超长超大直径钻孔灌注桩施工工法最终之欧阳物创编.docx

超长超大直径钻孔灌注桩施工工法最终之欧阳物创编.docx

《超长超大直径钻孔灌注桩施工工法最终之欧阳物创编.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超长超大直径钻孔灌注桩施工工法最终之欧阳物创编.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

超长超大直径钻孔灌注桩施工工法最终之欧阳物创编

超长、超大直径钻孔灌注桩施工工法

时间：

2021.02.07

命题人：

欧阳物

一、前言

钻孔灌注桩是桥梁建设上常用的一种深基础形式。

近年来我国桥梁事业发展迅速，新建桥梁的跨径越来越大、结构越来越复杂，钻孔灌注桩的长度也就越来越长、直径也就越来越大。

中港第二航务工程局承建的苏通大桥C1标主4号墩由131根钻孔灌注桩组成，桩长均为120m，桩径2.5～2.85m，为目前世界上最大的桥梁群桩基础。

为了促进该施工方法在我国类似桥梁工程项目中推广使用，根据苏通大桥施工经验与实践，特编制该工法。

该工法内容主要包括钻孔平台搭设、钻孔桩成孔工艺（钻机选型、泥浆的选用配置、成孔参数的选择）以及成桩工艺（水下砼的配制及浇注工艺），其中钻孔平台搭设工艺曾获2004年武汉市职工创新一等奖。

二、工法特点

1、采用结构护筒直接作为钻孔平台的承重结构。

2、采用了振动锤以及移动式导向架打设钢护筒。

3、钻孔处多为粉沙、细沙、中粗沙及沙砾层等易坍孔地层，施工选用了大功率钻机成孔、优质PHP护壁泥浆。

4、钢筋笼采用镦粗直螺纹接头，并于后场同槽预制，采用大型浮吊大节段吊装。

5、桩基采用桩底后压浆技术。

三、使用范围

适用于采用钻孔灌注桩（地质以砂层为主）为基础的特大桥桩基施工。

四、工艺原理

钻孔桩施工工法主要分两部分：

其一主要说明钻孔平台的搭设工法，其二介绍钻孔灌注桩的成孔、成桩以及桩底后压浆工艺。

五、施工工艺

（一）、工艺流程

1、传统钢管桩施工平台搭设工艺流程

图5.1传统钢管桩施工平台搭设工艺流程

2、采用钢护筒作为承重结构的钻孔平台搭设工艺流程

图5.2采用钢护筒作为承重结构的钻孔平台搭设工艺流程

3、钻孔灌注桩施工工艺流程

图5.3钻孔桩施工流程图

4、桩底后压浆流程

图5.4桩底后压浆施工流程图

（二）、施工要点

1、传统钢管桩施工平台搭设施工要点

①钢管桩施工

a、钢管桩制作、运输

钢管桩均按设计规格拼装成整桩，按沉放顺序分批加工制作，出厂检验合格后，用驳船运输至施工现场。

b、钢管桩沉设

钢管桩沉设定位采用测量定位。

●确定沉桩顺序：

根据各工程的施工特点确定沉桩顺序。

●打桩船抛锚定位：

按照沉桩顺序进行打桩船的抛锚定位。

●钢管桩施沉前根据桩位图计算每一根桩中心的平面坐标。

直桩直接确定其桩中心坐标，斜桩通过确定一个断面标高后，再计算该标高处钢管桩的桩中心坐标。

●钢管桩平面位置及垂直度调整完成后，先自由落桩，再开始压锤，依靠钢管桩及打桩锤的重量将其压入土层，测量复测桩位和倾斜度，偏差满足设计要求后，开始锤击。

●钢管桩的最终桩尖标高由入土深度控制。

成桩由标高控制，以贯入度作为校核。

②平台搭设

a、平联施工

平联钢管采用哈佛板连接。

在前场施工中，首先将下好料的一端与钢管桩按设计位置对好位并调平平联焊接，然后用哈佛板将另一端与钢管桩焊接。

b、平台上部结构搭设

逐一安装主承重梁、分配梁，铺设面板，安装栏杆，挂设安全网。

③、钢护筒施工

a、导向架设计与制作

根据水深、流速条件确定导向架设计高度及刚度。

本工程采用11.5m高的点接触式导向架，平台以下5.5m、平台以上6.0m。

导向架平面呈“开口式”，平台上下两层导向架之间用螺栓连接，以便于装拆。

导向架结构见图5。

图5.5导向架结构示意图（单位：

mm）

b、钢护筒起吊、就位、施沉

用起重船吊起钢护筒，使钢护筒垂直，选择在平潮或流速较小时将钢护筒缓慢下滑，直至入泥稳定，待钢护筒下沉稳定后才能脱钩。

2、采用钢护筒作为承重结构的钻孔平台搭设施工要点

①、起始平台施工

起始平台位于钻孔平台上游侧，其主要作用是为沉放钢护筒，安装悬臂式定位导向架，提供具有足够刚度的起始工作平台。

起始平台钢管桩施沉利用安装在定位船船艏的导向架定位，用起重船吊振动锤振动下沉。

a、起重设备配置：

根据起始平台单根钢管桩的长度重量选择相应的起重设备。

b、振动锤配置：

振动锤选择主要满足钢管桩施沉要求。

c、钢管桩沉放

钢管桩的定位采用测量定位。

定位船在测量的指挥下移至桩位位置，运桩船停靠浮吊。

当钢管桩起吊竖直后，将钢管桩送进导向架内，由测量调整钢管桩的平面位置及倾斜度，当平面位置偏差及倾斜度满足设计要求后，下放钢管桩，浮吊脱钩，起吊液压振动锤就位，测量再次复核钢管桩的平面位置及倾斜度，合乎施工要求后，振动下沉到位。

下沉到位后，定位船移至下一根桩位。

第二根桩下沉到位后，及时连接两根桩之间的钢管水平联。

钢管平联采用哈扶板连接。

②、护筒区平台搭设

a、钢护筒制作、运输

钢护筒在钢结构公司厂内加工，分上、下两节制作。

然后装船运至施工现场。

b、钢护筒沉放

b-1、振动锤选择：

应根据护筒入土情况及地质情况选择振动锤。

b-2、悬臂式定位导向架：

根据平台搭设特点，需选用悬臂式定位导向架。

本工程采用的悬臂式导向架其长度为16.125m，宽6m，用起重船吊装移位，并锚固在已完成的起始平台或已沉放的钢护筒顶口上，在导向架前端设置2层层距10.0m的上、下导向装置，导向装置内设置有供钢护筒定位、施沉过程中纠偏、调整的液压千斤顶和锁定装置。

b-3、钢护筒下沉：

钢护筒下沉定位采用全站仪定位，同时用经纬仪进行校核。

Ⅰ、第一排钢护筒下沉

吊装悬臂式导向架，进行初步定位及精确定位，并将悬臂式导向架固结在锚固梁上。

Ⅰ-1、起重船将第一节钢护筒吊入定位导向架的导向装置内，锁定上下龙口。

Ⅰ-2、利用龙口的调节装置，调整钢护筒的平面位置及垂直度，使平面位置、倾斜度满足设计要求。

起重船落钩，钢护筒沿导向架下至河底并入土，起重船脱钩。

Ⅰ-3、起重船吊安振动锤至钢护筒顶口，并再次校正钢护筒及振动锤的位置。

Ⅰ-4、起动振动锤，振护筒下沉。

同时，起重船移至另一位置进行下沉护筒有关工作。

Ⅰ-5、吊走振动锤，拆除导向架与锚固梁间的连接，将导向架移至另一护筒位定位，并重复以上工序。

Ⅰ-6、单根护筒下沉到位后，及时与起始平台及相邻钢护筒连接。

Ⅰ-7、该排护筒沉设完成后，前移进行下一排护筒沉放。

Ⅱ、第二排钢护筒沉放

测量第一排钢护筒的位置，对焊接在钢护筒上的牛腿找平，将前锚固梁搁置至第一排钢护筒上，并与钢护筒上的牛腿焊接，将导向架整体吊装并锚固在前后锚固梁上；重复上述步骤下沉完本排钢护筒。

重复本步骤，完成所有钢护筒的下沉。

③、施工平台面层铺设

本工程平台面层采用I25a作为分配梁，面板采用δ6的花纹钢板。

3、钻孔灌注桩施工要点

钻孔施工采用了泥浆护壁、回旋钻机气举反循环的施工工艺，主要包括钻进成孔及清孔。

①、钻机选型

根据钻孔深度及直径选择相应的钻机。

本工程钻孔灌注桩从平台到孔底深达130多米，对钻机的扭矩及钻杆质量要求较高。

选用技术性能先进，提升能力和配重较大的大型钻机投入主墩钻孔桩施工。

各钻机性能指标见表5.1。

钻机主要性能参数表表5.1

钻机型号

GDY400、GF350、ZSD300

最大钻孔口径（m）

3.0

最大钻孔深度（m）

140

输出扭矩（KN·m）

≥150

最大提升能力（KN）

1000

最大钻速rpm

15

钻杆内径mm

≥330

配重（KN）

不小于300KN

循环方式

气举反循环

②、泥浆制备及泥浆循环

a、泥浆制备及性能指标

护壁泥浆在钻孔中非常重要，尤其是对本工程大直径深孔，土层为砂层，造浆性能差，泥浆控制显得尤为重要。

施工采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。

泥浆的制备在平台泥浆制备区进行。

如果平台条件允许，可以采用集中供浆。

泥浆各施工阶段的性能指标要求（见表5.2）：

泥浆性能指标一览表表5.2

性质

阶段

试验方法

新制泥浆

循环再生泥浆

清孔泥浆

容重（g/cm3）

≤1.06

≤1.15

≤1.1

1006型泥浆比重秤

粘度（s）

22～25

20～25

18～22

粘度计

失水量（ml/30min）

＜17

＜20

＜20

失水量仪

泥皮厚（㎜）

＜1.5

＜2

＜1.5

钢尺

胶体率（％）

100

≥96

≥98

量筒

含砂量（％）

＜0.5

＜3.0

＜1.0

含砂量测定仪

PH值

8～10

8～10

8～10

试纸

b、泥浆循环

泥浆经泥浆净化器使直径在0.074mm以上的土颗粒筛分到溜渣槽内，处理后的泥浆通过钢护筒之间的连通管流入钻孔孔内。

每台钻机配置一台泥浆净化器。

③、钻机安装、调试及移位

根据平台上的钻机位置和钻孔顺序，安装并调平钻机，并固定牢靠。

④、钻进成孔

a、钻进方法

成孔过程划分为三个阶段：

护筒内钻进阶段、土层内钻进阶段、第一次清孔阶段。

护筒内钻进阶段：

采用直径匹配的刮刀钻头反循环加压清水钻进，每小时进尺控制在4～6m左右，孔内补充清水，混合泥浆经泥浆净化器处理后泥浆回流入护筒，钻渣转运至处理堆场处理。

土层内钻进阶段：

护筒底口以上2m至孔底，调换直径匹配的改进型平底钻头，开钻时钻头反循环空转，启动泥浆循环系统，置换孔内泥浆，当孔内泥浆指标符合要求后，优质泥浆护壁反循环减压钻进，在护筒底口附近慢速钻进，形成稳定孔壁，每小时进尺控制在0.3～0.8m左右。

钻头出护筒5m后恢复正常钻进，根据不同土层的特点，在钻孔过程中及时调整护壁泥浆指标和钻进速度，孔内补充优质泥浆。

此阶段泥浆指标基本控制在了表5.3中的要求：

表5.3

项目名称

PH值

比重（g/cm3）

粘度（s）

胶体率（%）

失水率（ml/30min）

含砂率（%）

指标

8～10

≤1.15

20～25

96%以上

20

3

终孔后，及时进行清孔。

清孔时将钻具提离孔底约30～50cm，缓慢旋转钻具，补充优质泥浆，进行反循环清孔，同时保持孔内水头，防止塌孔。

根据地层地质情况采用相应的钻进工艺参数（见表5.4）。

不同地层钻进参数表表5.4

地层

钻压（KN）

转数（rpm）

钻速（m/h）

护筒内钻进

≤6.0

密实粉细砂层

100～150

10～15

1.5～2.0

软塑亚粘土层

100～120

10～15

1～2

密实中粗砂层

150～300

5～10

2.0～3.0

护筒底口地层

＜100

5～10

0.3～0.8

⑤、成桩施工

a、钢筋笼制作

钢筋笼在加工车间下料，分节同槽制作。

主筋间采用直螺纹连接，每个断面接头数量不大于50%，相临接头断面间距不小于1.5m。

压浆管与声测管在钢筋笼同槽加工时同槽安装，接头采用焊接并适当与钢筋接头错层，以便对接方便。

成孔检验合格后，下放接长钢筋笼。

为加快钢筋笼下放速度，可以根据施工条件将钢筋笼进行预接长。

钢筋笼安装下放后，将钢筋笼固定在护筒上，以承受钢筋笼自重和防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮。

b、二次清孔

如钢筋笼下放完成后，沉渣厚度及泥浆指标超标，需进行二次清孔。

c、水下混凝土灌注

水下砼浇注是钻孔灌注桩施工的主要工序，也是影响桩身质量的关键。

c-1、混凝土配合比设计

混凝土配合比设计通过试配确定，砼除满足强度要求外，一般还须符合下列要求：

粗集料采用级配良好的石灰岩或花岗岩碎石，粒径5～31.5mm；

细集料宜采用级配良好的中砂，细度模数应控制在2.3～2.8；

胶凝材料宜不小于380kg／m3，改善混凝土的和易性、流动性；

混凝土初凝时间大于浇注能力；

混凝土的坍落度控制在20～22cm，3h以后不小于16cm，流动度不小于50cm；

混凝土具有良好的和易性、流动性、泵送性，可掺入适量的粉煤灰及外加剂；

水泥中含碱量小于0.6%，骨料要求做碱骨料反应试验。

c-2、砼浇注

水下砼浇注导管一般选用壁厚δ=12mm，φ外=325mm的无缝钢管，连接为T型螺纹的快速接头。

导管径水密试验不漏水，其容许最大内压力均大于孔内泥浆深度压力的1.3倍。

混凝土灌注封底采用拨球法。

封底成功后，随即转入正常灌注阶段。

混凝土经泵送，不断地通过集料斗、浇筑料斗及导管灌注至水下，直至完成整根桩的浇筑。

正常灌注阶段导管埋深控制在3~10m，且每20~30分钟测量一次砼面标高，测点不少于2个，当测点出现较大的高差时，应及时调整导管埋深，同时混凝土在护筒刃脚以下时保持护筒内泥浆面高于水位1.5m。

当混凝土灌注临近结束时，核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的高度是否准确，当确定混凝土的顶面标高到位后，停止灌注，及时拆除灌注导管。

灌注完成时，砼面应不小于设计桩顶标高0.5～0.8m，以保证桩头砼质量。

4、桩底后压浆施工要点

为了改善桩底持力层的受力状况，提高基桩承载能力和基础的整体刚度，本工程主1～4＃墩桩基均采用桩底后压浆。

a、压浆前的准备

a-1、安设压浆设备及压浆装置

压浆设备：

注浆泵，浆液搅拌机，贮浆桶，压浆压力表，球阀，溢流阀，纱网，卸荷阀。

a-2、压浆管路编号并挂牌明示，压浆管路按编号顺序与浆液分配器对应连接牢固。

a-3、桩基凝土浇筑完成后24～28h，由压浆泵用清水将桩端注浆管单向阀冲开，确保压浆管路系统畅通。

对于U型管，每天必须打开U管系统一次，开泵注水循环10～15min，以促使水化热消散和防止压浆管堵塞。

a-4、压浆材料准备到位。

b、水泥浆液配制

b-1、水泥必须控制在p.o.42.5以上，同时要求鲜新、不结块。

b-2、桩端压浆浆液水灰比宜控制在0.5～0.6之间。

b-3、严格控制浆液配比，搅拌时间不少于2min，浆液应具有良好的流动性，不离折、不沉淀，浆液进入贮浆桶时必须用纱网进行2次过滤，防止杂物堵塞压浆孔及管路。

c、压浆要求

当桩身混凝土强度到达一定值（通常为75％以上）

后，通过地面压力系统经桩端压力注浆装置向桩端土层压浆。

c-1、压浆必须连续进行，中途停待不得大于30分钟。

c-2、桩端压浆水泥浆量达到设计要求后即告终止。

c-3、桩端压浆其泵压宜控制在1~5Mpa之间，终止压力一般控制在6Mpa以内，压浆速度一般控制在30～40L/min以内。

c-4、当泵压浆达到8Mpa，而水泥量达80％以上时，可视为压浆合格。

d、群桩压浆施工施工顺序

注浆先外侧，后内侧；在外测隔桩进行压浆。

每根桩压浆时，应确保在其周围20m为半径范围内的桩已经灌注混凝土完毕。

同时，根据施工情况，按上述原则可适当调整压浆顺序。

e、压浆量施工控制

浆液总体控制于原则：

实行压浆量与压力双控，以压浆量（水泥用量）控制为主，注浆压力控制为辅。

若注浆压力达到控制压力，并持荷5min，同时达到设计注浆量的80％，也可以认为满足了设计要求。

f、压浆次序与压浆量分配

压浆分可分三次循环；每一循环的压浆管采用均匀间隔跳压；压浆量分配：

第一循环：

40％；第二循环：

40％；第三循环：

20％。

g、压浆时间及压力控制

g-1、第一循环：

每根压浆管压完后，用清水冲洗管路，间隔时间不小于2.5h，不超过3h进行第二循环。

g-2、第二循环：

每根压浆管压完后，用清水冲洗管路，间隔时间不小于3.5h，不超过6h进行第二循环。

g-3、第一循环与第二循环主要考虑压浆量。

g-4、第三循环以压力控制为主。

若压浆压力达到控制压力，并持荷5min，注浆量达到80％，也满足要求。

六、机具设备

序号

设备类型

设备名称

型号

单位

数量

备注

1

起重设备

浮吊

3000KN

艘

1

2

浮吊

600KN

艘

2

3

桅杆吊

14000KN.M

台

2

4

龙门吊

800KN

台

2

5

龙门吊

20OKN

台

2

6

桅杆吊

1500KN.M

台

2

7

汽车吊

QY-50A

台

2

8

振动设备

振动锤

APE400

台

2

9

振动锤

DZ120A

台

1

10

钻孔及配套设备

回旋钻机

ZSD300

台

2

11

回旋钻机

ZSD300N

台

2

12

回旋钻机

ZSD350

台

4

13

回旋钻机

ZSD250

台

3

护筒内掏渣

14

冲抓钻

Φ1.8m×6m

台

2

破碎、抓取砂袋

15

泥浆泵

3PN

台

8

16

空压机

20m3/min

台

4

17

电力配套设施

高压开闭站

10000V

座

1

18

箱式变电站

1000KVA

台

2

19

发电机

300KW

台

3

备用

20

船舶及车辆

定位船

2000t

艘

1

21

运输船

50OKN

艘

2

22

载重车

CQ1262T

辆

2

23

拖轮

航工503

艘

1

24

拖轮

航工804

艘

1

25

加工机具

电焊机

BX1-500-2

台

40

26

气割设备

套

10

27

实验设备

试验仪器

泥浆检测仪

套

4

28

检孔仪

台

1

29

测量仪器

GPS全球定位系统

莱卡SR530

套

3

30

全站仪

台

1

31

电子经纬仪

ET-02

台

2

32

电子水准仪

LeicaNA2

台

1

33

测深仪

SDH-13D

台

1

34

流速仪

LS-25

台

1

35

混凝土拌和设备

搅拌船

160m3/h

艘

2

36

搅拌船

100m3/h

艘

1

37

交通设备

交通船

600KN

艘

2

七、劳动组织

序号

工种

人数

备注

1

工段长

1

2

副工段长

3

3

工程技术人员

7

4

质检员

2

5

安全员

4

6

测量员

4

7

试验员

4

8

焊工

40

9

起重工

20

10

司机

10

11

修理使用工

60

（含钻工）

12

普工

60

13

后勤人员

6

14

钢筋工

100

15

混凝土工

60

16

电工

4

八、质量要求

符合以下规范要求：

1）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

2）《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）

3）《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076-95）

4）《墩粗直螺纹钢筋接头》（JG/T3057—1999）

5）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）

6）《港口工程桩基规范》（JTJ254－98）

7）《公路全球定位系统（GPS）测量规范》（JTJ/T066-98）

8）《工程测量规范》（GB50026—93）

9）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205－2001）

九、安全及环保措施

安全责任重于泰山，在施工过程中，坚决自始至终坚持“安全第一，预防为主，科学管理，狠抓落实”的安全工作方针，并从技术上、制度上、思想上、组织上加强安全管理，制定并落实好安全预控措施，防患于未然。

具体如下：

1、水上船舶安全

a、合理安排劳动力、机械和船舶的使用，禁止不符合生产安全规定要求的设备、人员进入现场。

b、严格执行安全技术操作规程，组织有关人员对机械设备、设施进行定期检查。

c、水上施工船舶严格执行项目经理部的各项安全制度，执行当地航政、港监部门的规定和交通部规定的船舶管理制度。

d、施工过程中所有船舶接受统一管理，统一指令。

2、起重安全

a、起重用工索具严格按相关规范要求取用安全系数，保证其使用安全。

b、定期对工索具进行检查。

c、在起吊中应严格执行安全操作规程，指挥起吊时，信号必须统一，手势明显，哨音清晰，不得含糊。

d、起吊钢管桩前对工索具进行认真的检查，做到安全可靠，万无一失。

e、吊物时，扒杆与被起吊物下严禁站人，对违反操作规定和不安全的作业及时加以纠正或制止。

3、环保措施

a、水污染的防治措施

1）钻孔桩施工所产生的钻渣和废弃泥浆均泵送至驳船，运至岸上处理。

2）水泥、膨润土等掺和料，应安全堆放，妥善遮盖，不得掉入江中。

3）砼水上拌和站的废水，须集中装运至岸上基地，经沉砂处理后排放。

4）在施工平台上，设置“环保厕所”（干厕），粪便定期收集运至岸上生活区化粪池，统一处理。

5）禁止使用一次性塑料餐具，防止白色污染。

交通船舶、施工机械产生的废油料及润滑油等，必须集中收集运至岸上处理。

6）生产用油料必须严格保管，防止泄漏，污染江水。

7）所有50t以上的施工作业和运输船舶，设置油水分离器，船舶舱底水含油量≤15mg/L时，方可排放。

8）水上施工人员的生活污水，用固定容器收集，定期由驳船运至岸上。

b、固体、废弃物的处置措施

1）在水上施工平台设置若干个垃圾桶，集中贮放生活垃圾，定期由驳船运至岸上垃圾场深埋。

2）施工过程中的废弃物、边角料、包装袋等及时收集、清理，运至垃圾场掩埋。

3）船舶上的生活垃圾，亦须袋（桶）装，集中运至岸上垃圾场处理。

十、效益分析

相对于传统钻孔平台，采用钢护筒作为承重结构的搭设钻孔平台大大节约了施工工期，节省了平台搭设材料。

以苏通桥主4＃墩钻孔平台为例：

主4＃墩提前两个月完成平台搭设，为完成世界最大群桩基础打下了良好的基础；同时，平台搭设节约钢材近千吨以上。

钻孔中采用大功率钻机，同时采用大型起重设备大节段下放钢筋笼，大大加快了钻孔桩成桩效率。

以苏通桥主4＃墩为例：

130m左右深的钻孔桩从开钻到混凝土浇注完成，仅仅每根平均需要90小时左右；如果按照常规工艺施工成桩时间至少在120小时以上。

由此可见，设备的选择以及工艺的更新，使生产效率得到了大幅度提升。

十一、工程实例

中港二航局承担的苏通大桥C1标，地质主要为粉砂、细砂、中粗砂及砂砾层，共计施工钻孔灌注桩205根，全部达到Ⅰ类桩标准。

时间：

2021.02.07

命题人：

欧阳物