夷陵长江大桥主塔墩钻孔桩施工技术

夷陵长江大桥主塔墩钻孔桩施工技术冯广胜赵剑发（铁道部大桥工程局一桥处）【摘要】介绍夷陵长江大桥江中4号主塔墩钻机平台设置方法及钻孔桩施工技术。【关键词】夷陵长江大桥主塔墩钻孔桩施工技术一、概况夷陵长江大桥位于湖北省宜昌市内，北起市体育馆，沿胜利三路跨长江至江南岸及江南路以立交相连，全长3536m，主桥为三塔单索面预应力混凝土斜拉桥，4号主塔墩位于长江中心，自塔座顶算起高126m，基础为16根直径2.0m的钻孔灌注桩，桩间距4m，行列布置，每根桩长43m。4号墩处河床标高22.42～22．93m（黄海高程）。覆盖层为卵石，直径大者达50cm，覆盖层厚5.3～7.6m。其下为砂岩，岩顶标高15．58～16．84m。施工水位37～39.5m。流速1.5～2.0m／s。二、钻机平台的设置其设置见图1。1、施工方案钻机施工平台是由万能杆件拼成的桁架式结构，长*宽*高=28m*23m*4m，重2900kN，由于4号墩处覆盖层卵石直径较大，无法插打支撑桩通过卵石层，不通过卵石层独桩在江中站立又不稳。所以采用先打桩后支撑钻机平台的方案行不通。通过比选，最后我们采用浮运平台定位，然后插打4个角钻孔桩钢护筒，最后经过体系转换再将钻机平台支撑在钢护筒上，形成稳定结构的施工方案。2．钻机平台拼装、浮运、定位钻机平台的浮体采用32只DF军用浮箱，每个浮箱长5m，宽2.5m，高1.5m。在江南岸一临时码头前组拼浮箱，在浮箱上用万能杆件拼设2m高支腿，再在支腿上拼装钻机平台。同时在4号墩周围抛3.5～5t重铁锚（前方领水锚4颗，左右边锚各2颗，后锚4颗，共计12颗）作为浮运到位后钻机平台的着力点。锚绳上端栓在4000kN铁驳浮体上。钻机平台拼装完毕后由300匹马力拖轮拖动由江南岸徐徐行至4号墩位处，将12条锚绳中的8条由4000kN铁驳上过到钻机平台下的浮箱上粗定位，通过收放锚绳进行钻机平台精确定位，使之达到理论位置。3．体系转换此时的钻机平台由浮箱承托浮在水面上且由锚绳在水平面上固定。用钻机平台做导向，下沉插打P1，P4，P13，P16四根角桩钢护筒。据实际观测，桥位处长江水位在元月份每天涨落约lm。我们在高水位时在四根角桩钢护筒上焊牛腿，随着长江水位的下降，钻机平台落在牛腿上，然后迅速将钻机平台支撑于浮箱上的万能杆件支腿拆除。这样就完成了钻机平台由浮箱支撑转换到由4根角桩护筒支撑。钻机平台的位置不再受到长江水位的影响，一个水上施工平台即告完成。整个体系转换仅用19h完成。三、钻孔桩施工其施工见图2。1．钻孔设备两台大功率钻机：一台KP-3500型和一台KPG-3000A型回转钻机。其扭转力矩分别为210kN·m和200kN·m。钻机支撑在钻机平台顶部钻机走道上，钻头均采用菠萝钻头。2．起吊设备一台400kN水上浮吊和一台350kN轮胎吊机。350kN轮胎吊机置于钻机平台上的上游侧。3．电力供应在钻机平台的上游南岸角上安装两台临时变压器，通过江底过江高压电缆与南岸高压电源接通。4．混凝土运输由于桥位处水域相对狭窄，且过往船只频繁，4号墩处不允许设置混凝土工厂，故混凝土由江南岸混凝土工厂供应，由岸边码头吊机吊至机驳上运至4号墩处，再由浮吊起吊到4号墩钻机平台上的混凝土重拌仓内，经二次搅拌后入孔灌注。5．钻孔（l）覆盖卵石层的处理由于河床表面覆盖层卵石直径较大，直接下钻进行反循环钻进时很容易出现卵石堵管现象。所以必须对卵石层首先进行处理。长江中卵石覆盖层上下部分的特性有明显的差别：上部分由于受水流冲击等外界干扰较大，卵石之间不易胶结。施工中若直接下施转钻机进行反循环钻进，卵石会在菠萝钻头之间将菠萝卡死而损害菠萝或大卵石堵住管口使卵石无法排出孔外。故而在施工中我们特制了一个直径420mm的吸卵石机（由一个21立方米／min空气压缩机供风，吸卵石机的工作原理同反循环旋转钻机），在每个孔用钻机钻孔之前先用吸卵石机将此部分卵石吸出孔外，直至吸不出来时为止。下部分卵石受到外界影响较小，不易受到扰动而有些胶结，且经过长期的自然调配过程卵石级配较好。这部分卵石不易用吸卵石机吸出，在菠萝钻头强大的压力下不易松动，就不会跟着钻头旋转。故可以采取加大钻压将卵石碾碎由钻杆直接吸出孔外（实践证明此时也不易形成堵管现象）。实际钻孔中加配重为300～350kN。（2）钻孔时钢护筒跟进（图3）由于桩位处覆盖卵石层较厚，该层又有较高的支承力，所以钢护筒在插打时很难通过卵石层（支撑钻机平台的四根角拉钢护筒也是如此）。如果不进行护筒及时跟进，在护筒韧脚和岩顶之间的卵石会在钻头的碰撞和钻机的频繁震动下向孔内坍塌。如果坍塌范围较大而将下部正在钻进的钻头埋住卡死，处理起来将会更加困难。故而在覆盖层内每钻进约2m就提钻将护筒跟进一次，然后再重新下钻钻孔，直至护筒韧脚嵌入砂岩内不小于0.5m深为止。考虑到砂岩岩面倾斜角较小，砂岩孔壁不易坍塌，上部又有护筒直接嵌入岩层内，故而在钻进过程中采用了清水反循环钻进，这样排渣快，钻进效率高，进尺较快，成孔质量优。（3）钻机平台支撑点的转换由于钻孔平台是由4个角桩钢护筒支撑且护筒支撑在卵石层上，故而钻机先不能钻进这4个角桩以防护筒韧脚下坍塌而使平台失稳。待其他桩钻完封孔且混凝土强度达到设计强度后将钻机平台支撑点转换到已封钻孔桩的钢护筒上，这时的钻机平台已不需要角桩护筒支撑，可进行角桩的钻孔作业。实际钻孔顺序为：1）KP-3500型钻机：P2→P10→P14→P6→P9→P1→P13→P5→P16；2）KPG-3000A型钻机：P8→P12→P4→P15→P7→Pll→P3。四、结论（l）4号墩的钻孔桩施工方案是先进的，采用浮运钻机平台然后体系转换为由角桩护筒支撑平台的方案，4号墩抛锚和钻孔平台的预拼可以同时进行，节省了时间。1998年12月5日开始组拼浮箱，19日浮运，1999年元月5日钻孔平台转换到角桩护筒上，历时仅28天。（2）钻孔中覆盖层处理及钢护筒的跟进措施是适当的，加快了钻进速度，防止了钻孔中事故的发生。1999年元月19日开始钻孔，4月30日最后一根钻孔桩封孔，历时102天，赶在五月份长江洪水到来之前顺利将水中主墩钻孔桩施工完，没有出现一次钻孔事故。