌注水下混凝土3m左右，确保各定位桩与河床基岩锚固牢靠。
(5)利用钢管桁架将三排定位桩连接牢固，形成一体。
(6)安装桩顶分配梁、贝雷梁及新制连接系，铺设桥面板。
(7)根据桩位处河床基岩倾斜情况，在平台上安放钻机空砸，将对应桩位处的河床基岩面调整至基本水平，保证后期钢护筒的插打。
(8)在平台上安装导向架，接高护筒对中下放至河床面后限位，然后利用80t浮吊配合DZ-180震动打桩锤插打护筒。护筒下沉过程中，应随时观察其贯入度，当贯入度小于5cm/min时停振分析原因,避免强震导致护筒底口卷边。每根钢护筒插打完毕后，立即用Φ426mm钢管与定位桩连接牢固，然后插打其余钢护筒，所有钢护筒除与定位桩连接外护筒间利用Φ630mm钢管连接牢固。至此，整个平台施工毕。
4设计计算
4.1 设计条件
根据设计图纸水文资料，施工控制水位确定为+5.5m，设计最大流速为3.0m/s(大潮或汛期)，桥位为强潮河口，日最大潮差达5m；由地质资料，2#墩
位河床基岩为强风化凝灰岩，，且自江岸至墩位处近45°倾斜。钻孔平台设计按台风设防，风速取40m/s 。
4.2 荷载及主要技术参数
平台所受横向荷载有：水流力和风力，不考虑波浪力；竖向所受荷载主要为平台结构及施工设备自重。故需分别对横向荷载和竖向荷载进行荷载组合应力验算。
根据《港口工程技术规范》，水流力计算时，需考虑顺水流方向的遮流影响系数m,其值按(L-D）/D计算查表后确定。后排钢管桩及钢护筒所受到的水流冲击力，根据净距与直径的比值按规范取值计算。平台结构所受到的风荷载按照桥涵设计基本规范取值计算，。
4.3计算
2#墩平台在非汛期施工，计划在汛期前结束钻孔桩施工。平台设计时紧密结合现场调查的具体情况，提前制定平台施工过程中将采取诸于临时地锚以及驳船帮靠等一系列措施，确保插打过程中平台定位桩的稳定，故计算主要考虑平台形成后，在大潮加台风期平台结构的安全性。计算时考虑将定位桩桩底与河床岩层铰接，计算水流力、风力等水平荷载及自重荷载作用下整体平台结构的强度、刚度、稳定性；
计算时采用MIDAS建立空间模型进行。考虑到地质情况的特殊性，该平台定位桩插打的深度注定满足不了设计要求，理论计算所得的桩基水平力，由后施工的锚桩来平衡，确保定位桩底不会发生滑移。
5 钻孔桩施工要点
5.1 钻机选型
2#墩为嵌岩桩，设计要求桩底嵌入微风化岩4m以上，而微风化岩饱和状态抗压强度达到60MPa以上，适合此种地质的钻机主要为普通冲击钻以及一些性能优越的动力头钻机。结合现场具体情况，采用普通冲击钻机，其型号为KJ-10。冲击钻头为四瓣（十字）钻头或多瓣钻头，均为整体浇铸，自重10吨左右。冲击钻头锥腰各梗肋间设置打捞圆环,以备掉钻后打捞之用。
施工时钻架搁置在钻孔平台桁架上。开钻前需调整位置使钻头中线与护筒中线保持一致，保证误差不大于5cm，并采取措施使钻架工作时不移动。
5.2 泥浆制备及循环
泥浆采用普通粘土制备。开孔前应在护筒内投入适量粘土,投入方量与粘土质量有关，一般按护筒内水体积的1.1倍投入。用钻头高频率低冲程造浆。平台上设置有泥浆循环系统，同时孔内布置有一大一小两台泥浆泵，大泥浆泵用来进行孔底冲浆，小泥浆泵在钢护筒液面往泥浆循环装置中抽浆。
由于钢护筒起始入岩均较浅，而每天涨落潮潮差达5m左右，这就要求钢护筒内泥浆面高度不宜过大，否则会压穿钢护筒底口造成漏浆。
5.3 钻孔要点
(1)冲击钻头到达护筒底口时，按1:1的比例回填粘土和块石，填至护筒底口以上0.5m，注意顶面抛平，防止钻头倾斜碰撞护筒，并注意保持孔底浓泥浆；用钻头低冲程反复冲砸，钻进至护筒底口以下1m左右将粘土、块石挤入护筒与岩层之间的空隙。施工时一般需重复回填两到三次确保护筒底口不漏浆。
(2)操作工人钻孔时要察看钢丝绳回弹及回转情况，耳听冲击声音，借以判断孔底情况。要掌握“勤松绳、少松绳”的原则。停机时应将钻头提起，防止沉碴埋钻。墩位处应常备打捞钩，一旦掉钻或卡钻， 需及时处理。
(3)为保证孔形正直，冲孔过程中，应不断变化冲程。钻进中应常用检孔器检孔。更换钻头前必须经过检孔，将检孔器检到孔底通过后，才可放入新钻头。
(4)在不同的地层，采取不同的冲程，在同一地层，为防止出现“十字槽”应间隔一定时间有意识地改变冲程。
(5)当孔内泥浆含量增大，钻进速度明显减慢时，应清除钻碴一次。
(6)在冲击成孔过程中，为提高成孔效率，应保证在冲程范围内钻头能够以最大的冲击力且保持经常性地冲击新鲜岩层。必须勤于观察，做出正确判断，并及时调整。
(7)根据该河段水文的特殊性，正确保持护筒内的水头高度，以防护筒底口漏浆。护筒漏浆如回填冲砸处理无效，可针对性的采用跟进护筒或外套一截大护筒封底等多种方式。
(8)出现斜孔时，采用回填片石、反复冲砸的方法，严禁钻头直接锤击倾斜岩面，防止提钻时反复撞击护筒，造成护筒筒壁破裂、漏浆，影响钻孔桩质量。
6结语
乌龙江大桥拓改工程主桥2#墩钻孔桩已施工完毕，施工平台经受了台风叠合天文大潮的双重考验而安然无恙。在水深流急、潮差大、无覆盖层或浅覆盖层、河床基岩倾斜严重等不利条件下，采用定位桩+贝雷梁+锚桩组成的水上施工平台方案，具有一定创新，节省了临时结构设施投入，缩短了工期，克服了潮汛的影响，施工快速简洁，对于类似基础施工有一定参考价值。
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