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1、大直径钻孔桩施工讲座,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,目 录,1、大直径钻孔桩施工 2、芜湖长江大桥3米钻孔桩施工,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,目 录,大直径钻孔桩施工 1、概述 2、 钻孔桩的类型 3、钻孔桩工作平台 4、钻孔设备 5、工艺流程,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,随着建桥技术的飞速发展，钻孔桩技术得到普遍应用，桩径不断加大，桩深不断加深；不仅有等截面桩，也有变截面桩；穿过的地层也多种多样。 芜湖长江大桥第一次大规模使用直径3米的钻孔桩基础，天兴洲桥采用了3.4米的钻孔桩基础，一次成孔。二七路长江大桥在中墩也是采用了3.4米的钻孔桩基础。苏通长江大
2、桥采用根.米钻孔桩基础。年湖南湘潭二桥采用了无承台米和.米的大直径桩，年又在江西南昌八一大桥中采用根直径米，嵌岩米的大直径桩。嘉绍通道采用3.8米钻孔桩基础.,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 钻孔桩的类型,钻孔桩按在土中的支承力性质分为摩擦桩、柱桩和中间型桩。摩擦桩只靠作用在桩的侧面上的摩擦力来支承荷载，桩所穿过的土层较软，而桩尖处土层的反力很小，略去不计。 柱桩或支承桩靠桩尖处土层的反力来支承荷载，此类桩多为嵌岩桩。 中间型桩不仅靠摩擦力同时也靠桩尖反力来支承荷载。 钻孔桩桩基础按承台的位置又有高、低桩承台桩基之分。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,深水基
3、础钻孔桩一般为大直径，施工时受洪水通航、大流速和冲刷的影响，为排除施工干扰，必须在桩位设置临时工作平台。工作平台可分为固定工作平台和浮动工作平台2种。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,固定工作平台固定工作平台按构造形式分有支架工作平台和围堰工作平台。支架工作平台钢筋混凝土桩工作平台或型钢、钢管桩工作平台等。 围堰工作平台包括钢套箱围堰工作平台、钢板桩围堰工作平台、浮运薄壳沉井工作平台。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,支架工作平台在受潮水及台风影响的深水基础施工中，河床覆盖层较厚时，在水中墩、台位置处用锤击或振动法沉入若十根露出水面的木桩钢筋
4、混凝土桩或型钢、钢管桩等作为支架桩，支架桩的入土深度应根据土层的支承能力和对t.lf孔操作时的稳定要求决定，一般不小于3 m。将各支架桩连接起来，并在桩顶设置纵、横梁，铺上木板或薄钢板，可在水面上构成一个工作平台。 工作平台应高出施工最高水位0. 5 m以上。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,按组成平台的构造可分为型钢平台、桁架平台和型钢与桁架组合平台。常用的桁架有万能杆件、贝雷梁或六四式军用梁。桁架与型钢组合平台(以桁架做纵梁，型钢做横梁)应用较广。钢管桩直径一般为0. 61. 2 m,常用6 10 m m厚的钢板卷制。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻
5、孔桩工作平台,围堰工作平台钢套箱围堰工作平台钢套箱围堰坚固，整体性好，刚度较大，抗冲刷、抗撞击的能力很强，有利于抗台风和潮水。在钢套箱围堰上面安装钻机钻孔的工作平台及钻孔桩的钢护筒导向架进行钻孔桩的施工。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,钢套箱围堰的构造形式由承台的形式确定，一般可分为矩形、圆形及圆端形等。当承台的平面长宽比小于1. 5时，采用圆形围堰较为合理。钢套箱围堰的结构按大龙骨的形式可分为桁架式和型钢组焊式。围堰上的平台形式与支架平台的形式相同。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,钢套箱围堰工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部
6、,3 钻孔桩工作平台,钢板桩围堰工作平台钢板桩围堰相对于钢套箱围堰来说，防水能力较差，整体性和刚度较弱，不利于抗台风和潮水。一般适用于流速较小(3 m/s、以下)或静水，水深在35 m的基础施工。在河床覆盖层较厚、高(低)桩承台的深水基础施工中，利用钢板桩围堰作为承台施工的防水设施的同时，在钢板桩围堰上面安装钻机钻孔的工作平台及钻孔桩的钢护筒导向架进行钻孔桩的施工。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,钢板桩围堰的构造形式与钢套箱围堰大体相同，采用钢板桩作为防水围堰的壁板，钢板桩之间形成封闭的链接体。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,浮运薄壳钢筋
7、混凝土沉井工作平台若河床基岩裸露，无法使用钢套箱及钢板桩围堰，可采用钢筋混凝土薄壳沉井。将几个桩孔一起围在沉井内，井顶设工作平台逐个钻孔，代替单个安设护筒的做法。沉井可重复利用，进行多个桥墩基础的施工。沉井体积大，比较稳定，适合在水深流急河床无覆盖层的深水基础钻孔施工。浮运薄壳钢筋混凝土沉井工作平台需用的材料较多，技术也较复杂，一般情况下很少采用。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,浮动工作平台在风浪和水流速度较小的深水基础施工中，采用船体、六四式标准舟节、浮箱等浮体拼装成浮动工作平台，浮动的工作平台就位后锚定，插打钢护筒，在平台上安装钻机进行钻孔桩的施工。浮体的大小根
8、据水流的情况、工作平台的尺寸和载重的大小决定。 浮动工作平台法可充分利用制式器材，节约大量材料。浮动工作平台按构造形式分为浮船、六七式标准舟节、浮箱等。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,浮动钻孔工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,导管架式工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,自升式工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,护筒用钢板制成。护筒入土较深时，宜以振动、锤击等方法沉入。壁厚。 护筒直径。护筒内径比桩径宜大2030cm。 插打,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔
9、桩工作平台,在水深超过3 m的河床上沉入护筒时，应在工厂分节加工护筒，钻孔平台上安装护筒导向架，吊装第一节护筒至导向架内，按起重能力吊装己连接好的护筒，确保护筒连接处不漏水，循环此操作吊装护筒直至河床表面，再用高压射水、空气吸泥机吸泥抓泥、加压、锤击振动等方法使护筒沉入河床所要求的深度。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,4 钻孔设备,80年代以前的钻机钻孔直径较小，一般都在2m以下。 适应的地层也有限，施上上艺以泵吸正循环为主，泥浆的 比重较大，沉渣较厚，成桩质量较差，钻孔桩的使用受到 限制。目前国内洛阳矿山机械厂的ZY 3000型、河北矿山机械厂的GPZ350型、中铁大桥局武桥重工、0
10、00型等一系列大直径钻机，一次成孔直径均可达m，以气举反循环为主。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部, 钻孔设备,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5 工艺流程,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5 工艺流程,根据不同承台形式选用不同的防水围堰时，应充分考虑桩基础施工与承台施工兼顾的原则。低桩承台基础的钢套箱围堰既作为钻孔桩的施工平台又作为承台施工的防水围堰; 高桩承台基础施工采用何种形式的围堰要根据河床地质、水深、承台离河床的距离情况确定，承台底离河床面较低采用套箱围堰，承台底离河床面较高采用吊箱围堰。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5 工艺流程,大直径钻孔桩基本采用气举
11、反循环方式，滚刀钻成孔，钻机扭矩均在120kNm以上，采用一次成孔工艺，岩层一次成孔直径已达m,对不同钻机在不同地质条件的施工摸索出了一整套钻孔施工技术。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,二 芜湖长江大桥3米大直径钻孔桩施工1 概述2 平台及钻机3 钻孔中对参数的选择及控制要点4 钻孔注意事项5 成桩6 对钻机和钻头的改进意见7 芜湖桥基础施工的事例,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,芜湖长江大桥正桥按公铁合建方案布置，桥梁上层为18m宽的四车道机动车道和两侧各1.5m宽的人行道，公路面全宽21.7m；下层为双线铁路。主桥桥式布置：（120m +2144m）+2（3144m
12、）三联连续钢桁梁，+（180+312+180）m一联用斜拉索加劲的连续钢桁梁（以下简称斜拉桥），+（2120m）一联连续钢桁梁。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,10号墩钻孔桩位布置,10号墩为19根3.Om钻孔桩， 岩面标高4243 m，孔底标高一60一69 m,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,桥址处水位季节性涨落明显，按水文资料统计，12月一次年3月为枯水期，610月为洪水期。历史最高水位为+10. 96 m,最低水位为+0. 20 m。 桥址水位受潮水影响，最大潮差发生在春季，潮差最大1. 16 m。 桥址河床覆盖层厚755 m，由无为岸向芜湖岸逐渐变浅，
13、覆盖层多为中、细砂，岩面上局部有砾砂和圆砾土。基岩以角岩、花岗闪长岩为主，局部有破碎带。新鲜角岩、花岗闪长岩、闪长岩极限抗压强度为50 60 M Pa,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,10号墩地质剖面图,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,平台布置号墩均采用在围堰顶设钻机平台，平台上设钻机走道。平台布置简洁紧凑，不受水位影响，也不影响航道,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,护筒,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,钻机 钻机以大桥局桥机厂产KPG- 3000和KPG-3000A 钻机为主，辅以KTY一3000钻机。 KPG
14、- 3000是国内比较先进的钻机，液压系统由瑞典进口，可实现电控或液控恒压自动给进，无级变速，钻杆采用工字卡连接。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,由于芜湖长江大桥地质为中硬以下的岩石，因此选用洛阳矿山机械厂12英寸系列楔齿滚刀，型号XHB- 200，同时也辅以12英寸盘形刀和矮齿的球齿滚刀。刀齿为TM一60碳化钦优质钢，可焊、高强，目有很好的韧性，是比较理想的耐磨材料。 每台钻机配50 t浮吊1台，40 m3/ min压风机或20 m3/ min压风机1台。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及
15、控制要点,因912号墩钻孔桩都是纯基岩，不存在泥浆护壁问题，因此全部选用清水气举反循环钻进，其原理是利用钻具自重，在滚刀的刀齿处产生大于岩石抗压强度的压应力，通过钻具回转，强大的扭矩产生剪切、压碎等作用来破碎岩石，随着气举反循环，将碴块及时排出孔外。所以合理地选用钻压、转速、水流循环量是至关重要的。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,1 钻压的选定和控制钻压应与岩石强度相关，如果刀齿处的压应力小于岩石的抗压强度，则刀齿只是在岩石表面刮削，只能刮点碎屑，而对刀具的磨损则很严重。理论上讲，钻压应力应大于岩石抗压强度，使刀齿适当压入岩石，但钻压不宜太大，太大易造成埋
16、钻 、斜孔，并且基岩磨损刀体，易造成滚刀轴承的早期损坏。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,对楔齿滚刀，可用下式计算:PKx Q x L式中: K为重迭系数，其值为(刀具长x刀数)/成孔半径; Q为线压强度，一般为岩石强度的二分之一; L为钻孔半径。对50 M Pa基岩选钻压力350 450 kN，对15 M Pa基岩选钻压100150 kNo钻机加压的原则是“自重加压，减压钻进，低压 开钻，缓慢加压”。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,实际加到井底的钻压为钻具、配重和钻杆总重减去浮力，再减去水龙头的提升力量。 KPG- 3000和KT Y-3000钻具、配重和钻杆扣掉浮力后约52 t左右，称为全压。通过控制水龙头的提升力量来调整钻压，实现减压钻进。 减压钻进，可使钻杆受拉，保证孔的垂直度，减少斜孔。 一般情况，合理的钻压为全压的40%80 %,
