滩涂区超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法

滩涂区超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法一、前言：随着桥梁技术的飞速发展，桥梁基础的施工难度越来越大，工艺日趋复杂。目前世界上最长的跨海大桥在中国杭州湾开工建设，其试验段工程已经结束，滩涂区完成32根工程桩和2根试验桩。作为大桥建设的科研项目，中铁四局在完成钻孔桩施工后，组织技术力量对长大钻孔桩施工工艺进行认真总结，形成本工法。二、工法特点：2.1滩涂区长大钻孔桩快速成孔。2.2特殊海洋地质条件下钻孔桩施工的泥浆配制。2.4长大钻孔桩钢筋笼长线法制作；钢筋笼机械对接技术；2.5桩底压浆工艺。三、适用范围：本工法适用于淤泥、软土、淤泥质亚粘土、砂土、粉砂土及细砂土等地基承载力较弱的地层及土层。四、工艺原理：混凝土钻孔灌注桩技术是通过工程钻机钻进成孔，下放钢筋笼，采用导管进行混凝土灌注，形成承载结构的钢筋混凝土钻孔桩基础，最后完成桩底压浆与周围地基土层密实地结合在一起形成统一整体，从而提高混凝土灌注桩桩身的摩擦和桩底的承载力。五、工艺流程：根据杭州湾跨海大桥滩涂区地质结构，结合长大钻孔桩施工的特殊要求，运用先进的施工技术确定钻孔桩施工工艺流程。见（图一）：六、桩基施工方案：杭州湾跨海大桥钻孔桩基础均属深长型钻孔桩,施工精度要求高，加之本工程监理均在海上进行搭设平台施工,施工过程受海潮、台风等不利施工条件影响。因此，合理地选择钻孔桩施工方法和严密地施工组织是保证钻孔桩工程施工达到预期目标的关键。针对钻孔桩的工程特点，从人、机、料、法、环五个施工生产要素着手，确定钻孔桩施工的总体方案如下：七、长大钻孔桩施工工艺7.1钻孔桩单桩循环时间估计根据工艺流程安排每根桩工序的作业时间见下表。7.2钻机选择杭州湾大桥地质较为复杂，由上至下为松散～中密的亚砂土、淤泥质亚粘土、粘土、细砂土、粘土层，持力层为硬塑粘土。由于多年沉积，结构紧密；设计桩长在86m以上，最大桩长达到105m，因此钻机选用目前国产较先进的工程钻机：QJ250-1型、KPG-3000型，GW-30A型,每台钻机配备一台空压机，钻进采用气举反循环施工工艺，钻头选用双腰带梳齿式钻头，以适用于不同地层。钻机主要技术参数见表7-27.3钻孔平台标高杭州湾跨海大桥滩涂区由于受杭州湾潮位的影响，钻孔平台面搭设标高同栈桥桥面（+7.0）一致，以解决整个施工过程均不受最高潮位的影响，同时使交通方便，便于材料及机械设备运输。7.4钻孔平台基础及上部结构根据总体施工组织的要求，钻孔平台是实现主体工程施工的重要环节，其结构设计的合理性和可操作性直接影响主体工程施工进度和工程造价。因此，钻孔平台的结构设计充分考虑了这两个方面。首先，采用可拆卸式上部结构，平台纵、横梁均采用贝雷桁架，上铺I22工字钢及10mm厚钢板形成平台。钻孔桩施工完成后，墩台基础以上部分的平台拆除，周转到其余墩位或栈桥使用，以减少材料占用，降低工程成本，钻孔平台的功能考虑除满足钻孔桩施工要求外，同时又作为机械、材料的运输堆放平台，平台平面尺寸为18×33m，留出6m宽的施工通道供承台施工所用。其次，采用φ600mm的钢管桩基础，入土深度22.0m左右。采用50T履带吊配合振动打桩锤施打。施工方法与栈桥相同，简化了施工设备，满足施工进度要求钻孔平台结构及平面布置见下图：7.5.1泥浆制备钻孔泥浆采用膨润土配置而成的高级泥浆。膨润土优先使用钠质膨润土，用土量为水的8%，在粘土层中钻进时降低至4%；并加入外加剂进一步改善泥浆性能：CMC羧基纤维素，降低失水量，掺入量为0.1%；碳酸钠，提高泥浆胶体率和稳定性掺入量为0.1～0.4%；铬铁木质素磺酸钠分散剂，使钻渣颗粒聚集沉淀，掺入量为0.1～0.3%。用泥浆搅拌机在制浆池使用淡水调制泥浆，调制前必须经过试验验证泥浆性能满足施工要求，并经监理工程师批准。7.5.2泥浆循环系统泥浆制备及循环净化系统由泥浆循环槽、泥浆搅拌机、泥浆净化机、制浆池(30m3×2)、贮浆池(250m3)、沉淀池(230m3)、泥浆沉淀处理器等组成。泥浆循环池采用30m3钢箱或将４～5个护筒用Φ300的钢管串联起来，作为泥浆循环系统一部分。泥浆循环系统见下图7.6钻进在不同地层钻进时，根据进尺情况及时更换钻头。粘土层中钻进,由于泥浆粘性大，钻锥所受的阻力也大,易糊钻,选用尖底钻锥,中等转速、大泵量、稀泥浆钻进；在砂土层和淤泥质粘土层钻进时,容易出现坍孔和缩孔现象,选用平底钻锥，控制进尺,采取低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进。泥浆指标根据地质情况选择调配。7-7清孔当钻孔深度达到设计要求时，立即组织质检部门对孔深、孔径和孔形进行检查，确认满足设计要求后，报请监理工程师批准，监理工程师认可后，立即进行清孔。清孔利用钻机的反循环系统，采用气举抽浆法进行换浆清孔。清孔时，将附着于护筒壁的泥浆清洗干净，并将孔底钻渣及泥砂等沉淀物清除。当抽出的泥浆与换入的泥浆指标相近，而且抽出的泥浆中固体颗粒的粒径小于0.5mm时可以认为清孔已满足要求，停止清孔。监理工程师论坛钢筋笼和导管安放完毕后，灌注水下混凝土前，测量出的沉渣厚度不得大于20cm。若此时沉碴超标，要组织工程技术人员和有经验的钻工分析原因，对清孔的要求重新制订，并立即组织劳力和机具进行第二次清孔，第二次清孔利用导管安装风管，反循环清孔。7.8钢筋笼施工工艺7.1钢筋笼加工钢筋笼加工采用长线法施工，为确保钢筋笼制作精度，保证接头质量，加快现场钢筋笼对接进度，以缩短成孔至成桩工序之间间隔时间，钢筋笼分5节加工制作，基本节长18米，最后一节为调整节。根据加工场地布置可满足同时施工3根钻孔桩钢筋笼，每个加工台位分别就一根桩的钢筋笼进行加工。为使钢筋笼有足够的刚度以保证在运输及吊装过程中不发生变形，每隔2米设置一道加强筋和Φ50钢管内撑架，安装钢筋笼时拆除内撑架。螺旋箍筋与主筋的相交处梅花形点焊加强钢筋笼的强度，减小钢筋笼吊装时的整体变形。声测管及压浆管的安装除在底节钢筋笼安装的同时焊接在钢筋笼上外，其余各节均预先绑扎在钢筋笼内，在安装钢筋笼的同时进行焊接对接。7.2钢筋笼运输及吊放钢筋笼成型后用专用托架通过栈桥运至现场，在孔口利用50t履带吊起吊,钢筋笼接头经优缺点比较后，采用套筒冷挤压连接，满足现场操作简单、施工速度较快的要求，其各种钢筋接头优缺点比较见表。13钢筋笼对接时必须按照编号顺序依次吊装，每一根钢筋接头位置也必须按照标识一一对应。下放前检查钢筋笼垂直度，确保上、下节钢筋笼对接时上下节中心线保持一致。钢筋笼安装到位后及时固定，防止脱落，将钢筋笼主筋与钢护筒焊接，防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上浮。钢筋笼最上部1.5m范围内的箍筋待承台开挖破除桩头砼后再按设计要求绑扎就位。钢筋骨架检查项目表项次检查项目规定值或允许偏差检查方法1主筋间距±10mm尺量2箍筋间距±20mm尺量3骨架外径±10mm尺量4骨架倾斜度±0.5%经纬仪检查5骨架保护层厚度±20mm尺量6骨架中心平面位置±20mm经纬仪检查7骨架顶端高程±20mm水平仪检查8钢筋骨架底面高程+50mm水平仪检查7.3水下砼灌注7.3.1导管采用内径300mm的快速卡口导管,单节长3米,最下节长6米。导管在使用前组装编号,并进行水密、承压、接头抗拉试验，确保导管的良好状态。导管下放过程中保持位置居中，轴线顺直，徐徐下放，防止卡挂钢筋笼或碰撞孔壁。并在施工中做好导管安装的长度复核和检验记录，以确保砼灌注顺利进行。采用砍球法灌注水下砼的初盘需用量对于直径2.0m的钻孔桩为5.15m3；对于直径1.5m的钻孔桩为4.2m3，因此导管顶部安6m3储料斗，以保证首批混凝土满足导管埋置深度大于1.0m的要求。7.3.2混凝土灌注砼灌注应连续进行。灌注过程应经常用测锤探测孔内砼面的高度，及时调整导管埋深，同时指定专人填写水下砼灌注记录。导管埋深控制在2～6米。导管提升应缓慢，以避免导管挂撞钢筋笼。为确保成桩质量，对于直径为1.5m的桩，砼面标高应超过设计桩顶0.5～1.0米；对于直径为2.0m的桩，砼面标高应超过设计桩顶1.0～1.2米，方可停止灌注水下混凝土。钻孔桩水下混凝土灌注施工步骤图八、桩基质量检测：桩基采用超声波透射法检测，通过埋设在钻孔桩内的声测管来完成。从桩底开始沿桩底每隔50cm分制进行六个剖面图高程对测，各测点发射与接收换能器积累相对高差不大于2cm，并随时校正。对试验段工程完成的钻孔桩进行检测，结果表明桩身混凝土完整性好，桩身混凝土强度达到设计要求。8.1桩底压浆8.1.1工艺目的（1）杭州湾大桥南岸滩涂区，地质条件较差，为满足承载力要求，有必要通过桩底压浆施工工艺确定桩基承载力，确定桩长。（2）通过桩底压力灌浆使桩底土壤密实，从而达到减少沉降，提高承载力的目的。（3）确定可靠的成熟的桩底压浆施工工艺，包括压浆管的设置安装、浆液配合比，压浆工艺流程及技术控制指标等。（4）优化并确定压浆机械设备及出浆口密封材料。8.2桩底压浆施工工艺流程图8.3管路布置(1)压浆管路压浆管采用6根内径φ25mm、壁厚δ=2.5mm钢管，安装前要求清除钢管内锈渣等杂物，防止堵塞出浆孔。底部用弯头及弯管将2根注浆管连接成回路，其中一根为进浆管，一根为溢浆管，在注浆管上端安装高压止浆阀，在溢浆管上安装溢浆安全阀。每根钻孔桩共设3个压浆回路，每个压浆回路底部安装两个套筒部件，每个套筒内的钢管上有两个φ6mm被橡胶套筒紧密包裹的注浆孔，孔口朝下，压浆管顶部钢管接长至地面以上，便于压浆操作。在钢筋笼底部设直径1.1m、厚5mm隔离铁板，隔离铁板与钢筋骨架焊接，底部压浆管固定在隔离铁板下，压浆管底部橡胶套筒在钢筋笼安装完毕后，使其与桩底沉渣紧密接触，防止被水下混凝土包裹，使注浆孔无法用高压水开裂。压浆管接头处应密封不透水，防止泥浆或水泥浆漏入，避免堵塞压浆管路。套管包裹材料采用自行车旧胎，外缠防水胶布，包裹前进行空压试验，确定破坏压力。钢筋笼底部压浆管路的布置见图8.3.18.4注浆管定位如何准确测量钢筋笼底口标高，是桩底压浆施工能否成功的关键。如果安装10吨重的钢筋笼不到位，压浆管底部橡胶套筒没有触到孔底，那么橡胶套筒可能被水下混凝土包裹，导致注浆孔无法裂开。如果钢筋笼下放过多，在其自重作用下，可能损坏底部压浆管路，导致无法进行桩底压浆。为解决钢筋笼定位问题，在钢筋笼底部设置触底开关，导线沿钢筋笼引出桩顶连接指示灯，钢筋笼触底时接通开关，点亮指示灯显示钢筋笼到位，保证注浆管紧贴桩底沉渣。8.5桩底压浆主要设备注浆泵：注浆泵采用3SNS型往复式三柱塞泵，主要技术参数如下：转速91r/min，理论排量76L/min，压力12MPa，进道口径64mm，排道口径32mm，额定功率22kw，外形尺寸（长×宽×高）1800×945×705mm，整机重量930kg。制浆机：制浆机采用ZJ-400型涡流制浆机，主要技术参数如下：公称容量400L，许用水灰比0.5:1，制浆时间（水灰比0.5:1）3分钟，额定功率7.5kw，重量450kg，外形尺寸（长×宽×高）1350×1150×1460mm。储浆箱：为储存浆液并且便于测量注浆量，用薄钢板制作尺寸为1000*1000*1000mm的储浆箱。开始压浆前，应制备足够的浆液存放在储浆箱内，在压浆过程中，用直尺测量储浆箱内浆液高度的变化，即可计算出每一次的注浆量。基准梁：在桩底压浆施工中，为监测桩的上浮情况，设置基准梁，用百分表进行监测。基准梁采用型钢I40的型钢，与钻孔平台钢管桩连接。其他配件：压力表、球形阀、浆液分配器、溢流安全阀、高压软管、管路接头等配件应满足高压工作条件，要求有1.5倍的安全储备，并应在压浆前进行压力试验。辅助设备：有冲洗压浆管路的水泵；过滤浆液的滤网等。8.6桩底压浆施工（1）材料及设备的准备压浆前检查确认制浆机、注浆泵、压力表、浆液分配器、溢流安全阀、球形阀、储浆箱、水泵等设备工作状态良好。压浆管路按编号顺序与浆液分配器连接牢固，并挂牌标明压浆回路序号。基准梁要有足够的竖向刚度和横向刚度，测量桩身上浮的百分表要安装牢固，测量面要求平滑。水泥、膨