2、嘉绍大桥项目部--φ3.8m钻孔桩施工技术

嘉兴至绍兴跨江公路通道嘉绍大桥土建工程第Ⅱ合同段Φ3.8m大直径超深钻孔桩施工简介中交二航局嘉绍跨江大桥工程项目经理部2020年4月11日一、工程概况中交二航局嘉兴至绍兴跨江通道嘉绍跨江大桥全长10.137km，主要由（南北）陆地区引桥、（南北）水中区引桥和主航道桥组成。为尽量减少对钱塘江河床断面的阻隔，水中区引桥下部结构均采用单桩独柱构造，即桩柱直接对接，不设承台过渡。水中区引桥共设150根Φ3.8ｍ大直径超深钻孔桩基础。其中南岸水中区引桥（第Ⅱ合同段）由我局中标承建，含有20根Φ3.8ｍ大直径超深钻孔桩。中交二航局中交二航局南岸水中区引桥全长1030m，上部结构为三联连续刚构梁桥跨布置为（7×70m）+（70m+120m+70m）+（4×70m）中交二航局南岸水中区引桥范围墩号为N1#~N6#墩、N11#~N14#墩，下部结构采用单桩独柱结构型式，桩基为直径Φ3.8m的钻孔灌注桩，每墩2根，共20根桩。1.1、Φ3.8m钻孔桩设计情况墩号钻孔桩长度（m）钻孔深度（m）数量（根）永久钢护筒重量（T）钢筋笼重量（T）混凝土方量（m3）N1～N61051181294.04367.7621250.4N11、N13N121031031161164294.04394.04367.12943.5671227.71227.7N141031162107.78143.4981237.7主要工程数量一览表中交二航局典型墩一般构造图中交二航局2）地质条件：桥址区地层上部为较厚的第四纪松散沉积物，下伏泥质粉砂岩、砂砾岩风化层。典型地层分布自上往下为粉土、粉砂、淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹砂、粉质粘土、中细砂、圆砾石。详见《工程地质纵断面图》。1.2、水文、地质条件1）水文条件：桥址区潮流为不规则半日浅海潮，涨潮流大于落潮流。根据短期观测资料，平均高潮位4.02m，平均潮差6.44m。07年9月实测垂线最大流速6.65m/s。桥位河床底质颗粒较细，起动流速低，易冲易淤，河床变化剧烈。经实测，桩位处河床面已由详勘时的0.0m冲刷至-10m，对钻孔平台设置有较大影响。中交二航局09年农历六月初二涨潮情况中交二航局工程地质纵断面图中交二航局1.3、施工特点及难点1）桩基钢护筒长度45.0m，内径Φ4.1m，外形尺寸大，重量超过130t，对运输及起重设备性能要求较高；就位精度控制平面偏差5cm、垂直度1/200，对下沉工艺要求极高。2）直径大，最大孔深达118m，桩尖入砾砂岩超过10m，且需穿越厚20m以上的胶结状卵砾石层，对钻机系统性能要求极高。3）桩基施工均为水上作业，根据现场情况适宜采用钢平台工艺，由于钻机荷载很大，而水文条件恶劣，钻孔平台的设计及施工控制点较多。4）桩基采用海工高性能混凝土，技术要求高，单桩方量达1250m3，对混凝土生产供应系统及现场灌注工艺要求较高。5）现场交通须通过栈桥，点多线长，受相邻标段施工干扰大，对施工组织要求极高。二、主要施工技术方案中交二航局2.1、施工技术方案简述1）钻孔平台施工：设置结构强大的钢平台，平台搭设依托栈桥采用钓鱼法施工。2）钢护筒施工：考虑外形尺寸较大，运输不便，采用现场加工；沉放采用大型振动锤及履带吊施工，由于护筒超长超重，采用分节沉放、现场接长工艺。3）成孔施工：选用大功率、大扭矩液压动力头回转钻机，气举反循环工艺成孔。4）钢筋笼施工：采用长线台座法加工，分节运至现场，履带吊安装接长。5）混凝土施工：选用额定生产能力360m3/h的搅拌系统供料，输送车运至现场，泵送入仓，单导管灌注。中交二航局由于桥位区水文条件极其恶劣，设计抗风能力、抗流力、抗波浪力的大直径、高桩施工钢平台很有必要。考虑施工方便，平台顶标选择与施工栈桥一致，即+10m。平台上考虑1台钻机作业；考虑钢护筒下沉、钢筋龙安装、混凝土灌注设备布置；预留1台125t.m固定式塔吊基础；考虑布置施工人员的临时办公与休息设施。钻孔平台桩基采用Ф1200×12的钢管,桩间平联采用Ф800×10的钢管，斜撑采用Ф600×8的钢管；桩顶横梁采用2HN900×300作，其上搁置梁采用HM588×300，分配梁采用I22b，面板采用10mm钢板。2.2、钻孔平台设计施工1）平台设计中交二航局钢平台结构图钻孔平台平面图钻孔平台立面图中交二航局依托施工栈桥采用钓鱼法搭设钻孔平台；沉桩设置导向架，振动锤选用DZ120型，起重设备选用100t履带吊；沉桩安排在平潮时段施工，并及时焊安平联管及上部梁系。2.2、钻孔平台设计施工2）平台施工中交二航局钢护筒顶标高与平台一致，顶标高+10m,底标高设计-35m，总长度45m，内径4.10m，外径为4.164m。下部12m范围壁厚为32mm，采用Q345C钢，其余壁厚为27mm，采用Q235C钢。综合考虑运输及起吊工艺，钢护筒分2节进行沉放：底节长度23.0m，重约71.5t（含加劲箍）；顶节长度22.0m，重约60.6t。1）钢护筒设计2.3、钢护筒施工中交二航局2.3、钢护筒施工由于钢护筒外形尺寸过于庞大，公路运输通行困难，而水运则存在安全风险，经综合比选，钢护筒采用在后场专业钢结构厂房加工，焊缝采用直焊缝。为减少钢护筒在运输和吊装过程中的局部变形，在钢护筒两端吊点位置及中间设置米字形内撑，采用工10型钢。为确保钢护筒下沉过程中刃脚不变形，在护筒底部设置2道δ20mm的加劲箍，间距为1倍桩径，每道加劲箍宽度为50cm。2）钢护筒加工中交二航局①小节段卷制②节段拼接③加劲箍设置④焊缝检测钢护筒加工图片项目驻地内设专业钢结构加工厂，规避了钢护筒公路运输超高超长超宽的风险，同时可以确保加工精度并减小运输变形的几率。中交二航局钢护筒采用平板车运输，为了确保运输途中钢护筒的稳固，车上设置圆弧形底托，并用钢丝绳固定。运输至平台途中设专人负责指挥，并先行清障。3）钢护筒运输2.3、钢护筒施工中交二航局2.3、钢护筒施工4）钢护筒沉放采用200t履带吊吊安钢护筒，并在护筒竖立过程中辅以100t汽车吊抬吊。通过对桩位处地层分析计算，选用2台ICEV360液压振动锤施沉钢护筒。为了保证钢护筒就位准确，设置整体式双层导向架，上下限位轮间距7m，导向架安装在钻孔平台上，每次下沉护筒前，由测量人员精确放样定位，并与平台焊接固定；护筒下沉过程中，测量人员通过仪器全过程监测，发现偏位及时通知现场指挥人员纠正。钢护筒现场频接采用二氧化碳保护焊，焊接完成后经超声波检测合格后，方可下沉。中交二航局产地美国偏心力矩260.4kg.m最大激振力6424KN最大上拔力4004kN重量37558kg尺寸（长×宽×高）2.4m×2.1m×3.8m最高振频1500vpm最大振幅37mm液压夹头重量3400kgICEV360型振动锤性能参数（双锤）振动锤图片中交二航局①导向架结构②上层导向导向架图片③下层导向限位轮千斤顶导向框钢护筒施沉采用双层定位导向框，能够提供足够的平面刚度，并具备用于钢护筒施工精度调整的伸缩构造，利于基础施工精度的保证。中交二航局钢护筒沉放图片①首节护筒抬吊②首节护筒就位③二节护筒拼接④振动下沉①②③④中交二航局①焊安导向板②护筒对接③接缝调整④接缝施焊①②③④护筒现场拼接图片中交二航局护筒上端措施部分材质和壁厚与永久护筒上端相同，沉设是可靠可行的，同时作为墩柱施工的挡水结构，完全满足其施工要求。护筒底口加劲箍设置方法，通过钻孔过程验证，应是合适的，护筒底口无卷边及变形情况。钢护筒沉放采用高频液压振动锤，较适应本工程地质分布，最大激振力已经达到了5600kN。中交二航局根据本工程特点，选择性能优越的大型动力头钻机：KTY-4000型钻机2台、ZDZ-4000型钻机1台、KT-5000型1台钻机。为适应不同土层，每台钻机配置1个加强型刮刀钻头和1个滚刀钻头，配套直径大于400mm高强度钻杆及配重块。配置足够容量的供气系统及泥浆净化系统，每台钻机配备空压机应不小于20m3/min。1）钻机选型2.4、成孔施工中交二航局项目名称单位KT-5000KTY-4000ZDZ-4000钻孔最大直径mΦ5.0Φ4.0Φ4.0钻孔最大深度m300120120最大提升力吨300180200额定扭矩t.m403030总功率kW315285295整机尺寸m11.7×6.4×9.58.2×7.4×8.77.4×5.2×8.7总重量t2504357排渣方式气举反循环气举反循环气举反循环钻机性能参数2.4、成孔施工中交二航局①ZDZ-4000②KTY-4000③KT-5000①②③钻机图片中交二航局①刮刀钻头②滚刀钻头③钻杆①②③钻头、钻杆图片中交二航局泥浆循环系统图片①造浆筒②泥浆净化器③泥浆池①②③中交二航局钻孔平台工艺布置图为了减少对栈桥的影响，合理进行工艺布置，充分利用平台空间。钻机及泥浆选环系统靠平台一侧安放；钻头钻杆堆放区置于平台下游，远离栈桥；平台中间预留履带吊作业通道；靠近栈桥区域做为材料倒运及混凝土灌注设备驻位。2）工艺平面布置2.4、成孔施工中交二航局采用淡水泥浆，优质触变泥浆土造浆，并添加纯碱和纤维素对泥浆性能进行调整，新搅拌泥浆指标要求为粘度＞22s，PH值＞9。根据不同的地层选用不同的钻进参数，在淤泥质粘土层用小钻压、控制进尺；在粉质粘土和粘土层用中等钻压，控制进尺；在圆砾层、风化基岩中采用高钻压减压钻进工艺。终孔后，将钻头提至离孔底一定高度处，空转清孔。当泥浆性能及沉淀厚度满足规定要求后，停止清孔。拆除钻具，移走钻机，钻孔施工结束。必要时进行二次清孔，采用混凝土灌注导管及特制风管进行反循环方法。3）钻进成孔比重粘度胶体率含砂率1.1320′43″98%1.5%一清终孔泥浆性能参数2.4、成孔施工中交二航局由于地层复杂，部分土层胶结严重，所需钻压及扭矩较大，在各地层交界面上需要谨慎从严控制，确保孔壁的稳定和垂直度不超限；不同土层选用合适钻头，覆盖层采用加强型刮刀钻头，到基岩换用滚刀钻头。部分孔根据实际情况，未采用滚刀钻，而是利用刮刀钻一次到位；在砂层和卵石层钻进过程中，出渣量大，夹杂大粒径卵石，出现堵塞现象。后续在相同地层中钻进，调整了泥浆性能指标并提高泥浆循环除渣效率；加强型刮刀钻合金钻齿焊接需要牢靠，每孔间隙修整一次，确保钻进效果；钻机的维修保养需要跟进加强，现场增配维修人员及易损件，尽量减少非钻进时间，提高施工工效。3）钻进成孔2.4、成孔施工中交二航局2.4、成孔施工N1#墩：KT-5000钻机成孔（刮刀）地层钻压(t)扭矩(t.m)钻速（米/分)泥浆参数粘度(秒)比重含砂率(%)PH值粉砂15.04--70.010--0.03016--181.2-1.2328淤泥质粉质粘土8--155--80.020--0.05018--202.58粉质粘土夹粉砂15--208--90.005--0.01519--2129粉砂22--286--90.013--0.01720--213.59粉质粘土25--356--110.010--0.01819--2029圆砾25--356--130.01--0.03019--2129强风化泥质岩25--308--120.005--0.01519--21194）典型桩孔钻进参数一览表中交二航局N3#墩：KT-5000钻机成孔（刮刀）地层钻压(t)扭矩(t.m)钻速（米/小时)泥浆参数粘度(秒)比重含砂率(%)PH值粉砂15.04--72.70--3.6016--181.2-1.2328淤泥质粉质粘土8--155--80.78--0.13818--202.58粉质粘土夹粉砂15--208--91.20--1.8019--2129粉砂70（滚刀）20-25（滚刀）0.60--0.8420--213.59粉质粘土0.06--0.10219--2029圆砾0.06--0.3019--2129强风化泥质岩0.06--0.3019--21192.4、成孔施工中交二航局2.4、成孔施工N6#墩：KTY-4000钻机成孔（刮刀）地层钻压(t)扭矩(t.m)钻速