宿淮9標(biāo)京航運河大橋鉆孔樁施工(論文)

1、宿淮高速京杭運河特大橋主墩大直徑長樁施工工藝及總結(jié)張亮1 張鐵權(quán)2 ( 江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司 鎮(zhèn)江212000 )摘要：京杭運河特大橋主橋兩個主墩共36根的鉆孔樁，最大設(shè)計樁長85m，且土層主要為粘土層、沉積砂巖塊石層，老運河底淤泥層，施工難度大，地址情況復(fù)雜，易出現(xiàn)塌孔、成樁后樁基承載力不滿足要求等問題，通過總結(jié)傳統(tǒng)鉆孔灌注樁施工工藝，在施工工藝等方面進(jìn)行了優(yōu)化和創(chuàng)新，并在實施過程中不斷總結(jié)、改進(jìn)，形成了成熟的適合本工程特點的工藝方法，目前樁基施工已全部順利完成，樁基采用超聲波檢測和小應(yīng)變動測，全部為類樁，證明該施工方法選用得當(dāng)、合理，以后有類似項目可以借鑒使用。關(guān)健詞：京杭運河大橋；

2、樁基；施工；工藝；1、工程概述宿淮高速京杭運河特大橋主跨165m，主橋兩個主墩共36根的鉆孔樁。13#主墩位于西岸，設(shè)計樁長80m，采用了2臺S-500泵吸反循環(huán)鉆機(jī)成孔，鉆具為4翼刮刀鉆，因鉆機(jī)自重較輕，可采用50T履帶吊移位，鉆機(jī)平臺為無支架施工平臺。14#主墩位于東岸，設(shè)計樁長85m，鉆機(jī)有2臺，即1臺KTY3000A鉆機(jī)和1臺HTL300鉆機(jī)，鉆頭有兩種：四翼刮刀鉆和楔齒滾刀鉆，采用正循環(huán)開孔，氣舉反循環(huán)工藝成孔。由于鉆機(jī)自重達(dá)42T和32T， 50T履帶吊無法移動，另外受護(hù)筒內(nèi)水頭高度的制約和拆裝鉆頭的需要，鉆機(jī)必須設(shè)置在支架上施工。鉆孔采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。鉆孔樁主筋采用擠壓套筒連接，

3、每根鉆孔樁鋼筋籠重約12T，砼采用雙摻技術(shù)，單樁澆筑砼約450m3。2、主橋樁基施工方法主橋主墩樁基具有成孔深、樁徑大等特點，為確保樁基的施工質(zhì)量，施工需從技術(shù)控制、施工管理、試驗、材料及設(shè)備等方面加強(qiáng)管理。在施工過程中，將主墩首樁作為工藝試樁，通過工藝試樁，摸清楚主墩樁基的地質(zhì)情況、有無承壓水，進(jìn)而確定了合理的水頭高度，調(diào)整了鉆進(jìn)參數(shù)和優(yōu)化鉆孔工藝，指導(dǎo)后面的樁基施工。主橋樁基的施工工藝及技術(shù)措施總結(jié)如下：、施工準(zhǔn)備、場地布置與處理本橋梁的主墩均位于京杭大運河堤岸的內(nèi)側(cè)，場地狹小，樁基施工的場地布置結(jié)合承臺與下部構(gòu)造施工一并考慮，主要包括吊車的停放與作業(yè)場地，混凝土運輸車、吊車的進(jìn)出場道路、

4、泥漿儲備池的布置、電力供應(yīng)設(shè)施及鉆孔配套設(shè)備堆放場地等。場地處理采用高挖、低填、地表硬化等方法進(jìn)行處理。場地四周開挖排水溝，場地應(yīng)平整，以防積水。但在實際施工中，排水溝常常被泥漿淤塞，場地滿地泥濘，不能滿足文明施工的要求，望在以后施工中，充分考慮場地的布局和排水。、鋼護(hù)筒的加工與埋設(shè)鋼護(hù)筒采用了厚度為14mm的A3鋼板卷制而成，內(nèi)徑大于設(shè)計樁徑30cm。護(hù)筒內(nèi)設(shè)置臨時支撐，以防止其在運輸過程中產(chǎn)生變形。鋼護(hù)筒采用DZ90振拔錘振動沉入。鋼護(hù)筒分兩節(jié)段，底部5米段和頂部米段，以法蘭連接。法蘭間塞石棉繩、抹黃油密封。鋼護(hù)筒傾斜度和中心偏差控制較為重要，這是保證護(hù)筒底口不塌孔不漏漿的前提。本工程主墩

5、共加工了鋼護(hù)筒12只，即13#、14#主墩各6只，但后因塌孔，采用了加深護(hù)筒且周圍注漿的方法處理，有2只不能拔出，故又多加工了2只。、鉆機(jī)的選型與就位根據(jù)本工程主墩樁徑大，且成孔深（實際成孔深度93m）的特點,結(jié)合本公司現(xiàn)有鉆機(jī)情況，兩主墩采用不同型號鉆機(jī)施工，具體如下：13#墩采用2臺臺灣制造S-500型泵吸反循環(huán)鉆機(jī)施工(后又投入一臺S-400鉆機(jī),施工導(dǎo)向孔)，14#墩采用1臺大橋局制造的KTY3000A鉆機(jī)和1臺洛陽久久公司制造的HTL300型鉆機(jī)施工，皆為氣舉反循環(huán)機(jī)型。通過實踐，不同鉆機(jī)在本標(biāo)段的施工情況如下：KTY300A鉆機(jī)：由于此鉆機(jī)為鉆巖石鉆機(jī)，動力大，自重也很大，優(yōu)點：成

6、孔質(zhì)量高，孔斜率小，擴(kuò)孔率也?。ㄒ话銥?.05）；缺點：成孔速度較慢為710天/孔，需在支架上施工，且對支架要求較高，鉆機(jī)拼裝移位困難，操作復(fù)雜，成孔成本高。S-500鉆機(jī)的優(yōu)點：泵吸反循環(huán)排碴能力強(qiáng)，成孔速度快，57天/孔，不需鉆孔支架，鉆機(jī)自重輕，移位方便，成孔費用低；缺點：成孔質(zhì)量差，孔斜率和擴(kuò)孔率都較大。HTL300鉆機(jī)施工的優(yōu)缺點介于以上兩種鉆機(jī)之間，但偏向于第一種鉆機(jī)。總的分析，對于本工程，S-500鉆機(jī)在經(jīng)濟(jì)性和速度上優(yōu)于其它兩種鉆機(jī)，但成孔質(zhì)量較差。三種型號鉆機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)見下表：型號參數(shù)KTY3000AHTL300S-500鉆孔直徑1.5鉆孔深度130100m90m排渣方式

7、氣舉反循環(huán)氣舉反循環(huán)泵吸反循環(huán)轉(zhuǎn)速016 r/min021r/min413 r/min轉(zhuǎn)盤扭矩200KN·m100KN·m135KN·m提升能力1200KW600KN300KN鉆 桿351×3000233×3000mm325×3000mm總 功 率238175KW190KW主機(jī)重量41924（不含鉆具）32000Kg（不含鉆具）30000Kg（不含鉆具）外形尺寸7820×4432×67708400×3300×13500mm8850×3500×9800mm由于13#、14#墩采

8、用的鉆機(jī)類型不同，其鉆孔平臺形式也不同，14#墩鉆孔平臺為支架平臺，采用鋼管樁基礎(chǔ)，型鋼和貝雷桁架相聯(lián)結(jié)。平臺鋼管樁入土深度和間距根據(jù)鉆機(jī)、鉆具、鋼筋籠等荷載及土質(zhì)情況進(jìn)行驗算后確定。貝雷桁架采用3排單層結(jié)構(gòu)形式，桁架間以10#槽鋼做剪力撐聯(lián)結(jié)，增加桁架的整體剛度?？紤]到方便裝拆鉆頭，最終確定鉆孔平臺離地面約3米。13#墩鉆孔平臺沒有支架，僅在整平的地基上鋪設(shè)鋼板和方木形成臨時的鉆孔平臺。鉆機(jī)直接在鉆孔平臺上拼裝，鉆機(jī)安裝結(jié)束后，用水準(zhǔn)儀測量出鉆機(jī)底盤頂面四角的高差，采用油頂對鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)平，并固定好鉆機(jī)。鉆機(jī)就位后精度要求：a、鉆機(jī)四個支點高差<5mm；b、轉(zhuǎn)盤中心與護(hù)筒底口中心偏差&l

9、t;5mm；鉆架水龍頭、鉆頭、護(hù)筒底口中心三點一線，鉛垂度偏差<5mm。、泥漿制備與泥漿循環(huán)系統(tǒng)本工程采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，主要配漿材料：膨潤土粉、碳酸鈉、羧甲基纖維素（CMC）、水，配比為水：膨潤土粉：碳酸鈉：CMC=100：12：。泥漿的配置順序：水膨潤土粉（預(yù)水化）碳酸鈉CMC新配置泥漿指標(biāo)：粘性，比重/ml，含砂量<4%，PH值=9；膠體率98%；失水率<15。鉆至下層的粉砂、中砂層時需加大泥漿的比重和粘性等指標(biāo)，具體如下：地質(zhì)層比重粘度（s）PH值膠體率含砂率失水率粘土172081095%<4%<15亞粘土192281095%<4%<15砂土20

10、2481095%<4%<15泥漿池采用挖機(jī)挖掘，側(cè)墻采用磚砌，并用砂漿抹面，池底鋪10cm碎石墊層，并澆筑10cm厚C25封底混凝土，泥漿儲備池的容積不少于300 m3?？紤]到主墩施工場地狹小和為便于鉆渣的處理，主墩鉆孔租用5艘300噸級的駁船作為的泥漿沉淀池和循環(huán)池，同時能滿足廢泥漿和鉆渣輪番外運拋泥作業(yè)。在泥漿儲備池邊配置2臺容積不小于1m3的泥漿攪拌桶。泥漿槽架在護(hù)筒口和泥漿池的入口處。泥漿槽采用舊的鋼板樁焊制，在兩側(cè)加焊鋼板，增加流量，確保進(jìn)出漿平衡。泥漿槽架設(shè)要注意保持水平，便于正反循環(huán)順利進(jìn)行。主墩樁基成孔的泥漿循環(huán)系統(tǒng)布置見下圖。閥門儲漿池樁孔沉淀池循環(huán)池新漿池打漿機(jī)

11、、成孔、鉆孔順序單只主墩樁基的數(shù)量為18根，投入兩臺鉆機(jī)進(jìn)行成孔，投入鋼護(hù)筒6只。為防止鉆孔施工時發(fā)生串孔、成孔順序應(yīng)錯開布置，同時為便于起重設(shè)備的作業(yè)，排定主墩基礎(chǔ)樁的施工順序如下圖：1-102-61-32-32-2#1-81-91-22-41-41-71-12-72-51-52-12-81-6臨水側(cè)說明：1、本圖中的編號“2-5”指第2臺鉆機(jī)鉆的第5根樁，其它編號依此類推。2、為使樁的澆筑期錯開，2臺鉆機(jī)的成孔時間交錯進(jìn)行，以便于泥漿制備、混凝土澆筑、起重設(shè)備的安排，其中2#鉆機(jī)比1#鉆機(jī)遲鉆1根樁。由于試驗樁影響和場地的限制，成孔順序在施工過程中作了一定的調(diào)整。、試機(jī)檢查向護(hù)筒內(nèi)注入泥漿

12、，啟動鉆機(jī)并開啟泥漿循環(huán)系統(tǒng)開始循環(huán)。觀察鉆桿、供漿、排漿管路、水龍頭等是否有漏氣、漏水等現(xiàn)象，持續(xù)5分鐘左右無故障后開始鉆進(jìn)。、鉆進(jìn)氣舉反循環(huán)鉆機(jī)：往護(hù)筒內(nèi)泵入泥漿開始正循環(huán)鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)至護(hù)筒刃腳上、下1米左右時，應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，待穿過護(hù)筒刃腳后，方可進(jìn)入正常鉆進(jìn)。當(dāng)鉆進(jìn)深度超過20m后，更換泥漿循環(huán)方式，啟動空壓機(jī)開始?xì)馀e法反循環(huán)鉆進(jìn)。泵吸反循環(huán)鉆機(jī)：在穿過護(hù)筒刃腳前，應(yīng)小泵吸量，緩慢鉆進(jìn)。泥漿控制泥漿于鉆孔前24小時，在造漿池內(nèi)配制完畢，進(jìn)一步熟化。在鉆進(jìn)過程中規(guī)定每2小時對進(jìn)出漿口泥漿的PH值、比重、砂率、粘度測定一次，根據(jù)檢測結(jié)果，對泥漿進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，具體采用方法如下：（1）、當(dāng)粘度小于

13、17秒時，由儲漿池向孔內(nèi)補(bǔ)充部分粘度為1922秒的新漿進(jìn)行調(diào)整。此項操作應(yīng)結(jié)合排碴及排除廢漿工作一并進(jìn)行。（2）、當(dāng)PH值小于7時，向孔內(nèi)加入部分純堿，加入采用少量多次，同時不斷檢測進(jìn)出漿口泥漿的PH值，直到進(jìn)出漿口泥漿的PH值在810范圍內(nèi)為止。（3）、當(dāng)膠體率小于95%時，向孔內(nèi)添加已經(jīng)浸泡的CMC溶液，少量多次加入，并經(jīng)常檢測膠體率同步調(diào)整CMC加入量。（4）、相對密度較大時，向泥漿池中補(bǔ)充適量清水，此項工作同排碴和排漿相結(jié)合進(jìn)行，以降低成本。在鉆孔過程中，泥漿的性能對成孔速度影響極大。如有一次，由于排渣設(shè)備故障，泥漿的比重大于1.3，粘度大于25秒，鉆孔24小時僅進(jìn)尺3米，正常后，6小

14、時進(jìn)尺3米。、清孔終孔前1-2m時，開始調(diào)整泥漿指標(biāo)，終孔后，采用換漿法，利用鉆機(jī)的氣舉或泵吸反循環(huán)系統(tǒng)清孔。清孔分兩次進(jìn)行，第一次清孔是在終孔后進(jìn)行。將鉆具提離孔底30-50cm，緩慢回轉(zhuǎn)，同時送風(fēng)或泵吸，每隔10min停止送風(fēng)或泵吸一次，并將鉆具提高來回串動幾次，再送風(fēng)或泵吸清孔，確保第一次清孔后，孔內(nèi)無泥塊?？紤]到主墩樁基直徑較大，且孔的深度達(dá)85米，鋼筋籠安放及導(dǎo)管安裝時間較長。為確保鋼筋籠安放及導(dǎo)管安裝過程中孔壁的穩(wěn)定，第一次清孔后泥漿的稠度及比重等指標(biāo)宜適當(dāng)提高。第一次清孔后出漿口的泥漿指標(biāo)按比重、粘度17-20s、含砂率<4%、PH值7-9的要求進(jìn)行控制。再持續(xù)換漿、清孔，

15、其時間不得少于30分鐘，然后拆除鉆具、移走鉆機(jī)。提鉆時應(yīng)注意防止鉆頭損壞孔壁，同時補(bǔ)充泥漿，穩(wěn)定孔內(nèi)水頭。500mm（D為樁徑）的規(guī)范允許值，應(yīng)進(jìn)行二次清孔。用空壓機(jī)將壓縮空氣通過導(dǎo)管中插入的專用混合器壓入孔底清孔（S-500鉆機(jī)是把吸管連接在導(dǎo)管上，直接泵吸），并不斷向孔內(nèi)補(bǔ)充新漿。清孔后，測定孔底沉渣厚度小于允許值后，方可停止清孔，確保沉淀值達(dá)到設(shè)計要求。二次清孔后，導(dǎo)管內(nèi)抽出的泥漿應(yīng)達(dá)到：相對密度，膠體率98%，粘度17s-20s，含砂率2%的規(guī)范要求。二次清孔結(jié)束后，盡快灌注混凝土，其間隔時間不宜大于30分鐘。沉淀厚度用測錘和測繩測量復(fù)核，測深用測繩的讀數(shù)一定要準(zhǔn)確，用2-3孔后必須用

16、鋼尺校核一次?？椎拇怪倍取⒖讖?，采用自制測孔器進(jìn)行檢孔。、鋼筋籠的制作與安放、鋼筋籠的制作大直徑樁的鋼筋籠由于籠體較大，自重較大，在現(xiàn)場存放滾動和吊裝時往往會變形，在鋼筋籠制作過程中，應(yīng)重點考慮其剛度。為此本工程鋼筋籠采用了三角撐，加粗了加強(qiáng)箍的直徑，進(jìn)一步增強(qiáng)了鋼筋籠的剛度。同時還應(yīng)重視鋼筋籠加強(qiáng)箍筋與主筋的焊接質(zhì)量，特別是靠上部鋼筋籠的加強(qiáng)箍筋，在施工中承受著所有鋼筋籠重量，所以此處的加強(qiáng)箍筋與主筋的焊接質(zhì)量必須保證。、鋼筋連接主筋的連接采用冷擠壓?，F(xiàn)場冷擠壓接頭施工前，先將待接鋼筋的兩端按規(guī)定做好插入深度標(biāo)記，以防鋼筋插入套筒中深度不到位。鋼筋端部的彎折、扭曲部分先矯正或切除，并清除鋼筋

17、表面的油污。、鋼筋籠安放鋼筋籠采用50t履帶吊安放，吊裝使用專用吊裝架，先用兩個吊點抬吊到一定高度后，逐漸放松一個吊點使鋼筋籠垂直，然后緩慢吊入樁孔，在已入孔的鋼筋籠上端穿入型鋼將其懸掛于井口支架上懸掛吊環(huán)鋼筋，要確保焊接質(zhì)量，并留有足夠安全儲備。鋼筋籠逐節(jié)接長下放，下放時嚴(yán)格對準(zhǔn)孔位中心；聲測管采用套管加強(qiáng)電焊，聲測管的頂、底端均用鋼板臨時焊接、密封，且在管內(nèi)灌注清水，以防漏漿或雜物進(jìn)入,并與鋼筋籠焊接固定。在樁底素砼段，接長8根主筋，一直到樁底，再每隔2米設(shè)置一道加強(qiáng)箍，將聲測管與加長鋼筋焊接固定。確保聲測管的通暢、順直尤為重要，以免給測樁工作造成不必要的麻煩。全部鋼筋籠安裝完畢后，采用鋼

18、管架套接在鋼筋籠頂端，鋼筋骨架臨時與鋼護(hù)筒焊接固定，防止?jié)仓^程中鋼筋籠上浮，混凝土澆筑完畢及時進(jìn)行解除。、水下混凝土施工、導(dǎo)管安放鋼筋籠入孔安裝完畢后，進(jìn)行導(dǎo)管的安裝工作。導(dǎo)管選用300mm，壁厚8mmmax，pmax=chcmax-whw，抗拉實驗時，其拉力不小于1.3倍導(dǎo)管可能承受的最大拉力。并將每一節(jié)導(dǎo)管編號、標(biāo)注長度。導(dǎo)管安放深度應(yīng)符合導(dǎo)管底口距孔底40cm的施工規(guī)范要求。、水下混凝土施工、混凝土配合比設(shè)計選用優(yōu)質(zhì)水泥，級配良好及潔凈的粗、細(xì)骨料（粗骨料最大粒徑）和性能較好的外加劑。配合比設(shè)計擬采用雙摻技術(shù)，即摻加粉煤灰和外加劑以提高混凝土的和易性及流動度，確保水下混凝土的灌注質(zhì)量。

19、本工程單根主墩樁基的混凝土數(shù)量達(dá)450m3（取擴(kuò)孔系數(shù)1.05），預(yù)計澆筑時間為6-8小時。主墩樁基混凝土的主要性能指標(biāo)為：坍落度18-22cm，初凝時間16-18h，終凝時間24h。、首批混凝土量計算按照公式：Vd2h1/4+d2Hc/4計算出其首盤灌量為11m3，施工時取V=12m3，以確保初灌量達(dá)到導(dǎo)管埋深的要求。、混凝土澆筑設(shè)備為便于主橋及引橋施工的安排，本工程的混凝土澆筑設(shè)備統(tǒng)一設(shè)在材料運輸較為便捷的運河?xùn)|岸，配置2套60m3/h的混凝土拌和樓，混凝土澆注采用60m3-90m3/h的混凝土輸送泵，并根據(jù)實際需要配備適量的混凝土運輸車。澆筑時導(dǎo)管的提升由履帶吊車進(jìn)行。、混凝土灌注混凝土

20、由泵車將混凝土料直接泵入集料斗進(jìn)行灌注。整個灌注過程將連續(xù)進(jìn)行，灌注時對孔內(nèi)溢出的泥漿進(jìn)行分級沉淀后回收再利用，沉渣運至指定廢棄點?？變?nèi)混凝土上升高度用吊錘測繩測量，同時輔以理論計算混凝土面層的高度，并作為拆除導(dǎo)管的依據(jù)，防止因測量差錯導(dǎo)致導(dǎo)管埋入過深和導(dǎo)管提空等事故。導(dǎo)管埋入深度嚴(yán)格控制在2-6米，任何情況下不應(yīng)少于2米?；炷翝仓^程應(yīng)防止鋼筋籠上浮。當(dāng)混凝土面接近鋼筋籠底部時，導(dǎo)管埋深宜保持3m左右，并適當(dāng)放慢澆筑速度，當(dāng)混凝土面進(jìn)入鋼筋籠底端1-2m時可適當(dāng)提升導(dǎo)管。導(dǎo)管提升時應(yīng)保持平穩(wěn)，避免出料沖擊過大或鉤帶鋼筋籠。3、施工總結(jié)和體會在鉆孔過程中，遇到了三種不良地質(zhì)：老粘土（厚305

21、0m），沉積砂巖塊石層（厚12.0m），老運河底淤泥層，針對這3種不良地質(zhì)，分別采取了以下處理辦法：1)、老粘土老粘土的韌性極高，難以破碎成塊，并容易粘附鉆頭，是影響鉆孔速度的重要原因，經(jīng)過摸索，采用了以下方法處理：、改進(jìn)鉆頭，原四翼刮刀鉆頭改為三翼鉆頭，減少粘附面積，同時加大鉆頭尾錐，增加吸碴口的空間；、控制鉆進(jìn)速度，防止因進(jìn)尺過快而糊鉆；、跟蹤監(jiān)測泥漿，保證泥漿質(zhì)量。通過以上措施，基本解決了老粘土糊鉆問題，但施工進(jìn)度受到一定的影響。另外對于S-500鉆機(jī)，由于泥漿泵吸量很大，排碴及時，基本不存在糊鉆問題。2)、砂巖塊石層在地表下55m左右有一層沉積塊石層，巖石堅硬，塊狀大小不一，最大5060cm，雖然厚度僅為12m，但對成孔施工影響很大。針對三種不同的鉆機(jī)，采用了不同的處理辦法。14#墩兩臺鉆機(jī)由于機(jī)械性能基本相同，也采用相同的處理辦法。即在非塊石層使用刮刀鉆頭成孔，在塊石層換用楔鑿鉆頭鉆進(jìn)，因為需要兩次深孔位更換鉆頭，耗時費工較多。13#墩的S-500鉆機(jī)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，不宜采用以上方法處理，而是靠刮刀鉆頭長時間磨耗鉆進(jìn)，此種方法對鉆頭損耗較大，每孔需補(bǔ)焊12次合金鉆齒。3)、老運河底淤泥層此淤泥層分布在14#墩部分樁位處，距地表79m，主要采取了兩種方法處理：一是加深護(hù)筒埋設(shè)深度，由原設(shè)計6m加深到9m，二是在護(hù)