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1、水中大直径超深钻孔灌注桩施工工法1、前言桩基础是一种常见可靠的基础形式，近年来，钻孔灌注桩以其明显的优越性在桩基工程中起着越来越大的作用，尤其能在复杂地质条件、不利环境条件下成桩，且施工工艺成熟，进度及效益可观，这是其他类型桩基所无法替代的。灌注桩的技术在国内外工程界日益受到重视和发展。天津滨海新区中央大道永定新河大桥于2008年被批准为中国建筑股份有限公司示范工程，针对本工程地质条件复杂，土层交替变化，中国建筑第六工程局有限公司采用大功率泥浆泵配合水力旋流器对原有的正循环钻孔施工工艺进行改良。大功率泥浆泵使泥浆处于悬浮状态，同时加设水力旋流器降低泥浆含砂率。该工程的施工探索和总结，解决了在河
2、流入海口处淤泥质、粉质粘土层特殊地质条件下，水中大直径超深钻孔桩多项施工技术难题，保障了工程建设的顺利进行。水中超深超大直径钻孔灌注桩综合施工技术天津市建设管理委员会2008年12月20日鉴定该技术达到国内领先水平，并于2008年12月被评为市级工法。2、工法特点2.1 大直径钻孔灌注桩泥浆的作用主要为：保护壁，悬浮钻渣冷却钻具；2.2 大口径成孔对泥浆质量要求很高，一般检测指标有：相对密度，粘度，含砂率，胶体率等2.3 当钻进至砂层或粉砂层时，由于泥浆的含砂率较高，导致钻进速度缓慢时，通过加设大功率泥浆泵及水力旋流器将泥浆中的砂子分离，能有效地降低泥浆中的含砂率和成孔后沉渣厚度。极大缩短钻孔
3、及清孔时间，加快成孔速度和提高成孔质量。2.4 淤泥质粘土层采用加长钢护筒，达到减少缩孔或孔壁坍塌、加快成孔速度、确保工程安全。2.4 在入海口处作业时，材料供应和正常施工不可避免的要受到潮汐、风浪、季节性的影响，另由于平台的局限性需在平台配制专门的泥浆箱或利用护筒的连接作为泥浆池或泥浆循环管。3、适用范围本工法适用范围：孔径2000mm，孔深150m以内的孔径、垂直度要求较高，水上（陆地）竖向承重桩的施工4、工艺原理结合工程及地质条件，利用大扭矩钻机配合大功率泥浆泵及水力旋流器进行水中大直径超深成孔，下放钢筋笼、导管法灌注水下混凝土，从而实现成桩达到竖向承重的目的。5、施工工艺流程及操作要点
4、孔口防护灌注结束水下砼灌注试块制作、养护送试块测试砼输送就位坍落度检测导管安装安装钢筋笼一次清孔 检查导管混凝土供应钢筋笼吊运钢筋笼制作钢材进场、验收校正空钻孔深钻机就位成孔孔位验收钢护筒连接（埋设）测量砼面、拆除导管二次清孔、验收测砼面返高排污装船（车）排污场地储浆池测定沉渣渣浆分离器泥浆制备泥浆循环池(筒)施工平台搭设5.1、施工工艺流程2、操作要点 施工准备、施工前完成三通一平工作，搭设水中施工栈桥和施工平台。、制定桩基施工流程图，按设计图纸正确测定桩孔位置，并设置护桩。、根据地质资料绘制桩孔地质层况表，交司钻人员掌握，以便对钻进过程中的地质情况提前作好应对措施。、根据桩孔设计地质资料，
5、贮备足够的膨润土等材料，并考虑适当的备用机械设备。、配置满足施工要求的钻头，并对钻机认真进行检查维修与保养。 水中平台搭设永定新河特大桥主桥25#墩里程桩号K15+665.401，26#墩里程桩号K15+825.401，桥位处水位受海潮影响较大，海域属不规则半日潮，一天两次涨潮，两次落潮。在一个全潮过程中，两个半潮的潮型有明显区别，两个半潮的高潮潮位比较接近，而低潮潮位相差较大。最小潮差1.4米，最大潮差3.53米，最高潮位5.72米，最低潮位-1.8米，平均潮位3.77米。图5.1 正循环钻孔灌注桩施工工艺流程图25#墩河床面标高为2.0m，低潮位时河床面外露；26#墩河床面标高为-2.2m
6、，墩位临近2、操作要点5.2操作要点 施工准备1、施工前完成三通一平工作，搭设水中施工栈桥和施工平台。2、制定桩基施工流程图，按设计图纸正确测定桩孔位置，并设置护桩。图5.2.1-1 水中栈桥及施工平台3、根据地质资料绘制桩孔地质层况表，交司钻人员掌握，以便对钻进过程中的地质情况提前作好应对措施。4、根据桩孔设计地质资料，贮备足够的膨润土等材料，并考虑适当的备用机械设备。5、配置满足施工要求的钻头，并对钻机认真进行检查维修与保养。 水中平台搭设永定新河特大桥主桥25#墩里程桩号K15+665.401，26#墩里程桩号K15+825.401，桥位处水位受海潮影响较大，海域属不规则半日潮，一天两次
7、涨潮，两次落潮。在一个全潮过程中，两个半潮的潮型有明显区别，两个半潮的高潮潮位比较接近，而低潮潮位相差较大。最小潮差1.4米，最大潮差3.53米，最高潮位5.72米，最低潮位-1.8米，平均潮位3.77米。25#墩河床面标高为2.0m，低潮位时河床面外露；26#墩河床面标高为-2.2m，墩位临近主河道，水流流速大。25#墩水深只有2m左右，采用土方筑岛构筑施工平台，平台顶标高4.8m，平台尺寸比为61.45m44.4m。26#墩水深，水流流速大，需搭设水中钢平台。固定平台顶标高5.3m，比平均高潮位高1.5m，平台尺寸为44.5m32.5m。平台采用63根30mm（壁厚为10mm）钢管桩作为基
8、础，钢管桩长度22m，管桩底标高-17.7m。钢管桩顶架设I40b工字钢分配梁，分配梁上架设I40b纵向工字钢，工字钢上满铺1820cm方木构成平台铺装。平台四周采用45钢管做栏杆，栏杆间距1.5m，高度为1.2m。首先，在测量控制下，抛设重力锚，其具体位置用浮筒做标识，进行浮吊就位，钢管桩由运输船从临时码头运到墩位处（或由栈桥运至墩位处），利用浮吊、振动锤等机具在测量仪器的指导下插打钢管桩至设计标高。在插打钢管桩期间，必须要全程测量监控，以保证桩身垂直及控制桩位。钢管桩打设完毕后，在浮吊的配合下，进行钢管桩定找平。接着安装桩顶工字钢横梁，然后安装纵向工字钢，最后铺设面板木方，安装平台栏杆。埋
9、设护筒1、根据工程量选取足够的钢护筒。2、钢护筒根据桩径大小、地层条件分别采用810mm厚钢板卷制焊接成圆形。护筒长依据地质、水文情况选定，由单节或多节短护筒焊接而成。3、桩基钢护筒加工完成后经质检工程师检验合格，运至钻孔平台位置附近，利用吊机配合振捣锤进行桩基钢护筒的沉桩施工。钢护筒埋设首先在每个平台上，精确放出护筒位置，水中墩可利用钻孔平台上纵横工字钢安设护筒沉放导向架，导向架比护筒外径大5cm，由浮吊吊起钢护筒通过导向架缓慢下放直到其刃脚自然下沉到河床面为止。再校正护筒垂直度（小于1%）和护筒平面位置偏差（小于5cm）后，采用振动锤振动下沉，振动锤振动下沉直至护筒底部到达设计标高。 钢护
10、筒沉放注意事项1、钢护筒下沉时如出现异常倾斜、卷刃等情况，应探明原由，提出相应处理对策再继续从事施工；2、钢护筒焊接接长时应保证护筒顺直，焊缝饱满；3、振动锤重心和护筒中心轴尽量保持在同一直线上；4、开动空气吸泥机同时须往钢护筒内加水，护筒内水位不能低于河面水位；5、在护筒下沉过程中，当护筒沉入土中一定深度后，要及时撤除护筒导向架，以免影响护筒下沉；6、钢护筒沉放必须全过程测量，保证护筒偏位和倾斜度在容许范围内； 安置钻架1、护筒埋好经检验位置无误后，将钻架移到桩位上，架立稳固，四角垫平不得倾斜。2、在架立钻架时应使钻架顶的起重滑轮、扶钻平台处固定钻杆的卡杆孔和桩位中心三者在一根竖直线上，以保
11、证钻孔的竖直方向。 钻孔泥浆1、为充分发挥泥浆的护壁和排渣作用，并提高钻孔效率，泥浆的主要指标要求见表5.2.6-1。表5.2.6-1 泥浆主要指标值泥浆主要指标指标值相对密度粘土层1.051.2砂土层1.21.45黏度粘土层1622 Pas砂土层1928Pas胶体率96%含砂率4%8%2、制作泥浆使用优质膨润土和满足要求的粘土，施工时采用孔内原土造浆配合投入粘土。3、泥浆制备采用孔内造浆的方法，并根据试验结果投入适量的膨润土及纤维素。4、为节省粘土可利用循环泥浆。钻孔前应根据桩的布置情况，设泥浆沟、储浆池（水上用泥浆槽或船），以使孔内溢流出的带碴泥浆经沉淀后重复使用。26#墩可利用护筒或泥浆
12、船做泥浆储备池，护筒间设置泥浆槽。桩基成孔时可利用邻近钢护筒做储浆池，如储浆池的体积不能满足要求时，可插打临时护筒做为储浆池。5、由于孔深60m时泥浆的含砂率明显升高，经检测含砂率达17%，导致排渣困难，钻进速度减慢，影响工程进度。经过试验采用加设辅助设备提高泥浆质量，在泥浆循环过程中加设大功率泥浆泵和水力旋流器把泥浆中的砂子进行分离，以降低泥浆含砂率，有利于降低成孔后沉渣厚度，缩短清孔时间至2.5h，以达到加快成孔速度，提高成孔质量。表5.2.6-5 加设水力旋流器后泥浆含砂率数据加设辅助设备后含砂率检测时间含砂率初始时17%0.5h12%1h8%1.5h4%2h3% 钻孔1、钻机安置要平稳
13、，磨盘中心亦即钻杆中心应对准设计桩轴心位置。2、磨盘转动钻杆使钻头及钻杆自动钻进时，则应保持提吊钻头的的钢丝绳索永保铅直状态，切不可使钻杆发生晃动，以使孔身不直或扩孔过大。如果企图加大钻进速度，则以加重钻头或在钻头上部钻杆处加配重，以保证钻孔垂直。3、钻孔工作应连续进行，中间停顿时间不得过长，如因检修设备或其他原因停止钻进时，钻头应提高孔底不小于3.0m，不得将钻头停放在孔底，以免发生埋钻现象。4、钻孔周围地面（平台）上不得堆放重物和杂物，孔口附近应尽量保持清洁。施钻过程中，并应随时检查护筒四周填土及河床面变化，注意是否有沉陷坍塌现象。 成孔清理与质量检验通常采用抽碴筒抽碴清孔。达到设计深度清
14、孔时，清孔中不断向井内补充清水，以保持井内绝对水头高度。清孔后，泥浆比重控制在10.51.2，粘度1720，设计要求沉碴厚度小于10cm，孔底泥浆糊在手掌上能看见掌纹即可判定清孔结束。 钢筋龙制作、运输与吊放钢筋连接采用电弧焊焊接工艺，钢筋笼成型采用电弧焊，钢筋笼制作根据桩长分节制作，两节钢筋笼间的开口连接采用滚轧直螺纹连接。采用螺纹连接技术，应采用“长线预制法”分节段制做钢筋笼，并标明钢筋笼接长时对接位置标记，另钢筋滚丝前应将两端头马蹄形切除。两节钢筋笼对接好后，进行下一节钢筋笼接长。钢筋笼制作自检合格后，申请监理工程师验收签证。钢筋笼在施工现场须使用改装后的场地运输车运输，确保钢筋笼在运输
15、过程中不变形。图5.2.9 定位块示意图钢筋笼应采用三点吊放，防止扭转弯曲、发生永久性变形。为防止吊装过程中变形，在钢筋笼加强箍筋内侧焊接32钢筋支撑，在入孔时逐一割除。钢筋笼吊放前应对平台上定位点进行复测，吊放时通过控制点定向对准孔位，吊直扶稳，缓慢下放，两节钢筋笼对接采用直螺纹连接，避免碰撞孔壁；在钢筋笼下放前在钢筋笼上应焊接定位块，定位块的尺寸满足设计要求，采用每隔2m焊4个定位块，以保证混凝土保护层厚度。另外，混凝土灌注时需采用吊钩和顶管以防止钢筋笼上浮。根据钢筋笼设计标高及平台顶标高确定吊筋长度。吊筋采用两根与主筋相同的钢筋焊接在主筋上，采用双面焊缝，焊缝长度不小于5d，吊筋顶焊接钢板与吊具连接,此连接可以保证2倍以上的安全系数。钢筋笼主筋接头，每一截面上接头数量不超过50%，加强箍筋与主筋连接全部焊接。钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合要求。 导管导管技术要求灌注水下砼采用钢导管灌注，采用导管内径为30cm。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁用压气试压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力，也不
