厦漳跨海大桥主桥钻孔桩施工方案.docx
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厦漳跨海大桥主桥钻孔桩施工方案
主桥钻孔灌注桩施工方案
1、概述
1.1、工程概述
北汊主桥为95m+230m+780m＋230m＋95m的连续半飘浮体系双塔双索面斜拉桥，桥跨布置见图1.1-1。
本标段主桥为北汊主桥南半桥，布置形式为780m×1/2＋230m＋95m，其中下部结构包括BZP4号索塔墩、BZP5号辅助墩和BZP6号过渡墩。
图1.1-1北汊主桥桥跨布置图
1.2、工程概况
1.2.1、钻孔桩技术参数
1）BZP4号墩钻孔灌注桩均为变径端承桩，其承台底标高为-2.8m，桩顶标高按深入承台底面以上15cm进行控制；永久钢护筒内径为3.0m，壁厚25mm，底标高为-33.8m，钢护筒参与结构受力；桩基混凝土采用C35水下海工混凝土。
钻孔灌注桩技术参数见表1.2-1。
表1.2-1BZP4号墩钻孔灌注桩基础技术参数表
编号
数量
桩径（m）
桩底标高（m）
桩长（m）
A1
1
3～2.5
-65.8
63
A2
1
3～2.5
-60.8
58
A3
1
3～2.5
-53.8
51
A4
1
3～2.5
-51.8
49
A5
1
3～2.5
-48.8
46
B1
1
3～2.5
-60.8
58
B2
1
3～2.5
-58.8
56
B3
1
3～2.5
-51.8
49
B4
1
3～2.5
-48.8
46
C1
1
3～2.5
-58.8
56
C2
1
3～2.5
-53.8
51
C3
1
3～2.5
-51.8
49
C4
1
3～2.5
-48.8
46
C5
1
3～2.5
-48.8
46
D1
1
3～2.5
-60.8
58
D2
1
3～2.5
-53.8
51
D3
1
3～2.5
-51.8
49
D4
1
3～2.5
-48.8
46
E1
1
3～2.5
-60.8
58
E2
1
3～2.5
-56.8
54
E3
1
3～2.5
-53.8
51
E4
1
3～2.5
-48.8
46
F1
1
3～2.5
-65.8
63
F2
1
3～2.5
-63.8
61
F3
1
3～2.5
-63.8
61
F4
1
3～2.5
-58.8
56
F5
1
3～2.5
-56.8
54
G1
1
3～2.5
-63.8
61
G2
1
3～2.5
-60.8
58
G3
1
3～2.5
-60.8
58
G4
1
3～2.5
-58.8
56
H1
1
3～2.5
-60.8
58
H2
1
3～2.5
-56.8
54
H3
1
3～2.5
-53.8
51
H4
1
3～2.5
-51.8
49
H5
1
3～2.5
-51.8
49
2）BZP5号辅助墩和BZP6号过渡墩钻孔灌注桩均为Ф2.2～1.8m变径桩，其承台底标高为-2.0m，桩顶标高按深入承台底面以上10cm进行控制；桩基混凝土采用C35水下海工混凝土。
钻孔灌注桩技术参数见表1.2-2。
表1.2-2过渡墩、辅助墩钻孔灌注桩基础技术参数表
墩号
数量
桩径（m）
桩底标高（m）
桩长（m）
持力类型
BZP6
12
2.2～1.8
-83
81
端承桩
BZP5
12
2.2～1.8
-92
90
摩擦桩
1.2.2、钻孔桩桩位布置
1）BZP4号墩桩位布置见图1.2-1。
图1.2-1BZP4号墩钻孔桩桩位布置图
2）BZP5号辅助墩和BZP6号过渡墩桩位布置见图1.2-2。
图1.2-2BZP5号、BZP6号墩钻孔桩桩位布置图
1.2.3、桥位地质概况
北汊主桥段（K2+365～K3+795）土体层厚度20～40m，岩体以花岗岩为主，穿插有辉绿岩和正长岩岩脉，岩体差异风化现象明显，强风化带厚度普遍较大，弱、微风化面起伏很大，地质条件较为复杂。
主跨以南段，第四纪地层组合较简单，中、上部以粘性土为主，下部连续分布有中密～密实状砂砾石层；岩体面总体上由北往南变浅，岩体风化差异较明显，残积层基本缺失；全风化层厚度一般为2～7m；强风化层厚度多位10～20ｍ、局部超过50m；弱风化层厚度一般在1～10m间；微风化面起伏也很大。
全风化层（⑦1）压缩性中等、承载力较低、工程性能较差；砂粒状强风化层（⑦2）压缩性中等偏低、承载力一般、工程性能一般，其内有较多大小不等的弱～微风化残余体，均匀性差；碎块状强风化层（⑦3）承载力较高、压缩性低、工程性能较好，其均匀性优于砂粒状强风化层；弱风化层（⑦4）承载力高、以弹性变形为主、工程性能优于碎块状强风化层，但由于其内存在较多风化裂隙，岩块强度相差较大；
本标段岩土层设计主要参数建议值如表1.2-3所示。
表1.2-3岩土层计参数建议值
层号
岩土
名称
内摩擦角标准值
φk
（度）
粘聚力标准值
Ck
（Kpa）
压缩
模量
ES
（MPa）
变形
模量
E0
（MPa）
承载力
基本
容许值
[σ0]
（kPa）
钻孔桩
桩侧土
摩阻力
标准值Τ
（kPa）
饱和抗压强度
frc
（MPa）
土的
侧压力
系数
ξ
③1
淤泥
5
10
1.5
40
0.80
③4
中砂
30
0
4
150
35
0.40
④1
淤泥
5
15
2
50
10
0.75
④2
粘土及亚粘土
5
20
3
140
35
0.60
④3
粘土及亚粘土
10
37
5
250
45
0.50
④4
粉砂
28
3
6
100
35
0.43
④5
细砂
30
1
6
200
40
0.43
④6
中砂
32
0
6
330
50
0.40
④7
粗砂
35
0
12
370
80
0.40
⑤3
中砂
35
0
15
350
85
0.40
⑤4
粗砂
38
0
15
400
90
0.40
⑤5
砾砂
40
0
20
450
100
0.40
⑤6
圆砾土
42
0
30
500
120
0.35
⑥2
残积亚粘土
20
28
15～20
220
45
0.40
⑦1
全风化花岗岩
25
24
20～50
350
50
0.35
⑦2
砂砾状强风化
花岗岩
30
20
50～500
500
70
0.30
⑦3
碎块状强风化
花岗岩
1500
800
200
25
⑦4
弱风化花岗岩
15000
2000
600
33
⑦5
微风化花岗岩
40000
4000
124
1.2.4、气象水文条件
1）气象条件
本标段地处欧亚大陆的东南缘，背山面海，是典型的南亚热带海洋性季风气候，受季风的影响十分明显。
冬季厦门受欧亚极地下来的干、冷气团控制，多吹东北到偏东风，气温较低，温度较小，雨量稀少。
夏季主要受热带和副热带暖气团的控制，多吹西南到偏南风，气温较高，雨量较多，降水强度也较大。
一些主要的灾害性天气多发生在这个季节里，如：
冰雹、强雷暴、龙卷风、大暴雨、浓雾、台风等。
特别是历年三月到六月份这段时间内灾害性天气特别频繁。
二月份平均温度最低，为12.4℃，七月份最高，为28.5℃。
日最高气温≥35℃的日数平均每年出现8天。
年平均气温20.9℃，极端最高气温38.5℃，极端最低气温2.0℃。
降水主要分布在每年的4～8月，占全年总降水量的67%。
全年日降水量≥25mm的降水日数平均13.6d。
本标段地处地处我国东南部季风区，位于厦门岛西南部，纵跨九龙江入海口，在海沧大桥西南侧。
该区域主导风向为东北，次之为东南。
9月到翌年4月多东北风，为沿海大风季节，平均风力3～4级，最大8～9级。
7～9月为台风季节，风力可达7～10级，最大达12级以上。
根据资料统计52年中热带气旋共出现344个，平均每年6.7次，最多达14次，最大风速≥24.5m/s共出现212次，平均每年为4.2次。
全年以3～4月雾日最多，月平均雾日5.4天；多年平均雾日数22天。
2）气象条件
本标段地处福建省九龙江入海口附近，为腹大口小的倒罐状溺谷河口湾，桥位处海沧与海门岛之间海域宽度约5km，海底地形较平缓，海水深度约1.95～8.40m，海门岛与南岸之间海域宽度约420m，海底地形起伏较大，水深可达8～15m。
涨潮时，潮流向上逆至石码，退潮时，江水随潮水进入厦门港。
①、潮汐性质
桥区所在海域属于正规半日潮流型。
②、潮位特征
桥区历年最高高潮位4.511m（1933年10月22日）；最低低潮位-3.209m（1921年2月24日）；平均高潮位2.411m；平均低潮位-1.579m；平均潮差3.99m；最大潮差6.92m（1933年10月22日）；最小潮差0.99m。
③、潮流
桥区属正规半潮流区，呈往复流特征，涨潮时外海水向西溯江而上，落潮时则向东顺江流出，主流向与深槽等深线平行。
潮流流速具有大潮大于小潮，表层大于底层的规律，一般情况下，落潮流大于涨潮流，口门附近最大流速可达2m/s以上。
根据1999年12月24—25日间的实测资料统计，位于海门岛深槽的观测站的实测流速最大，实测的涨潮流最大流速1.79m/s；实测最大落潮流1.7m/s。
1.2.5、钻孔桩施工特点及难点
1）桥址位于台风多发区域，极易受台风的影响，将对工程建设的组织和安全带来不利的因素，增大工程建设施工的难度。
2）北汊海域3个标段同时施工，水上施工船舶及栈桥行驶车辆众多，交通组织管理难度大。
3）BZP4号墩桩基础钢护筒参与结构受力，单根护筒长31.15m，重58t，整节下沉；而桥区所在海域属于正规半日潮流型，平均高潮位+2.411m；根据施工要求及现场情况，对设备选型及施工进度带来一定困难。
4）主桥基础均采用海中钻孔灌注桩，端承桩要求桩底进入弱风化花岗岩层深度为4m，进入微风化花岗岩层深度不小于1m；摩擦桩按照设计要求的桩底标高，一般情况下，不得高于设计桩底标高，并且根据施工地质详勘与实际地质情况进行对比，如有不符，则应通知设计单位，以增加桩长。
因此钻孔灌注桩对钻机的性能及钻孔操作等施工技术和工程管理方面都提出了更高的要求。
5）桥区地质条件复杂，弱、微风化岩面起伏较大，岩石强度高；桩基嵌岩深度大，对钻机性能要求较高。
1.2.6、总体施工方案
主桥BZP4号墩钻孔灌注桩基础施工：
搭设施工平台；选用反循环冲击钻机和气举反循环回旋钻机进行钻进成孔，钻进过程中采用优质PHP泥浆护壁；混凝土为C35水下海工混凝土，由甲方供应。
过渡墩、辅助墩钻孔灌注桩基础施工：
选用气举反循环回旋钻机进行钻进成孔，钻进过程中采用优质PHP泥浆护壁；混凝土为C35水下海工混凝土，由甲方供应。
1.2.7、总体施工部署
主桥BZP4号墩拟投入3台气举反循环回旋钻机和6台反循环冲击钻机，钻孔灌注桩计划工期为2009年8月1日～2010年5月31日，共10个月；BZP5号辅助墩和BZP6号过渡墩拟投入3台气举反循环回旋钻机，钻孔灌注桩计划工期为2009年9月1日～2010年7月31日，共11个月。
钻孔施工顺序安排原则：
根据设计要求和基于钻孔安全考虑，相邻两根桩基不得同时成孔或灌注混凝土；相邻桩位灌注混凝土后，强度达到5Mpa以上才能开孔，以免扰动孔壁，发生串孔、断桩事故。
根据以上原则，BZP4号墩钻孔顺序布置图见图1.2-3，BZP5号辅助墩和BZP6号过渡墩钻孔顺序布置图见图1.2-4。
说明：
其中字母A~F分别表示6台钻机，数字1~6分别表示单台钻机的钻孔次序。
图1.2-3BZP4号墩钻孔顺序示意图
说明：
其中字母A、B分别表示2台回旋钻机，数字1~6分别表示单台钻机的钻孔次序。
图1.2-3过渡墩、辅助墩钻孔顺序示意图
2、钻孔灌注桩施工工艺流程
施工工艺流程见图2-1。
图2-1钻孔灌注桩施工工艺流程图
3、施工方法
3.1、施工准备
3.1.1、生产场地及机械准备
平台搭设、钻孔施工前，生产场地、设施及机械设备方面需要作好以下工作：
1）联系甲供混凝土搅拌站系统的建设和试运行；
2）钻孔桩钢筋笼生产区的布置和建设；
3）生产场地、施工场地的规划与处理；
4）施工机械设备的维修调试。
3.1.2、施工运输
主桥（BZP）桩基施工材料的运输：
钢管桩、主横梁、钢护筒等大型构件通过海上400t驳船运输，小型构件、吊车、混凝土等通过栈桥由平板车运输。
3.2、施工平台施工
3.2.1、施工平台设计
1）主桥BZP4#墩搭设施工平台。
主墩施工平台由起始平台平台、护筒区平台、行车道平台和下游生活平台组成。
起始平台、行车道平台主要用于履带吊作业、混凝土罐车运送混凝土等，下游生活平台主要用于材料堆放、生活设施布置等；护筒区平台主要用于沉放护筒、钻机作业及材料堆放等。
平台顶面依据设计标高，根据实测栈桥标高，在桩顶位置进行调节。
主墩施工平台长71m，宽42m。
平台基础由10根φ600x8、55根φ800x10、20根φ1200x12钢管桩组成。
平联采用φ800x10、φ600x6及2[40a等几种形式。
梁系布置由下而上依次为2HN600*200（3HN600*200）主横梁、贝雷梁、I25a横向分配梁。
桥面系由间距25cm的I12.6次梁及6mm厚花纹钢板面层组成。
平台中对需要防腐的钢结构采用人工除锈，并采取防腐措施（红丹防锈漆或沥青漆两道）。
平台施工完成后对作业区、堆放区、生活区和车辆行驶区进行标识，并对每个区的设计荷载要做标识牌标识。
钻孔平台平面布置见图3.1-1。
图2.1钻孔平台平面图
2）过渡墩、辅助墩共搭设一个施工平台，周转使用。
平台基础由23根φ800x10钢管桩组成，平联采用φ600x6钢管桩，梁系布置由下而上依次为2HN600*200主横梁、贝雷梁、I25a横向分配梁。
钻孔平台平面布置见图3.1-2。
图3.1-2过渡墩、辅助墩钻孔平台平面布置图
3.2.2、施工平台施工
施工平台施工见《主桥BZP4#墩钻孔平台施工方案》和《过渡墩、辅助墩钻孔平台施工方案》。
3.3、钢护筒施工
主桥BZP4#墩钢护筒共36根，钢护筒底标高为－33.8米，顶标高为＋6.7米，每根钢护筒长40.5米，单根约重76吨。
每节钢护筒上节9.35米及加强箍材料材质为Q235－A，其余钢板材质为Q235－B钢板，钢板厚25mm。
护筒内径为Φ3.0米，下沉精度要求达到1/200，超过规范1/100的要求。
过渡墩、辅助墩钢护筒钢材选用国产符合GB/T1591-94要求的碳素钢Q235C,护筒直径按变径桩较大桩径加工，为2.4m，壁厚12mm。
护筒底标高为-23.00m，顶标高+6.5m，全长29.5m。
钢护筒分20m、9.5m两节加工、运输、施沉。
3.3.1、钢护筒加工要求
1）材料
钢护筒由钢板卷制拼焊而成，钢材材质符合设计要求。
Q235B、Q235C手工焊焊条采用J422焊条，埋弧自动焊焊丝采用H08MnA，焊剂采用HJ431。
钢材和焊接材料均应有质量保证书和出厂材质证明。
2）护筒制作
钢护筒在加工车间内加工成两节。
下节为永久钢护筒，在护筒底口加设护筒尖加强管套，板厚12mm，高60cm；上节为临时护筒，采用的钢材材质为Q235A。
加工完成后由400吨驳船运至施工现场。
钢护筒加工采用对接焊缝（单面焊双面成型焊缝），焊缝质量标准达到一级焊缝，相邻两条竖缝错开间距不小于1/3圆周。
3）钢护筒加工允许偏差
钢护筒体卷圆后，应用样板进行检查，在任何20°圆弧内，钢护筒的局部允许偏差为板厚的10%，最大偏差不得超过厚度的12%。
钢护筒体端面的倾斜度最大允许偏差为△f=3mm。
钢护筒纵轴线弯曲失高不大于护筒长的0.1%，并不得大于3cm。
主桥BZP4#墩钢护筒加工图见图3.3-1。
图3.3-1主桥BZP4#墩钢护筒加工图
3.3.2、钢护筒的防腐处理
1）涂装条件
①、空气相对湿度低于85%，被涂基体表面温度高于露点以上3℃，环境温度在5℃-40℃，有雨、雪、雾天气不能进行涂装作业；
②、喷涂作业应在清洁环境中进行，避免未干的涂层被灰尘污染；
③、漆膜在未干透前，应避免磨擦、撞击及雨水或其他液体等沾染，严禁踩踏；
④、涂装在钢护筒制造厂内进行，保证作业环境通风良好，确保安全施工。
⑤、作业环境内，严禁吸烟及其它明火作业，避免与其它高温热源接触；
2）涂装前准备工作
①、领取涂料时，要检查涂料的批号、生产日期、密封性，过期涂料坚决不用。
已打开包装的涂料，使用前要仔细检查，发现结块、变色、发白等变质现象，不能使用；
②、所用容器要无水、无油、无尘、无漆渣及其它杂物，不同涂料不能混用同一个容器；
③、涂装前先进行喷砂除锈，要求达到GB/T8923-88中Sa2.5级，喷砂后的钢材表面不应有可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈等附着物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑；喷砂结束后吹去钢护筒表面残存的灰尘；
④、除锈合格后立即进行第一道涂料的涂装，喷砂后的钢护筒严禁在未涂装前过夜。
3）施工方法
①、施工工艺：
喷砂除锈合格→施工前准备→喷涂底层漆→喷涂中间漆→验收合格→出厂。
②、水下区部位（按承台底至最大冲刷线以下1m，承台底至高程-19.0m）涂料防腐方案采用两道环氧重防护涂层，第一道涂层干膜厚度为400μm，第二道涂层干膜厚度为400μm，总厚度800μm。
③、每层涂装前，应对上道工序进行检查，上道工序不合格，不进行涂刷；
④、每种涂料的涂装间隔、表干、实干时间及熟化、配比等严格按厂家说明书施工。
如超过其最长间隔时间，则应将前一涂层用砂布打毛后再进行涂刷；
⑤、涂装过程中，应用湿膜测厚仪测定漆膜厚度，根据测得数据比较后及时调整涂刷速度，以确保干膜厚度；
⑥、涂装后，应对涂膜认真维护。
涂层在固化前，要避免被雨淋、曝晒、践踏或其它损伤；
4）质量检验
①、外观：
涂层厚度均匀，表现应均匀一致，无露底、流挂、气泡、粗粒、起皱、裂纹等缺陷；
②、厚度：
涂层自然干燥后，用无损磁性测厚仪检测厚度，按《漆膜厚度测定法》（GB1764）测定。
③、附着力的检查：
涂层完全固化后，根据涂层厚度分别采用切割线法或划格法对涂层进行附着力检验；
5）损伤处修复
对吊装、运输过程中涂层损伤处，按原工艺重新施工；损伤未及基体的部位，对损伤处手工打磨成斜坡后，按原工序施工，破损几层，修复几层，每层新老涂层搭接不少于30mm。
6）涂层的养护要求：
涂装完成后，要求7d以上的静置养护，方可进行吊装。
3.3.3、钢护筒施沉
钢护筒施沉施工见《主桥BZP4#墩钻孔平台施工方案》。
过渡墩、辅助墩钢护筒施沉工艺流程如下：
导向架安装定位→护筒入导向架→测量校核→振动下沉→过程纠偏→下沉到位。
钢护筒施沉及导向架示意见图3.3-2、3。
图3.3-2钢护筒导向架结构示意图
图3.3-3钢护筒下沉示意图
3.4、钻孔施工
3.4.1、钻机选型
索塔墩桩基桩径大、深度深、岩层强度高，岩面起伏高度大，成孔难度大，为保证成孔要求，钻孔选用气举反循环、冲击反循环工艺进行施工，钻机选型为3台ZDZ3000型气举反循环钻机配Φ2.50m刮刀钻头、滚刀钻头，由于桩基穿过地层存在10～20m不同程度的风化花岗岩，故另外配置6台YCJF-25型冲击钻，配11～13t冲击锤。
通过两种钻机对不同地层的适应性，结合各个孔位地质分层情况，来配置钻机。
钻机性能参数见表3.4-1和表3.4-2。
表3.4-1YCJF-25型钻机性能参数
设备型号
YCJF-25
设备台（套）数
6
最大钻孔直径（m）
2.5
最大钻孔深度（m）
70
最大提升能力（t）
15
外形尺寸（长×宽×高）
6.8m×2.8m×3.3m
移动方式
液压步标
配备钻杆（外径×壁厚）
159mm×6mm
循环方式
泵吸反循环（或正循环）
钻机总重量（t）
主机
19
钻具
11～13
钻机总功率（kw）
主机
75
循环系统
22
钻机形式
全液压冲击反循环钻机
注：
施工本工程中孔深≤70m的各种直径钻孔。
表3.4-2ZDZ3000型钻机性能参数
钻机型号
钻杆直径（mm）
最大成孔直径（mm）
成孔深度（m）
额定
扭距（KN.m）
功率（KW）
循环方式
提升
能力（t）
主机重
（t）
总重（t）
ZDZ3000
300
3500
200
200
180
气举
200
45
180
辅助BZP5墩和过渡BZP6墩下部基础均为12根直径1.8m～2.2m的变径钻孔灌注桩基础，BZP5墩桩长90m，BZP6墩桩长81m。
钻进过程中要穿过淤泥层、细砂层、粗砂层、卵石层、砾石层、最终到达持力层微风化花岗岩层。
钻机成孔采取ZDZ250大功率气举反循环回旋钻机。
回旋钻机性能见表3.4-3。
表3.4-3钻机性能表
钻机型号
ZDZ250
最大钻孔口径（m）
2.5
最大钻孔深度（m）
140
输出扭矩（KN·m）
≥200
最大提升能力（KN）
1500
最大钻速（rpm）
15
钻杆内径（mm）
≥300
配重（KN）
不小于300KN
循环方式
气举反循环
为了给钻机供气的压力和气量稳定，由气压罐直接为钻机供气。
设置2个空压站，配备20m3/min空压机共2台为其供气。
给钻机供气的管道布设于下层平台，并在一定距离设置排气阀，供钻机接用。
3.4.2、泥浆制备及循环
护壁泥浆在钻孔中非常重要。
回旋钻钻孔所用泥浆采用PHP高性能泥浆,其配合比通过试验室试配后确定。
主要原材料和外加剂用膨润土（冲击钻采用红粘土）、纯碱、羧钾基纤维素CMC,聚丙烯酰胺等在制浆池中用射流泵循环制浆,直至达到设计指标后备用；冲击钻钻孔所用泥浆采用羧钾基纤维素CMC加膨胀土制备。
选用高性能P.H.P泥浆，介绍如下：
泥浆全称聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆（简称P.H.P）。
它配制在泥浆里能使钻碴处于不分散的絮凝状态，易于清除去，从而保持泥浆的不分散低固相，低比重，高粘度的性能，泥浆的主要特点是：
1）能提高钻进速度，使泥浆的比重下降到1.03—1.08。
2）延长机械寿命。
3）孔径顺直：
泥浆钻孔由于它固相含量低，泥浆渗量少，有利孔壁的稳定，使孔壁顺直，扩孔率小。
4）有效防止孔漏和堵漏，泥浆比重低，低失水，所以在整个钻机过程中遇有渗漏性失水地层亦能充分发挥防漏堵漏的作用。
钻孔泥浆循环利用一个泥浆池和一个专用钢护筒作为沉渣池,过滤器组成。
泥浆循环过程为：
钻孔中-----振动筛----沉渣池-----护筒------钻孔中
旋流分离器
每个钻孔的泥浆经检验指标后如果各项指标合
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