1 工程概況
宜昌長江大橋工程為新建宜萬鐵路重點(diǎn)控制工程，線路長為2572m。大橋建成將使宜萬線跨越長江天塹，形成以宜昌為中心鐵路、公路、水運(yùn)、航空為主體交叉運(yùn)輸體系，有利于西部國土資源開發(fā)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
宜昌長江大橋主墩，位于長江主河槽，河床面略有起伏，有12根Φ3m鉆孔樁，行列式布置，樁中心距６m。設(shè)計(jì)樁長等見表1。
表1

墩號(hào)	根數(shù)	設(shè)計(jì)樁長（m）	嵌巖深度（m）	樁底高程（m）	覆蓋層厚（m）
12	12	45	6.0（W1）	-13.94	～11.75

注：W1表示地層為微風(fēng)化。
2 地質(zhì)情況及鉆具選擇
2.1地質(zhì)條件
12#墩位于江中心，水深20m左右，河床表層為第四系沖積新近沉積層，松散、飽和，厚7.84～11.15m。下伏白堊系下統(tǒng)五龍組的鈣質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)細(xì)砂巖、含礫砂巖，間夾0.1m左右的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。其中，基巖面高程11.67～14.13m，強(qiáng)風(fēng)化帶，厚0～1.35m，弱風(fēng)化帶，厚11.07～15.93m，微風(fēng)化帶頂板為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，為軟弱層。
2.2 鉆機(jī)選型
根據(jù)12#墩特殊地層狀況選擇2臺(tái)KTY—3000鉆機(jī)、1臺(tái)KPG—3000A鉆機(jī)。所選鉆機(jī)特點(diǎn)為：扭距大、配重大、破巖能力強(qiáng)。
3 主要施工方案、步驟、方法
3.1 施工方案
12#墩基礎(chǔ)施工，采用水上施工平臺(tái)方案。施工平臺(tái)以φ3.3m鋼護(hù)筒作為支承樁。采用插打4根角鋼護(hù)筒至河床以下一定穩(wěn)固深度（約6m），而后進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，施工平臺(tái)與4根角鋼護(hù)筒固結(jié)。在施工平臺(tái)上，拼裝一臺(tái)20t龍門吊，承擔(dān)鉆孔灌注樁施工期間的起吊工作，其后完成樁身混凝土灌注。
施工機(jī)具、設(shè)備和材料由北岸起重碼頭用船經(jīng)水運(yùn)至墩旁，浮吊配合施工；混凝土供應(yīng)，由水上混凝土工廠拌制，用混凝土泵送至墩上。墩旁北側(cè)設(shè)靠幫船，其上設(shè)置壓縮空氣站，以滿足氣舉反循環(huán)的需要。
3.2 泥漿拌制及鉆碴處理
采用優(yōu)質(zhì)膨潤土拌制泥漿，嚴(yán)格控制鉆孔過程中泥漿的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，均在墩位平臺(tái)上設(shè)置沉碴筒，將鉆孔排碴利用沉碴筒進(jìn)行收集，必要時(shí)使用水泵往孔內(nèi)補(bǔ)水，使孔內(nèi)水頭高度高于江水。終孔后采用氣舉反循環(huán)、并使用泥漿處理器（宜昌黑旋風(fēng)）對(duì)鉆孔樁進(jìn)行清孔，使孔底沉碴≤100mm，泥漿處理器和沉碴筒排放的碴滓要派專人、專船運(yùn)出施工平臺(tái)，再由專車運(yùn)往環(huán)保部門指定的堆放地點(diǎn)。
3.3 成孔
3.3.1 鉆孔機(jī)械
根據(jù)地質(zhì)情況，主墩基樁的鉆孔使用KTY—3000和KPG-3000型鉆機(jī)。
3.3.2 鉆孔鉆頭
主墩鉆孔灌注樁直徑φ3.0m，采取全斷面鉆進(jìn)一次成孔，鉆頭直徑φ2.960m。鉆孔使用滾刀鉆頭。對(duì)于該地的硬質(zhì)巖層宜使用球齒滾刀，滾刀覆蓋系數(shù)取1.2～1.3。
在鉆孔施工中，應(yīng)成立專門小組進(jìn)行鉆頭的加工、維修和技改，以保證鉆頭的加工質(zhì)量，延長使用壽命，提高鉆孔效率。
3.3.3 鉆孔循環(huán)方式
墩位處水深、河床低，開孔即可用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)。為保證循環(huán)液的供給，設(shè)置沉碴桶。循環(huán)液從孔底攜帶鉆碴經(jīng)鉆桿、動(dòng)力頭進(jìn)入沉碴桶。在沉碴筒內(nèi)凈化后回流到鉆孔護(hù)筒內(nèi)。施工中應(yīng)保持鉆孔內(nèi)水頭穩(wěn)定。
3.3.4 鉆壓及配重
鉆壓是鉆孔的重要參數(shù)，它是由所鉆巖層的硬度決定的，鉆壓與鉆進(jìn)速度成線性關(guān)系，鉆壓愈大，破巖能力愈強(qiáng)，鉆進(jìn)速度愈快。但鉆壓也不能過大，當(dāng)鉆壓太大，超過其臨界鉆壓后，刀刃嵌入巖層太深，將使鉆機(jī)扭矩增大，鉆具易損壞，鉆孔容易產(chǎn)生歪斜。
加在巖面的有效鉆壓為鉆刀破巖的長度與破巖比壓（或叫線壓強(qiáng)度）的乘積。而比壓與巖面強(qiáng)度有關(guān)，不同硬度的巖層采用不同的比壓。比壓的確定尚無明確規(guī)定，現(xiàn)根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)采用并估算各地層的所需的有效鉆壓見表2：
 
表2

地 層 名 稱	比壓（Kg/cm2）	有效鉆壓(t)
覆蓋層	40～80	6～12
強(qiáng)、弱、微風(fēng)化層	100～150	15～22.5

為了保證鉆孔的垂直度，鉆具的總重扣去浮力的減載一般應(yīng)為有效鉆壓的1.25～1.5倍。為了維持正常的鉆進(jìn)，應(yīng)盡量將配重加到35t，使鉆具總重在50t左右。否則，進(jìn)入微風(fēng)化帶以下的鉆進(jìn)就十分困難。
在覆蓋層和強(qiáng)、弱風(fēng)化巖帶鉆進(jìn)過程中，必須采取減壓鉆進(jìn)，以保證孔的垂直度；當(dāng)進(jìn)入強(qiáng)度較高的微風(fēng)化帶后，由于配重不足，為滿足破巖要求，可采用全壓鉆進(jìn)，在配重上方須設(shè)置扶正圈（穩(wěn)定器）以防止孔斜。
3.3.5 采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)。
反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)每臺(tái)鉆機(jī)配備一臺(tái)20m³/min的壓風(fēng)機(jī)，在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)堅(jiān)持減壓鉆進(jìn)，保持重錘導(dǎo)向作用，保證垂直度。鉆孔作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，經(jīng)常對(duì)鉆孔情況進(jìn)行檢查，及時(shí)如實(shí)、認(rèn)真地填寫好鉆孔原始記錄表及工程日志。停鉆時(shí)，鉆頭應(yīng)提離孔底2.0m左右，防止出碴口被堵。接長鉆桿時(shí)，接頭一定要完好，防止漏氣、漏水或掉鉆等事故發(fā)生。
正常鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)參考地質(zhì)資料，掌握地層變化情況，及時(shí)撈取碴樣，判斷土層，記入鉆孔記錄表，并與地質(zhì)資料進(jìn)行核對(duì)，根據(jù)核對(duì)判定的土層及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)尺。
3.3.6 鉆孔過程中如遇到塌孔、偏孔、縮孔、擴(kuò)孔、糊鉆、埋鉆、卡鉆、掉鉆等故障時(shí)，盡快查明原因，采取有效措施果斷處理。
3.4 清孔
鉆孔至設(shè)計(jì)高程后進(jìn)行清孔。清孔時(shí)利用鉆機(jī)的泥漿循環(huán)系統(tǒng)、一臺(tái)20m³/min的壓風(fēng)機(jī)及一臺(tái)宜昌黑旋風(fēng)泥漿凈化裝置，通過氣舉反循環(huán)進(jìn)行換漿，泥漿凈化裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間一般為0.5小時(shí)～1小時(shí)，機(jī)器使用時(shí)間可根據(jù)泥漿凈化的程度來確定。清孔時(shí)將鉆頭提高距孔底10～15cm，持續(xù)吸渣換漿直到排出水的含砂率＜4%，以確保灌注水下混凝土前沉碴不超過容許值。
3.5 鋼筋籠制作、運(yùn)輸、安裝
鉆孔樁的鋼筋籠在北岸施工場地鋼筋籠制作車間分段制作，通過起重碼頭分批運(yùn)輸?shù)蕉瘴惶幱?0t浮吊配合起吊安裝。鋼筋籠加工確保主筋位置準(zhǔn)確，接頭按1/3錯(cuò)開，錯(cuò)開長度不小于35d（d為鋼筋直徑），其連接采用鐓粗直螺紋套筒方式。
鋼筋籠在加工好后、吊入孔內(nèi)之前必須設(shè)置十字撐，避免鋼筋籠在起吊與運(yùn)輸過程中變形過大，起吊時(shí)用專用的起吊工具起吊，任何起吊時(shí)間，都要有專人控制鋼筋籠的穩(wěn)定，不能使鋼筋籠在起吊過程中因其底部在地面上來回晃動(dòng)，受到扭曲力和壓力而造成鋼筋籠變形過大。
兩節(jié)鋼筋籠對(duì)接時(shí)，上下節(jié)中心線保持一致，不得將變形的鋼筋籠安放入孔內(nèi)。鋼筋籠入孔過程中，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位徐徐下放，若遇到阻礙，應(yīng)暫停，查明原因處理后，才能繼續(xù)下放鋼筋籠。鋼筋籠安裝到位后及時(shí)將鋼筋籠上的耳環(huán)筋焊牢在鋼護(hù)筒上，以防止脫落，這樣也可以有效防止鋼筋籠在混凝土灌注過程中上浮。每一根鉆孔樁內(nèi)均有四根φ_內(nèi)=60mm，壁厚3mm的超聲波檢測管，焊接于鋼筋籠加勁箍內(nèi)側(cè)。鋼筋籠安裝時(shí)對(duì)每一節(jié)測管進(jìn)行焊縫連接，并灌水做水密試驗(yàn)，檢查檢測管內(nèi)水頭高度是否一直保持在同一高度，確定合格后，在檢測管頂口處焊薄鋼板封住管口，以免灌注水下混凝土?xí)r掉入雜物被堵塞，影響樁基檢測。
3.6 混凝土灌注
樁身混凝土標(biāo)號(hào)為C30，單根樁砼方量分別為318m³（未考慮護(hù)筒范圍增粗、擴(kuò)孔及超封部分）。灌注導(dǎo)管采用φ325mm的快速卡口垂直提升導(dǎo)管。導(dǎo)管使用前進(jìn)行水密承壓試驗(yàn)和接頭抗拉試驗(yàn)并組裝編號(hào)，導(dǎo)管內(nèi)壁光滑順直，不得有顯著變形。進(jìn)行水密試驗(yàn)的水壓力大于0.7MPa。下放導(dǎo)管時(shí)按照水密試驗(yàn)時(shí)的編號(hào)下放，小心操作，避免掛碰鋼筋籠。水封導(dǎo)管的單根長度值及數(shù)量由技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算好導(dǎo)管底口標(biāo)高是否達(dá)到規(guī)范要求，導(dǎo)管距孔底的高度適當(dāng)，按照規(guī)范一般取20～40cm。灌注混凝土前，采用孔底射水進(jìn)行清孔，減少孔底沉碴，確保樁底混凝土質(zhì)量。
混凝土由水上混凝土工廠集中生產(chǎn)供應(yīng)，坍落度控制在18～22cm，初凝時(shí)間不小于15小時(shí)，4小時(shí)之后坍落度仍不小于10cm。
混凝土由水上砼工廠泵送到作業(yè)地點(diǎn)總槽中，用20t龍門吊機(jī)配合灌注。砍球前總槽中要有15m³的儲(chǔ)量，保證砍球后導(dǎo)管的埋置深度在1m以上。混凝土灌注過程中導(dǎo)管埋置深度要適當(dāng)，宜不大于6m 、不小于2m。導(dǎo)管應(yīng)緩慢提升，不掛碰鋼筋籠。
每根樁的混凝土灌注必須連續(xù)進(jìn)行，中途不得停頓。灌注過程中，注意觀察導(dǎo)管內(nèi)混凝土面下降和孔內(nèi)水位升降情況，每批混凝土灌注結(jié)束后及時(shí)測量孔內(nèi)混凝土面高度，計(jì)算出每次混凝土面上升高度及導(dǎo)管埋深，并認(rèn)真作好記錄。
混凝土灌注至樁頂以下2m時(shí)，導(dǎo)管埋深控制在2～3m，并須采用反復(fù)升降導(dǎo)管的方法，保證樁頂混凝土密實(shí)，反復(fù)升降時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)管埋深不小于2m。
4 總結(jié)：
4.1 在長江主河道進(jìn)行大直徑鉆孔樁施工采用KTY—3000鉆機(jī)較KPG-3000型鉆機(jī)更具優(yōu)越性。
4.2 在鉆進(jìn)過程中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況保持相應(yīng)的鉆壓確保成孔的垂直度。
4.3 采用泥漿凈化裝置進(jìn)行清孔可以保證泥漿含砂率＜1%。
4.4 水封前采用射水或射風(fēng)的方法對(duì)孔底進(jìn)行清孔，減少沉碴厚度，確保成樁質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
1、鐵道部第四設(shè)計(jì)院、宜昌長江橋施（橋）02—024 2003
2、劉志江等、鐵路橋涵施工規(guī)范 2002.3.16發(fā)布