钻孔灌注桩桩基成孔工艺

钻孔灌注桩桩基成孔工艺1.1工程概况1.1.1基础港珠澳大桥CB04合同段共计442条嵌岩桩。通航孔桥桩基础112条，均为D2.5m/D2.15m钢管复合桩，桩底均嵌入中风化岩深度不小于1.5倍桩径(3.225m)，其中3个主墩各为20条，桩底标高为-81.5-119.5m，平均桩长100m；2个辅助墩各13条，桩底标高为-76.5-116m，平均桩长96m；2个过渡墩各13条，桩底标高为-89.5-116m，平均桩长103m。非通航孔桥桩基础330条。其中90#131#、147#151#墩共47个墩桩径D2m/D1.75m，桩长39125m；132#135#、143#146#墩共8个墩桩径D2.2m/D1.95m，桩长50105.4m；其中在等宽段低墩区钢管复合桩桩底嵌入中风化岩石持力层不小于4m，在等宽段高墩区及变宽段钢管复合桩桩底嵌入中风化岩石持力层不小于5m。1.1.2地质（1）工程地质 本合同段桥址区域为伶仃洋西滩，海底高程-5.91m-4.72m，海底地形平坦，地质结构主要为四层：软土+粘性土+砂层+基岩结构。桥位处淤泥层较厚，有较厚的密实砂层和全、强风化层。下伏基岩主要为花岗岩，仅少部分区段揭示为混合片岩，全、强风化基岩埋深约3390m，中风化岩层面埋深约50m130m以上。表1.1.2-1 工程地质特征表层号岩性分布情况空间分布厚度（m）均匀性1淤泥厚层、普遍连续、稳定20.629.7均匀2粘土/细粉砂薄层、局部断续、不稳定1.26.8不均匀3淤泥质粘土/粉质粘土夹中砂薄层、普遍连续、稳定3.114.7不均匀4粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂厚层、普遍连续、稳定21.1550.75不均匀5花岗岩风化层厚层、普遍连续、起伏较大16.558.9不均匀详见桩基地质图（2）水文地质地表水为海水，对混凝土具强腐蚀，对混凝土中钢筋具弱腐蚀，对钢结构具中腐蚀。松散岩类孔隙承压水主要赋存于砂层中，厚度较厚；基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中。地下水对混凝土、钢筋及钢结构具强腐蚀作用。（3）工程沿线水下地形特点从珠澳口岸人工岛至西人工岛广阔的水域，水下地形十分平坦，水深变化较缓，九洲航道桥至江海直达船航道桥之间水深为45m之间，江海直达船航道桥至青州航道桥之间水深为56m左右。（4）潮汐 本区潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型，日不等现象明显，其中大潮期间日潮现象较明显，小潮期间半日潮现象显著，中潮介于两者之间。本海区浅水效应较为显著，具体表现在涨、落潮流的不对称性及涨、落潮历时不等较明显。工程区澳门与珠海测站的潮汐特征统计值见表1.1.2-1。表1.1.2-2 潮汐特征值统计表 测站潮汐特征值 香港内伶仃澳门珠海最高潮位(m)1.743.522.51最低潮位(m)-0.87-1.24-1.28平均高潮位(m)1.101.051.05平均低潮位(m)-0.070.00-0.20最大潮差(m)2.513.503.04最小潮差(m)0.130.020.11平均潮差(m)1.161.061.24平均海平面(m)0.440.540.48注：表中潮位基准面采用 1985国家高程基准。（5）水位本工程设计水位见表1.1.2-3。表1.1.2-3 工程设计水位重现期（年）高水位（m）低水位（m）3003.82-1.632003.69-1.571003.47-1.51503.26-1.44202.97-1.35102.74-1.2752.51-1.20平均水位0.54m设计高水位1.65m设计低水位-0.78m1.1.3机械设备选择针对本合同段桩基础桩径较大（D2.5m/D2.15m）、桩长较长（39m125m）、地质情况复杂的特点，采用28台钻机进行成孔施工，其中通航孔桥12台、非通航孔桥16台（KPG300型2台、KTY350型2台、KTY300型2台、ZJD350型6台、KP3500型8台、ZJD300型8台）。钻机采用动力头驱动钻杆，钻杆带动钻头回转钻进，采用空气反循环排渣方式，最大钻孔深度为125130米，最大扭矩均大于20T.m，最大钻孔直径为3米，满足本合同段桩基础施工要求。通航孔桥桩基施工起重设备为2台WD120桅杆吊，一台75T龙门吊及3台50T履带吊；非通航孔桥桩基施工起重设备为12台50T履带吊。移动式空气压缩机：采用英格索兰VHP750单级螺杆压缩，柴油机或电力驱动。最大排气量20m/min，最大排气压力12kg/cm2。（空气压缩机供应商广州倍达机械设备租赁有限公司） 泥浆处理器：最大泥浆处理能力为每小时250m，用于桩基础钻进、成孔过程中泥浆的净化处理。1.2桩基础施工总体安排江海直达船航道桥施工顺序：138#140#139#142#141#136#137#。138#140#各配置4台钻机和4套空压机、泥浆处理设备，各墩位钻机分别两台钻机完成4根桩基，另外两台钻机完成6根桩基。然后主墩各墩钻机周转至4个边辅墩，每个平台配置3套钻孔设备。非通航孔桥配置12个装配式施工平台，16套钻机和空压机、泥浆处理设备，每个平台安排2套钻孔设备。桩基钻孔施工顺序: 第二十四联第二十三联第十九联第二十联第二十一联第十八联第十七联第十六联第十五联第十四联。1.3桩基施工工艺流程图图1.3-1 桩基成孔施工流程图1.4钻孔前准备工作1.4.1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。1.4.2对进场的施工专业队提前进行三级技术交底、安全交底，组织专业队人员熟悉地质情况及气候影响，对施工的各种困难应做到充分了解。1.4.3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（详见钻孔设备布置图），同时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。1.4.4制定详细可行的桩基施工作业指导书，包括施工工艺、钻孔前的设备检修、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。1.4.5建立工地试验室，配备相应的泥浆检测设备。1.5钻孔灌注桩成孔施工1.5.1钻孔顺序安排根据总体计划进度安排和钻孔平台空间等因素，为方便施工将各墩桩基划分为若干施工区域，每个区域内各投入1台钻机，各个区域内的数字表示钻孔的先后顺序。各墩桩基钻孔施工顺序详见下图所示：图1.5.1-1 通航孔桥主墩桩基钻孔顺序图图1.5.1-2 通航孔桥边辅墩桩基钻孔顺序图图1.5.1-3 非通航孔桥桩基钻孔顺序图1.5.2钻机就位钻机就位前，先布置钻机行走轨道，在钢护筒两侧对称地用油漆标出钻机轮轴中心，沿标定线位安装两条工字钢，工字钢顶面安装轨道，并用轨道卡固定。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。钻头就位前要检查法兰盘有无损伤，螺栓是否紧固。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。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。1.5.3钻具安装及钻机调试利用桅杆吊或50t履带吊将钻头、风包钻杆及配重拼装在一起，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。1.5.4泥浆（1）泥浆制备桩基施工采用轻质环保化学泥浆。泥浆在待钻孔相临孔内制备，泥浆制备采用原状土，适量添加纯碱和纤维素CMC提高泥浆性能。通过泥浆泵进行孔内泥浆循环，泥浆配置好后，用泥浆泵抽到待钻孔内。钻孔泥浆选用护壁效果好、成孔质量高的泥浆。泥浆性能指标必须符合港珠澳大桥专用技术规范要求（63页），指标要求如下：（2）钻孔过程的泥浆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，泥浆配制好后，要有专人负责试验工作，负责泥浆各项指标测试，24小时值班并做好记录。主要测定泥浆的比重、粘度、含砂率、PH值、胶体率等。不合要求时应及时调整。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工段负责人的同意后方可使用。在终孔前的23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。不同土层钻进速度控制：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；在砂层钻进时，泥浆比重要适当加大，慢速钻进，防止塌孔。在每个钻孔开始前，根据相应的地质资料绘制每根桩预计的土层情况，并对该桩作出明确的以标高为控制的泥浆性能指标。不同地质层泥浆性能参考指标如下表：表1.5.4-1 成孔各阶段泥浆性能指标编号地层粘度(s)相对密度含砂率(%)胶体率(%)pH值泥皮厚(mm)0试验室20.51.172.09890.871淤泥、淤泥质土16201.101.151293671.101.52粉质粘土、粘土20401.151.301.5695671.52.53粗砂、残积土25351.201.305895671.02.04中风化花岗岩20251.151.261695671.01.55清孔后19.21.1019871.0（3）泥浆循环及排放全桥桩基采用气举反循环方法成孔。泥浆循环系统主要由空压机和气管、钻杆和水龙头、泥浆管、泥浆桶、泥浆泵、泥浆船和泥浆净化器组成，布置如图所示。钻机成孔过程中，一边钻进一边利用泥浆孔内配制的优质泥浆置换。置换时，带有钻渣的泥浆由钻杆中心被吸出，泥浆进入泥浆桶排渣滤网后，将其中大颗粒钻渣过滤，泥浆流入泥浆桶进行沉淀，进一步过滤泥浆中较大颗粒，一部分泥浆通过回浆管流回孔内，一部分泥浆通过泥浆泵输送至泥浆净化器，除砂净化回流孔内。钻进过程中，通过泥浆泵调节钻孔泥浆面高出孔外水面约2m。ZX-250泥浆净化器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。钻孔过程中泥浆循环排出的钻渣，在泥浆处理器出口放置一个漏斗，钻渣进入漏斗，利用吊机吊开倒进平台旁边的货船内，排放到指定地点。灌注水下混凝土时，可预先抽干下一待钻桩基钢护筒内海水，然后将泥浆排放到钢护筒内，多余泥浆利用泥浆船装载排放到指定地点。1.5.5钻孔施工成孔过程中，结合地质情况和桩径的变化，为防止钢管壁粘附泥土，所以在钢管桩内使用直径与钢管桩径相当的刮刀钻头（通航孔桥2.5m复合桩钻头直径为2.42m，非通航孔桥2.2m和2m复合桩钻头直径分别为2.12m和2.02m），在钢管桩以下更换为滚刀钻头（通航孔桥2.15m复合桩钻头直径为2.15m，非通航孔桥1.95m和1.75m复合桩钻头直径分别为1.95m和1.75m）。成孔施工 刮刀钻头 滚刀钻头（楔齿）钻孔操作要点如下：A、钻机安装就位后，调整底座并保持平稳，以保证在钻进和运行中不产生位移及沉陷，否则找出原因，及时处理。B、钻孔前，测量组检查、验收桩位平面位置，绘制钻孔地质剖面图，钻孔作业采用减压钻进，根据不同土层选择与之相适应的进尺和转速，每钻进2米或地层变化时在泥浆池中捞取钻渣样品，查明渣样并记录，以便与地质剖面图核对。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，以防发生埋钻现象；对岩层，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。C、钻进时应细心检查排渣口出渣情况及孔内有无漏气现象发生，如果排量减少，孔内并有翻浆现象，这是钻杆断裂或钻杆连接有问题，应及时拆杆检查。D、升降钻头应平稳，尤其是当钻头处于护筒底口位置时，必须谨慎操作、防止钻头钩挂护筒，避免冲撞钢护筒扰动钻孔孔壁；当钻进至接近钢护筒底口上下12m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23m后，再恢复正常钻进状态。E、钻进过程中需经常护筒内水位的变化，随时准备泥浆泵进行补浆，保持护筒内水位高出自然水位的1m2m，以保持孔内水压，稳定孔壁。F、钻进过程中，若钻头卡死，溢流阀泄油时，应立即提高钻杆，再缓慢下放改为轻钻压慢钻进，排除故障后方可钻进。若发现斜孔时，应采用扫孔办法，纠正才能再钻进。G、钻孔内严禁掉入铁件，防止螺母、螺栓、拧缸工具等掉入孔内。接长钻杆时，须将钻杆提升30cm左右，先停止钻头旋转，再送风10分钟以上，将孔底钻渣吸尽再放下钻头进行拆杆作业，以免钻渣沉淀发生埋钻事故。钻杆连接时，连接螺栓要打紧，并装上防转销，同时认真检查密封圈，以防钻杆接头漏水漏气，使反循环无法正常工作。H、钻孔作业应分班连续进行，不得中途长时间停止，尽可能缩短成孔周期。因故停止钻进时，严禁钻头留在孔内，以防埋钻。钻孔过程中要及时、详细、真实准确地填写施工记录，同时做好交接班工作。I、钻进过程中要保证护壁泥浆的各项性能，经常对钻孔泥浆进行试验，不合要求时，及时调整。J、定期测量河床面，当河床冲刷严重时,及时采取抛填砂袋或石笼的办法进行冲刷防护，以确保钢护筒有足够的入床深度和钻孔平台的整体稳定及安全。K、要经常检查水龙头的转动情况和密封状态，发现漏气现象时，及时更换密封圈，并向轴承加入润滑脂，为消除水龙头单侧排渣胶管偏载对水龙头密封装置不良影响，以及对法兰盘中心轴线偏位，可用双向螺栓进行调整。L、采取钻头加配重块保证垂直度措施，另外钻孔达到一定深度后，上提钻杆，将导向架安装在钻杆相应位置。导向架应安装牢固，防止脱落。图1.5.5-1钻孔导向架结构图1.5.6现场实验室桩基施工时应在施工现场建立泥浆实验室，所需仪器有：泥浆相对密度计、粘度计、含沙率计、量杯、PH酸碱计。实验室仪器在使用前应进行校核，定期进行标定，桩基施工过程中定期检查泥浆各项指标。1.5.7清孔及成孔质量检测 当孔深达到设计标高后，经监理认可后采用气举反循环进行清孔。清孔时首先将附着于护筒壁的泥浆清洗干净，特别注意清理干净内剪力环上下附着的泥浆，然后清除孔底钻渣及泥浆等沉淀物。直至泥浆满足港珠澳大桥专用技术规范和设计图要求，具体为：比重1.031.10，粘度1720s，含砂率2%，胶体率98%，孔底沉渣厚度5cm为止。有必要时，用指标达到要求的泥浆进行孔底换浆，严禁使用超钻加深钻孔的方法代替清孔。成孔质量检测中，孔深采用测绳测量，检测前首先用钢尺检查测绳尺寸误差，确保孔底标高准确；孔径采用探孔器测量。表1.5.7-1 钻孔灌注桩实测项目（mm）（质量验收标准第30页）项次实测项目规定值或允许偏差检查方法权值1混凝土强度（MPa）在合格标准内按招标文件技术规范附录A检查32桩位群桩100全站仪或经纬仪：每桩检查2排架桩允许50极值1003孔深（m）不小于设计值测绳量：每桩检查34孔径不小于设计值探孔器：每桩检查35*钻孔倾斜度满足承台安装精度要求，但不得大于1/200用测壁（斜）仪或钻杆垂线法：每桩检查16沉淀厚度摩擦桩100沉淀盒或标准测锤：每桩检查2支承桩不大于507钢筋骨架底面高程50水准仪：测每桩骨架顶面高程反算18凿桩头后的桩顶高程10水准仪或全站仪：每桩11.5.8拆杆移机起钻时注意操作轻稳，防止钻头拖刮孔壁或护筒刃脚。注意起重压力的变化，当上升到护筒脚如果负荷加大则可能发生卡钻，此时可转动钻头，轻轻上提或将钻头下放换方向再上提，不可强拉，以致使刃脚内卷甚至坍孔。