1.前言
隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，許多水上大型橋梁工程得以興建，而目前大部分橋梁工程均采用鉆孔灌注樁形式，鉆孔樁也向著大直徑方向發(fā)展。
2.工法特點
①在裸露巖石的河床以及水深較深的淤泥質(zhì)河床上搭設(shè)鉆孔樁施工平臺；
②解決在潮汐影響較大情況下，樁基礎(chǔ)的施工；
③在有特殊環(huán)保要求的水中做好環(huán)保、水保工作；
3.適用范圍
橋梁樁基礎(chǔ)工程以及沿海臨近房建、港口工程樁基礎(chǔ)施工。
4.工藝原理
采用水中插打鋼管樁的方法修筑平臺，在平臺上利用大扭矩鉆機進行大直徑成孔，下放鋼筋籠、導(dǎo)管法水下灌注砼。
5.施工工藝流程及操作要點
5.1施工工藝流程
修筑棧橋→平臺施工→埋設(shè)鋼護筒→鉆機就位→鉆孔→成孔→第一次清孔→安裝鋼筋籠和導(dǎo)管→第二次清孔→灌注水下砼。
5.2操作要點
5.2.1棧橋的修筑
由于在晉江中修筑橋梁基礎(chǔ)，且橋梁結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，線路較長，水中又是該工程的關(guān)鍵控制工程，因此需要修建一座棧橋。該棧橋作為施工通道，只能通過輕型車輛和施工人員。
5.2.1.1棧橋鋼管樁基礎(chǔ)施工
棧橋位于橋址上游，寬度為3m，長為288m。采用φ529mm鋼管樁基礎(chǔ)，主梁為I40a和I36a工字鋼，橋面為8mm厚鋼板，兩側(cè)焊護欄加裝安全網(wǎng)。在施工時對每根鋼管樁進行測量放樣，邊放樣，邊打樁，打樁過程人為控制鋼管最后偏差，保證其誤差在±20cm之內(nèi)。根據(jù)晉江水文地質(zhì)資料以及承載力要求，鋼管需伸入卵石土2m，但在個別地段樁位周圍存在孤石或者樁位下面為裸露巖石的河床，導(dǎo)致鋼管無法下沉至設(shè)計樁位，對于此種情況，我們將在靠近原樁位、同排樁進行加密，一般情況所打鋼管樁均能滿足要求。
在棧橋鋼管樁施工時，對于所有需加長的鋼管樁，選用同規(guī)格型號的鋼管進行焊接，焊接時先將兩鋼管接縫處滿焊。待滿焊結(jié)束后，再焊接搭接板，搭接板選用25cm×15cm,8mm厚4塊鋼板。焊接完成后必須將焊渣清除，保證焊縫無明顯殘留焊渣，無蜂窩。避免在棧橋使用中由于橋上通過車輛或平臺打樁時的沖擊力，對焊縫造成剪性破壞，同時保證工程結(jié)束后鋼管可以順利拔出，利于材料回收。
5.2.1.2棧橋橋面施工
鋼管樁施工完畢后，需在兩鋼管樁內(nèi)側(cè)焊接剪力板，對角剪力板焊接槽鋼作為剪刀撐，首先在鋼管上割槽口，進行I36a工字鋼架設(shè)，I36a架設(shè)時應(yīng)注意工字鋼與鋼管的連接，用小鋼板將工字鋼卡住焊接，然后進行縱向I40a工字鋼架設(shè)，在工字鋼架設(shè)時應(yīng)注意兩工字鋼的連接焊縫應(yīng)錯開布置，避免出現(xiàn)在同一截面上，連接時用40cm×35cm搭接板兩側(cè)焊接，先將兩個工字鋼接縫處滿焊，隨后用鋼板搭接。在架設(shè)工字鋼時應(yīng)用水平管將所有的工字鋼找平，保證上部水平。在棧橋施工完成后，在棧橋兩側(cè)焊接護欄和加裝安全網(wǎng)。
5.2.2平臺的修建
在對圖紙上承臺及樁基尺寸分析后，綜合鉆機尺寸，在經(jīng)濟實用的前提下，對平臺進行施工，以下是施工時對平臺的主要要求：
①鋼管樁傾斜率在1%以內(nèi)；
②平臺高出最高潮水位至少2m。
③平臺所鋪方木要連接緊密，縫隙不得超過10cm。
④平臺必須平整，各連接處必須牢固，各鋼管樁之間焊接剪力板，用剪刀撐連接，增強整體性。
5.2.2.1鋼護筒的沉放
鋼護筒直徑為2800mm， 采用8mm厚鋼板現(xiàn)場卷制焊接而成，鋼護筒每4節(jié)焊接為一個整體，焊接時采用雙面焊，焊接完畢后，用煤油在焊縫處進行滲透性試驗，以避免鉆孔中鋼護筒漏漿，對于有滲漏處應(yīng)重新加焊。
所加工的鋼護筒要滿足施工要求，即護筒直順，不變形，護筒須保持一定強度，能滿足護筒在轉(zhuǎn)運，及吊裝過程中的變形要求，其變形量應(yīng)控制在5cm之內(nèi)。鋼護筒在沉入河床后孔的傾斜度應(yīng)保證小于1﹪。
護筒沉放時要豎直，中心位置偏移要滿足規(guī)范要求，同時護筒沉放時要綜合考慮樁基設(shè)計嵌巖要求，，并根據(jù)樁頂標高及晉江水文及地質(zhì)資料控制護筒沉放深度；沉放過程當中應(yīng)注意鋼護筒的變形值，在鋼護筒沉放過程中樁錘避免在同一處將護筒震動，應(yīng)及時對稱、交替沉放。在鋼護筒打至最后一節(jié)時，若錘擊10分鐘之內(nèi)，無明顯下降，應(yīng)停止沉放。對于裸露巖石的河床，我們先將鋼護筒沉放至距河床20cm左右,然后待鉆機就位后，在鉆進過程中逐步將鋼護筒打入要求深度。晉江中鋼護筒深入河床以下大都在10m以上，由于河床地質(zhì)較為特別，而且環(huán)保要求高，所以鋼護筒打入深度較為保守。
5.2.2.2平臺承載力試驗
在第一個平臺施工完畢后，必須對其進行靜載沉降觀測，觀測時我們將大約50t鋼板和鋼管依次作用于平臺上，并在平臺上取6個點進行沉降觀測，剛開始我們將10t鋼材吊放在上面，進行12小時觀測，每兩小時觀測一次，發(fā)現(xiàn)無明顯沉降；待12小時之后，我們每12小時加吊裝10t鋼材，隨后每4小時觀測一次，再共計36小時之內(nèi)將所有材料吊裝到位，然后每六小時觀測一次，共計觀測72小時。在最后觀測36小時內(nèi)平臺上6個點，平均沉降10mm，經(jīng)過觀測數(shù)據(jù)分析說明我們設(shè)計平臺達到施工要求。
5.2.3鉆機就位
采用JK-80型沖擊鉆機進行沖孔，鉆機性能良好，鉆錘重量不得輕于8噸，鉆錘直徑不得小于設(shè)計樁徑。鉆機安裝后的底座和頂端要平穩(wěn)，在鉆進中不得產(chǎn)生位移，鋼絲應(yīng)與樁中心線要重合（允許誤差2cm）。
5.2.4鉆孔
在平臺修建好以后，進行水中樁基礎(chǔ)施工，我們設(shè)計的平臺中，同時可以容納兩臺鉆機作業(yè)，由于本橋所處地段位飲用水源地，所以在施工中我們盡量減少泥漿的泄漏，主要的辦法是把要打的樁基周圍的鋼護筒用溜槽連接起來，泥漿在兩個或兩個以上護筒之間進行循環(huán)；在水上由于平臺尺寸限制，采用泥漿過濾器，及時用泥漿清運船運至指定地點，在鉆孔過程中每次提錘時，應(yīng)用清水將樁錘清洗，以免泥漿流落到江中。
在平臺樁基礎(chǔ)鉆進過程當中，一般都按照陸地上鉆孔樁施工進行，但是由于河床地質(zhì)復(fù)雜，在鉆孔過程中會出現(xiàn)一些新的施工技術(shù)難題。比如，在打樁過程中護筒角泥漿泄露，都采用增加鋼護筒的方法。
在鉆進過程中出現(xiàn)在鋼護筒以下的砂層發(fā)生坍塌，但孔內(nèi)泥漿未發(fā)生泄漏，在處理此項問題時我們主要采取以下幾點：①首先必須使泥漿比重在1.4以上（終孔清孔前）；②采取低沖程慢速沖進，進尺一定要慢，以防止大面積塌孔而造成更多的泥漿泄漏；③在不漏漿時，塌孔以后也可以加入一定數(shù)量水泥，按正常速度沖進。
在鉆孔過程中很容易出現(xiàn)掉錘、卡錘現(xiàn)象，給施工帶來了極大的困難，為了防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象，節(jié)省開支，爭取時間，須對樁錘進行防護：①在沖錘底部點焊鋼筋箍（至少φ25），通過判斷鋼筋箍是否變形可以判斷孔壁是否光滑，及時發(fā)現(xiàn)問題并及時解決；②為防止掉錘打撈得困難，在錘的中部還需要用鋼絲繩予以固定，這樣一旦掉錘或卡錘對于打撈與提出有幫助。
在鉆孔過程中，應(yīng)將泥漿比重控制在1.25以上，由于河床以下砂層較厚，所以泥漿不能太稀而造成塌孔，如果塌孔可以加入一定量水泥進行護壁。
5.2.5成孔
5.2.5.1開孔時位置要準確，在整個鉆孔過程中保證鋼絲繩與樁中心重合（要求每次交接班時對鋼絲繩進行對中校核，誤差2cm）。
5.2.5.2鉆進作業(yè)要連續(xù)進行，鉆孔記錄要及時填寫（正常鉆進時時間間隔最多不超過4小時），還要隨時控制泥漿稠度，要注意地層變化，在地層變化處均要撈取渣樣（撈取渣樣要求：地質(zhì)變化處必須取樣；正常鉆進每2m取一次。對于嵌巖樁，接近微風化層時每0.5m取一次）。渣樣提取后存放在小塑料袋中，并標明取渣時間、標高和渣樣名稱，以便查看，判明后記入記錄表中并繪制地質(zhì)柱狀圖。
5.2.5.3鉆孔深度達到設(shè)計孔深后（對于摩檫樁，孔深不得小于設(shè)計孔深；對于嵌巖樁，孔深至少超深設(shè)計孔深5cm，并要嵌入巖層設(shè)計深度），采用檢孔器（直徑2m，要求箍筋在外，豎筋在內(nèi)，長度大于8m）對孔深、孔位進行檢查，要求滿足以下規(guī)范要求：孔位允許偏差50mm；孔徑不小于設(shè)計值；傾斜度小于1%，符合要求后方可成孔。
5.2.6第一次清孔
在鉆進至設(shè)計樁底標高后，進行清孔，由于孔內(nèi)泥漿普遍存在含砂率較高，而無法進行加水清孔，我們可以加入一定數(shù)量的膨潤土，然后加入膨潤土量5%的純堿進行清孔。
5.2.7安裝鋼筋籠和導(dǎo)管
鋼筋籠的制作尺寸按照設(shè)計圖紙進行，摩檫樁的鋼筋籠長度按照設(shè)計圖紙制作，嵌巖樁的鋼筋籠長度按照實際孔深制作。由于鋼筋籠較長，采用分段加工，鋼筋籠經(jīng)檢查合格后方可允許安裝，鋼筋籠的接頭采用單面搭接焊。主要要求：
①安裝鋼筋籠時含砂率不得大于10%，沉渣厚度不得大于20cm；
②在骨架外側(cè)設(shè)置控制保護層厚度的墊塊，其間距豎向為2m，橫向圓周不得少于4處；
③焊接質(zhì)量：焊接長度不小于10d，寬度不小于0.7d,厚度不小于0.3d，焊縫要飽滿，焊渣清理干凈，不得燒傷母材。同一截面的焊接接頭數(shù)量不得超過接頭總數(shù)的50%。焊條必須采用5字頭；
④鋼筋籠在吊裝的過程中不變形；
⑤接頭焊好經(jīng)報檢檢查合格后方可入孔；
⑥焊工必須持證上崗；
⑦鋼筋籠的定位：控制頂面高程采用吊筋（吊筋長度=護筒頂標高-樁頂標高）；
⑧聲測管要求高出承臺底部50cm，采用四根聲測管對稱布置在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，并注滿清水，接頭出密封不漏水。
鋼筋籠安裝完畢后安裝導(dǎo)管，導(dǎo)管直徑為300mm,導(dǎo)管事先必須要做水密試驗，保證導(dǎo)管的水密性良好，在安裝導(dǎo)管時應(yīng)注意：絲扣處要刷洗干凈并涂抹黃油，檢查墊圈完好后擰緊，保證不漏水。安裝導(dǎo)管的過程中要記錄號安裝順序和長度，作為灌樁拆管的依據(jù)。
5.2.8樁基砼灌注
由于棧橋在設(shè)計上未考慮砼灌車通行，所以我們在灌注過程當中采用砼泵輸送，管道采用φ180mm進行泵送。在泵送時，應(yīng)注意砼骨料的級配，應(yīng)根據(jù)設(shè)備上規(guī)定在符合規(guī)范的情況下選用級配合理的骨料進行砼拌制。
本橋樁基砼設(shè)計為C30水下砼，灌注砼前所有的準備工作必須完善，主要包括：人員、設(shè)備全部到位，首批砼滿足規(guī)范要求（不小于8m3），由試驗室開出施工配合比，具備應(yīng)急措施，原材料數(shù)量足夠并檢驗合格等。以上的準備工作完善和泥漿的性能指標以及沉渣厚度達到規(guī)范和設(shè)計要求后方可開盤。
首批砼拌和物下落后，砼必須連續(xù)灌注。導(dǎo)管埋設(shè)控制在3～6m之間，拆除導(dǎo)管時必須先測孔深，與實灌數(shù)量進行對比，確認無誤后，現(xiàn)場根據(jù)技術(shù)人員的要求進行拆除。灌注砼要作好原始記錄。主要要求：
①首批灌注砼的數(shù)量要滿足導(dǎo)管首次埋置深度和填充導(dǎo)管底部的需要。導(dǎo)管提離底面0.2～0.4m，埋深1m，混凝土初灌量按下式計算：
V=π/4D2（H1+H）+π/4d2h1
式中：V——初灌量（m3）；D——實際樁孔直徑（m）；H——導(dǎo)管埋深，初灌時不小于1—1.2m；H1——導(dǎo)管底口至孔底高度（m）；D——導(dǎo)管內(nèi)徑（m）；h1——孔內(nèi)砼達到埋管高度時，導(dǎo)管內(nèi)砼柱與導(dǎo)管外水柱壓力平衡所需的高度即：h1=Hwγw/γ0 故料斗的容積不小于初灌量。
②砼的坍落度控制在18～22cm之間。
③計量設(shè)備準確，嚴格按照施工配合比進行計量。
④在灌注砼的過程中，禁止隨意上下拉動導(dǎo)管，拆除導(dǎo)管時，要慢慢提動導(dǎo)管，導(dǎo)管的接頭處不得用水沖洗，拆除的導(dǎo)管要集中堆放。
⑤整個樁的灌注要在砼的初凝時間前完成。
⑥為了保證樁頭質(zhì)量，超灌50～100cm。
5.3勞動力組織
6.材料與設(shè)備
7.質(zhì)量控制
7.1鉆孔樁鉆孔允許偏差和檢驗方法
7.2樁的鋼筋骨架允許偏差和檢驗方法
注：d為鋼筋直徑，單位為mm。
7.3鉆孔樁泥漿性能指標表
7.4清孔應(yīng)達到以下標準：孔內(nèi)排出或抽出的泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17～20s，灌注水下砼前孔底沉渣厚度，柱樁不大于5cm，摩檫樁不大于20cm。嚴禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。
8.安全措施
8.1施工人員應(yīng)認真貫徹執(zhí)行安全生產(chǎn)規(guī)程中的各項規(guī)定，加強現(xiàn)場安全教育工作。增強職工的安全意識，建立安全生產(chǎn)交底制度，要針對施工內(nèi)容進行交底，并作書面記錄。
8.2工程施工中，當班的項目管理人員，各工序責任人，應(yīng)定期和不定期對施工的機械設(shè)備、測量計量儀器具的維護、磨損、連接和狀態(tài)偏離等狀況進行檢查和技術(shù)復(fù)核。及時對機械設(shè)備進行保養(yǎng)、維修。
8.3起重吊裝設(shè)備使用前，均應(yīng)按程序進行檢查和試運轉(zhuǎn)驗收，確認合格后報監(jiān)理鑒認批準再投入使用。
8.4施工員起重工要對投入的起重吊裝設(shè)備新舊程度、起重能力及司機的熟練程度有所了解，嚴格遵守“十不吊” 規(guī)定。
8.5孔口用鋼筋網(wǎng)片或木板鋪蓋，防止人和物掉入其中。對現(xiàn)場危險區(qū)、泥漿池周圍設(shè)立防護欄，作為泥漿循環(huán)用的護筒周圍拉上三角旗予以警示。
8.6應(yīng)制定施工現(xiàn)場用電安全措施，、安裝、維修或拆除臨時用電設(shè)施必須有證專業(yè)電工進行
8.7施工現(xiàn)場所有電器設(shè)施都應(yīng)做好接地保護。施工現(xiàn)場所有電線電覽均應(yīng)與平臺做好絕緣保護。
8.8電器安裝全部完成后應(yīng)試運轉(zhuǎn)，包括對雙電源的切換試驗成功后才能正式使用。
8.9施工用安全設(shè)施、設(shè)備，包括安全帽、安全帶等勞動防護用品須經(jīng)檢查，驗收通過準予使用。
8.10在平臺上施工時，平臺周圍要設(shè)置防護欄桿，欄桿要預(yù)備若干救生圈（帶30米左右繩），施工人員要佩帶安全帽、救生衣，要穿平底防滑軟底鞋。實行每個班次至少清點一次
8.11對于平臺鉆孔樁施工應(yīng)有氣象和海洋環(huán)境圖，配備施工作業(yè)區(qū)和避風區(qū)范圍之內(nèi)的海圖、潮汐表、航海和航行通告，每日收聽氣象預(yù)報并作好記錄。
8.12鉆機在工作時，其導(dǎo)軌底部必須用枕木、鋼鍥墊實，防止鉆機移位。臺風來臨時，鉆機用鋼絲繩拉住、將鉆機與平臺焊接固定或?qū)@機轉(zhuǎn)移。
8.13水上施工時，平臺和運輸船舶配備手機，晝夜保持通訊暢通，按規(guī)定顯示有效的航行、停泊和作業(yè)信號。
9.水保、環(huán)保措施
9.1施工水土保持措施
9.1.1認真學(xué)習(xí)貫徹國家、鐵道部、地方政府、業(yè)主、監(jiān)理工程師及合同條款有關(guān)水保法規(guī)及規(guī)定，明確本工程的水保要求，健全水土保持體系，把水保工作作為一項重要施工管理內(nèi)容。
9.1.2制定和落實水土保持措施，避免地面排水、水土流失造成水資源破壞及污染；
9.1.3采取措施保證因施工生產(chǎn)的地面排水、水土流失及污染等不超過發(fā)包人要求規(guī)定的數(shù)值,也不超過適用法律規(guī)定的數(shù)值；
9.1.4保證原有交通的正常通行和維持沿線村鎮(zhèn)的居民飲水、農(nóng)田灌溉等的正常使用；
9.1.5在施工中做好施工棄渣的處理嚴格按批準的棄碴規(guī)劃有序地堆放和利用棄碴,防止任意堆放棄碴降低河道的行洪能力和影響其他承包人的施工和危及下游居民的安全。
9.2 水環(huán)境保護
9.2.1根據(jù)地形、工程分布及施工部署，在施工中制定防水資源破壞、污染規(guī)劃及實施方案。
9.2.2施工前作好施工駐地、施工場地的布置和臨時排水設(shè)施，保證生活污水、生產(chǎn)廢水不污染水源、不堵塞既有排水設(shè)施。
9.2.3布置大型臨時設(shè)施時，不壓縮河道，不破壞既有水利設(shè)施，保證排水暢通。
9.2.4施工中產(chǎn)生的廢泥漿，在排放前先沉淀過濾，廢泥漿和淤泥使用專門的泥漿船運棄，防止遺灑，污染江面，防止污染工地區(qū)域水源。
9.2.5施工中對棄碴場地按設(shè)計進行防護，隨棄碴隨防護，防止水土流失，保護水資源。
9.3、臨時工程水土保持措施
9.3.1拌和站及職工駐地產(chǎn)生的廢水，采用多級沉淀池過濾沉淀，處理達標后排入河道。污水處理的工藝流程為：污水→收集系統(tǒng)→多級沉淀池→沉淀凈化處理→排出。
9.3.2沖洗拌和站及沉淀中的廢碴處理方案為：集中棄往設(shè)計指定的棄碴場，完工后統(tǒng)一對棄碴場進行復(fù)耕。
10.效益分析
10.1水上作業(yè)的大直徑大深度鉆孔樁，在利用鋼管樁平臺作為鉆孔平臺，其中鋼管樁可以反復(fù)循環(huán)，可以在工程中進行攤銷，減少施工造價，縮短工期。另外，可以利用平臺的箱體結(jié)構(gòu)，利用串聯(lián)的鋼護筒，改造成鉆孔所需要的泥漿制備池和沉淀池，使的鉆孔樁幾乎不受風浪影響，類似于陸地施工。大直徑大深度深灌注樁相對打入樁（鋼管樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁）在基樁的高承載力及基樁使用壽命等功能方面具有一定的不可替代性效益，尤其對于大型橋涵主墩、輔助墩基樁方面更有利于實現(xiàn)工程設(shè)計的技術(shù)要求；
10.2水中大直徑大深度灌注樁的工程應(yīng)用，除了橋涵引橋樁基具有上述效益外，對大型港口工程，以及一些臨海建筑都有較廣泛的應(yīng)用前景。
11.應(yīng)用實例
晉江特大橋全長4267.005m，其中有288 m位于水中，該段水中主橋基礎(chǔ)采用φ2.5 m，樁長均在65 m的鉆孔灌注樁，用了240天就順利完成了棧橋、平臺和樁基礎(chǔ)施工。共計完成樁64根，樁基檢測均達到I類樁。
