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
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
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