桥梁桩基工艺试验最终1.docx
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桥梁桩基工艺试验最终1
新建汉宜高速铁路HYZQ6标
玛瑙河特大桥（DK267+068.345）桩基
工艺性试验作业指导书
中国葛洲坝集团股份有限公司
汉宜铁路项目经理部六分部
二00八年十一月
玛瑙河特大桥桩基工艺试验作业指导书
1.试验目的
根据设计及验收标准，施工前应进行工艺性试验，通过试验确定相关施工参数以指导我区段内所有桥梁钻孔桩施工。
（1）通过试验核实地质情况；
（2）通过试验确定不同钻机对不同地质条件的适应性；
（3）通过试验确定相关设备的组合模式及配备数量；
（4）通过试验确定旋挖钻机扭矩、钻进速度、泥浆配合比及性能指标、清孔方法、检孔器长度等钻进工艺参数；
（5）通过试验确定水下砼坍落度损失率及运输距离（时间）之关系；
（6）通过试验确定各种异常情况的处理与预防措施。
2.试验地点
根据玛瑙河特大桥地质情况分析，选定最有代表性的地质区域为工艺性试桩点。
在DK267+068.345桩号进行一根工艺性试桩，时间2008年11月25日到2008年12月22日。
试桩位置见图：
3.试桩技术参数
试桩孔径：
φ125cm；试桩地面高程：
71.308；试桩桩底高程：
33.650；桩顶高程：
68.650；桩长：
35m，试桩根数：
1根；钢筋笼按照25#墩桩基设计尺寸进行下料加工制作，钢筋笼长度：
18m；保护层厚度8cm。
4.试验时间
于2008年11月25日开始实施试验工作，至2008年12月23日完成现场试验工作，待达到一定强度后组织相关检验工作（桩基无损检测），及时完成相关总结报告以指导大面积施工。
5.施工配合比
5.1砼配合比
砼标号：
C30砼，塌落度：
18~22cm；
监理工程师已批复用于桩基混凝土施工配合比如下：
水胶比
水泥
（kg）
粉煤灰
（kg）
水
（kg）
砂
kg）
石
（kg）
外加剂（kg）
0.43
315
79
168
772
1066
3.94
胶材：
葛洲坝水泥P.O42.5
粉煤灰：
荆门晟海科技有限公司
外加剂：
上海三瑞VIVID500高效减水剂
砂：
洞庭湖中砂
石：
龙泉碎石
5.2首批砼最少用量计算：
根据规范要求，导管底口到孔底0.3~0.4m，首批混凝土导管埋深应满足1~3m以上；
因此，首批需要混凝土面至孔底高度=导管埋深（2m）+导管底至孔底高度（取大值0.4m）=2.4m。
首批混凝土用量=首批需要混凝土面至孔底高度×πr2=2.4m×3.1415×0.6252=2.94m3。
5.3试桩灌注砼量计算：
为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌一定高度，一般不宜小于0.5m，加灌高度取最小值为0.5m，以此确定混凝土最终灌注高度为35.5m。
试桩混凝土量=灌注高度×πr2=35.5m×3.1415×0.6252=43.6m3。
砼浇筑时间：
不得超过6小时并中间停留间隔时间不得大于30分钟。
6．施工工艺
6.1作业方法及要求
1）场地平整放线定位
施工准备工作完毕后即可进行试桩场地检平，测量放线并标出钻孔的孔位置。
记录员须记录现场平标高，孔位平面位置坐标。
2）埋设护筒
（1）护筒埋设采用压入法，回旋钻护筒内径比钻头大20cm,护筒埋置深度符合下列规定：
黏性土不小于1m，砂类土不小于2m。
底部埋置在地下水位或河床以下到1.5m的稳定土层中，同时高出地面0.5m，记录护筒的埋置深度与高出地面高度。
（2）护筒埋设应准确、稳定。
埋设过程中对护筒的垂直度和中心位置进行量测并作记录，保证垂直度和中心偏差在允许值范围内。
护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，垂直度偏差不允许大于1%。
3）开挖泥浆池，选择和备足良好的造浆粘土或膨润土，造浆量为2倍的桩的混凝土体积，泥浆比重可根据钻进不同地层及时进行调整。
泥浆性能指标如下：
泥浆比重：
正循环旋转钻机、冲击钻机使用管形钻头钻孔时，人孔泥浆比重为1.1-1.3;冲击钻机使用实心钻头钻孔时，孔底泥浆比重砂粘土不宜大于1.3，大漂石、卵石层不宜大于1.4，岩石不宜大于1.2。
反循环旋转钻机入孔泥浆比重可为1.05-1.15。
粘度：
一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。
含砂率：
新制泥浆不大于4%。
胶体率：
不小于95%。
PH值：
大于6.5。
可通过试验在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等。
4）钻机就位
本工程需采用的钻机为旋挖钻机，钻机就位过程需对钻机的钻杆垂直度进行量测并记录，以保证钻杆垂直为止。
旋挖钻机：
立好钻架并调整和安设好起吊系统，将钻头吊起，徐徐放进护筒内。
启动卷扬机把钻盘吊起，垫方木于钻盘底座下面，将钻机调平并对准钻孔，安装钻盘，要求钻盘中心与钻架上的起吊滑轮在一铅垂线上，钻杆位置偏差不大于2cm。
回旋钻机在开始钻孔时,应低档慢速，在钻至护筒以下1米时再以正常速度钻进。
在钻进过程中随时检查钻碴以复核图纸地质情况,并根据不同的地层情况调整泥浆比重及进尺速度。
钻孔时对成孔的孔位、孔深、孔径及倾斜度等各项指标进行随时检查,及时调整。
5）钻孔施工
（1）钻孔工艺
根据本工区的地质和地下水条件，可分别采用静态泥浆护壁钻斗工艺和干土直接取土工艺法进行施钻。
主要以宇通YTR230旋挖钻机成孔，现场视地质情况来确定转换成冲击钻成孔。
（2）钻孔施工
A、钻孔过程中，每遇到地质情况变化时均需对地质情况进行描述并记录地层厚度，同时记录钻孔深度。
B、钻孔过程中，每遇到地质情况变化时均需对钻机扭矩及钻进速度进行记录，记录转换冲击钻时的地质情况、深度。
C、钻孔前对泥浆配比进行记录，配比中掺加剂的用量，要先进行试配，检验配合液的各项性能指标是否符合不同地层下泥浆的性能指标要求；钻孔过程中，测定并记录泥浆指标并确定其性能是否适合于地基条件和施工条件。
（3）钻孔过程中注意事项
A.防止坍孔：
坍孔的表现特征是孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。
原因如下：
泥浆比重不够或泥浆其他性能不符合要求，使孔壁未形成坚实的泥皮，孔壁渗漏。
孔内水头高度不足，支持孔壁压力不够。
护筒埋设太浅，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿受软或钻机装置在护筒上由于振动使孔口坍塌、扩展或较大坍孔。
在松软砂层中钻进，进尺太快。
提住钻头钻进，旋转速度过快，空转时间太长。
清孔后泥浆比重、粘度等指标降低，反循环清孔，泥浆吸出后未及时补浆。
起落钻头时碰撞孔壁。
预防及处理原则：
保证钻孔时泥浆质量的各项指标满足规范要求。
保证钻孔时有足够的水头高度，在不同土层中选用不同的转速和进尺。
起落钻头时对准钻孔中心插入。
回填砂和粘土的混合物到塌孔处以上1~2米重钻。
B.防止钻孔偏斜和缩孔：
偏斜缩孔的原因
钻孔中遇有较大的孤石或探头石，扩孔较大处钻头摆动偏向一方。
在有倾斜度的软硬地层交界处，岩石倾斜处钻进或者粒径大小悬殊的砂夹卵石中钻进，钻头受力不均。
钻杆刚度不够，钻杆弯曲接不正，钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷。
在软地层中钻进过快，水头压力差小。
预防和处理
安装钻机时使底座水平，起重滑轮、钻头中心和孔位中心三者在一条垂直直线上，并经常检查校正。
在有倾斜的软硬地层钻进时，采取减压低速钻进。
钻杆、接头逐个检查，及时调整。
遇有斜孔、偏孔时，用检孔器检查探明孔偏斜和缩孔的位置情况，在偏孔、缩孔处上下反复扫孔。
偏孔、缩孔严重时回填粘土重钻。
C.防止孔中掉钻
掉钻主要原因：
钻进时强提强扭、钻杆接头不良或疲劳破坏易使钻头掉入孔中另外由于操作不当，也易使孔上铁件等杂物掉入孔内。
预防和处理：
小铁件可用磁铁打捞。
钻头的打捞应视具体情况而定，主要采用打捞叉、打捞钩、打捞活套、偏钩和钻锥平钩等器具。
在钻孔过程中除以上几种主要事故外，还须注意防止糊钻扩孔、偏孔、卡钻、钻杆折断、钻孔漏浆等。
6）成孔检查
钻孔灌注桩在钻孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。
（1）孔径和孔形检测
孔径检测是在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行的。
试桩孔达到设计高程后，停止钻进，然后量测试桩孔的孔径并记录，保证试桩孔的孔径符合设计要求。
孔形检查过程中对孔壁形状及孔壁塌落段进行描述，并记录塌落块的厚度。
孔径检测是在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行的，是根据桩径制做笼式井径器入孔检测，笼式井径器用φ8和φ12的钢筋制作，其外径等于钢筋笼直径加100毫米，但不得大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的4倍。
其长度与孔径的比值选择，可根据钻机的性能及土层的具体情况而定。
检测时，将井径器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径。
（2）孔深和孔底沉渣检测
孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。
检测过程中用钢尺对测锤绳测量，保持测锤绳不变形或变形度在允许范围内。
孔深及孔底沉渣必须多次测量，并对测量数据进行记录，然后根据多次测量数据对孔底进行相应的处理。
孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。
测锤一般采用锥形锤，锤底直径13cm～15cm，高20～22cm，质量4kg～6kg。
测绳必须经检校过的钢尺进行校核。
（3）成孔竖直度检测
成孔竖直度检测拟采用井径检测仪检查，多次进行检查并记录，最后取平均值必须满足施工规范要求。
（4）检查验收情况
对检查及验收过程进行记录。
7）第一次清孔
当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，即可进行第一次清孔。
清孔过程中记录清孔施工方法。
工艺试桩清孔方法有抽渣法、换浆法、吸泥法等。
当采用抽渣法清孔，在抽渣时应及时向也内加注清水或新鲜泥浆，保持孔内水位。
每次抽渣完成后均需孔底沉碴（虚土）厚度、泥浆液中含钻碴量和孔壁垢厚度进行记录，直至达到质量要求和设计要求，为水下混凝土灌注创造良好的条件。
严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。
清孔达到以下标准：
孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。
8）钢筋笼加工及吊放
（1）钢筋骨架制作：
钢筋笼骨架在制作场内采用胎具成型法分节制作，用槽钢和钢板焊成组合胎具。
将加劲箍筋就位于每道胎具的同侧，按胎模的凹槽摆焊主筋和箍筋，全部焊完后，拆下上横梁、立梁，滚出钢筋骨架，然后吊起骨架搁于支架上，套入盘筋，按设计位置布置好螺旋筋并绑扎于主筋上，点焊牢固。
根据客运专线施工要求，按照设计图纸布设接地钢筋。
（2）钢筋骨架保护层的设置
焊接钢筋“耳环”：
钢筋“耳环”用断头钢筋（与主筋同等）弯制而成，长度不小于47cm，高度6cm，焊在骨架主筋外侧。
沿钻孔竖向每隔2米设置一道，每道沿圆周对称的设置4个“耳环”。
（3）钢筋骨架的存放、运输与现场吊装
①钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。
存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的木方，以免受潮或沾上泥土。
每组骨架的各节段要排好次序，挂上标志牌，便于使用时按顺序装车运出。
钢筋骨架在转运至墩位的过程中必须保证骨架不变形。
采用汽车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高度相等。
②钢筋笼入孔时，由吊车吊装。
在安装钢筋笼时，采用两点起吊。
第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分之一点之间。
应采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。
吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。
若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。
严禁高提猛落和强制下放。
第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进工字钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，连接采用挤压套筒连接。
连接时上、下主筋位置对正，保持钢筋笼上下轴线一致：
先连接一个方向的两根接头，然后稍提起，以使上下节钢筋笼在自重作用下垂直，再连接其它所有的接头，接头位置必须按50％接头数量错开至少20d连接。
接头焊好后，骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。
如此循环，使骨架下至设计标高。
骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，钢筋笼的定位采用螺纹钢筋悬挂在钢护筒上。
钢筋笼中心与桩的设计中心位置对正，反复核对无误后再焊接定位于钢护筒上，完成钢筋笼的安装。
钢筋笼定位后，在6h内浇注混凝土，防止坍孔。
④钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法应符合下表的规定。
钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法
序号
项目
允许偏差
检验方法
1
钢筋骨架在承台底以下长度
±100mm
尺量检查
2
钢筋骨架直径
±10mm
3
主钢筋间距
±10mm0.5d
尺量检查不少于5处
4
加强筋间距
±20mm
5
箍筋间距或螺旋筋间距
±20mm
6
钢筋骨架垂直度
1%
吊线尺量检查
注：
d为钢筋直径，单位：
mm
9）下设浇筑导管
钢筋笼下吊安装完成后即可下设浇筑导管，导管在使用前应进行试拼和试压，按自下而上顺序编号和标示尺度；下设导管过程中每隔一段对导管长度进行测量并记录，直至导管下设至设计位置。
下设导管的同时对孔壁及钢筋笼情况进行描述，并记录下设时间，如发现异常情况立即停止下放导管，采取处理措施。
10）第二次清孔
灌注前，对孔底沉渣厚度再进行一次测定，如厚度超过规定，应进行排渣处理，采用抽渣法排渣，最后测定沉渣厚度合格后立即灌注首批混凝土。
11）混凝土的运输
混凝土全部采用有搅拌混凝土罐车运输。
运输时间均不大于45min，且坍落度45min损失不大于10%。
对混凝土拌合物除严格按拌合技术要求进行拌合外，必须严格按规定进行拌合物的坍落度、扩展度、含气量、泌水率检验，并控制在规定的技术指标范围内，以保证混凝土质量的连续稳定。
浇注前应进行含气量测试，并控制在2-4%。
混凝土的浇注前温度为10-30℃，混凝土浇注时应该连续浇注，中间停顿间隔时间不允许超过30分钟。
12）灌注水下混凝土
导管使用前，应进行接长密闭试验，下导管时应防止碰撞钢筋笼。
检测混凝土进入漏斗时的坍落度。
记录浇筑速度，对混凝土的初凝时间进行记录，保证灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间完成。
灌注首批水下混凝土时须记录首批混凝土的数量，使其达到一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出。
随时探测并记录钢护筒顶面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制导管埋入深度和桩顶标高。
记录导管下口埋入混凝土的深度及拔管速度。
在混凝土灌注过程中，观察导管内混凝土下降和井孔水位上升，并记录时间，及时测量复核孔内混凝土面高度及导管埋入混凝土的深度，做好详细的混凝土施工灌注记录，正确指挥导管的提升和拆除。
探测时必须仔细，同时以灌入的混凝土数量校对，防止错误。
当导管提升到法兰接头露出孔口以上一定高度，可拆除1节或2节导管（视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定）。
拆除导管动作要快，记录拆装时间，一次时间拆装不宜过长。
7.异常情况处理与预防措施
7.1异常情况
桩基施工过程中可能出现的异常情况有：
坍孔、卡钻、漏浆，卡管、堵管及钢筋笼上浮等。
7.2异常情况预防与处理记录
（1）坍孔：
钻孔过程中，若发生坍孔应查明原因和位置，进行分析处理并记录。
（2）卡钻：
钻孔过程中，若发生卡钻应详细记录卡钻位置（孔深）、地层岩性以及分析卡钻的原因，同时认真检查机械的完好性。
钻头提起后，对清孔后的孔深做一记录。
（3）钻进漏浆：
钻孔过程中认真检测泥浆的浓度，当地层岩性每变化一次时对泥浆的浓度做一记录。
（4）卡管：
详细描述水下混凝土浇筑条件，浇筑前及浇筑过程均需对混凝土塌落度、和易性和浇筑速度进行记录。
（5）堵管：
分析堵管原因和部位，查对记录，确认管底位置和埋深；混凝土浇筑速度及导管提拔速度均需做一记录。
（6）钢筋笼上浮：
混凝土浇筑过程随时对筋笼的孔口高程、混凝土浇筑速度及导管提拔速度做一记录。
8．成桩检测
进行成桩工艺性试验后计算分析确定了各项施工工艺参数，桩身砼强度达到要求后应进行桩身混凝土无损检测。
根据规范与设计要求，本工区为摩擦桩基应采用低应变反射波法检测。
低变检测采用瞬态激振时域频域法。
该方法是建立在一维杆波动理论的基本原理上，待桩基等价为一细长的杆，当横截面积为A，杨氏模量为E，质量密度为ρ的均质弹性体桩受到一纵向锤击力时，由平衡关系及虎克定律可得桩的纵向运动方程：
δ2u/δt2-c2×δ2u/δx2=0（式中c=E/ρ,为沿桩身传播的纵波速）
工作中采用小能量锤对桩顶进行锤击，激发弹性波，弹性波沿桩身向下传播，当不当遇到波阻抗界面（桩底、桩身缺陷、桩身几何面积变化）时，产生反射和透射，由安装在桩顶的速度或加速度传感器接收来自桩身的反射波信号，对反射波信号进行时域和频域分析，对桩身的完整性进行评价。
评价标准依据规程规定进行。
9.工艺性试桩数据分析整理
试验成功后及时将原始记录数据进行整理分析，形成书面成果报告，报监理工程师审批后指导钻孔桩的全面施工。
通过对原始记录数据进行事理分析，明确施工进度对设备选型、设备数量、人员组织的要求；明确不同设备选型在不同地质情况下的工效；明确成孔质量对泥浆性能参数的要求；明确桩身水下混凝土强度对其配合比的指导作用。
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