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论文概要：大连市振兴路主线桥采用深水承台开挖，基桩施工搭建海上作业平台、水下安放钢护筒、海上成孔灌注。本论文从深水基础的结构设计、方案实施、控制要点等方面进行了论证，并对大桥深水基础施工的关键技术进行了研究分析，提出了具体解决方案，为有关单位提供了研究资料。
关键词：深水基础，钢套筒，箱梁，承台
工程概况：本工程位于大连市振连路开发区，起点为大连湾和尚岛，终点接赤峰街，主要穿越红土堆子湾、滨海新区、金窑铁路，总长3348.718m,桥梁总面积86810m2,引堤总面积5650m2。其中；桥梁段长2817.004m，引堤段长107.996m，沈阳路改造段长423.718m。本标段为主线桥梁，位于海上，双向八车道标准，上下行两幅桥梁分开布置形式，标准断面横断面布置为0.5米（防撞栏杆）+15.5米(车行道)+0.5米(防撞栏杆)+1.0米(分隔带)+ 0.5米（防撞栏杆）+15.5米(车行道)+0.5米(防撞栏杆),断面全宽34米。本工程为海上作业施工，基础为深水基础，需要搭建海上作业平台，设置钢套筒，主体结构为后张法预应力箱梁结构。
一、工程简介
1.水文地质情况
1.1地质情况
工程场区地处黄海近岸海域，属海滨地带，水下海底面较平坦，标高变化在-4.12~2.2米之间。水深2~5米，海水水面标高变化在-1.38~2.04米之间，根据钻探揭露，场地地层自上而下为；淤泥、粉质粘土、中砂和弱风化石灰岩。
1.2水文气象情况
本地区位于北半球的暖温带地区，具有海洋性特点的暖温带大陆性季风气候，春风和煦、夏无酷暑、秋高气爽、冬无严寒。全年平均气温为8至10摄氏度，8月份最热，月平均气温24.4 摄氏度，1月份最冷，月平均气温5.3摄氏度。年平均降雨量700.99毫米，多集中于7~9月份，多年平均蒸发量为1548.1 毫米，约为年降水量的2倍，相对湿度66%。多年平均最大冻深为60—80厘米，最大一次冻深为93厘米。夏季主导风向SSE18度，平均风速4.7米/秒。冬季主导风向NNW20度，平均风速6.0米/秒，最大风速28-30米/秒。 2.埋设钢套护筒
本工程深水桩基础需要埋设钢套筒，目的是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在海水静压力下会向孔内坍塌，甚至发生流沙现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头，增加孔内净水压力，就能稳定住孔壁，防止孔坍塌。钢套筒除了起到这个作用外，同时还有隔离地表水，保护孔口地面，固定桩孔位置和起到钻头导向作用等。此工程采用钢护筒，坚固耐用，不漏水，且内径比钻孔直径大，周转方便。在路上埋设钢套筒时，套筒底部及周围一定范围内夯填粘土，借助粘土压力及隔水作用，保持套筒稳定，保护孔口地面，在黄海海水中埋设套筒时，先打入导向架，再利用锤击加压将套筒沉入海水中。护筒深度则根据海底土质和海水流速确定。护筒平面位置的偏差不得大于5mm，倾斜度同时不得大于1%。
二、施工技术
1.準备工作
该大桥在施工前应做准备工作，即检查桩基础钻孔的直径，深度，孔型等是否符合设计要求。钻孔的直径、深度和孔形直接关系到成桩质量，是钻孔桩成败的关键。为此，除了钻孔过程中严谨操作、密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应采用适当器具对孔深、孔径、孔形等认真检查，符合设计要求后，填写“终孔检查证”。清孔的目的是抽、换孔内泥浆，清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉淀土层而降低桩的承载能力；其次，清孔还为灌注水下混凝土创造良好条件，使测深正确，灌注顺利。清孔应紧接在终孔检查后进行，避免隔时过长引起泥浆沉淀过厚，导致孔壁坍塌。该大桥清孔的方法采用有抽浆法，现场同时有5台泥浆泵进行抽浆，此方法是施工前得桩孔清理彻底。对于孔壁易坍塌的63号钻孔，清孔时操作要细心，防止坍孔。
2.海上成孔灌注桩
本工程采用海上成孔灌注桩，即使采用锤击方法将钢管沉入海底，然后在管内灌注混凝土，随灌随拔并最终形成灌注桩，钢管下端应设活瓣桩尖，并保持桩尖在桩管中线上。预制混凝土桩尖的混凝土标号为C40。在拔管过程中，拔管速度应均匀，桩管内应至少保持高约2m的压头混凝土。对于易坍塌的土层，压头混凝土还应提高。在淤泥及含水量饱和的软土层中振动拔管时，应采用反插法施工，即指桩管灌入混凝土后，先振动再开始拔管，每次拔管高度0.5一1.0 m，往下反插深度0.3-0.5 m,同时应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地表面，或高于地下水位1.0-1.5 m以上。拔管速度不得大于0.5 m/min穿过淤泥夹层时，应适当放慢拔管速度，并减小拔管高度和反插深度。
本工程中有一部分桩为混凝土充盈系数小于1.0的桩，对于锤击沉管灌注桩的混凝土充盈系数小于1.0的桩，应采用全部复打处理；对于断桩及缩颈部位明确的桩，可采用局部复打处理，其复打深度必须在断桩层或缩颈区1.0 m以下。复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝前进行，前后两次沉管的轴线应重合。其余群桩基础施工时，施工邻桩的间隔时间不得超过本桩混凝土的实际初凝时间，使本桩的混凝土尚有随邻桩振动的可塑性，混凝土桩身不致开裂。该工程因此选用沉管灌注桩，其显著的一个优点是完全排除了坍孔的危险，并且可以将桩的底部清理得十分干净，适用于本工程粘性土、砂类土和小粒中、密的碎石类土地层。
3.水下混凝土的质量检查
3.1混凝土的强度
本工程水下混凝土强度应不低于设计强度。除检查灌注过程中预留试块的抗压强度外，还应凿平桩头，凿取桩头混凝土试块做抗压强度试验，一般可按基桩总数的5%-10%抽查；大桥的钻孔桩，应以地质钻机钻取桩身混凝土芯样做抗压试验，同时检查桩尖沉淀土实际厚度和桩底土层情况，钻取的芯样直径应不小于70 mm。
3.2桩身的质量
桩身混凝土无断层或夹层，钻孔桩桩底不高于设计标高，桩底沉淀厚度不大于设计规定。应仔细检查分析所有各桩径的混凝土灌注记录，并用无破损方法检验桩身，认为其中某些桩的质量可疑，则应以地质钻机钻通全桩取芯样，检查该桩有无夹泥、断桩、混凝土质量松软，并做芯样的抗压强度试验。
4.事故的处理方法
由于该大桥建设地点为黄海，且受潮汐条件影响较大，在钻孔时形成一些问题，如坍孔、钻孔偏斜、扩孔与缩孔、钻孔漏浆、掉钻落物、糊钻以及形成梅花卡钻、钻杆折断，等等。
本工程施工单位根据事故形成原因，将处理方法总结如下：
4.1坍孔
该大桥主线桥36号桩孔遇有坍孔事故，在遇见坍孔时，应认真分析原因和查明位置，然后进行处理。坍孔不严重时，可回填至坍孔位置以上，并采取改善泥浆性能，加高水头、埋深护筒等措施，继续钻进。坍孔严重时，应立即将钻孔全部用砂或小砾石夹粘土回填，暂停一段时间后，查明坍孔原因，采取相应措施重钻。坍孔部位不深时，可采取深埋护筒法，将护筒周围土夯填实，重新钻孔。
4.2孔身歪斜及缩孔
遇有孔身偏斜、弯曲时，一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时，应回填粘性土到偏斜处，待沉积密实后重新钻进。遇有扩孔、缩孔时，应采取防止坍孔和钻锥摆动过大的措施。缩孔是钻锥磨损过甚、焊补不及时或因地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成的。对前者应及时补焊钻锥，对后者应用失水率小的优质泥浆护壁。对已发生的缩孔，宜在该处用钻锥上、下反复扫孔以扩大孔径。
4.3钻孔漏浆及钻头失灵
钻孔漏浆时，如护筒内水头不能保持，宜采取将护筒周围回填土筑实、增加护筒埋置深度、适当减小水头高度或加稠泥浆、倒入粘土慢速转动等措施;用冲击法钻孔时，还可填入片石、碎卵石土，反复冲击以增强护壁。由于钻锥的转向装置失灵、泥浆太稠、钻锥旋转阻力过大或冲程太小，钻锥来不及旋易发生梅花孔(或十字槽孔，多见于冲击钻孔)，可采用片石或卵石与粘土的混合物回填钻重新冲击钻进。
4.4埋钻现象
糊钻、埋钻常出现于本工程使用的回转钻进和冲击钻进中，遇此，应对泥浆稠钻渣进出口、钻杆内径大小、排渣设备进行检查计算，并控制适当的进尺。若已严重糊钻，则应停钻，提出钻锥，清除钻渣。冲击钻锥糊钻时，应减小冲程、降低泥浆稠度，并在粘土层上回填部分砂、砾石。遇到坍方或其他原因造成埋钻时，应使用空气吸泥机吸出埋钻的泥砂，提出钻锥。
结论
综上所述，由于该桥位处水文地质条件较差的黄海中，最大水深可达60m，通过深水基础的施工，特别是总结深水桩基础的技术要点，有效防止了塌孔等事故的发生，保证了工程质量，其所采取的深水混凝土施工工艺及处理施工事故的办法对其他单位具有很好的借鉴意义。
关键词：深水基础，钢套筒，箱梁，承台
工程概况：本工程位于大连市振连路开发区，起点为大连湾和尚岛，终点接赤峰街，主要穿越红土堆子湾、滨海新区、金窑铁路，总长3348.718m,桥梁总面积86810m2,引堤总面积5650m2。其中；桥梁段长2817.004m，引堤段长107.996m，沈阳路改造段长423.718m。本标段为主线桥梁，位于海上，双向八车道标准，上下行两幅桥梁分开布置形式，标准断面横断面布置为0.5米（防撞栏杆）+15.5米(车行道)+0.5米(防撞栏杆)+1.0米(分隔带)+ 0.5米（防撞栏杆）+15.5米(车行道)+0.5米(防撞栏杆),断面全宽34米。本工程为海上作业施工，基础为深水基础，需要搭建海上作业平台，设置钢套筒，主体结构为后张法预应力箱梁结构。
一、工程简介
1.水文地质情况
1.1地质情况
工程场区地处黄海近岸海域，属海滨地带，水下海底面较平坦，标高变化在-4.12~2.2米之间。水深2~5米，海水水面标高变化在-1.38~2.04米之间，根据钻探揭露，场地地层自上而下为；淤泥、粉质粘土、中砂和弱风化石灰岩。
1.2水文气象情况
本地区位于北半球的暖温带地区，具有海洋性特点的暖温带大陆性季风气候，春风和煦、夏无酷暑、秋高气爽、冬无严寒。全年平均气温为8至10摄氏度，8月份最热，月平均气温24.4 摄氏度，1月份最冷，月平均气温5.3摄氏度。年平均降雨量700.99毫米，多集中于7~9月份，多年平均蒸发量为1548.1 毫米，约为年降水量的2倍，相对湿度66%。多年平均最大冻深为60—80厘米，最大一次冻深为93厘米。夏季主导风向SSE18度，平均风速4.7米/秒。冬季主导风向NNW20度，平均风速6.0米/秒，最大风速28-30米/秒。 2.埋设钢套护筒
本工程深水桩基础需要埋设钢套筒，目的是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在海水静压力下会向孔内坍塌，甚至发生流沙现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头，增加孔内净水压力，就能稳定住孔壁，防止孔坍塌。钢套筒除了起到这个作用外，同时还有隔离地表水，保护孔口地面，固定桩孔位置和起到钻头导向作用等。此工程采用钢护筒，坚固耐用，不漏水，且内径比钻孔直径大，周转方便。在路上埋设钢套筒时，套筒底部及周围一定范围内夯填粘土，借助粘土压力及隔水作用，保持套筒稳定，保护孔口地面，在黄海海水中埋设套筒时，先打入导向架，再利用锤击加压将套筒沉入海水中。护筒深度则根据海底土质和海水流速确定。护筒平面位置的偏差不得大于5mm，倾斜度同时不得大于1%。
二、施工技术
1.準备工作
该大桥在施工前应做准备工作，即检查桩基础钻孔的直径，深度，孔型等是否符合设计要求。钻孔的直径、深度和孔形直接关系到成桩质量，是钻孔桩成败的关键。为此，除了钻孔过程中严谨操作、密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应采用适当器具对孔深、孔径、孔形等认真检查，符合设计要求后，填写“终孔检查证”。清孔的目的是抽、换孔内泥浆，清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉淀土层而降低桩的承载能力；其次，清孔还为灌注水下混凝土创造良好条件，使测深正确，灌注顺利。清孔应紧接在终孔检查后进行，避免隔时过长引起泥浆沉淀过厚，导致孔壁坍塌。该大桥清孔的方法采用有抽浆法，现场同时有5台泥浆泵进行抽浆，此方法是施工前得桩孔清理彻底。对于孔壁易坍塌的63号钻孔，清孔时操作要细心，防止坍孔。
2.海上成孔灌注桩
本工程采用海上成孔灌注桩，即使采用锤击方法将钢管沉入海底，然后在管内灌注混凝土，随灌随拔并最终形成灌注桩，钢管下端应设活瓣桩尖，并保持桩尖在桩管中线上。预制混凝土桩尖的混凝土标号为C40。在拔管过程中，拔管速度应均匀，桩管内应至少保持高约2m的压头混凝土。对于易坍塌的土层，压头混凝土还应提高。在淤泥及含水量饱和的软土层中振动拔管时，应采用反插法施工，即指桩管灌入混凝土后，先振动再开始拔管，每次拔管高度0.5一1.0 m，往下反插深度0.3-0.5 m,同时应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地表面，或高于地下水位1.0-1.5 m以上。拔管速度不得大于0.5 m/min穿过淤泥夹层时，应适当放慢拔管速度，并减小拔管高度和反插深度。
本工程中有一部分桩为混凝土充盈系数小于1.0的桩，对于锤击沉管灌注桩的混凝土充盈系数小于1.0的桩，应采用全部复打处理；对于断桩及缩颈部位明确的桩，可采用局部复打处理，其复打深度必须在断桩层或缩颈区1.0 m以下。复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝前进行，前后两次沉管的轴线应重合。其余群桩基础施工时，施工邻桩的间隔时间不得超过本桩混凝土的实际初凝时间，使本桩的混凝土尚有随邻桩振动的可塑性，混凝土桩身不致开裂。该工程因此选用沉管灌注桩，其显著的一个优点是完全排除了坍孔的危险，并且可以将桩的底部清理得十分干净，适用于本工程粘性土、砂类土和小粒中、密的碎石类土地层。
3.水下混凝土的质量检查
3.1混凝土的强度
本工程水下混凝土强度应不低于设计强度。除检查灌注过程中预留试块的抗压强度外，还应凿平桩头，凿取桩头混凝土试块做抗压强度试验，一般可按基桩总数的5%-10%抽查；大桥的钻孔桩，应以地质钻机钻取桩身混凝土芯样做抗压试验，同时检查桩尖沉淀土实际厚度和桩底土层情况，钻取的芯样直径应不小于70 mm。
3.2桩身的质量
桩身混凝土无断层或夹层，钻孔桩桩底不高于设计标高，桩底沉淀厚度不大于设计规定。应仔细检查分析所有各桩径的混凝土灌注记录，并用无破损方法检验桩身，认为其中某些桩的质量可疑，则应以地质钻机钻通全桩取芯样，检查该桩有无夹泥、断桩、混凝土质量松软，并做芯样的抗压强度试验。
4.事故的处理方法
由于该大桥建设地点为黄海，且受潮汐条件影响较大，在钻孔时形成一些问题，如坍孔、钻孔偏斜、扩孔与缩孔、钻孔漏浆、掉钻落物、糊钻以及形成梅花卡钻、钻杆折断，等等。
本工程施工单位根据事故形成原因，将处理方法总结如下：
4.1坍孔
该大桥主线桥36号桩孔遇有坍孔事故，在遇见坍孔时，应认真分析原因和查明位置，然后进行处理。坍孔不严重时，可回填至坍孔位置以上，并采取改善泥浆性能，加高水头、埋深护筒等措施，继续钻进。坍孔严重时，应立即将钻孔全部用砂或小砾石夹粘土回填，暂停一段时间后，查明坍孔原因，采取相应措施重钻。坍孔部位不深时，可采取深埋护筒法，将护筒周围土夯填实，重新钻孔。
4.2孔身歪斜及缩孔
遇有孔身偏斜、弯曲时，一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时，应回填粘性土到偏斜处，待沉积密实后重新钻进。遇有扩孔、缩孔时，应采取防止坍孔和钻锥摆动过大的措施。缩孔是钻锥磨损过甚、焊补不及时或因地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成的。对前者应及时补焊钻锥，对后者应用失水率小的优质泥浆护壁。对已发生的缩孔，宜在该处用钻锥上、下反复扫孔以扩大孔径。
4.3钻孔漏浆及钻头失灵
钻孔漏浆时，如护筒内水头不能保持，宜采取将护筒周围回填土筑实、增加护筒埋置深度、适当减小水头高度或加稠泥浆、倒入粘土慢速转动等措施;用冲击法钻孔时，还可填入片石、碎卵石土，反复冲击以增强护壁。由于钻锥的转向装置失灵、泥浆太稠、钻锥旋转阻力过大或冲程太小，钻锥来不及旋易发生梅花孔(或十字槽孔，多见于冲击钻孔)，可采用片石或卵石与粘土的混合物回填钻重新冲击钻进。
4.4埋钻现象
糊钻、埋钻常出现于本工程使用的回转钻进和冲击钻进中，遇此，应对泥浆稠钻渣进出口、钻杆内径大小、排渣设备进行检查计算，并控制适当的进尺。若已严重糊钻，则应停钻，提出钻锥，清除钻渣。冲击钻锥糊钻时，应减小冲程、降低泥浆稠度，并在粘土层上回填部分砂、砾石。遇到坍方或其他原因造成埋钻时，应使用空气吸泥机吸出埋钻的泥砂，提出钻锥。
结论
综上所述，由于该桥位处水文地质条件较差的黄海中，最大水深可达60m，通过深水基础的施工，特别是总结深水桩基础的技术要点，有效防止了塌孔等事故的发生，保证了工程质量，其所采取的深水混凝土施工工艺及处理施工事故的办法对其他单位具有很好的借鉴意义。