超长超大直径钻孔灌注桩施工工法最终.docx
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超长超大直径钻孔灌注桩施工工法最终
超长、超大直径钻孔灌注桩施工工法
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～2.85m，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
图钻孔桩施工流程图
4、桩底后压浆流程
施工准备
注浆管安装
钻孔桩砼浇筑
注浆管开塞
洗孔、初注
控制注浆压力和注浆量，记录最大压力和单管最终注浆量
效果检查
图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。
钻机主要性能参数表表
钻机型号
GDY400、GF350、ZSD300
最大钻孔口径（m）
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）：
泥浆性能指标一览表表
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）
≤
≤
≤
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（㎜）
＜
＜2
＜
钢尺
胶体率（％）
100
≥96
≥98
量筒
含砂量（％）
＜
＜
＜
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～0.8m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中的要求：
表
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
≤
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）。
不同地层钻进参数表表
地层
钻压（KN）
转数（rpm）
钻速（m/h）
护筒内钻进
≤
密实粉细砂层
100～150
10～15
～
软塑亚粘土层
100～120
10～15
1～2
密实中粗砂层
150～300
5～10
～
护筒底口地层
＜100
5～10
～
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～；
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%，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～0.8m，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～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，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，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
台
2
4
龙门吊
800KN
台
2
5
龙门吊
20OKN
台
2
6
桅杆吊
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。
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