杭州湾跨海大桥桩基础施工工艺总结

杭州湾跨海大桥Ⅱ合同＝广东长大桩基础施工工艺-1-1.桩基础施工工艺总结1.1桩基础成孔施工工艺1.1.1工程概况1）概述杭州湾跨海大桥Ⅱ合同包括北航道桥和北侧高墩区引桥下构，全桥共计152条钻孔灌注桩基础，每墩设计均为摩擦桩群桩基础，其中主墩桩基础每墩为26根，桩径φ280cm，桩底标高为-125.8m，平均桩长125m；辅墩桩基础每墩14根，桩径φ250cm，桩底标高为-90.0m，平均桩长90m；边墩桩基础每墩8根，桩径φ250cm，桩底标高为-97.0m，平均桩长96m；高墩区引桥桩基础每墩8根，桩径φ250cm，B1#~B3#墩桩长90m，B4#~B7#墩桩长95m。其中主墩桩底进入粉砂、细砂（○11土层）层深度平均为3.0m。2）工程地质北航道桥工程区段基岩面标高为－180m～－190m。钻孔揭露均为第四系松散沉积物，地质复杂，桥位处海底地形平坦，覆盖层很厚，地层岩性分布比较均匀，受涨落潮水的影响，冲淤交互进行。桥位区的详细地质情况见《工程地质勘察报告》第二册。其代表性地质情况如下表：层号岩性钻孔桩周土极限摩阻力i（KPa）各岩土层物理特性②1亚砂土30饱和，软塑，厚度3.50~8.85m③淤泥质亚砂土25饱和，流塑，局部软塑，厚度1.60~11.50m③透亚砂土30④1淤泥质粘土25饱和，流塑，局部软塑，厚度3.40~9.40m④2粘土30饱和，软塑，厚度6.35m⑤1粘性土45亚粘土为主，局部为粘土；饱和，软塑，土质均匀厚度0.80~10.10m⑤2亚砂土50饱和，软塑~硬塑，微具层理，厚度1.30~11.60m⑤3粘性土45饱和，硬塑，厚度2.80~13.10m⑤透亚砂土40饱和，亚砂土软塑，粉砂中密，局部为亚粘土⑥粘性土65饱和，硬塑，局部软塑，厚度2.60~6.15m⑦1亚砂土、粉砂65饱和，硬塑或密实，厚度4.90~25.40m⑦1夹亚粘土45饱和，软塑，厚度5.10~12.50m⑧11亚粘土、亚砂土50饱和，软塑，局部硬塑，厚度3.20~6.10m杭州湾跨海大桥Ⅱ合同－广东长大桩基础施工工艺-2-⑧21粘土45饱和，软塑，厚度6.10~10.45m⑧22亚粘土50饱和，软塑，厚度2.40~15.80m⑧透亚砂土，粉砂饱和，硬塑或密实，厚度4.90~25.40m⑨细砂、中砂75饱和，密实，厚度4.00~15.95m⑩粘土、亚粘土80饱和，硬塑，厚度5.20~16.40m⑩夹粉细砂75饱和，密实，厚度4.30~7.80m⑾粉砂、细砂90饱和，密实，厚度1.30~16.00m⑾夹粘土80饱和，硬塑，厚度3.50~12.20m⑿亚粘土、粘土100饱和，硬塑，厚度0.90~4.70m⒀中细砂100饱和，密实，厚度7.40~10.80m桥位处水深流急、潮差大，受台风等不良天气影响频繁，对工程建设组织和安全带来不利的因素，增大了工程施工的难度。为提高桩侧摩阻力，须加快成孔成桩进度及在保证成桩质量的前提下减少泥皮厚度，因此对钻机的性能、泥浆的配制及成桩操作等施工技术和工程管理方面都提出了更高的要求。粉细砂土层对钻孔泥浆的影响和破坏较大，松散的粉细砂土层很容易导致塌孔；粘土层容易引起糊钻和蹩钻现象；在淤泥质亚粘土中钻进极易造成缩孔、缩径、塌孔等现象的发生。1.1.2桩基础钻孔施工设备人员安排针对桩基桩径大（φ2.5m~2.8m）、桩长较长（90m~125m）、地质情况复杂以及潮差大的特点，本工程采用GW-35/KP-3500/RC-300型全液压回转钻机和GW-26型回旋钻机成孔施工。其中B10#墩采用3台KP-3500钻机及1台RC-300钻机进行桩基础钻孔施工，B11#墩采用3台GW-35钻机及1台GW-26钻机进行桩基础钻孔施工，而GW-26钻机主要用于钢护筒内扫孔施工。其他墩均采用一台GW-35/KP-3500/RC-300型全液压回转钻机进行桩基成孔施工。钻头均采用双腰带四翼刮刀钻头（实践证明单腰带四翼刮刀钻头不能满足桥位地质钻孔需要）。采用宜昌“黑旋风”泥浆处理器进行排砂施工。每台GW-35/KP-3500/RC-300型全液压回转钻机配置10人实行24小时两班作业，每班5人。GW-26钻机配置6人实行24小时两班作业，每班3人。正常状况下（钢护筒无变形、钻机及泥浆处理器无故障等）主墩125m长桩基成孔施工平均为7~9天，最快达5天半；而对钻至终孔以上硬塑性粘土/铁板砂层发生糊钻、钻头合金磨损等现象的一般成孔时间达10~12天。而其他墩台正常成孔每条桩平均为4~7天。杭州湾跨海大桥Ⅱ合同＝广东长大桩基础施工工艺-3-每个主墩桩基施工配置一台WD120桅杆吊+2台32t龙门吊，B1#~B9#墩每个墩配置1台32t龙门吊、汽车吊配合施工，B12#、B13#墩每墩配置一台32t龙门吊、浮吊配合施工。图1.1.2-1钻孔施工用排砂器及GW-35钻机图1.1.2-2钻孔施工用泥浆罐及RC-300钻机1.1.3钻孔前准备工作①组织技术人员认真学习桩位处水文、地质情况，了解并查明土质、砂层、透水层等的状况，熟悉《钻孔地质柱状图》。②对进场的施工专业队提前10天进行三级技术交底、安全交底，组织专业队人员熟悉地质情况及气候影响，特别是杭州湾恶劣气象水文环境及冬季施工的各种困难应做到充分了解。杭州湾跨海大桥Ⅱ合同－广东长大桩基础施工工艺-4-③准备好泥浆泵、电磁铁及相关打捞工具，制定电力供应方案以及空气压缩站、泥浆处理站的建立方案。④做好各机械设备的维护保养工作，熟悉各种机械设备的性能，确保施工时正常运转，万一出现故障能及时修复。特别是配置足够数量的钻机、空压机、泥浆处理器易损件随时备用。⑤制定详细可行的桩基施工作业指导书，包括施工工艺、钻孔前设备检修、人员培训与准备、事故预案、安全方案、质检方案等，同时准备相关质检表格。⑥建立工地试验室，配备相应的泥浆检测设备。准备好测绳。提前进行桩基钻孔泥浆配比试验，根据确定的配比做好相关造浆材料备料。⑦加强对钻杆钻头长度尺寸及质量检查，特别是每根桩下钻接杆前钻杆发兰接头焊缝质量检查。⑧复测每条桩基钢护筒的平面位置和垂直度，根据测量数据指导钻机就位。⑨根据确定的钻孔顺序提前布置钻孔钢护筒泥浆循环系统，割通用于泥浆循环的连通管。1.1.4钻孔灌注桩成孔施工1）钻孔顺序安排由于主墩采用多台钻机进行成孔施工，必须制订合理的钻孔顺序，防止出现施工至后期钻机“打架”的情况发生，影响钻孔施工工期。此外根据杭州湾跨海大桥其他标段实际施工经验教训，还必须注意成孔完成后灌注混凝土前相邻桩位钻孔不得钻过护筒底口，不然可能会出现灌注混凝土过程中砼“串孔”现象而造成严重后果。2）钻机就位及调试将钻机在平台上配合组装完毕，然后根据桩位中心和钻机底盘尺寸在平台上标出钻机底盘边线标志，根据定位标志，调整钻机位置，用水平尺检查转盘水平度，并用钢板将钻机垫实。钻机就位后要保证水龙头中心、转盘中心、桩的轴向中线三者同一直线，偏差不大于2cm。钻机就位自检合格后，由技术人员及监理工程师验收就位情况，验收合格后将钻机与平台进行固定限位，保证在钻进过程中不产生位移。杭州湾跨海大桥Ⅱ合同＝广东长大桩基础施工工艺-5-利用桅杆吊或龙门吊将钻头、风包钻杆及配重（15~20t）拼装在一起，在钻机就位后将其吊入孔内固定。检查钻杆并安装接长钻杆，将钻头下到离孔底泥面约30cm处，接通供风及泥浆循环管路，开动空压机，开启供风阀供风，在护筒内用气举法使泥浆开始循环，观察钻杆、供风管路、循环管路、水笼头等有无漏气漏水现象，并开动钻机空转，如持续5min无故障时，即可开始钻进。3）泥浆制备与循环①泥浆制备正常桩基钻孔造浆在钻孔内进行。而对钢护筒轻微漏浆的桩基钻孔造浆采用专门的造浆桶进行，泥浆配置好后通过泥浆泵抽到待钻孔内。②泥浆配比及控制对于钻孔过程中泥浆质量的控制，建立工地泥浆试验室是至关重要的，钻孔过程要有专人24小时值班定时负责泥浆检测工作，特别是从一种地质层进入另一种地质层时，要加强对泥浆指标的监控，当钻孔至粉砂及砂砾等易塌地层时，应加大泥浆比重，粘度及胶体率，以确保护壁厚度，防止塌孔现象发生。钻进过程中必须严格按照施工工艺要求保证泥浆质量，不得随意更换造浆材料及配合比，采用其他造浆材料时必须得到试验室和施工负责人同意后方可使用；钻进过程中应根据实际情况，按照施工工艺要求适当加大泥浆比重；在终孔前的2~3天必须按照清孔泥浆的要求控制好各项指标，如达不到要求则必须通过换浆达到清孔泥浆指标；桩基在终孔的前一天应通知实验人员检测泥浆性能，终孔泥浆达不到既定指标不得拆钻杆；在进行下一条桩基施工前必须按照需实验室提供的配合比提前备足各种造浆材料，造浆材料不足禁止开钻。成孔过程主要测定泥浆的比重、粘度、含砂率、PH值、胶体率等。杭州湾跨海大桥专用技术规范要求的泥浆性能指标如下：相对密度1.06～1.10，粘度18～28s，含砂率≤4%，胶体率＞95%，失水率≤20ml/30min，泥皮厚≤3mm/30min，静切力1～2.5Pa，PH值9～11。泥浆配比根据试验确定（详见相关施工总结）。施工过程中平均每条桩钻孔过程中加入2~3t纯碱、1~1.5tCMC以及根据不同地质情况加入适量的浙江安吉陶土（4%），配制出不同比重、粘度、护壁效果好、成孔质量高的泥浆。杭州湾跨海大桥Ⅱ合同－广东长大桩基础施工工艺-6-而根据施工现场经验表明：除泥浆胶体率指标以外，其他指标均能达到规范要求。其中成孔过程中相对密度在成孔过程中一般为1.15~1.25之间，粘度17～20s左右，PH值9～11，含砂率根据情况采用排砂器进行控制。而终孔指标则要求严格控制相对密度在1.13~1.16之间，相对密度小于1.13则泥浆胶体率很难保证，大于1.16则不利于砼灌注施工；粘度17～20s左右，PH值9～11，含砂率则可控制在0.5%以下更利于砼灌注施工。通过试验表明若采用烧碱虽然能够使泥浆PH值指标较易达到要求，却更加不利于胶体率指标的控制，因此不得用烧碱代替纯碱。此外就泥浆胶体率指标控制而言，若达到同样胶体率指标，采用海水造浆所须CMC要比采用淡水造浆所须CMC多得多，而CMC价格极为昂贵（2万元左右/t），因此在淡水来源方便的情况下采用淡水泥浆往往比海水泥浆更为经济可靠。③泥浆循环及排放全桥桩基采用气举反循环方法成孔。根据施工的实际情况与机械设备的配套情况，每台钻机采用一套独立的泥浆循环系统。泥浆循环系统如图所示：泥浆管泥浆管泥浆管出砂孔排砂器振动筛泥浆罐连通管四翼钻头KP-3500钻机相邻护筒出渣孔滤网孔内泥浆面图1.1.4-1泥浆循环系统布置示意图杭州湾跨海大桥Ⅱ合同＝广东长大桩基础施工工艺-7-图1.1.4-2泥浆比重及粘度现场检测图片4）钻孔施工钻孔施工时必须进行扫孔（可在钻头上下层腰带上设置16道左右φ28钢丝绳扫孔），将钢护筒内壁范围内的泥渣彻底扫除干净，以防成孔后在钢筋笼安装以及砼灌注过程该部分泥渣落入桩孔内影响施工质量。钻头穿越钢护筒底口是钻孔重要一环。在钻头顶部焊接钢板导向圈的方法有效地防止升降钻头钩挂护筒底口。当钻进至接近钢护筒底口上下1～2m左右时，须采用低钻压、低转速钻进，并控制进尺，以确保护筒底口部位地层的稳定，当钻头钻出护筒底口2～3m后，再恢复正常钻进状态。而桩基成孔垂直度主要通过在钻头以上位置设置15～20t配重块的方法进行保证。实践证明这方法能有效保证桩基成孔垂直度控制在1/500以上。此外根据地质资料及实际钻孔情况，严格控制进尺速度（1m/h），以防缩孔甚至踏孔事故的发生。对于淤泥质土层，采用低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进，以免发生先扩孔后缩孔现象；对于亚粘土层，采用低档慢速、优质泥浆、大泵量钻进的方法钻进；对于粘土层采用中等钻速大泵量、稀泥浆钻进；对于砂层，采用轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进，以免孔壁不稳定，发生局部扩孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋钻现象；对砂砾层，采用轻压、低档慢速、优质浓泥浆钻进，确保护壁厚度以及充分浮渣。在硬塑的粘土层钻进时，要慢速钻进，泥浆浓度小一点，以避免糊钻。钻孔过程随时检测泥浆指标，严格控