深水基础大直径钻孔桩施工技术
关键词：二七大桥；地质复杂；大直径钻孔桩；钻进参数；400吨浮吊
1工程概况
武汉二七长江大桥为三塔双索面结合梁斜拉桥，斜拉桥桥式布置为（90m+160m+2×616m+160m+90m）。武汉二七长江大桥距上游长江二桥3.2km，距下游天兴洲大桥6.8km，路线沿京广铁路下行线，穿解放大道及江岸货场铁路疏解区，过长江后经武昌罗家港泵站，沿罗家港排水明渠至和平大道。拥有“世界跨度最大的三塔斜拉桥”和“世界跨度最大的结合梁桥”两项世界第一，集新技术、新材料、新工艺、新设备“四新”技术于一身。
5#墩为斜拉桥武昌岸边主塔墩。其下部结构基础为28根φ2.8m钻孔灌注桩，钻孔桩采用行列式布置，纵桥向布置4排，横桥向布置7列，钻孔桩桩顶标高+4.50m（黄海高程，下同），桩底标高-95.5m，桩长100m；承台平面为带圆角的矩形，平面尺寸30.75m×52.50m（顺桥向尺寸×横桥向尺寸），其四个角上设置半径R=4.5m圆弧，承台顶标高+10.5m，底标高+4.50m，承台高6m；承台顶为3m高的塔座。
2工程地质及施工环境
2.1地质情况
5#墩基础位于武昌岸滩地坡脚处，基础范围内河床面高程+10.5m～+14.3m。标高-21.5m以上为覆盖层，主要为人工填筑土及全新统河流相新近沉积物，其地质情况从上向下依次为：河床表面为填筑土，5#墩上游幅表层存在片石层，厚1～4m，块径10～30cm，是修建罗家港泵站排水渠时抛的护坡石，往下分布有淤泥质粉质粘土、细沙、粗砂等，无明显的分层；标高-21.5m以下为下伏基岩，主要为挤压破碎严重粉砂质泥岩和挤压破碎较严重粉砂质泥岩，基岩无明显的自上而下由强风化～弱风化的特征，主要表现为不同破碎程度的岩体呈高角度条带状相间分布，5#墩桩尖位于挤压破碎严重粉砂质泥岩中，桩基按照摩擦桩设计。
5#主塔墩基础平面尺寸30.75m×52.50m（顺桥向尺寸×横桥向尺寸），从图中可以看出，5#墩基础位于武昌岸滩地的坡脚处，紧邻罗家港排水走廊的出口，整个基础完全埋置于河床覆盖层中。基础长边与武昌岸滩地岸坡线不平行，约有7°的夹角。滩地斜坡坡比约1：3，斜坡顶标高约+22.2m，基础南侧边沿距滩地斜坡坡顶水平距离约35m。整个基础范围内河床面标高+10.5m～+14.3m，高差约4m，基础往北向主河道的坡降比较缓，从距基础北边沿向北约40m，河床面高程从+10.5m降至约+8.0m以下。
2.2施工环境
5#墩承台上游有长航凤凰集团码头及船只，汉口侧有中长燃余家头加油船，武昌侧为大堤江滩，斜坡顶标高约+22.2m，承台南侧边线距滩地斜坡坡顶水平距离约35m。钻孔桩施工期间长航凤凰码头及中长燃加油站一直未搬迁，造成5#墩基础施工水域狭小（见图3），资源设备配置条件有限，施工安全隐患大。
3基础施工中的重点与难点
5#墩钻孔桩施工受地质、周围坏境及水位限制，决定钻孔桩施工的成败及顺利与否的关键因素主要有桩位处地质情况、钻进参数的选择、泥浆、钢筋笼的制作、对接下放。
3.1钻进参数和地质情况的匹配
由于5#墩地质情况复杂，岩层倾斜角度大，造成同一个桩位处岩层的软硬不均，为保证钻进的顺利进行及成孔质量，要根据地质情况随时调整钻机钻进参数。
钻头的钻压、转速和进给量是钻孔钻进技术中的三项主要技术参数，简称钻进参数。钻进速度是钻头和刀具破岩效果的综合反映，是钻孔技术中一项主要的经济技术指标。钻进参数直接影响钻进速度，同时对孔的偏斜、孔径刷大等孔的钻进质量指标也有很大影响，因此合理选择钻进参数，是实现高速优质钻孔的重要条件。
在钻孔中采取减压钻进，即钻杆始终处于悬吊状态，钻头只有一部分重量作为钻压使用。一般取钻头及钻杆在泥浆中总重量的0.3—0.8作钻压值。当钻头及钻杆在泥浆中的重量不能满足钻压要求时，要进行配重。
钻头的转速与岩性、转盘能力、钻头构造、刀具类型等有关。钻头的实际转速，应使刀具磨损控制在合理范围内。一般在松散的砂层中采用低转速，形成的最大切线速度应＜0.7m/s，在岩层中采用稍高的转速。
3.2泥浆的配置及循环
为提高钻孔效率，确保护壁质量，5#墩钻孔施工采用由膨润土、Na2Co3和PAM水解液调制而成的复合泥浆，钻孔泥浆指标应达到：
相对密度：1.05～1.15，粘度：16～22s，含砂率：≤4%，胶体率：≥95%，PH值：7～10，
为及时排除孔内钻渣，提高钻孔效率，泥浆循环系统中采用先进的泥浆处理器。泥浆循环系统由钻杆、出浆管、泥浆处理器、回浆管及供风系统组成，每台钻机配压风机和泥浆处理器各一台。钻孔施工过程中，在压风机送出的高压空气作用下，泥浆顺着钻杆从孔底抽出，沿出浆管进入泥浆分离器，将砂石筛分排除，处理后的泥浆沿回浆管流入桩孔内循环。净化时排出的钻渣通过溜槽排放到指定的运渣船舶上。
3.3钢筋笼的制作、对接下放
由于钢筋笼长度大、分节多，且主筋接头采用机械连接接头，对钢筋笼制造的质量要求很高。钢筋笼制造采用长线法施工，长线法台座是长线法制造钢筋笼的胎具，由一系列间距2.0～2.5m的底座组成；底座由混凝土支墩和钢底模构成，在钢底模上按钢筋笼的设计尺寸设置有主筋定位装置（在钢底模上按照主筋直径用细钢筋弯制“U”形卡焊接在底模上），长线法台座工艺如下图。
由于钢筋笼直径大、重量大，钢筋笼对接时不可能采用常规的设置孔口扁担梁的方式来支撑已放入孔内的钢筋笼。为此，需设计“钢筋笼悬挂环”来解决钢筋笼的支撑及悬挂定位问题。“钢筋笼悬挂环”由卡板和支撑圆环两部分组成，支撑圆环由两个半圆环通过螺栓连接成一个完整的圆环，卡板可在支撑圆环内前后抽动。安装钢筋笼时，先将“钢筋笼悬挂环”安装在孔口平台顶面，将吊入孔内的钢筋笼通过加强后的加劲箍支撑在“钢筋笼悬挂环”上，然后，起吊下一节钢筋笼与之对接，
钢筋笼对接时的主要注意事项：
a.钢筋笼主筋对接一定要保持预制和安装的统一，即预制时对接在一起的两根主筋，在安装时必须保证也是这两根主筋对接（在钢筋车间分节拆除接头时应事先做好对应的标记）；
b.主筋对接时，同一接头两个丝头之间的间隙不得超过1mm，若间隙太大，可用导链葫芦将这两根主筋进行对拉。
4施工组织
5#墩钻孔桩施工作业面小，施工设备多，吊重作业频繁，需要精心组织，精细化管理，做到施工忙而不乱，按照既定工序及工期施工，保证现场施工组织的严密及后续施工的连续性。
5安全环保
二七长江大桥5#墩所在水域交通繁忙，大型船只较多，桥位附近分布有众多的港口、码头、加油船，通航情况较为复杂，施工期间施工水域受到限制，因此必须根据水上工程状况，编制有针对性的水上施工防撞、防火方案，主要以防为主。
1、制订水上施工安全作业方案
制订周密、详细的施工组织方案，报送海事机关审查，并请建设单位召开航运、港务、航道等有关单位协调会，由海事部门发布航行通（警）告，颁布实施。按航道部门要求，在施工水域上、下游一定范围内设置航标。根据施工需要，划定施工区域并与港监部门协商，委托港监监督指挥航运，日夜值班，确保安全。
2、落实和完善水上救援组织体系，作到领导负责、机构健全、分工明确、责任到位和联络通畅。要制定应急方案和防范措施，并组织具有快速反应能力的抢险救助队伍，落实通讯、船舶、装备等各项保障措施，做到随时随地能根据需要实施紧急救助。
3、施工期间水上海事管理
与航务、港监、水上公安等部门签订施工期间水上管理协议。加强水上航务和安全管理。
在油船码头未迁移的情况下，钻孔桩施工要在平台上设立警示带，严禁随意向江中乱丢废弃物保证油船安全。
7结语
（1）在施工作业面狭小、工期紧张、地质情况复杂、安全隐患大的情况下，配备大功率高性能钻孔机械，精心组织，合理安排，组织快速有效的生产。
（2）根据不同的地质情况合理选择钻进方式及钻进参数，最大限度的减少钻进过程中孔内事故的发生。
参考文献：
[1]汪芳进.武汉二七长江大桥实施性施组.
[2]杨文渊，徐犇.桥梁施工工程师手册[M].人民交通出版社，1995.
[3]交通部第一公路工程总公司桥涵（上册）人民交通出版社，2000.