深桩基础施工技术总结.docx

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深桩基础施工技术总结

深桩基础施工技术初探

[摘要]介绍了武汉市黄陂区府河盘龙大桥深桩基础的施工工艺。

在工程中采用了一些简单有效的施工方法，以保证成孔质量。

文章着重对成孔和成桩的施工方法进行了阐述。

[关键词]深桩基础软土场地布置泥浆钻孔灌注

1、概况

1．1桥址和总体规模

府河盘龙大桥及接线工程为连接黄陂滠口经济开发区与武汉市城市中心的干线工程，该项目总投资1.2亿元，府河盘龙大桥桥长857米，跨径布置为：

2*30米+2*40米+3*30米+45米+80米+45米+15*30米。

上构为0#-2#、4#-7#、10#-25#为30米预应力简支T梁；2#-4#为40米预应力简支T梁；7#-10#为预应力混凝土单箱单室变截面连续箱梁，桥面宽度为27.5米。

该桥主桥下部结构为低承台深桩基础，常水位标高+2５.２m，桩底标高为-45.13m，P8墩桩基础，桩长58.8m;P9墩桩基础桩长51.5m。

P8、P9墩桩基础的施工为全桥桩的重难点，在此做重点介绍。

1．3主桥下地质情况

桩身穿过的覆盖层自上而下大致可分为九层：

第一层为粘土，层厚1.50－1.90m（河中缺失）；第二层为淤泥层，层厚17.80－23.Om;第三层为粘土；第四层为淤泥质粘土；第五层为粘土；第六层为粉砂；第七层为粘土；第八层为粉质粘土；第九层为全风化凝灰岩。

物理力学性质指标表表1

地层名称

含水

量

温密

度

孔隙

比

磨擦

力

凝聚

力

灵敏

度

压缩

模量

液性

指数

桩周土磨擦力标准值

ωo

ρ

e

∮

c

st

Es

IＬ

τ

%

g/cm3

0

KPa

MPa

KPa

KPa

淤泥

64.2

1.61

1.801

2.5

9.3

5.093

1.60

1.422

9.0

从表中可见淤泥层抗剪强度极低，属高压缩性土质。

在钻孔施工过程中，对淤泥层的防护是钻孔桩成孔、成桩的关键。

2、钻孔施工

2．1施工场地布置

2．1．1墩桩基础施工时在水面搭设钻孔作业平台。

根据桥址处水文、地址情况，选择了以长8.Om，直径20cm木桩为支柱（露出水面1.5米，木桩打入地下乙0米），以20craX20craX500cm方木在木桩上铺设纵横梁的钻孔作业平台方案，平台顶面标高+5．Om，顶面轮廓尺寸长36．OmXl0．Om，木桩间距及打入土中深度以满足安全承受全部施工荷载为原则。

简略计算如下：

2．1．1．1单根木桩承载力

D：

木桩直径

L：

木桩打入河床深度

Tl：

淤泥层桩周摩擦力标准值

计算可得：

F＝2．26t

2．1．1．2荷载的确定

钻机重量C=15X10SKg；钢筋骨架重量C：

＝5．0X103Kg,外杆重量C3＝37．

0Kg／m；钻头重量C：

二400Kg，导管重量C‘：

11．8kg／m；平台重量C6＝2，0X103Kg；工人重量C7=500Kg

荷载总和：

C=C1+C2+C3+Gs+C4+Gs+Cs+C，

计算可得：

C=26。

9t

2．1．L3荷载的影响面积

钻机底盘的面积：

5.67m长X2．4m宽＝13.6mz

荷载的影响面积：

（1．Om+5．67m+1．Om）X（1．0m+2．4m+1，Om）＝33．7m’

2．1.1.4安全系数的确定

木桩打入河床淤泥层，淤泥层为饱和粘土，灵敏度很高，受钻机施钻扰动大，摩擦力下降很多，故取安全系数U=2.0

2.1．1．5木桩间距的确定

钻机下木桩的数量：

n=CXu／P

计算可得：

n：

24

2.1．1．6布置

每台钻机影响面积范围内纵向布置3排桩，每排8根（24÷3=8），横向间距0．9m（7．67m÷8根=0．96m）。

该桥桩基础为双排桩，故纵向布置以可以行走两台钻机为原则，布置6排桩，横向间距以基桩位置确定，纵向间距o．9米。

2．1．2P4墩桩基础是陆地桩。

陆地桩平整场地，换填软土并夯实，以高出原地面0．3米为宜，并在四周设排水沟。

2．2钻机钻具确定

根据桩径、桩长、地质情况和设备性能，选用GPS一20正循环回转钻机，配备三翼刮刀式钻头，钻头角度以60．0度为宜。

2．3埋置护筒

2．3．1墩桩基础为水中桩，埋置深度：

（计算图示如图1）

L=[（H+h）~~w-HX甘o]／（百‘—百智）

式中：

L：

护筒埋置深度m

：

水的溶重10KN／m3+Vd：

护筒外河床土的饱和容重KN／m3

l＝百oX（厶+e）／（1+eA）

其中：

:

土粒相对密度，取2．75

e:

天然孔隙比

Vw：

护筒内泥浆容重KN／m3

该桥护筒底端埋入河床内深度计算如下：

Vd：

（2．75-~1．8）X10／（1+18）：

16．25KN／m’

L＝[（1+2．5）X12．0—2．5X10]／（16．25—12．0）＝4．Om

按巳定的施工水位标高+3，00m计算，护筒顶面标高定为+4．Om，护筒底端标高定为一3．5m，护筒总长度7．5m，内径定为1．40m。

2．3．2P4墩桩基础为陆地桩，原始地面标高+5。

om左右，桩顶标高一1．77m，桩尖标高一70．77m，地表表层有1．5m～1。

9m厚粘土，部分地表层以被破坏，地表层破坏处换填粘土，护筒埋置深度为1．0m，护筒顶高出地面0．3m。

2．3．3根据上述计算护筒的埋置深度，及各项控制标高来埋置护筒。

P3墩水中桩需用振动锤，护筒就位采用简易导向架，以保证护简的正确位置，护筒平面偏差5cm，倾斜度1％。

2．4孔内泥浆及水头的控制

2．4．1泥浆的性能指标

该工程主要检测泥浆的相对密度、粘度、含砂率及胶体率四项技术性能指标。

见表2：

钻进

方法

地层

相对密度

粘度

含砂率

胶体率

一般地层

正循环

回转法

易坍地层

灌注前

2．4.2泥浆的制备

在正循环回转法成孔时，泥浆起到固壁和悬浮钻潭的作用，泥浆质量性能的好坏直接影响到成孔的速度和质量。

温州地区没有优质粘土及彭润土，地表层粘土土质较差，含砂率高。

为降低成本，我们就地取材，利用当地地表层粘土，在土中掺加碳酸钠（NA2C03）和CMC，以形成质量较高的泥浆，防止在淤泥层出现缩孔现象，待钻到粘土层后，逐渐减少原材料的用量，利用钻锥切削下来的粘土，在钻锥回转下，自然形成泥浆。

2．4．3泥浆的配合比

2．4．3．1粘土用量

每m3所需粘土用量

q=p1X（P2-P3）／（p1—p3）

q：

每m3泥浆所需粘土用量Kg

p1、p2、P3：

分别为粘土、泥浆和水的密度Kg／m3

当地地表粘土pl=1880Kg／m3，需要配备的泥浆密度p2＝1250Kg／m3，水的密度P3=1000Kg／m3。

需要粘土量：

q=1880*（1250-1000）／（1880-1000）＝534Kg

2．4.3．2使用加外剂，制备泥浆前进行了试配，小剂量按循环周期均匀加入，试验后确定用量如下：

碳酸钠（Na2COs）：

用量为粘土的o．5％，534Kg*0．5％＝2．67Kg

羧甲基纤维素（CMC）：

用量为粘土的0．5％，534KgX0．5％＝2．67Kg

通过使用以上外加剂，改善了泥浆的性能，使钻渣颗粒加速沉淀，达到了泥浆重复利用的目的，而且具有高质量性能。

2．4．4泥浆循环净化

2．4．4．1陆地桩制做造浆池（10m3）、储浆池（15m3）、沉淀池（Z0m3）。

2．4.4.2水中桩利用驳船仓用钢板分隔出造浆池（10m3）、储浆池（10m3）、沉淀池（10m3）。

2．4.4．3每台钻机有一套泥浆循环净化设备。

2．4.4．4沉淀池清理沉渣及废浆用泥浆船运走，保持了作业场地的环境。

2．4．5泥浆性能指标的测定

该桥桩基成桩周期较长，淤泥层需要致密泥皮护壁，在钻孔中应严格控制泥浆的性能指标，泥浆性能指标的优劣决定了淤泥层是否在钻孔和灌注过程中缩径甚至出现坍孔现象。

开钻使用泥浆性能指标严格按易坍地层要求设定。

钻进过程中按“地质桩状图”及时捞取钻渣，分析地质吻合情况，以便调整钻速和泥浆指标。

2．4.6护筒内泥浆水头的保持

水中桩护筒内泥浆面高出施工水位1．om，水头差的保持是防止缩孔的因素之一。

施工时，将一小型泥浆泵挂在钻孔作业平台上，使泥浆泵进浆口高出施工水位1．om以上，泥浆面抬高，则吸出，泥浆面落至泥浆泵进浆口底，则停止泥浆吸出，这个过程不需人工操作，能够保持护筒内泥浆水头差也保证泥浆的不损失。

2．5施钻要点

2．5．1钻进时检查钻盘水平度和钻杆倾斜度是否合格，（水平气泡偏位1／4格之内，倾斜度<1／300H为合格），不合格时调整至合格后再钻进，防止钻孔偏斜。

2．5．2钻孔过程中随时观察孔内泥浆面返浆情况，如有异常立即停钻，分析原因及时处理，保证成孔质量。

2．5．3钻机保持减压钻进保证孔壁竖直度。

淤泥层钻进时，进尺控制在3m／h内。

2．5．4钻进直至成桩前，始终保持孔内水头高度高于施工水位1．om以上，使孔内产生不小于o．01Mpa的静水压力。

2.5.5终孔时使用测探锤量测孔深与钻具的有效进尺长度是否相符，符合无误且孔深满足要求后即通过换浆法清孔，此段清孔时间不少于4个小时。

2．5．6撤除钻具时要谨慎，防止刮碰孔壁。

2.5．7成孔工艺流程见下图2

成孔工艺流程图图2

软土换填夯实

2．6成孔质量要求

2．6．1成孔质量检测内容

成孔质量检测的主要内容：

孔深、孔径、倾斜度孔中心平面位置。

2．6．2成孔质量检测方法及质量检测要求。

见表3

编号

项目

检测方法

质量要求

1

孔深

测绳测量

不小于设计规定

2

孔径

笼式井径器入孔检测（ø25钢筋制作外径为钻孔直径，长度4倍钻孔直径）

不小于设计桩径

3

倾斜度

电子水平仪倾斜法

小于1/100桩长

4

孔中心位置

测距仪测放座标

不大于10cm

3、成桩施工及成桩质量检测

3．1成桩施工

3．1．1钢筋骨架加工成型及入孔就位

钢筋的加工制作以及单件焊接较长，按常规法施工。

钢筋骨架的分节制作采用支架成型法与箍筋成型法联合使用成型。

在每节骨架首端箍筋圈上加焊临时加固钢筋，防止就位时，钢筋骨架因自重大与箍筋脱焊而掉入孔内。

骨架最上端定位，必须由测定的基准面标高来计算定位筋的长度，并反夏核对，无误后再焊接定位，定位筋用4根与骨架钢筋同型号钢筋。

一端与主筋

焊接，一端平行穿入两根厚壁钢管或[28b槽钢，支托于钻机基础枕木或作业平台上。

骨架入孔时按挂牌编号逐节起吊就位，两点水平起吊（陆地桩用吊车，水中桩用钻机门架与浮吊联合使用），骨架内临时绑扎杉木杆以加强骨架刚度，吊装时防止骨架碰撞孔壁。

3．1．2导管入孔

灌注水下砼选用内径2OOmm，壁厚6mm的卡口式导管，导管使用前经过水密性试验和承压过球试验，满足要求。

3．1．3灌注砼前清孔

导管就位后，进行第二次清孔，二次清孔采用导管换浆，一般二次清孔4个小时均能满足要求，如若不能满足要求，又相差不大时，实施高压射水3～5rain，使沉潭悬浮，即刻准备灌注水下砼。

3．1.4水下砼的配制

3．1．4.水下砼的配合比按规范有关规定通过试验确定，粗骨料粒径5mm～

30mm，细骨料采用中粗砂，水泥选择425普通硅酸盐水泥，设计强度等级C25，水灰比0．51，控制坍落度18—22cm，砂率40％，在砼中加入TO一5—3型高效缓凝减水剂，以延缓凝结时间，改善砼的和易性、可泵送性。

3．1．4．2砼的拌和时间每盘料不少于60秒。

3．1．4．2施工时正值雨季，砂石含水率变化大，开工前和施工过程中每两个小时检测砂石含水率，含水率变化后，调整水用量。

含水率测设采用酒精燃烧法快速试验。

3．1．5砼的输送

3．1.5．1设生产能力为30M3／h的砼拌和站一座，供应成桩的砼。

3．1．5．2砼输送采用输送泵（型号BHT60A）泵送。

3．1．5．3砼输送泵储料斗内放置滤筛，防止粒径过大的粗骨料送入管内，并设专人挑除滤筛上的大粒径粗骨料，并铲耙未拌匀的少部分砼。

3．1．5．4输送管线长，灌注结束时用空压机将输送管内剩余砼压出。

3．1．6灌注首批砼

在灌注首批砼前，先配制o.5M3水泥砂浆放入隔水板以上的漏斗中，然后再放入砼，确认初灌量备足后，即可拔除铁板，借助砼的重量排除导管内的水，灌入首批砼。

砼初灌量按下式计算。

V＝丌XD’X（H’+H》／4q-wXd’Xh．／4

式中：

V：

首批砼所需数量m’

hc：

桩孔内砼达到埋置深度H。

时，导管内砼柱平衡导管外压力所需的高度即：

h1：

HwXrw／r

Hw：

孔内砼面以上泥浆深度

ru＼r分别为泥浆和砼的容重。

KN／m：

D：

桩孔直径m

d；导管内径m

nl：

桩孔底至导管底端间距，选择o．5m。

H2：

导管初次埋管深度。

H：

≥1．Om。

通过计算（以P3墩为例），首批砼储备量不小于2．8m3。

3．1．7连续灌注砼

在灌注过程事，每隔15rain～20min用测探锤测设导管埋深，同时观察孔内的返浆情况，泥浆面无连续气泡，水面平稳上升为正常。

我们采用卡口式导管，导管的埋深保持在2～9m，一般每次导管上提前埋深为9m，上提5m，最后一次上提导管的埋深不大于6m，砼灌至标高后一次性提出，以免在桩内加入泥心或形成空洞。

3．1．8砼的灌注时间

灌注时间控制在首批砼不丧失流动性的时间内，一般每根基桩灌注时间控制在6小时内。

采用砼输送泵输送砼均能满足要求。

3．1.9桩顶的灌注标高

该桥桩基负孔大，桩顶沉淀层厚，灌注即将结束时，泥浆比重达1．7左右，为避免测量失误，桩顶的灌注标高应比设计标高增加1．oM．桩顶灌注完毕后，用带有标尺的钢杆和装有可开闭的活门铁盒组成的取样器探测取样，判断桩顶的砼面。

3．1．10桩顶处理

在砼初凝前，用高压射水法使桩顶超标高处的砼层离析，并在桩顶以上保留50cm砼层，以减少破除桩头工作量。

待基坑开挖后并且砼强度达到设计强度的70％，按设计要求凿除。

3．1．11成桩工艺流程见图3

钻孔桩成桩工艺流程图图3

生产砼

灌注水下砼

泵送砼

成桩质量检

3．2成桩质量检测与控制

3．2.1成桩质量检测

3．2．1．1砼强度：

每根基桩做3组试块，每组3块，砼试块标养28d，测定试件抗压极限强度。

3．2．1．2桩身砼质量检测：

采用低应变反射波法测试分析桩身完整性。

3．2．2成桩质量控制

3．2．2．1成桩的平面位置偏差≯10cm。

3．2．2．2低应变反射波波速≥3600m／s。

3．2．2．3动测波形正常，桩底反射清晰。

4、劳动组织、机肯设备及单桩钻孔成桩周期。

4.1劳动力组织

钻机组劳动力布置表4

序号

分工

人数

主要作工内容

1

钻孔操作司机

1

操作钻机卷扬机

2

测试工

1

填写钻孔、灌注记录；测设泥浆性能指标；设导管埋置身度

3

杂工

4

拆装洗刷钻杆、导管；清理沉淀池；调配泥浆；废浆外运

砼拌和组劳动力布置表5

序号

分工

人数

主要工作内容

1

拌和机司机

1

负责拌和机、配料机的正常运转

2

输送泵司机

1

砼输送速度：

空压机的操作

3

装载机司机

1

给配料机供应砂石料

4

测试工

1

砼试块制作，地材取样及各种地材原材料现场试验

5

杂工

6

输送管路拆装，加减水剂，铲耙未拌匀的砼

钢筋制作劳动力布置表6

序号

分工

人数

主要工作内容

1

钢筋工

6

钢筋骨架制作、运输、就位及以单位件的焊接接长

2

测试工

1

钢筋焊接接头、原材料取样试验

以上表表表均为一个工班，该工程共用9台钻机，共配备18个钻机组工班，2个拌和组工班，2个钢筋组工班。

另配备机械修理2名，负责对机械的维修保养，电工2名，定期检查电缆、电器等设备情况。

值班测试工每天参加施技科招开的工程例会。

桩位的测量放样，由项目部测量班负责。

4．2机械设备

机械设备表表7

序号

名称规格称号

单位

数量

序号

名称规格型号

单位

数量

1

2

2

4

5

6

7

配料机PLD800

拌和机JS500

输送泵BHT60A

发电机120KW

空压机

电焊机BXI-500

切割机

台

台

台

台

台

台

台

1

1

1

2

1

8

2

8

9

10

11

12

13

14

GPS-15钻机

GPS-201钻机

吊车20t

浮吊10t

泥浆船60m3

振动锤DZ37

泥浆泵3PN

台

台

台

台

艘

台

台

5

4

1

1

5

1

9

4．3单桩钻孔成桩周期

单桩钻孔成桩周期表表8

序号

主要工作内容

工作时间（h）

1

2

3

4

5

6

7

8

钻机就位

钻进

第一次清孔

拆除钻杆

焊接钢筋骨架

吊放导管

第二次清孔

灌注水下砼

6

48

4

2

20

2

4

6

合计

92

5、安全质量保正措施

5．1安全措施

5．1．1该工程为群桩支承的低承台基础，负孔达7m之多，成桩钻机移位后，设置明显标志；防止人、物落入孔中。

5．1．2定期检查各种线路穿管、架杆是否布置合理、有序。

未经允许，任何人不得挪动电源、开关等。

5．1，3水中作业平台设置明显标志，周围设立警戒线，防止过往船（上接52页）往船只和施工用泥浆船碰撞。

5。

2质量保证措施

5．2．1原材料质量控制

钢材、地材现场取样，报质检部门做试

验，合格后方可使用。

5．2．2施工过程质量控制

5．2．2。

1上部软土层较厚，护筒沉埋到位，钻孑L时，要保持足够高的水头，低速、低进尺减压钻进，防止钻孔和灌注过程中淤泥层缩孔。

5．2．2．2泥浆性能指标测设结果可靠，外加剂掺加及时，为整个钻孔过程中提供优质泥浆创造条件。

5．2．2．3钻孔和灌注过程中，遇到质量事故及时报告，及时处理，防止拖延时间，造成更大事故。

5．2．2．4隐蔽工程工序严密，上道工序不合格，下道工序杜绝开工。

参考文献

1、中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。

中华人民共和国交通部发布

2、公路工程手册．《桥涵》（上册）．人民交通出版社

3、石振华．《桩基工程手册》。

中国建筑工业出版社