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5.1②、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5.2b、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5.4⑤、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=325mm的无缝钢管，连接为T型螺纹的水下砼浇注导管一般选用壁厚δ=12mm，φ外快速接头。

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。