大直径超长钻孔桩灌注桩施工总结

大直径超长钻孔桩灌注桩施工总结

陶猛

中交二航局第三工程有限公司江苏镇江212000

摘要：本文阐述了杭州八堡船闸九乔路大桥索塔桩基施工工艺，采用旋挖钻施工且取得了较好的效果，为公司以后类似项目施工提供一些参考。

关键词：大直径；超长桩；旋挖钻施工

1工程概况

1.1工程简介

本项目九乔路大桥采用单塔四跨组合梁自锚式悬索桥，桥梁全长368.4m桥梁全长368.4m。跨径布置为30＋2×150＋30m，桥面宽度40m，双主梁钢混组合梁，钢主梁中心线位置总高度3.17m。索塔主体结构总高度67m，为钢筋混凝土箱型截面。

图2桩基分布图

大桥桩基均为摩擦桩，单桩轴向受压承载力容许值，索塔桩基不小于21000kN，过渡墩桩基不小于5300kN，桥台桩基不小于4500kN。

表1桩基相关信息表

1.2地质情况

桥址地处浙北平原区，属钱塘江北岸冲海积平原，第四系底层厚度大，厚度63.9-67.9m，场地表层为填土，其下为冲海积粉土；上部分布厚层冲海积粉土，其下为厚层海积淤泥质黏土，层厚3.9-8.9m，局部为海积粉质黏土；中部分布海积黏性土，中下部以冲湖积粉质黏土、冲海积粉砂为主；下部为厚层冲湖积粉质黏土、厚层冲击砂砾层，密实状，下伏白垩系朝川组基岩，岩性为砂砾岩。

2工程概况

2.1施工工艺流程

图3灌注桩施工流程图

2.2具体施工过程

（1）钻机选择

根据本项目投标文件，九乔路大桥索塔桩基计划投入4台KP3000型回转钻机施工。我部进场后，根据交通运输部《公路水运品质工程评价标准（试行）》（交办安监〔2017〕199号）“绿色环保”评价指标和“四节一环保”的绿色施工要求，在施工过程中少占土地，优先采用环保型的新技术、新工艺，推行施工创新和技术创新，加快工程建设。同时结合项目所在地周边同类型工程施工经验，最终采用徐工“XR460D”旋挖钻代替4台“KP3000型”回转钻机进行成孔施工，旋挖钻主要技术参数详见下表。

表2桩基相关信息表徐工460系列旋挖钻主要技术参数

（2）场地平整及处理

在桩基施工前，先探明地埋管线情况，再平整场地施工，并夯填密实。采用挖机对场地进行平整，清除地表杂草、建筑垃圾及耕植土等。场地平整完成后，使用宕渣填筑50cm承台轮廓范围，在承台长边沿纵桥向各扩大6m，扩大范围内使用宕渣填筑50cm压实，再浇筑20cm厚C25混凝土面层以满足旋挖钻对场地的要求。

（3）施工测量

根据施工图纸及现场导线控制点，使用全站仪测定桩位中心，在桩位中心插打木桩，木桩外露长度20cm，入土深度100cm，在木桩上利用红色油漆书写桩位编号，以便施工过程中便于复核。

（4）钢护筒埋设

护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量。

（5）钢护筒沉放

护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成，首先利用旋挖钻原位钻孔2.0m深，孔径略大于护筒外径。钻孔完成后将钢护筒利用汽车吊吊至孔内，摆放平稳后测量护筒中心位置，合格后利用旋挖机压入土体。

护筒上设1个溢流口，连接泥浆管路，泥浆管路采用直径10cm的钢管制作。埋设时，护筒中心应与桩中心重合，其偏差不得大于50mm，并应严格保持护筒的垂直度偏差不大于0.3%。护筒位置正确固定后，四周均匀回填最佳含水量的粘土，并分层夯实，确保成孔的质量。

埋设钢护筒时通过定位的控制桩放样，把钻机钻孔的位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部定出孔中心，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒坚直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，要分层夯实，达到最佳密实度。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落。

（6）泥浆制备与循环

泥浆采用膨润土泥浆，由黏土、膨润土、碱等按一定比例利用泥浆搅拌器拌合而成，泥浆性能指标详见下表。搅拌时，先将定量的清水加人搅拌鼓，然后慢慢地加进与水量相应的膨润土，并开动机器搅拌。成浆后，打开出浆门出浆注入泥浆池。

表3泥浆性能指标

图4泥浆池布置示意图

（7）钻渣处理与余浆回收

现场配备1台挖掘机，每次旋挖钻钻斗提上后倾倒的钻渣采用挖机及时清理至孔口5m范围外并堆放，定时外运。

清孔采用气举反循环，泥浆通过导管进入泥沙分离器，分离出来的泥浆进入孔内循环，分离出来的钻渣采用人工打堆，挖机装车外运。

在桩基施工完成后，将泥浆池剩余的泥浆和原装土搅拌，以不发生滴漏为原则，搅拌后外运。

（8）旋挖钻成孔

开钻前，先造浆，控制泥浆性能指标，钻孔时向孔内筑入泥浆，对钻孔各项准备工作进行检查。

在开孔及整个钻进过程中，始终保持孔内泥浆液面高出地下水位1.5～2.0m，并低于护简顶面0.3m。在不同土层钻进时泥浆比重应相应调整。

钻孔作业时应先慢后快，开始每次进尺为400～500mm，确认地下是否有不利地层，进尺5m后钻进正常，可适当加大进尺，每次控制在700～900mm。钻孔作业应分班连续进行，填写钻孔施工记录。

钻孔过程中应观察主机所在地面的变化情况,发现沉降现象及时停机处理。因故停机时间较长时，应将套管口保险钩挂牢。

当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，确认满足设计要求后，立即填写终孔检查证，并经监理工程师认可。

对不同的地质情况，采用不同的钻进速度和钻压。在粉土、砂层等一些松软地层采用低压快速钻进，在卵岩等坚硬地层采用高压慢速钻进，钻进时经常检查钻具，防止钻具损坏发生掉钻事故。

（9）钢筋笼制作

钢筋笼采用分节制作、套筒连接的方式，箍筋与主筋采用自动钢筋笼滚焊机焊接。钢筋笼下端0.5～0.8m范围内主筋应微向内侧弯曲呈倾斜状，比例为1:10。钢筋笼加工完毕，报请监理验收，合格后方可使用，验收后进行标识。

根据全自动钢筋笼滚焊机的设备参数，自动焊接20~45点/分钟。

（10）钢筋笼吊装

钢筋笼采用50t汽车吊下放钢筋笼。采用两点吊，第一吊点设在钢筋笼的下部，第二吊点设在钢筋笼长度的中点到上三分点之间。起吊时，先提第一吊点，使钢筋笼稍提起，再与第二吊点同时起吊，慢慢放松第一吊点，直到钢筋笼同地面垂直，停止起吊。

图5钢筋笼吊装

每节钢筋笼下放至孔口1m时，采用2根18号槽钢沿着钢筋笼直径方向对称横插，间距约为1/3直径长度，横担在护筒壁上，由于螺旋箍筋与槽钢表面不能充分接触导致钢筋笼略微倾斜，采用薄钢板调节接触面和孔内钢筋笼垂直度。

18号槽钢抗弯强度计算

18号槽钢A=2929mm2，Ix=13700000mm4,Wx=152000mm3

У1=У2=90mm

截面抵抗矩

W上=W下=13700000/90=152222mm3

中心强度计算：

F=127.4KN

M=60*1*1/2.0=63.7KN/m

σ=63700000/（152222*2）=209N/mm2＜?=215N/mm2

18号槽钢扰度根据下面公式进行计算：

Ymax=8pl^3/(384EI)=1pl^3/(48EI).??

式中:?Ymax为梁跨中的最大挠度(mm)。

p为各个集中荷载标准值之和(kn)。??

E为钢的弹性模量,对于工程用结构钢,E=206000N/mm2。

I为钢的截面惯矩,可在型钢表中查得(mm^4)。

Ymax=1*254.8*2.2^3/48*206000*198=1.3mm（满足要求）。

根据上述公式计算分析及安全考虑，拟采用两根18号槽钢，可满足施工要求。

下钢筋笼时由人工辅助对准孔位，始终保持钢筋笼的垂直，轻放、慢放，避免碰撞孔壁，一旦遇阻立即查明原因，严禁高提猛放或强制下入。

吊放钢筋笼过程中，必须始终保持钢筋笼轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求。为防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮，钢筋笼最上端设置直径28mm定位筋，由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，反复核对无误后焊接位。

图6钢筋笼下放

钢筋笼下方过程中先安装复合隔离套管，便于桩头处理，再安装吊筋，下放钢筋笼至设计标高。

（12）清孔

施工中应经常测定泥浆比重，并定期测定粘度、含砂率和胶体率，其指标控制为比重小于1.06，粘度22～24s，含砂率小于2%，胶体率大于98%。

第一次清孔：桩孔成孔后，在钢筋笼放入孔内前，进行第一次清孔，用孔内钻斗来掏除钻渣，孔底沉渣厚度不大于100mm。

第二次清孔：钢筋笼、导管下好后进行第二次清孔，第二次清孔时间不少于60min，二次清孔后孔底沉渣厚度不大于100mm。

清孔采用气举反循环，导管下放深度以出浆管底距沉淤面300～400mm为宜，风管下放深度一般以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.55～0.65来确定。

开始送风时应先孔内送浆（补浆），停止清孔时应先关气后断浆。清孔过程中，特别要注意补浆量，严防因补浆不足（水头损失）而造成塌孔。

送风量应从小到大，风压应稍大于孔底水头压力，当孔底沉渣较厚、块度较大，或沉淀板结时，可适当加大送风量，并摇动出水管（导管），以利排渣。

随着钻渣的排出，孔底沉淤厚度较小，出水管（导管）应同步跟进，以保持管底口与沉淤面的距离。

图7内风管吸泥清孔

（13）混凝土灌注

混凝土坍落度控制在为18±2cm。首批灌注的混凝土初凝时间不得早于灌注桩全部混凝土灌注完成时间，灌注应尽量缩短时间，连续不间断作业。

首先安设导管，使用前进行试拼，并进行水密性试验和接头抗拉试验，按自下而上顺序编号和标示尺度。采用25t汽车吊将导管吊入孔内，位置保持居中，导管底端距孔底保持300～500mm。灌注首批混凝土之前在导管临近泥浆面位置吊挂隔水塞，然后再放入首批混凝土。在确认储存量备足后，即可剪断铁丝，借助混凝土重量排除导管内的水，使隔水塞随混凝土在自重作用下冲入孔底，在导管外侧依靠浮力上浮至孔口。

灌注首批混凝土量应使导管埋入混凝土中深度不小于1.0m。在灌注的混凝土顶面距离钢筋骨架底部1m左右时，降低灌注速度；混凝土顶面上升到钢筋骨架底部4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上后再回复正常关注速度。

首批灌注混凝土的数量按下式计算：

首批混凝土灌注正常后，连续不间断灌注，灌注过程中采用测锤测探混凝土面高度，推算导管下端埋入混凝土深度，并做好记录。导管埋入混凝土深度应保持2～6m，并随提升随拆除，每根桩混凝土超灌1.0m。灌注过程中注意保护声测管，导管下放和提升过程中不得碰撞声测管。

3施工中出现的问题及解决方法

（1）钢筋笼吊装遇到的问题

钢筋笼吊装过程中发生轻微变形导致直螺纹套筒连接困难，开始通过在钢筋笼加强箍筋位置焊接“十”字型支撑钢筋来提高钢筋笼整体强度，但在钢筋笼下方过程中需要将前一节的支撑钢筋割除，导致整套钢筋笼下方时间额额外增加3小时以上，后期通过改进措施将支撑钢筋制作成“F”型可拆卸卡口式，这样既保证了钢筋笼在吊装过程的不变形，又便于钢筋支撑的移除，缩短了钢筋笼下放时间。

图9根据仪表显示数据适时更换钻头

4结束语

本项目桥梁桩基采用旋挖钻施工，使得桥梁工程施工进度得到了有效保障，同时验证了本项目总体技术策划的可行性，为公司今后类似工程提供参考经验。

参考文献：

[1]《钻孔灌注桩施工》二航局企业技术标准SHEC/GY-QL01(A)-2016