文章编号：1009-4539(2020)12-0104-04•桥梁工程•
王柄军
(中国土木工程集团有限公司北京100038)
摘要：尼日利亚拉各斯轻轨是我国在西非实施的第一条轻轨项目，施工难度极大。跨海桥主桥为连续梁，主墩桩 基最长80 m，加上平台及承台高度，钻机需达到86m的钻深能力，为超长桩基。尼日利亚是一个工业不发达国家，各种设备，包括混凝土导管，甚至混凝土外加剂和粉煤灰掺合料都需进口。在这样一个工业落后的国家施工超长 桩基，需要编制详细、有针对性的施工方案，订制型号、数量准确的施工设备和制定详细的工艺细节，难度非常大。
中土尼日利亚有限公司技术人员通过合理选择施工机械、把握时机以提高钻孔精度、严控泥浆护壁配合比和水下 混凝土坍落度，取得了良好的施工效果。
关键词：轻轨超长桩基工业不发达工艺控制
中图分类号：U445.55 + 1文献标识码：B D O I：10. 3969/j. issn. 1009-4539.2020. 12. 022
Construction Technology of Deep Water Pile Foundation for Cross-sea
Bridge of Lagos Rail Mass Transit
W A N G Bingjun
(China Civil Engineering Construction Corporation, Beijing 100038, China)
A b s t r a c t：Lag o s Rail M a s s Transit in Nigeria is the first light rail with the highest construction difficulty in W e s t Africa
constructed b y C h inese contractors. T h e m a i n bridge of the cross-sea bridge is c o m p o s e d of a continuous b e a m with the longest pile foundation of m a i n piers being 80m in length. T h e height of the platform a n d pile caps requires the drilling rig to b e capable of reaching a depth of 86m for the construction of a super-long pile foundation. Nigeria is a n industrially underdeveloped country that needs to import all kinds of e q u i p m e n t,including concrete conduits a n d even concrete admixtures
a n d admixtures of fly Ash. In suc h a
b a
c k w a r
d country, i t is very difficult to construct super-long pil
e foundation with
preparing a detailed a n d targeted construction s c h e m e,ordering the construction e quipment with accurate model a n d quantity,
a n d formulating detailed process details. T h e technical personnel of C C E C C Nigeria Limited provides solutions to achieve
g ood construction results, including reasonably selecting construction machinery, grasping the opportunity to improve drilling
accuracy, a n d strictly controlling the mixture ratio of c e m e n t a n d the inner surface as well as underwater concrete slump.
K e y w o r d s：light rail；super-long pile foundation；industrially u n d e r d e v e l o p e d；process control
1工程概况
轻轨蓝线是拉各斯轨道交通（l r m t)的一部 分，全长28 km，含8 k m高架桥（540 m跨海桥）、20 km路基、12座车站，设计速度100 km/h。拉各斯 蓝线轻轨采用中国标准，为交钥匙工程，由中国土收稿日期：2020-10-05
基金项目：中国铁建股份有限公司科技研发计划项目（15-C02)
作者简介：王炳军（1971 -)，男，河北南皮人，髙级工程师，主要从事铁路桥梁方面的工作；E-mail: ********************* 104木工程集团有限公司总包，中铁第四勘察设计院集 团有限公司设计分包。
拉各斯轻轨跨海桥位于轻轨蓝线的起点附近，跨越大西洋人海口，水中部分约492 m，主跨为40 m + 5 x60 m+ 40 m连续梁，基础为摩擦型桩，粧径 为(|)1.25 111和<|>1.5 111。主墩基础桩径1.5〇1，桩长 80 m，采用梅花形布置，粧间距3.9 m。桥位处水深 3 ~20 m，受潮沙影响，水位4 h变化一次，最大潮差1.5 m，最大流速1 ~2m/s，最大浪高约1m。湖底
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甲醇灶•桥梁工程•
表层为淤泥，深0.5 ~ 11 m ，其下为中密砂层。
由于桩基较长，达80 m ，为中土在尼施工的最 长桩基，且施工时受涨落潮影响，钻孔垂直度控制 困难，施工中必须合理选择施工平台及钻孔机械， 把握施工时机，控制钻孔精度，严格泥浆护壁配合 比和水下混凝土坍落度[1]。
2钻孔桩施工平台
2.1钢栈桥和平台
施工平台有驳船法和栈桥法，经过方案比选， 最终选定栈桥法作为施工方案。
钢栈桥大里程侧起点位于115#墩左侧，基本跨 度为12 m ，桥面宽度为8m ，共46孔，全长571m 。其 中，第一跨采用15 m 钢梁跨越既有钢桥，第二跨采用 14 m 贝雷梁跨越水中既有墩，通航孔为15 m 跨。钢栈桥采用贝雷梁加型钢的组合结构形式，栈 桥基础采用<j )800 x 10 mm 的钢管桩，非制动墩采用 3根钢管桩，制动墩处设置双排6根钢管桩，钢管横 向中心间距3 m ，纵向中心间距1.8 m ，每排桥墩的 钢管桩均采用4)273 X 8 mm 钢管连接成整体，其横 断面见图1。栈桥施工主要由基础钢管振沉、贝雷 梁架设和桥面铺装三部分组成。
表1
栈桥各状态下的计算工况
设计状态
工况
荷载组合
恒载
基本可变荷载
足球机器人其他可变荷载
工作状态I 结构自重H X M 履带吊走行
工作状态的
水流力（潮流
力、波浪力）、
风力
n 结构自重100 t 履带吊正吊20 t m 结构自重100 t 履带吊側吊20 t
IV 结构自重混凝土罐车跨中走行
V
结构自重混凝土罐车墩顶走行
非工作状态VI
结构自重
非工作状态 下的水流力、 风力
对表1各工况下贝雷片的受力进行分析计算后
可知，100 t 履带吊机荷载组合为主梁控制荷载。 1〇〇 t 履带吊在墩顶侧吊20 t 即工况m 时，贝雷片
竖 杆受力最大，最大值为161.2 kN ，见图2;100 t 履带 吊走行至跨中即工况1时弦杆受力最大，最大值为 347 kN (见图3)，此时斜杆也为最大受力状态，受力 125.4 kN ；其余工况杆件受力均小于此两种工况。 贝雷梁各杆件容许受力情况见表2。综上，贝雷梁 杆件受力均满足要求。
表2 贝雷多g 各杆件容许承载力
名称材料
截面
理论容许承载/k N
最大受力/k N
弦杆16M n ][1〇560
347.0竖杆16M n 18
210
161.2斜杆
16M n
18
171.5
125.4
轴力
1
4.48426e+001
2.61098e+001
0.00000e+000
-1.13559e+001 -3.00888e+001 -4.88216e+001 -6.75545e+001 -8.62873e+001 -1.05020e+002 -1.23753e+002 -1.42486e+002 -1.61219e+002
avalon总线图2
工况III 竖杆受力
承台尺寸（13 x l 5.5)m ，平台尺寸(31 x 26.8)m 。 平台采用三面围护的” U ”型平台，方便吊车和混凝土 泵车站位。2.2荷载检算
荷载满足1〇〇 t 履带吊站位于墩顶进行吊装施 工，起吊最大荷载为20 t 。不允许履带吊站在栈桥 跨中进行起重作业，且履带吊履带边缘距离栈桥边 缘不得小于0.5 m [2]。栈桥计算工况见表1。
最大:-347.0
MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM FORCE
1
-4.7656 丨 e+OOl -1.07525e+002 -1.67393e+002 -2.27262e+002 -2.87130e+002 -3.46999e+002
图3工况|弦杆受力
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105
•桥梁工程•
3
钻孔施工及工艺控制
3.1 工艺流程
旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程见图4。
图4钻孔桩施工工艺流程
3.2配合比选定
由于是海中施工，设计要求混凝土具有较强的 抗腐蚀性，因此标号较高，设计为C 50水下混凝土。
当地水泥种类较少，选用质量较稳定的DAN -
GOTA 42. 5普通硅酸盐水泥，大象42. 5水泥作为备
份，防止DANGOTA 水泥断供时无法施工。
外加剂选用FOSROC RP 500C ，掺合料选用印度 进口的一级粉煤灰。施工时采用在混凝土中掺加矿 物质细粉和高效减水剂的双掺技术，减少拌和混凝土 的用水量，降低水灰比，提高混凝土的密实度，改善其 抗渗性能，从而提高抗侵蚀能力[3]。经试验选定配合 比为1:0.4: 1.79:2.69:0.25 (水泥：水：砂：碎石：粉煤 灰），实测奸落度19 cm ，和易性和强度均满足要求。
3.3钢护筒制作及安装
(1) 钢护筒加工与制造
钢护筒由后台加工场及当地专业厂家制作，定 尺长度12 m ，根据现场测量情况，在现场进行下料 或接长。护筒间竖向采用焊接连接，每一接头外贴 焊6块(20x 15 x 10) m m 力(J 强钢板。
(2) 钢护筒的运输
钢护筒加工制造完成后，采用平板车运至临时码 头，通过汽车吊吊至运桩驳后运至施工场地。水上运 输采用3 000 t 驳船装载运输，驳船净空尺寸48 m (长）X 20.65 m (宽），满足钢护筒载重及堆放要求。 钢护筒运输前，编制现场沉桩顺序，以先打人的后 装船，后打入的先装船为原则。钢护筒粧分层布置，错位层层叠放。底层采用 200 x 200枕木(排距6 m )垫底，左右（枕木）侧采用
106
三角木楔楔紧。
(3)钢护筒下沉
沉桩施工是确保桩基质量的基础，采用打粧船 沉桩。在施工过程中，要严格管理，将粧顶标高和 偏位控制在规范要求的允许偏差以内。
沉桩开始时，发动打粧船主机，在计算机的指引 下，进行船体定位，调整桩架的状态[4]。经校正无误 后下桩，在桩尖入土 2〜3 m 后，暂停下桩，对粧体进 行进一步校正后继续沉桩，直至在桩体自重作用下， 桩不再下沉为止。在此基础上压锤，粧继续下沉，当 桩停止下沉后，保持船体平衡，要求桩锤、替打和桩保 持同一轴线上，检查无误后，启动桩锤，开锤施打。开 始锤击时油门控制得小一些，以后逐步加大，直至设 计标高。整个打粧过程要求做好详细记录。3.4施工钻机选择
根据我司在尼日利亚设备情况、钻孔深度和地质 情况，选用山河智能280型旋挖钻机，钻头选用双开 门捞砂斗。钻头在使用前改良，设置减压孔，以降低 提钻负压对孔壁稳定性的影响。山河智能280型旋 挖钻机主要性能：最大钻孔直径2 300
最大钻孔
深度85 m ；转盘扭矩300 k N .m ；提升能力88 t ；最大 加压力280 k N ；额定功率250 k W ；钻机总质量85 t 。 3.5泥浆制备
泥浆指标是保证成孔的关键，泥浆密度及粘度 偏低则容易塌孔，偏高则不利于钻进且会造成孔壁 泥浆过厚而降低桩的摩擦力[5]。结合当地实际情 况钻孔用浆采用复合钻井液：膨润土基浆+复合钻 井助剂溶液制成复合钻井液，成浆指标见表3[6]。
表3
泥浆指标
项目指标
备注
比重/(g *c m -3)
1.03 -1. 12
泥浆比重宜大于海水比重1.022
含砂率不大于2%
-失水量< 17 m L /30 min
-粘度/s
18 ~22-
静切力/(g.c m *3)
1.0 -3.0重浆护壁指标3.0~8.0
胶体率>98%-胶质护壁厚度/m m
1.5 ~
2.0
-p H 值
8〜9
-
3.6旋挖钻孔施工
(1)准备工作
开钻前再次检查各种机具设备状态是否良好、
泥浆制备是否充足、水电管路是否畅通，以确保正 常工作[7]。
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水
密性试验
芯片处理
•桥梁工程•
(2) 启动泥浆泵
正式钻进前先启动泥浆泵，使之空转一段时
间，待泥浆输入孔口一定数量后，正式钻进。
(3) 钻进注意事项
钻进时，在护筒底处应低压慢速钻进，钻至护
筒底下1.0 m左右后开始正常钻进。
在钻进过程中钻机不能产生位移或沉陷，否则
应及时处理。在钻孔排渣、提钻头或因故停钻时，
应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密
度和粘度[8]。
司钻人员必须先熟悉地质状况，钻进过程中应定
时测试泥浆指标，从而确定所处地层以调整钻进参
数。钻孔作业应分班连续进行，填写的钻孔施工记
录，交接班时应交待钻进情况及下一班应注意事项。
(4) 防止超钻
当钻孔距设计标高较近时注意控制钻进速度，
防止超钻，并通知地质人员核实地质资料[9]。
3.7清孔
当钻进至与设计标高差1m时，改用稠泥浆；当
钻孔深度达到设计要求后，立即进行清孔，以免时
间过长沉渣沉淀，造成清孔困难。
清孔分两次进行：第一次是在钻孔达到设计标高
后，将钻头提起离孔底约30 cm，钻机继续旋转，同时
供给稠泥浆，直至将孔内含渣泥浆换完；第二次是在
安装钢筋笼后，灌注水下混凝土前利用导管清孔[1°]。
3.8钢筋笼制作安装
钢筋笼骨架在营地钢筋加工场地分段制作，用
加长拖车运输，经桟桥运输到墩位处，履带吊吊装
人孔，并在进口处进行焊接。由于钢筋笼较长，合
理分节既有利于运输和吊装，又能减少孔口对接时
间。经分析，按一根钢筋的长度12 m进行分解，减
少浪费，由50 t履带吊吊装。
3.9水下混凝土灌注
钻孔桩水下混凝土在搅拌站集中拌制，混凝土
运输车运输，导管法灌注，导管直径为30 cm。
在清孔过程中，及时和搅拌站联系，清孔即将完成
时，通知搅拌站运送混凝土。导管使用前，进行试拼和
试压试验，试压压力宜为孔底静水压力的1.5倍。
(1) 安装导管并放人钻孔内，导管下口离孔底20 ~40 cm，上口与储料斗相连，储料斗的容积不小于
3 m3。确保首批混凝土灌注后导管埋人深度大于1m。
(2) 导管安装后，再次探测孔底沉渣厚度，如超 过设计要求，则需进行二次清孔至合格为止["]。(3) 混凝土运至现场时，要检查混凝土的和易
性、坍落度。如班落度过低，则加人减水剂二次拌和，
二次拌和后仍不符合要求的，混凝土退回拌和站。
(4) 水下混凝土灌注过程中，用测绳随时探测
孔内混凝土面的标高，及时调整埋管深度。导管埋
深控制在2 ~6 m内，采用履带吊提拔导管，砼灌注
速度应适中并注意防止钢筋笼上浮。
(5) 水下混凝土灌注应连续进行，中途不得中
断，并防止灌注过程中发生塌孔、缩孔。
(6) 水下混凝土浇筑面应高出桩顶设计高程最
少1m，防止桩身混凝土缺陷。
(7) 灌注将结束时，核对灌入的混凝土数量，以
确定所测混凝土顶面高度是否正确。
4体会
根据设计要求，桩身全部检测，经超声检查，跨
海桥钻孔桩质量均为合格，完全达到设计要求。通
过拉各斯跨海桥深水超长粧的钻孔灌注施工实践，
对异国海中深水超长桩基础施工体会如下：
(1) 尼日利亚是一个工业不发达的国家，其租
赁市场不发达，基本无法租到大型的施工设备或价
格特别昂贵，也无法买到商品混凝土。因此在尼日
利亚进行重要结构施工，施工前的准备工作非常重
要，重要设备的备份必不可少。一般情况下，混凝
土搅拌设备均是两个，发电机也必须备份。
(2) 驳船法在国内常有应用，但驳船施工需要
有混凝土搅拌船、交通船和浮吊等大型设备。这些
大型设备目前在尼日利亚的市场应用不多，若仅是
此项目使用，则成本压力很大，且根据尼日利亚法
律不能调出尼日利亚。经过慎重考虑，反复衡量比
较和根据在尼的设备情况，最终选择钢栈桥方案。
(3) 钻进过程中，钢护筒的强度非常重要。提
钻时，护筒底部有针管效应，相当于抽真空，为防止
钢护筒被压瘪，采取了以下措施：一是使用12 mm
钢板加工护筒，接头部分都进行加强，韧脚采用
16 mm钢板加强；二是护筒直径1.65 m，大于钻头直
径1.5 m，有利于泥浆通过；三是钻头经过现场加
工，增设了减压孔，大大减小了底部压力；四是控制
提钻速度，保证了钢护筒的稳定。
(4) 钻孔设备及其配套的机具选型相当重要。选
用的山河智能280型旋挖钻，参数上钻孔深度85 m，实
际钻杆长度达到了 86 m且钻进极为顺利。
(下转第134页）
铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2020(12}107
•隧道/地下工程_
对匀速施加的合拉力取平均值，得到F=274.72 kN，计算得出摩擦系数为：
/=F+『= 274.72 + (45 x10) =0.610 5
(3)结果分析
根据文献试验数据，5 mm厚的中砂摩擦系数约 为〇.45[n]。因此，得出的预制混凝土管廊与铺设砂 层的混凝土平台间的摩擦因数在〇.6左右较为合理。
5摩擦阻力控制措施
通过张拉过程中砂层地面与管廊之间的摩阻试 验，实测张拉过程中摩擦系数在0.6左右。本项试验 结果可为张拉计算时预应力损失计算提供依据，在临
时张拉和永久预应力张拉施工时提供数据支持。
因砂层地面摩擦系数较大，在实际拼装张拉过
程中应采取有效措施，在保证管廊拼装正常进行的
前提下对承载面进行润滑处理，降低地面摩擦力；也可采用有效措施进行悬空拼装，永久张拉作业结
束后对管廊和垫层之间的间隙进行后期灌浆处理，应控制间隙灌浆的密实度[12]。
6结束语
装配式综合管廊受其造价和施工难度的影响，在我国管廊施工中的应用还处于起步阶段，随着装
配式建筑在国内建筑市场的大规模推广应用，针对
管廊施工的研究也将越来越完善。本文通过分析
管廊拼装过程及其影响因素，出管廊拼装时的张
拉力损失原因即拼装时的滑移摩擦阻力，设计出滑
移摩擦阻力的试验方法，并对试验结果进行对比分
(上接第1〇7页）
(5)钻进过程中必须控制进尺速度，调制合适
密度的泥浆，确保孔壁泥皮结实坚固，防止塌孔[12]。
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