海上大型钻孔灌注桩施工工艺分析

海上大型钻孔灌注桩施工工艺分析
摘要：海上大桥工程主通航孔钻孔桩直径大，桩长较长，海上施工条件差、施工难度高，海上超大型钻孔灌注桩施工较少。

本文作者针对实际施工的广东省南澳大桥工程特点和难点探索出一套切实可行的施工工艺，取得了理想的施工效果。

关键词：海上钻孔平台，减压钻进，直螺纹，预拼装，海工混凝土
1 概述
随着国民经济的不断发展，特别是交通行业的高速发展，钻孔灌注桩作为高层建筑、桥梁等结构的基础形式得到广泛应用。

随着高层建筑荷载及桥梁跨度的不断发展，对钻孔灌注桩承载力的要求越来越高，桩径和桩长不断增大[1,2]。

本文主要对于广东省南澳大桥大型钻孔灌注桩施工工艺进行探讨。

2 工程特点和难点
1)结构复杂、施工难度大、桩径达3.1m，同时具备大口径超深变径的特点；钢筋笼为内外双层结构，主筋数量多、主筋连接困难、制作要求高；混凝土设计对电通量和氯离子渗透系数有特殊要求。

2)施工条件差“施工区海况恶劣、风浪较大，对钢护筒施打定位精度影响较大；巨大的涨落潮差对成孔施工有一定影响；施工平台场地狭小，
泥浆循环系统布置困难；海水对钢筋有弱腐蚀作用，海水配置出的泥浆具有稳定性差、易沉淀的缺点。

3 施工方案优化和实施
3.1 施工平台和钢护筒设计
在施工条件恶劣的海上搭设施工平台、打设钢护筒不仅施工难度大、周期长，而且其精度要求难以保证，经方案比选，设计采取蜂窝状海上钻孔平台形式。

采用Φ800*12mm的钢管桩和桩基钢护筒共同受力组建钻孔平台基础，上部结构采用型钢焊接而成，表面铺设钢板、轨道等。

主墩施工钢平台平面尺寸为53.5×27m，首先采用打桩船施打钢管桩，海上钻孔平台在搭设过程中为钢护筒区域预留Φ3.1m钢护筒施打位置，平台搭设完成后以导向架为导向和定位采用龙门吊打入钢护筒，克服了海上钢护筒施打平面偏位大、垂直度不能保证的缺点。

3.2 成孔工艺
(1)选择设备
根据地层情况和钻孔深度，选配ZJD3500型钻机(扭矩120kN·m)，钻头选用防斜梳齿钻头，并采取措施增加钻头的稳定性、刚度和耐磨性能，提高钻进效率。

钻杆设计采用双壁大通径高强度抗扭气举钻杆，Φ273mm，每节钻杆设4个剪力销。

钻杆扭矩达21t·m，大于钻机扭
矩75％，保证成孔顺利。

为有效保证钻孔垂直度、防止孔斜，同时提高钻进效率，采用加配重块“减压悬吊钻进”，在钻进成孔过程中使钻杆始终保持受拉状态。

根据地质条件和钻具性能确定配重块重量为10t。

(2) 泥浆配制方案，．
a)泥浆用水的选用为克服淡水运输对天气和海况的依赖、保证工程顺利进行，制定了直接抽取平台位置地下承压水、并与淡水勾兑成氯离子含量小于1100mg／L的泥浆用水的方案，试验证明可以满足钻孔施工对泥浆的要求；b)泥浆配置在钢护筒内自然造浆，出护筒后根据泥浆性能在砂质粘土层或粉细砂层中利用反循环人工造浆，同时加入纯碱对膨润土进行钠化改良。

纯碱具有充分分解膨润土、增加PH值、提供成孔所需的碱性环境，有效减少沉淀速度和沉渣厚度的作用。

根据经验和试验结果，在本工程中添加优质纯碱量为膨润土量的 1.8~4%较为合适，掺量较常规泥浆高。

每方泥浆配比；水：膨润土：纯碱=1000：80~100：2~3．6(kg)。

钻进过程中泥浆比重控制在1.10~1.25，具有一定的液柱压力，以达到平衡孔壁外围地层压力、稳定孔壁、满足反循环施工工艺的要求；粘度控制在18~25s，以满足钻进护壁和二次清孔的要求；PH值维持在8~9，使泥浆处于碱性状态、提高粘土的分散度；c)泥浆循环系统设计由于施工平台场地狭小、无法布置较长的多级沉淀池，故采用粗颗粒砂沉淀桶和旋流除渣器弥补循环系统的不足。

粗颗粒沉淀桶上设计4mm间隙的筛网，将大于
4mm的渣粒从泥浆中完全分离；过滤后的泥浆再通过旋流除渣器进行悬流处理，将5mm以下的砂砾分离出来。

通过沉淀桶和旋流除渣器后的泥浆比重可以降至1.15以下。

砂率减低至2~3％，效果极为明显。

(3)钢筋笼制作安装工艺
a)主筋连接工艺。

主筋连接形式有三种：焊接、挤压套筒连接和直螺纹连接。

由于本工程主筋直径大、数量较多、间距密，桩顶部又为内外双层钢筋笼，采用传统的焊接连接工艺显然无法完成，而挤压套筒连接工艺又存在耗时长、操作不便等缺点，故采取直螺纹连接工艺。

b) 卡板台座生产工艺。

钢筋笼在自重作用下即可产生较大的变形。

给钢筋笼制作带来很大的困难，而且直螺纹连接工艺对主筋间距和位置要求极为严格，为此专门设计卡板台座加工和堆放钢筋笼，有效消除钢筋笼的自重变形，同时有效控制主筋间距和位置，保证制作质量。

台座总长度36m，卡板根据加强筋间距每2m铺设一道，用经纬仪布设，保证两节钢筋笼在台座上对接预拼装。

卡板上根据主筋直径和间距布设限位以固定主筋，随后安装加强筋，最后安装其余主筋和螺旋筋。

c）预拼装技术。

为克服直螺纹连接工艺对主筋长度偏差和平面偏差的特殊要求，保证孔口对接顺利，故在钢筋笼制作时采取预拼装技术。

当第一节24m钢筋笼制作完成后直接将下节笼的上半节12m钢筋笼进行预拼装对接，该12m钢筋笼全部制作完成后再解除直螺纹连接；随后将第一节钢筋笼吊走并将12m钢筋笼吊至台座
端部完成第二节钢筋笼的制作。

解除预拼装前在每节钢筋笼上标出一根对位钢筋，确保孔口主筋能顺利对接。

d )固定架辅助孔口安装钢筋笼采用三点吊，用海上钻孔平台上安装的龙门吊起吊。

由于吊车微调能力差，上下节钢筋笼无法顺利实现准确对接，给施工带来较大困难，为此专门设计钢筋笼固定架予以克服。

固定架上均匀挂设4个20t手拉葫芦，用以悬挂已完成下放的钢筋笼，用手拉葫芦微调下节钢筋笼，使其与龙门吊吊住的上节钢筋笼的所有主筋完全对中，用固定架微调对接钢筋笼使孔口安装更为简便易行。

4 施工效果
由于合理设计选择钢筋笼制作、安装工艺，每根桩直螺纹连接下笼时间仅为10h左右，比采用挤压套筒连接缩短工期30h，保证钻孔桩按期完成施工任务，为后续工作打下坚实的基础。

通过实践有以下几点体会。

1)在海况条件复杂的海域进行钻孔桩施工时，操作平台以及钢护筒的设计应充分研究其使用功能和可操作性，应把海上钢护筒的定位作为一个重要的参数在平台设计时予以考虑，确保钻孔桩平面偏位符合规范要求。

2)海上钻孔桩成孔施工的关键在于泥浆性能，应根据实际情况比选确定最合理的泥浆配比方案以获得最好的泥浆护壁效果，并较好地克服天气和海况影响。

3)应确定合理高效的钢筋笼制作、连接工艺，克服海上施工平台狭小、运输不便的缺点，保证钻孔施工有序进行，确保进度目标。

本工程所采用的主筋直螺纹连接工艺、预拼装法卡板台座生产工艺可以作为海上超大型钻孔桩钢筋笼施
工的最佳工艺之一。

4)抗渗混凝土的设计是保证混凝土质量的关键，可以通过添加适量粉煤灰和矿粉来增加混凝土的密实度和耐久性，提高泵送性能，使之符合电通量和氯离子渗透系数指标。