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青岛海湾大桥海上大直径桩基旋挖钻施工成孔工艺介绍

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公路　2009年9月　第9期 HIGHWAY　Sep12009　No19　文章编号:0451-0712(2009)09-0087-03 中图分类号:U4431154 文献标识码:B

青岛海湾大桥海上大直径桩基旋挖钻施工成孔工艺介绍王晓乾1,刘元良2,杜　清3(11山东高速青岛公路有限公司　青岛市　266061;21青岛市高速公路管理处　青岛市　266034;31中交第二公路工程局有限公司　西安市　710065)摘　要:青岛海湾大桥所在的胶州湾海域地质情况复杂,以沉积层为主,间有多个夹层,上软下硬且基岩岩性延桥轴线有较大变化,以青岛海湾大桥工程实体为依托,开展海上大直径桩基旋挖钻成孔施工工艺研究,并与传统桩基施工工艺进行对比,为类似条件下的桩基施工提供有益的经验。关键词:海上大直径桩基;旋挖钻;施工;工艺1　工程概况111　概述青岛海湾大桥位于胶州湾北部,主线全长281880km,其中跨海大桥长271089km。桩基工程环保要求高、工期紧、数量多,涵盖了摩擦桩、嵌岩桩两种钻孔灌注桩类型。根据目前国内小口径桩基旋挖钻施工的成功应用,结合桥址处地质情况进行科技攻关,将旋挖钻机成功应用于跨海大桥大直径桩基施工中。112　工程地质分析青岛海湾大桥桥位处地质情况相对比较复杂,岩土层由淤泥、淤泥质亚黏土、中砂、粗砂、砾砂、强风化含角砾质泥岩、弱风化泥质砂岩、弱风化角砾岩等组成。第四纪覆盖层由淤泥、淤泥质亚黏土、中砂、粗砂、砾砂等组成,厚度26m左右。淤泥和淤泥质亚黏土为流塑～软塑,承载能力低,易垮塌。中砂、粗砂和砾砂层颗粒大小混杂,分选性差,厚度15m左右,密度为中密到密实,垮塌严重。桥址处岩层主要为泥质砂岩和含角砾质砂岩,在弱风化层中局部夹弱风化角砾岩。砂岩为泥质胶结,层状构造,裂隙较发育,岩芯采取率在60%～80%,岩石质量指标RQD一般小于30。弱风化角砾岩夹层为泥质胶结,胶结差,岩芯破碎,岩石质量指标RQD为0～20,裂隙发育,易于破碎。113　钻孔工艺的选择 青岛海湾大桥海上钻孔灌注桩施工均采取搭设工作平台进行施工,传统的施工方案采用工艺比较成熟的大功率回旋钻施工,但这种工艺在施工过程中存在占用场地大、施工进度慢、配套设施多等诸多制约因素。本工程施工工期紧、环保要求高、海上施工限制条件多,采用旋挖钻施工功效高、占地面积小、对环境基本无污染,特别适用于本桥施工特点,海上旋挖钻孔施工图如图1所示。

图1　旋挖钻海上钻孔施工2　海上钻孔平台设计钻孔平台设计采用梁柱组合式结构,由<820钢管桩、HW582mm×300mm承重梁、321贝雷、I25a分配梁和10mm面板组成,如图2所示。采用旋挖钻机钻进时会在平台结构上产生很大的水平扭矩,因此,在旋挖钻作业之前,需有针对性地加强各种平台结构的连接构造,增强平台的整体性。收稿日期:2009-08-07

图2　海上钻孔平台搭设3　施工工艺研究近几年来,旋挖钻机在国内公路、铁路及各类工程桩基施工中的应用不断普及,应用范围不断扩大,但在跨海大桥桩基施工中却很少见。特别是青岛海湾大桥桥位处地质情况相对比较复杂、桩径大、海上施工条件复杂,不同于陆地及一般概念上的水中桩基施工,所以,必须针对本桥的实际情况研究制订成孔工艺,以提高海湾大桥的施工速度与成孔质量。311　旋挖钻钻进原理旋挖成孔首先是通过底部带有活门的筒式钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻斗内,然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土、卸土,直至钻至设计深度。本标段桥址处存在松散易坍塌地层,有地下水分布,孔壁不稳定,必须采用静态泥浆护壁钻进工艺,向孔内投入护壁泥浆进行护壁。312　成孔工艺钻孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程中对钻头磨损超标的及时更换。根据试钻的成果总结,以<215m直径桩基旋挖钻施工为例介绍旋挖钻施工工艺。(1)先以<118m钻头钻到设计孔底标高,然后用<215m钻头扩孔。(2)第四纪覆盖层的淤泥、淤泥质亚黏土这类地层比较松软,选用摩擦钻杆和双底板捞砂钻斗钻进,以便于捞取钻渣。对于含水丰富的中砂、粗砂、砾砂等易坍塌地层,也采用双底板捞砂钻斗钻进。(3)强风化含角砾泥质砂岩、弱风化泥质砂岩这类地层选用截齿钻斗钻进工艺成孔。(4)对于硬度较大的弱风化角砾岩、弱风化泥质砂岩、弱风化含角砾泥质砂岩这类地层采用短螺旋钻头钻进。(5)以<118m钻头钻进时,在根据地层选用钻斗的同时,还要注意在钻进时进尺的控制。在使用旋挖斗时依据斗体的容量,一般在斗体2/3处为合适。一般淤泥和淤泥质亚黏土层,每钻进50cm提一次钻;砂层每钻进50～60cm提一次钻;岩层每钻进30～50cm提一次钻。(6)根据前述原则选择钻头,扩孔时用<215m钻头作业。第一次扩孔到约40～45m深时,钻孔中钻渣基本饱满,此时换用<118m双底板捞砂钻斗,捞渣直至设计孔底;然后换成与40～45m孔深地层相适应的<215m钻头,继续扩孔10～15m,再次换成<118m双底板捞砂钻斗清渣,直至设计孔深;如此循环,完成整个孔深范围内的扩孔和清渣工作。(7)钻孔过程中,根据地质情况控制进尺速度,由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时,要减速慢进;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率;砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆相对密度和黏度。各种地层钻进速度最大值如下:①淤泥层15m/h;②亚黏土层10m/h;③强风化泥质砂岩层3m/h;④弱风化泥质砂岩、弱风化砂质泥岩、弱风化角砾岩层2m/h。313　泥浆配制科学地配制优质泥浆,对于桩径大、钻孔深、含砂量大的桩孔至关重要,旋挖钻设计泥浆的配合比应按地基土的性状、钻机和工程条件来定。一般100L的水需加8kg的膨润土,对于黏性土层,膨润土可降低到3～4kg。由于情况各异,稳定液的性能指标和配合比,必须根据地层特性、造孔方法、泥浆用途而有所变化(表1)。表1　稳定液的主要性能指标项 目指 标膨润土的最低浓度8%泥浆的最小黏度25s失水率的限度(

013N/mm2)每30min20mLpH值最高限度1110—88— 公 路 2009年　第9期　泥浆在钢护筒内制作,开钻前,用泥浆泵将孔内的海水(包括部分淤泥)抽净,然后在孔内加入一定量的膨润土和海水,利用钻机钻头提放,旋转造浆,此时钻机只是造浆而不进尺,待泥浆数量及各项指标达到设计要求时,开始钻进。与此同时,在造浆池内按一定比例加入膨润土和海水,利用空压机压缩空气,搅拌成浆,泥浆通过连通管(或泥浆泵)从造浆池进入开钻孔孔内。在整个钻进过程中,要不断地在造浆池内补充海水和膨润土等原料,根据海水潮汐变化,及时补充孔内泥浆,调整并保持孔内水头,防止坍孔。4　施工工效分析根据青岛海湾大桥桩基施工经验,对旋挖钻施 工工艺及传统桩基施工工艺进行功效对比,其结果详见表2及表3。表2　三种类型钻机不同岩层钻进工效地层回旋钻m/h冲击钻(冲程)m旋挖钻m/h淤泥层115019～11115亚黏土层1101～210砂砾层0171～27强分化泥质砂岩0152～33弱分化泥质砂岩0132～32弱分化砂质泥岩0132～32弱分化角砾岩0123～42分化玄武岩层0113～40表3　三种类型钻进功效分析施工项目气举反循环回旋钻机冲击钻机旋挖钻机作业时间/h控制工期/d作业时间/h控制工期/d作业时间/h控制工期/d备注准备工作24124150121钻孔19283601560215清孔、提钻5012140117301125孔径、

垂直度等的检测101041010410104下钢筋笼601256012560125下混凝土导管301125301125301125二次清孔201082010820108混凝土灌注801338013380133不可预见因素723723241合计31313480201125桩基24h连续作业,该施工时间为非通航孔桥桩基施工有效时间

根据同期使用回转钻机、冲击反循环钻机钻进<215m直径的基桩情况,钻进相同桩长的一根桩,回转钻机需要7～8d,冲击反循环钻机需要10～12d,而旋挖钻机仅需要4～5d,成孔效率非常高。5　结语经过较长时间的探索和总结,逐步掌握了复杂地质条件下的旋挖钻钻孔作业规律,通过不断改进和完善,摸索出了一套大直径桩基旋挖钻施工方法和范例,为工程的成功实施提供强有力的技术保障,为海湾大桥及类似地质条件下的施工提供了操作范例。参考文献:[1]　JTJ254-98港口工程桩基规范[S]1[2]　JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S]1—98—　2009年　第9期 王晓乾等:青岛海湾大桥海上大直径桩基旋挖钻施工成孔工艺介绍

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旋挖钻成孔灌注桩施工流程

旋挖钻成孔灌注桩施工流程

旋挖钻成孔灌注桩施工流程

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旋挖钻成孔灌注桩是一种常用于建筑工程中的深基础施工技术，通过旋挖钻机完成孔洞开挖，并利用浆液保持孔壁稳定，最后将混凝土灌注进孔洞中，形成承载力强大的基础结构。本文将详细介绍旋挖钻成孔灌注桩的施工流程，包括前期准备、开挖孔洞、钢筋笼安装、混凝土灌注等关键步骤。 一、前期准备

旋挖桩施工工艺

旋挖桩施工工艺

旋挖桩施工工艺

旋挖钻孔施工是利用旋挖钻机钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土;通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁,反复循环而成孔;旋挖钻机由于成孔作业速度快、质量好、效率高、泥浆污染少等优点,目前在国内桩基础施工中得到越来越广泛的应用;

入岩能力最强；

·成孔速度最快；

·工法配备最全；

·施工范围最广；

·可靠性能最高;

6.3.5 泥浆护壁成孔时,宜采用孔口护筒,护筒设置应符合下列规定：

1 护筒埋设应准确、稳定,护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50㎜；

2 护筒可用4～8㎜厚钢板制作,其内径应大于钻头直径100mm,上部宜开设1～2个溢浆孔；

3 护筒的埋设深度：在黏性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m;护筒下端外侧应采用黏土填实；其高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求；

4 受水位涨落影响或水下施工的钻孔灌注桩,护筒应加高加深,必要时应打入不透水层;

6.3.6 当在软土层中钻进时,应根据泥浆补给情况控制钻进速度；在硬层或岩层中的钻进速度应以钻机不发生跳动为准;

6.3.7 钻机设置的导向装置应符合下列规定：

1 潜水钻的钻头上应有不小于3倍直径长度的导向装置；

2 利用钻杆加压的正循环回转钻机,在钻具中应加设扶正器;

6.3.8 如在钻进过程中发生斜孔、塌孔和护筒周围冒浆、失稳等现象时,应停钻,待采取相应措施后再进行钻进;

6.3.9 钻孔达到设计深度, 灌注混凝土之前,孔底沉渣厚度指标应符合下列规定：

1 对端承型桩,不应大于50㎜；

2 对摩擦型桩,不应大于100㎜；

3 对抗拔、抗水平力桩,不应大于200㎜;

旋挖成孔灌注桩的施工

旋挖钻成孔灌注桩应根据不同的地层情况及地下水位埋深,采用干作业成孔和泥浆护壁成孔工艺,干作业成孔工艺可按本规范第节执行;

泥浆护壁旋挖钻机成孔应配备成孔和清孔用泥浆及泥浆池箱,在容易产生泥浆渗漏的土层中可采取提高泥浆比重、掺入锯末、增黏剂提高泥浆黏度等维持孔壁稳定的措施;

探讨海上大直径钻孔灌注桩施工技术

探讨海上大直径钻孔灌注桩施工技术

探讨海上大直径钻孔灌注桩施工技术

摘要：本文探讨海上大直径钻孔灌注桩施工中的主要技术，并简要分析钻孔灌注桩施工中存在的一些问题，提出一些质量控制措施。

关键字：海上；大直径钻孔灌注桩；施工技术

引言

海上大直径钻孔灌注桩，是在陆地桩基础施工的基础上发展起来的。我国上世纪80年代末90年代初才把大直径冲击钻和大直径反循环钻引用到近海桥梁基础施工中。海上钻孔有其特殊性，受海况条件如潮差、风向、风力、波浪和海流等因素影响较大，尤其在滨海地带，涨潮时，海水侵入能行船。落潮时，海底显露出一片淤泥。海上工程施工比陆地施工难度加大，海上施工平台的建造，护筒埋设，海上钻孔，泥浆护壁及排渣，海上水下砼灌注等都是首先碰到的技术难题。

一、海上大直径钻孔灌注桩施工技术

1、施工准备工作

开工前充分熟悉设计文件，详细了解桩位地质情况，以设计文件及施工规范

为依据，根据实际地质情况编写技术交底；项目工区组建测量队，配备先进、精良的测量仪器，负责柱位及高程的测设与放样，负责水准点的加密和工程细部的定位和放样，同时形成相互检测制度；进场后测量工程师和技术人员共同进行接桩复测。测量成果报监理工程师，经批准后，对本桥进行测量放样。同时对主要桩位设置护柱，并加密临时水准点；根据设计及规范要求组织原材料进场，由工地试验室对进场的原材料进行检验；根据海上施工质量要求确定进行水下灌注海耐久性工混凝土的配合比；工地实验室按照标准化管理的要求配齐各种试验所需的仪器设备；配齐所需的施工技术规范。

2、主要施工技术

2.1 平台搭建

钻孔平台采用驳船配合履带吊进行钢管桩的打设，平台上部结构物可采用找桥汽车吊或履带吊施工，所有搭设所需要的钢管、型钢、贝雷梁、桥面板、钢护筒等材料需提前用拖车转至施工现场。钢管桩釆用的钢管集中购买，在钢结构加工区进行拼装，拼装时首段长度以15米为宜。为防止振动时钢管桩的桩顶变形，在钢管桩端头煌接1cm厚钢板，周围煌接加强钢板。挥接前必须将接头30cm范围进行除锈处理。钢板与钢管桩之间的采用满爆，煌缝要饱满，并保证燥缝的厚度。焊接时采用跳揮，防止钢管产生温度变形。钢管桩打设采用驳船配合履带吊施工，整根钢管桩一次性完成。首先将打桩船在平台附近海域抛锚定位，然后测量人员用全站仪精确定位并指挥打桩船筋骨饿定位，测量打桩船导向架安装位置

桩基试成孔施工方案

桩基试成孔施工方案

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试成孔方案

Ⅰ、旋挖钻成孔施工

为减少对施工用电的依赖和减少泥浆排放对周围环境的影响,钻孔灌注桩拟采用旋挖钻进行施工。

试成孔主要工艺流程如下：

施工准备（筑岛，平整场地等） 施工放样

埋设护筒

钻机就位 配制化学泥浆 钻进 终孔、清孔、检孔、成孔验收 。

（一）首先选定桩位，进行筑岛，平整场地。

（二）埋设护筒：护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量。护筒选用整体式钢制护筒，壁厚5-8mm，高度3m，内径一般比桩径大 20-30cm。为了增加护筒的刚度，防止周转使用中的变形，在护筒的上口和中部的外侧各焊一道加劲肋。施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，在钻头的端部临时连接一扩孔器，使成孔直径比设计桩径略大15～20cm，深度略小于护筒的埋深，然后用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中，从钻头连接扩孔杆至钻进挖深到安放好护筒仅需15分钟。在埋设护筒时，护筒的顶部要高出原地面30cm左右。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，护桩需埋在地面上且必须保护好护桩的桩位，使护筒中心与桩位中心重合。护筒的平面位置、垂直度尽量精确，其四周用粘土回填夯实，准备下一道工序的施工。

（三）钻机就位：目前拟选用的BG-25型旋挖钻机可成孔φ60~φ320cm。钻机最大高度为23.97m，扭矩245knm，主绞盘起重力250kn，输出功率291kw，整机重量81 t，最大钻孔深度82.5m。通过主机井架控制系统可随时调整机架的垂直度，保证钻孔质量。旋挖钻机由履

第 2 页 共 5 页 带自行式柴油发动机及卷扬机、高压油泵及自动化控制、操纵系统组成。动力头经高压油管将压力油输入，驱动液压马达变速系统驱动钻杆旋转。钻杆为六键式可伸缩的拉杆天线式，靠主绞盘起重索和钻杆、钻头自重实现钻头的上下运动。旋挖钻机在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，经监理工程师验收合格后方可开钻。