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1、v1.0 可编辑可修改 11 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
2、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 PHF 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
3、工艺（一）、工艺流程v1.0 可编辑可修改 22 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 v1.0 可编辑可修改 33 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 测量放线 搭建水上钻孔平台 下导管 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 、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
4、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 3 容重（g/cm）1006 型泥浆比 重秤 粘度（s）22 25 20 25 18 22 粘度计 失水量（ml/30min）V 17 V 20 V 20 失水量仪 泥皮厚（伽）V V 2 V 钢尺 v1.0 可编辑可修改 99 胶体率（）100 96 98 量筒 含砂量（）V V V 含砂量测定仪 PH 值 810 810 810 试纸 b、泥浆循环 泥浆经泥浆净
5、化器使直径在 0.074m m 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。、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。、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 46m 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
6、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/30mi n)含砂率（%）指标 810 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 3050cm 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v1.0
7、可编辑可修改 1010 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 100150 10 15 软塑亚粘土层 100120 10 15 12 密实中粗砂层 150300 510 护筒底口地层 V 100 510 、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
8、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 531.5mm 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/m，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
9、度控制在 2022cm，3h 以后不小于 16cm,流动度不小于 50cm；v1.0 可编辑可修改 iv 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 S=12mm 外=325mm 勺无缝钢管，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310m 且每 2030 分钟
10、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
11、，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 2428h，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 1015min,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 2mi n,浆液应具有良好的流动性，不离折、v1.0 可编辑可修改 1212 不沉淀，浆液进入贮浆桶时必须用纱网进行 2 次
12、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 15Mpa 之间，终止压力一般控制在 6Mpa 以内，压浆 速度一般控制在 3040L/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
13、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 5mi n,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
14、，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 5mi n,注浆量达 到80%，也满足要求v1.0 可编辑可修改 1313 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 Z
15、SD300 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 1.8mX6 台 2 破碎、抓取砂袋 15 泥浆泵 3PN 台 8 16 空压机 20nn/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
16、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 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 v1.0 可编辑可修改 1414 30 全站仪 台 1 31 电子经纬仪 ET-02 台 2 32 电子水准仪 Leica NA 2 台 1 33 测深仪 SDH-13D 台 1 34 流速仪 LS-25 台 1 35 混凝土拌和 搅拌船 3 160m/h 艘 2 36 设备 搅拌船 3 100m/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
17、 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v1.0 可编辑可修改 1515 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/T 3057 1999)5)混凝土结构工程施工质量验收规
18、范(GB50202002)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(GB500293)9)钢结构工程施工质量验收规范(GB5020 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
19、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v1.0 可编辑可修改 1616 纠正或制止。3、环保措施 a、水污染的防治措施 1
20、）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 w 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
21、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。v1.0 可编辑可修改 1717 、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