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2.5～2.85m，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
起重船及定位船抛锚定位
沉放起始平台钢管桩、形成起始平台
安装定位导向架
精确安装悬臂式定位导向架
沉放第一排钢护筒及护筒间连接
悬臂式定位导向架制作
钢护筒制作、运输
导向架前移及精确定位
沉放下一排钢护筒及护筒间连接
搭设下游侧施工平台
钻孔桩施工
定位船改造
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
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。
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