大直径超长深水桩基础施工新探
随着桩基工程的设计方法及水平的提高，施工技术的加强，中长桩的设计已经能够满足工程中的垂直及水平荷载作用。大直径超长深水桩基础施工困难大，条件要求苛刻，但是随着港口及近海工程的发展，复杂水文地质条件下桩的施工越来越引起同行关注，本文结合实际工作经历详细阐述了复杂水文地质条件下大直径超长深水桩基础施工关键技术，以便同行交流。
一、工程概况及水文地质条件
江顺大桥主桥跨径布置为（60+176+700+176+60）m，主桥全长1172米。主塔基础采用钻孔桩+圆哑铃型承台基础。其中顺德岸27号墩桩基础采用28根φ3.0m钻孔灌注桩，最大有效桩长102m。
江顺大桥设计最高、最低通航水位分别为7.23m、0.33m，轴线法线与西江航道线交角约6°。20年一遇的大水情况下江顺大桥桥址区流速为2.34m/s，横流最大值均为0.37m/s 。10月～翌年3月为枯水期，4～9月份为汛期，汛期水位暴涨，径流变率达81.8倍。7～10月份为台风季节，平均每年影响本区台风次数为4次。桥址区内主要地质构造为北北西向西江断裂，基地岩石地层年代为白垩系，其中27号主墩桩基下穿底层主要有第四系松散沉积层、泥岩、泥质粉砂岩和浅变质石英砂岩。
二、工程难点及主要技术措施 2.1 主要工程难点
2.1.1江顺大桥主墩桩基础直径3m，最大桩长102m；施工要求孔底沉淀不大于10cm，桩位偏差不超过1/200，28根桩必须全为Ⅰ类桩；同时钢护筒作为永久结构参与受力，施工定位精度要求高。
2.1.2 桩基入岩处岩层倾角极大，而且从粗砂层或中砂层直接过渡到较硬的中风化粉砂岩或中风化构造角砾岩，中间没有较软的强风化层过渡，给垂直入岩带来了极大的困难，同时也增加了钻成斜孔而无法保证成孔质量的风险。
2.2针对以上难点，施工中主要采取以下措施 2.2.1采用钢护筒与钢板桩相结合的钻孔作业平台。
2.2.2采用KTY4000型液压动力头旋转钻机采用反循环方式钻孔，施工时钻碴经过钻杆、出浆管、沉碴桶和分离器后分离出去，有效提高了成孔效率。
三、主要施工工艺及关键技术 3.1钢护筒制作与埋置
钢护筒的制作及埋置的好坏，会直接影响到桩基质量甚至能否顺利成桩。护筒的长度除考虑施工成本外，并不是埋置深度越深越好。太深了，浪费材料并且护筒垂直度不容易控制，容易出现孔位偏差；太浅了，可能造成塌孔等质量事故。护筒埋设不正、护筒中心轴线与桩位轴线偏差太大、护筒发生倾斜等护筒埋设中常见的问题，都会产生实际桩孔位置偏离设计桩位产生斜孔甚至偏孔。因此，钢护筒技术参数的选择和加工制作、埋设对深水桩基础的施工质量意义重大。
江顺大桥27号主墩采用厚30mm钢板卷制成外径为3460mm的钢护筒，钢护筒的全长为60m，分为20m+20m+18m吊装节。在具体施工中，结合桥址区水文地质条件，决定钢护筒进入淤泥层深度为37m。为确保钢护筒精准陈放埋设，在钻孔平台上为每根钢护筒设置一套固定导向装置。
钢护筒埋设需符合下列要求：护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm；高程允许偏差：±5cm；垂直度允许偏差：1/400。
3.2水上桩基孔位精确测量
分别在西江两岸布设三角导线网进行控制测量和桩位放样，水中桩基础采用前方交汇法放样，并通过严格控制、定期复核钢护筒下沉位置及其垂直度，确保桩位准确无误。
3.3 泥浆制备
经过精心对比及借鉴同类桥梁的成功经验，江顺大桥27号墩选用PHP泥浆。PHP泥浆与普通泥浆相比具有不分散、低固相、高粘度、携带钻屑能力强、适合反循环钻进等优点。
钻孔施工所用的PHP泥浆采用每台钻机分别制备循环泥浆、集中回收利用、重复使用的方式，采用由膨润土、Na2CO3和聚丙烯酰胺（PAM）和水按一定的质量比混合调制而成的复合泥浆，泥浆指标要求：相对密度1.05～1.06；粘度18～27s；含砂率≤2%；胶体率≥98%；pH值8～10。
江顺大桥桩基施工你将系统主要由泥浆储备系统、泥浆循环系统构成。
泥浆储备系统主要用于储存桩基浇筑水下混凝土时从桩孔内通过泥浆管路（1条内径20cm钢管）泵送到岸边的泥浆，新孔开钻前，储备池内的泥浆通过泥浆泵经过同条泥浆管路输送到钻孔平台上，再由阀门控制输送到各钻孔护筒内重复利用。
泥浆循环系统由钻具、钻杆、动力头、排浆管、沉碴桶、泥浆处理器、回浆管及供风系统组成。每台钻机配置1台空压机（排气量23 m3/min以上）、1个沉碴桶，每2台钻机共用1台ZX-250型泥浆处理器，沉碴桶和泥浆处理器产生的钻碴经溜槽落入泥碴船中。大大提高了泥浆除碴效率。泥浆处理器性能指标见表1。
3.4 桩基钻进
根据江顺大桥主塔桩基直径大、桩身长、地层条件复杂的特殊情况，为了提高成桩质量及成桩效率，采用KTY4000型液压动力头旋转钻机采用反循环方式钻孔进行钻孔桩施工。
3.4.1钻孔参数选择 ⑴、转速
为充分发挥钻机的能力，钻机转速控制在4～8rpm，具体地层钻孔转速见表5-2-3。
⑵、钻压
从提高钻孔进尺速度的角度，钻孔时应采用较大的钻压，以充分发挥钻机的性能，加快成孔进度，但钻压的选择还受其他几个因素制约：①钻头本身所能承受的压力。这是由滚刀刀头所决定的，1个刀头能承受50 kN左右的压力，1个钻头一般布设18～19个滚刀刀具，按照15%的不均匀系数，即按照有15%的滚刀刀头不受力，则钻头在工作状态时所承受的钻压不宜超过765 kN。②桩孔钻孔垂直度。设计要求桩孔垂直度不得超过1%，从提高桩孔垂直度的角度考虑，钻压应该越小越好，使钻杆在钻具的重锤导向作用下工作，但钻压过小会影响钻孔速度。③钻机扭矩的。在软硬不均的构造角砾岩中钻孔，钻机输出扭矩的波动是很大的。转速一定时，钻压越大，钻孔所需扭矩及扭矩波动幅度越大。一旦钻机输出扭矩峰值超过钻机的额定输出扭矩，会造成钻具被憋死甚至钻机自动熄火。④钻机及钻头的稳定性。钻压太大，虽然进尺速度快，但钻架本
身晃动剧烈，对钻机本身损伤过大；在软硬不均的构造角砾岩中钻孔，钻头多少是会跳动的，钻压过大，会造成钻头剧烈跳动，影响成孔质量。
根据以上原则，KTY-4000型钻机在不同地层钻孔时钻孔参数见表2。 3.4.2不同地层钻进关键技术 ⑴、护筒内及底口部位钻进
护筒内的覆盖层采用清水钻进，在离护筒口2m时停止钻进，在护筒内造浆。待护筒内泥浆指标满足要求后向下钻进，钻进到护筒底口部位时（底口上下各2m左右）宜使用气举反循环，小气量、轻压、慢转钻进成孔，并加大泥浆浓度进行钻孔，需特别注意不要让钻头碰挂护筒底口而出现漏浆现象，同时准备相当数量的锯末在护筒底口出现漏浆时投放堵漏。如钻进过程中发现钻头磨擦护筒，不得强行钻进，可根据护筒倾斜情况适当调整钻机位置。待钻头整体钻出护筒2m左右后，才允许正常钻进成孔。
⑵、护筒外松散覆盖层钻进
在覆盖层较松散（中砂层和粗砂层特别松散）、卵石层较厚等特性地质处钻孔时，极易形成坍塌扩孔，进而导致扩孔率增大。经过不断的摸索、分析，通过加大泥浆比重、提高泥浆性能、去除钻杆稳定器、减小钻孔风压、降低钻压加快转速等方法，有效地减小了扩孔率。
3.5清孔
终孔前3m即开始清孔，钻机排出的携带钻渣的泥浆经沉渣桶沉淀和泥浆分离器净化后，流回孔内，必要时可向泥浆内加絮凝剂以加快泥浆的净化，经此净化后的泥浆性能满足要求后直接流入孔内，泥浆不足部分使用泥浆池内的原浆补充。
四、结论
江顺大桥27号墩自2012年2月开始桩基施工，由4台KTY-4000型钻机同时钻孔，5月8日28根φ3.0m超长深水桩基全部浇筑完成，平均每15天完成1根桩基。经质量监督部门检查，28根桩基全部为Ⅰ类桩。取得了明显的社会效益和经济效益。为今后类似深水大直径超长钻孔灌注桩施工积累了宝贵的经验。
