超长大孔径水中钻孔灌注桩的施工技术

总第１２３期　２００６年第７期　西部探矿　Ｉ　程　Ｗ｝二Ｓｒｒ－“－ＣＨＩＮＡ　ＸＰＩ　ＯＲＡ　ＦＩ（）Ｎ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮ（；　ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．１２３　Ｊｕｌｙ．２００６　文章编号：１【）（）４—５７１　６（２００６）０７一【）（）Ｏ９一Ｏ３　中图分类号：Ｕ４４３．１　５—４文献标识码：Ｂ　超长大孔径水中钻孔灌注桩的施工技术　蔡　鑫　（中煤特殊工程公司，安徽淮北２３５０４４）　摘要：苏通长江公路大桥采用钻孔灌注桩施工，其中主墩设１３１根变径钻孔桩。具有桩径大、超长、单桩砼用量犬、水　下施工等特点，施工难度较大。重点介绍钻孔灌注桩的施工技术，以供参考。　关键词：超长；大孔径；水中桩；施工技术　１工程概况　亚砂土（Ｑ）：厚度约ｏ～８．Ｏｍ。粉细砂（Ｑ　）：一般厚度８．２　～苏通长江公路大桥位于江苏省东部南通市（南通农场）和苏州　市（常熟市）之间，工程北起南通境内小海互通立交，与连盐通、通　３４．５ｍ，平均层厚２６．５ｍ。亚粘土（Ｑｊ）：平均层厚２６．５２ｍ。该　工程地质层有（５—１）中粗砂（　）与（５—２）粉细砂（Ｑ＾）两个亚　启高速公路相接，南至常熟境内董浜互通立交，连接苏嘉杭、沿江　高速公路。苏通长江公路大桥是目前世界上拟建的最大跨度双塔　斜拉桥，主桥跨径组合为１ｏｏ＋１。０＋３００＋１Ｏ８８＋３００＋１００＋１００　（ｍ），桥位区江面宽约６ｋｍ，大桥全长８２０６ｍ。主墩钻孑Ｌ桩基础采　用桩基础，共设１３１根变径钻孑Ｌ桩和４根备用桩，采用梅花形布　置，按摩擦桩设计，桩底标高一１２３．Ｏｍ，桩长为１１６ｍ。标高　－层，层底标高一７７．１１～一７２．９４ｍ，平均层厚１５．６７ｍ。该工程地　质层有（６　１）中粗砾砂（Ｑ）与（６—２）粉细砂（Ｑ）两个亚层，层　底标高一９４．１４～一８ｏ．０９ｍ，平均层厚１２．１ｍ。粉细砂（Ｑ）：平　均层厚８．１ｍ。该工程地质层有（８—１）中粗砾砂（０＿３）、（８—２）粉　细砂（０＿３）与（８—３）亚粘土（　）三个亚层（８—１）层、（８—２）层成　层性较好，（８—３）层以透镜体形式夹于（８—１）、（８—２）层单元体　中，层底标高一１３２．６１～一１３Ｏ．５６ｍ，平均层厚３６．２９ｍ。　粘　土、粘土（Ｑ）：平均层厚１０．９３ｍ。　３主要施工技术　６５．Ｏｍ以上桩径为ｊ２『２．８ｍ，标高一６５．Ｏｍ以下桩径为ｊ２『２．５ｍ。　２工程水文、地质条件　（１）水文条件。苏通长江公路大桥所在河段为弯曲与分叉　混合型中等强度的潮汐河段，水文条件复杂，江宽、流急、浪大，涨　落潮流速流向多变。桥位附近最大水深达５０ｍ，一ｌＯｍ等深线宽　约２ｋｍ，一２０ｍ等深线宽约１．Ｏｋｒａ，实测垂线最大流速达　３．８６ｍ／ｓ，点流速４．４７ｍ／ｓ。　３．１钻子Ｌ平台设计　为了解决在桥位区深水、流急、风浪大的条件下进行沉放钢　护筒以及钻孑Ｌ桩施工，采用水上搭设钻孑Ｌ平台进行钻孑Ｌ桩施工，　在平台施工前首先应进行防冲刷维护工作。平台为高桩粱式结　构，主要由支撑钢管桩、上层主梁与次梁、下层钢管平联组成。　Ｆ　台平面布置如下：　（１）平台长１６３．７５ｍ，宽６２．１Ｏｍ，面积约１０１６９ｍ　。　桥位河段主要受径流、潮流水流动力因素的影响，以雨洪径　流为主，每年的５～１０月为汛期，１１月～翌年４月为枯水期，洪　峰多出现在６～８月，１月或２月水位最低。高潮位主要受风暴　潮影响，在汛期当台风和天文大潮遭遇时，长江河口会出现很高　的潮位，造成严重灾害。　（２）平台外围布置４台桅杆吊。　，　（３）压缩空气集中供应站设４台４０ｍ。和２台２０ｍ　的电动空　压机，设５个６ｍ。的调压风包，用无缝钢管布设供气管网。　（２）地质条件。苏通长江公路大桥地江三角洲冲积平　原，第四系地层厚度大，分布较稳定，基岩埋深在２７０～２８０ｍ之　间。桥位区全新统颗粒较细，沉积时间短，工程地质性质较差；上　（４）厢式变电站采用３台１０００ｋＶＡ箱变，备５台４００ｋＷ发　电机组。　更新统以砂土为主，性质较好，其中６—１，８—１层岩性以含砾中　粗砂为主，厚度大，分布较稳定；中更新统分布稳定，性质好。地　质分布特征如下：　，　……’…０…■…＿…■…－…■…■…０　’一■　’　’一０　（５）在平台下设一个２００ｍ。的生活污水处理系统，生活污水　处理后用驳船运输至指定地点排放。　（６）平台上布置１０台反循环钻机。　，　，：　，　，　，　，　，Ｉ４　：０　：　０　０　：ｅ　０；　ｃ　：０　参考文献：　京：巾ｎ寸地质大学｝ｉ｜版社，１９９６．　［１］艘坤龙．滑坡火省　问　划及（；Ｉｓ￣ａｚ，ｑｌ０ｔ：究ＬＪ］．地学油缘。２００１，８　（２）．　］　靠胞破，姜晖。　就Ｊ夫，等√　峡　究［ｊ］．地球科学，ｔ９９９，２，ｌ（５）．　ｌ：稚地质信息系统臻成Ｊｔ。发　｝　［２］　新丽，店辉叽Ｇ１Ｓ支持的斜坡地质火　空问坝测系统啊Ｅ架没汁　ＥＪ］．地质科技情搬。２０Ｏ２，３．　］Ｍｉｃｈａｃｌ　Ｎ　Ｉ）ｅＮＩｅｍ　法尔，付宗　．￣ｆｉ／Ｊ、牛。等．地　信息系统丛率　朦Ｊｌ＝Ｉｌ！（　２版）［凡Ｉ］．＿Ｉ匕　：１【上了１－　｛ｋｆ｛；版｝ｉ．，２００１．　［３］是冲龙，汪新庆．地质矿产点源信息系统设计原理及应Ｊｔｌ［Ｍ］．＿Ｉ匕　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｊｕｌｙ．２００６　西１Ｏ　部探矿上程　Ｎｏ．７　３．２钢护筒施工　下节钢护筒，使钢护筒垂直，然后打开导向架的开口销，钢护筒缓　慢进入导向架内，上好锁ＦＩ拉杆，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（若流速较大，护筒下部带下拉缆以　克服水流力），待下节钢护筒下沉稳定后才能脱钩。振动锤安装　（１）钢护筒底标高确定。钢护筒的最小埋置深度由两个　素　确定：　①确保在最低河床冲刷线以下，钻孔施工期间护筒底口不出　将液压钳对位后，夹住护筒，　现反穿孔ｌ索塔基础河床泥面标高为一２３．３ｍ，在不考虑对河床　及第一次振动下沉。安放振动锤时，测量垂直度，进行点振，测量观察护筒垂直度和平面位　进行护底的情况下计算护筒最小埋置深度，施工期最大冲刷深度　缓慢松钩，满足要求后，施振至导向架顶口。移走上层导向架，再施振至　为１２．８ｍ，河床冲刷线最低标高为：一２３．３＋（一１２．８）一　置，一３６．１ｍ。　最小埋置深度计算如下：　Ｌ一［（ｈ＋Ｈ）７ｏ—Ｈ７　］／（　一７ｏ）　式中：Ｌ一…护筒埋置深度；　Ｈ——最高潮位至最低河床冲刷线深度，４０．４ｍ）　ｈｌ一护筒内外水头差，２ｍ；　。——护筒内泥浆比重，１２ｋＮ／ｍ３；　水的比重，ｌＯｋＮ／ｍ３；　护简外河床土层饱和容重，ｋＮ／ｍ３；　ｄ一（△＋ｅ）／（１＋ｅ）・　式中：△——土层的相对密度，取平均值２．７０ｋＮ／ｍｓ；　一饱和土的孔隙比，覆盖层中大部分为细砂和粉细砂，取　ｅ＝Ｏ．８。　ｄ一（２．７＋０．８）／（１＋０．８）×１Ｏ　２３．３３ｋＮ／ｍ。。　代入上式计算得Ｌ＝８．Ｏｍ，即钢护筒底应在　４Ｏ．４～８．Ｏ：　－４８．４ｍ标高以下。　②受力要求。钢护筒的底部应支撑在稳定的土层中，地质资　料表明，在－－５７．２ｍ标高以下才是较为稳定的密实粉砂层。一　５７．２ｍ以上全部是中密砂层，易出现塌孔、缩径现象，钢护筒在水　流作用条件下易产生移位，护筒底产生变位。钢护筒需进入密实　砂层１．５－－２．Ｏｍ。钢护筒底标高设计为一６５．Ｏｍ，满足施工要　求　（２）钢护简结构：　①钢护筒尺寸：钢护筒的长度为＋７．０一（一６５．０）一７２ｍ，内　径为２．８０ｍ，壁厚为２０ｒａｍ，为了避免钢护筒沉放时，钢护筒顶底　口应力集中而导致局部屈曲，在其顶、底口增设１．Ｏｍ长、厚　１４ｒａｍ的加强箍。　②振动锤选择：按激振力Ｐ大于土的动摩阻力Ｒ减去护筒　和振动锤白重Ｇ进行选择　激振力公式：Ｐ＞Ｒ—Ｇ一∑Ｋ　－Ｌｌ－Ｕ－Ｚ＂Ｉ—Ｇ　式中：Ｌ　一护筒在不同土层中的入土深度；　Ｕ　护简周边长度；　Ｋ　一一土层液化系数；　一一不同土层的单位摩阻力；　（　——护简和振动锤白重。　通过计算，可选用２台美国生产的ＡＰＥ４００型液压振动锤并　联使用。　③钢护筒施沉：导向架就位。测量放出导向架的平面位置，　然后导向架就位，调整导向架的垂直度。导向架上口采用手拉葫　芦与平台成３０。左右在四个方向固定，上层导向架与平台间采用　螺栓或焊接连接，下层导向架与平台上、下层平联焊接固定。下　节钢护简起吊、就位、临时固定。用４０００ｋＮ全旋转起重船吊起　平台以上１，Ｏｍ的位置。　３．３钻孔灌注桩成孔施工　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孑Ｌ。　（１）钻机选型：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，根据润扬大桥同直径１　１０多米深　的钻孔桩的施工经验，选用技术性能先进，提升能力和配重较大　的１Ｏ台进口ｔ３２８型钻机投入主墩钻孔桩施工，配备１台ＺＳＤ２５０　型钻机进行超前钻孔，同时备用２～３台冲击钻机，以应付钻孔过　程中出现异常情况。　（２）泥浆制各及泥浆循环。①泥浆制各及性能指标。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泥浆为保证钻孔桩成孔施工的顺利进行，在正式　开钻之前进行泥浆配比试验，选用不同产地的钙基膨润土和不同　比例的水、膨润土、碱、ＣＭＣ、ＰＨＰ等进行试配，选择泥浆各项指　标最优的泥浆配比，并在试桩施工中得以检验和调整后用：于正式　钻孔桩施工中。泥浆的制备在泥浆船上进行（配２条１２００ｔ泥浆　船）。钻孔施工前首先在泥浆船上采用泥浆搅拌机搅拌膨润土泥　浆，然后利用泥浆泵泵送至钢护筒内，当钢护简内泥浆性能指标　满足施工要求后开孔钻进。　泥浆性能指标要求：　酸碱度：８－－１１；　相对密度（比重）：１．０５～１．１５；　粘度：２０－－２８ｓ；　胶体率：９６　以上；　失水率：＜２０％；　钻孔阶段含砂率：＜：４　；　二次清孑Ｌ后含砂率：＜２　；　泥皮厚度：＜１．５ｍｍ／３０ｍｉｎ。　②泥浆循环。泥浆经泥浆净化器（宜昌黑旋风工程有限公司　生产的泥浆净化器）使直径在０．０７４ｍｍ以上的土颗粒筛分到储　渣筒内，处理后的泥浆通过钢护简之间的连通管流人钻：ｆＬ？ｔ内　钻渣转运至运渣船．水运至码头，输送至弃土场。　每台钻机配置１台ｚｘ一５００泥浆净化器。处理能力５００ｍ　／　ｈ，分率程度≥７４ｔｔｍ，总功率９９ｋＷ，经处理后泥浆含砂率≤０．　５　，重量１２５０ｋｇ。　（３）钻进成孔。钻进方法：成孑Ｌ过程划分为三个阶段：护简内　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：从护筒底口２．Ｏｍ以上，采用直径ａ２．７ｍ　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人护筒，钻渣　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６笠　第７期　蔡鑫：超ｌ乇大于Ｌ径水中钻孔灌沣祧的施ｊ－技术　转运至处理堆场处理。　内补充优质泥浆，确保护筒内水头，并及时进行分层取样，清孔结　束后．立即拆除吸泥弯头，歼始浇注水。Ｆｔｇ凝十。　（３）水下混凝土灌注。每根钻孔桩的混凝土方量近７００ｍ。．　主墩、辅助墩和过渡墩混凝士浇注工艺均采用Ｉ艘水上搅拌船，　备用Ｉ艘搅拌船。每艘搅拌船设２台８０ｍ。／ｈ的搅拌站，每台搅　混凝土的原材料。钻孔平台上配备３台６０ｍ　／ｈ混凝上输送泵（１　台备用）。　土层内钻进阶段：护筒底｜１以上２ｍ至扎憔，调换直径　０２．５ｍ的改进　平底钻头，开钻时钻头反循环空转，启动泥浆循　环系统，置换扎内泥浆，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。在护简底口附近慢速钻进，形成稳定孔壁，每　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　小时进尺控制在０．３～ｏ．８左右。钻头出护筒５ｍ后恢复ＩＥ常钻　拌站配１台６０ｍ。／｝Ｉ混凝士输送泵，每条搅拌船上能储备１２５０ｍ。　和钻进速度，每小时进尺不得超过５ｎ，，孑Ｌ内补充优质泥浆。　第…次清孑Ｌ阶段：终孑Ｌ后，及时进行清孑Ｌ。清孑Ｌ时将钻具提　经计算首批砼浇注量为１４．１ｍ。，配备１５ｍ　集料斗，１ｉｌｌ。的小　离孔底约３０￣５０ｃｍ，缓慢旋转钻具，补充优质泥浆，进行反循环　集料斗。混凝土浇注能力为１００ｍ。／ｈ，６ｈ能浇注完成。①混凝　清孑Ｌ，同时保持孑Ｌ内水头，防止塌孑Ｌ。当经检测孑Ｌ底沉渣厚度满　足设计要求后．清孑Ｌ后孔内泥浆指标符合要求后，及时停机拆除　钻杆、移走钻机，尽快进行成桩施工。　护筒内壁清理：为了使桩身混凝土与护简直接接触并保证桩　身的有效直径，使护筒与桩身混凝土结合为整体，需对护筒内壁　的泥皮以及淤泥进行清理，当第一阶段（护简内）钻进结束，检查　完钻杆，更换钻头后，第二次下钻时，在始终处在护简内（距钻头　约６０ｍ）的钻杆上安装两护筒内壁清扫器（间距约２０￣３０ｍ，终孑Ｌ　时下层清扫器离护简底口约１．Ｏｍ），边钻孔（边拆钻杆）边清除附　着在护筒上的泥砂和泥皮。　３．４成桩施工　（１）钢筋笼制安。钢筋笼在加工车间下料．分节同槽制作，根　据运输、起吊设备性能，单节钢筋笼长度为１２ｍ。主筋间采用冷　挤压套简或直螺纹连接，每个断面接头数量不大于５Ｏ　，相临接　头断面间距不小于１．５ｍ。加工好的钢筋笼按安装要求分节、分　类编号，根据前场需要，钢筋笼通过平板车运至码头，驳船水运至　现场。　为防止钢筋笼吊安运输过程中变形，每节端头用　７５ｘ　７５×　５角钢箍加强，同时在钢筋笼内环加强圈处用　３２钢筋加焊“△”　字形支撑，待钢筋笼起吊至孑Ｌｉｌｌ时，将“△”字形支撑割去。　为检测成桩质量，在钢筋笼内侧四周均匀设置４根通长超声　波检测管和注浆管，检测管接头顺直牢靠，与钢筋笼的主筋焊接　固定，安装期间检测管内注水。检测管上、下端口用钢板密封，严　禁泥浆或水泥浆进入管内。确保混凝土灌注后管道畅通。主墩　钢筋笼总重接近１００ｔ，每米重０．７０ｔ／ｍ。为加快成孔后钢筋笼安　装速度，首先将４根未成孑Ｌ护筒内，用钻机将护筒底口以上５ｍ　的泥土排出，形成６０ｍ深的空腔。然后在护筒空腔内用桅汗吊　将钢筋笼分别接长为４８ｍ、４２ｍ和３６ｍ。用长约１０ｍ的辅助钢　筋笼将桩基结构钢筋笼接长至护筒口。　成孔检验合格后，用桅杆吊配合４０００ｋＮ全旋转浮吊安装接　长Ｆ放钢筋笼，为加快钢筋笼对接速度，钢筋笼博段同的钢筋对　接时采用导向器。钢筋笼安装下放后，用型钢将刑筋笼固定在护　筒上，以承受钢筋笼自重和防止混凝土灌注过程中钢筋笼ｆ：浮，　固定后应确保钢筋骨架与孔Ｌ｝】心线基本吻合，不会发牛顺斜ｆｎ移　动。　（２）二次清孔：①混凝土导管下完后，若沉渣厚度不满足设计　要求时，用导管作吸泥机进行二次清孔。②清孑Ｌ时应及时向护简　士配合比：混凝土配合比通过试配确定：桩身砼标号为ＣＡ０．混凝　土的坍落度控制在２０￣２２ｃｍｉ粗骨料的粒径范围为５～３１．５ｎｍ１；　混凝土初凝时间不小于２４ｈ；掺加适量的粉煤灰及外加剂，改善　混凝土的和易性、流动性。②砼浇筑：首批混凝土浇筑采用隔水　栓拔球法施工，当集料斗内混凝土方量达到１５ｍ　（经计算，首批　混凝土的灌注量为１４．１ｍ。）后，开启大集料斗斗门，当小料斗内　灌满混凝土后立即吊出木塞，使隔水栓随导管内混凝土下落，同　时保持大集料斗的储料不间断地通过小料斗和导管灌注至水下，　从而完成首批混凝土的灌注。　首批混凝土灌注成功后，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。为防止钢　筋骨架上浮，当灌注的混凝土底面距钢筋骨架底部ｌｍ左右时，　降低混凝土的灌注速度，当？昆凝土拌和物上升到骨架底口４ｍ以　上时，提升导管，使其底口高于骨架底部２ｍ以上恢复正常速度。　在混凝土浇注时保持护简内泥浆面高于水位１～２ｍ。混凝土灌　注过程中，随时测量混凝土面的高度，正确计算导管埋入混凝土　深度，导管埋深严格控制在２～６ｍ范围内，当导管埋深超过此范　围时，及时拆卸导管。为确保桩顶混凝土强度，混凝土灌注时，其　顶面要超浇一定高度，即比设计标高高出０．５～ｏ．８ｍ以上，多余　部分在承台施工前凿除。混凝土灌注过程中按要求认真做好记　录。　当混凝土灌注临近结束时，核对混凝土的灌人数量，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。③混凝土浇注时泥浆处理：孔内　由混凝土置换出来的泥浆经连通管流入其它待钻钢护简回收利　用，对于混凝士浇至桩项以上部分含有水泥浆的废浆不能回收再　利用，用砂石泵抽至舱驳内，运至码头，用泥浆泵通过布没的输送　管道，将废浆排放到地方环保部门指定地点。　４总结　经过在施工Ｌ｝１的实践证明，我们所采用的施工方法切实可　行，在实际中便于操作。当然其中的许多施工方法尚处在探索阶　段，存存许多不足之处，欢迎批评指正。　参考文献：　［１］公蹄侨　没汁通川规范（ＪＴＪＯ２ｌ一８９）［ｓ］．　［２］公路挢油地址　ｊ基础没汁规范（＿ｒｒＪＯ２．１—８５）［ｓ］　［３］公跚挢｛雨施Ｉ　技术＾址弛（ＪＴＪｏ　１　ｌ－２０００）ｌｓ］．