斜拉桥大直径长钻孔灌注桩施工工艺

1、中外公路942005年10月=文章编号：（）1671-2579200505-0094-04第25卷第5期五河口斜拉桥大直径长钻孔灌注桩施工工艺丁如珍（江苏省淮安市高速公路建设指挥部，江苏淮安2）23001摘要：五河口斜拉桥两个主墩采用9桩长为92根直径为2.5m、5m的钻孔灌注桩基础，目前在国内比较罕见。该文简要介绍了这种桩的施工工艺和成孔过程中遇到的厚层硬质老粘土钻头被糊问题的解决方法。关键词：钻孔灌注桩；硬质老粘土；施工工艺土、亚砂土，淤泥质粘土、粘土、粉砂、细砂。1工程概况五河口斜拉桥是预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，是江苏省宿淮（宿迁至淮安）高速公路上的重点工程，其起点桩号为K，终点桩号

2、为K170+269.5172+，桥梁全长20斜拉桥主跨为3边跨331.562m，70m，为1结构采用全漂浮体系，桥面宽3双向52m，8.6m，六车道，其宽度在目前国内同类型桥梁中位居第一。由于钻孔灌注桩以其承载力高、稳定性好、沉降量小、施工方便等优点而得到广泛应用，五河口斜拉桥墩台全部采用钻孔灌注桩基础，其中，主桥两个索塔采用群桩基础，分别位于京杭运河、盐河的河堤边，每塔布置4桩长9均为摩擦6根2.5m的钻孔灌注桩，5m，桩，目前在国内比较罕见。承台厚6平面尺寸为.0m，柱间距949.5m*33.1m。过渡墩采用柱式墩，.0m，每根柱为3基础按左右幅.5m*2.5m的矩形截面，分别设置，每幅桥

3、两个墩柱下设“工”字形承台，承台厚#墩桩承台下设4根2.5m，2.0m的钻孔灌注桩，26#墩桩长长7该桥合同工期为30.0m，2975.0m，0（）第四系上更新统冲、湖积层，分布于全新统之2下，主要为粘土、亚粘土、砂性土，其结构特点为土质不均，普含钙质与铁锰质结核，工程地质性质明显高于上层。（）第四系中更新统冲、洪积层，为灰白色、黄褐3色粘土、亚粘土及砂性土，砂质土多呈微胶结-半胶结状，工程地质性质较好。1.2不良地质桥址区不良工程地质问题主要为软土、可液化土、硬质粘土。1.2.1软土区段内软土属湖相成因，按其特征可分为两段：第一段以淤泥质粘土、淤泥质亚粘土为主，局部土质不均，夹薄层亚砂土，流

4、塑-软塑，层厚0最.46.8m，大埋深1第二段同样为淤泥质粘土、淤泥质亚6.2m；粘土，局部夹薄层亚砂土、粉砂，流塑，层厚0.43.95最大埋深3m，0.4m。1.2.2可液化砂土桥址区属黄淮冲湖积平原区，液化土岩性主要为亚砂土，分布连续，厚度变化大，其液化情况大致可分为四种：中等-严重液化，出露于地表或埋藏于地表层之下，厚0轻微-中等液化，多出露于地.95.1m；表，厚2中等液化，分布于表层或严重液化.27.0m；层之下，最大埋深9严重液化，分布于地表，厚.7m；5.07.2m。个月。1.1工程地质桥址区地层主要为第四系沉积物，自上而下依次为：（）第四系全新统冲积、湖积层，地层厚度变化由1北

5、2其岩性主要为亚粘1.50m向南渐变为50.0m，收稿日期：2005-06-13作者简介：丁如珍，男，硕士，高级工程师.五河口斜拉桥大直径长钻孔灌注桩施工工艺5期95=总体上淮安侧液化程度较宿迁侧严重。1.2.3硬质粘土在主墩基础位置，分别离地表2、335626788结构紧密、坚硬、含铁锰及钙101m分布三层黄色、质结核的硬质粘土。对于钻孔灌注桩施工不利的地质情况有：同一钻孔中，有砂土、淤泥质粘土、硬质粘土，致使在成孔过程中需要采取不同的钻速以及不同的泥浆指标来控制成孔质量；不同深度分布硬质粘土层，且粘土层较厚，在成孔过程中，钻头极易被粘土所糊。1.3工程特点首先，主桥索塔基础采用群桩基础，每

6、塔布置46根桩长9为摩擦桩，共计2.5m的钻孔灌注桩，5m，在国内比较罕见；其次，由于有较厚的硬质粘土92根，层存在，致使钻头在成孔过程中极易被糊，严重影响施工进度。钻孔桩的钢护筒施工测量采用粗控与精控相结合，精控采用全站仪将桩基定位，控制护筒的埋设，确保桩位精确，桩基中心位置测放后，报请监理工程师复检确认。粗控主要用钢尺控制施工平台外侧的钢管桩的埋设。钻孔桩的钢护筒直径选择比设计桩径大30cm，为采用壁厚为2.8m，14mm的钢板卷制加工。钢护筒的长度确定原则为：根据设计要求和施工经验，护#墩）筒底口应穿过表层亚砂土（如2，若表层为大于7（亚粘土），则底口应位于此层而不宜穿4m厚的粘土#墩）

7、过（如2；根据地质情况，钢护筒的长度分别为8、4.06.58.012.0m等。埋设钢护筒采用护筒跟进的方法：采用人工挖埋再用D2.0m、Z150型振动锤振动下沉到位的方法埋设。该护筒中心偏位4c倾斜度为1m，.0%。（）泥浆池的开挖3对于大直径长钻孔灌注桩而言，泥浆池的大小及#墩的泥浆循环池位置选择十分重要，（272个：10m、沉淀池（均设*10m*2.5m）25m*32m*2.5m）2钻孔灌注桩基础施工方案2.1钻孔准备（）桩基平台施工1经过对五河口水文站近2按0年水位资料的收集，照8平台顶标高0%保证率确定施工水位为+13.0m，定为+14.50m。根据现场实际情况，并确保施工时的作业空间

8、，确定筑岛平台的外延距承台边为41平台总面积0m，2。为1770m置在淮安侧的施工便道外，靠近大运河一侧，容量约有3，#墩泥浆循环池、用袋装土围砌而成。沉2500m28#墩相应大淀池均设在承台的南侧，比2720%左右。（）钢筋笼的制作与吊装4钢筋笼制作分节（12m*7节+12.69mE96.69进行，分节重量控制在3t以内以便125tm的塔m）吊直接起吊，整节钢筋笼的吊装采用55t履带吊进行。每个钢筋笼内均设4根一直到施工平台面的60mm钢管作为检测管。主筋接头采用冷挤压套筒接头工艺。2.2钻孔设备的选择钻机采用GF-3000型、ZSD250型、QJ250-1型回转钻机成孔，其主要性能指标见表

9、1。采用间距为8（双）排脚手管在平台外延0cm的三搭设挡水围堰的框架，内填袋装土形成边坡防护结构。后将大堤后部标高在+18.0m以上的土体用推土机推至平台范围，压实平整以形成稳定钻孔施工平台。（）钻孔桩护筒测量定位及埋设2扭矩kNm120118117钻孔直径m1.53.01.53.01.53.0钻孔长度m150110120主机重t352528表1钻孔设备主要性能指标型号GF-300型ZSD250QJ250-1钻具重t503540主机功率kW135125125循环系统功率kW132102102循环方式气举反循环气举反循环气举反循环最大提升力t855050循环方式及钻头进尺速度控制2.3钻孔泥浆性

10、能、（）泥浆配置与泥浆循环方式1开钻前用膨润土、纯碱和P在护筒内用AM溶液，钻机调好泥浆，泥浆指标为：相对密度1，粘度1.198，含砂率小于0s.5%。钻头到达+用正循环方式开孔；2.0m标高以前，+2.0m标高以下采用气举反循环钻进。现场配备泥浆泵1台。中外公路25卷96=（）各土层钻进控制2不同的地层条件，采取不同的钻速以及不同的泥泥浆相对密度泥浆粘度s含砂率%642胶体率%浆指标来控制，见表2。开钻采用泵吸正循环钻进，当沉没比达到规范要泥皮厚mm333转速rmp5101410进尺速度-1mh0.520.51.5表2各土层的性能指标土层失水速率H值p108108810钻压kN180150砂

11、层1.11.252250粘土11.15120.18清孔1.0371.101209520mL30min9520mL30min9520mL30min求时采用气举反循环钻进，清孔分两次进行。钢筋笼在钻孔中的情况等。.4钻孔桩混凝土的浇筑在混凝土浇筑前必须对导管进行水密性试验，首先，将拼装好的导管两端封闭，然后从一端灌水，用氧气瓶和压力表检查导管接头的密封效果，试验压力为.69MPa。主墩单桩的C25水下混凝土最大方量为467m3，现场混凝土搅拌楼额定生产能力为125m3h，正常情况下在7h左右完成单根桩浇筑任务。混凝土配合比的技术要求为：满足泵送要求，和易性好，坍落度182cm，初凝时间不小于20h

12、。采用32.5级普通硅酸盐水泥，加入适量减水缓凝剂。粗骨料为13cm连续级配的碎石，细骨料用中砂。水下混凝土的灌注采用导管法。导管在使用前须进行试拼和水密试验，施加压力不小于1.3MPa。混凝土浇筑采用泵送工艺，首批混凝土浇筑采用拔球灌注法进行。首灌混凝土量不小于9.78m3。灌注过程中导管的埋深控制为26。为确保桩顶质量，桩顶超灌0.51.0m。成孔质量及混凝土浇筑质量检测.1成孔质量检测全桥钻孔灌注桩成孔质量检测均采用KE-400型超声波测壁仪进行，该仪器利用带有4个方向的传感器依靠超声波测定钻孔桩孔壁条件，包括孔的垂直度、孔径、孔壁塌陷、桩长等，它具有如下特点：（1）检测、打印、控制高度

13、一体化，尤其是绞车和传感器的一体化，使操作简单方便。（2）内置电脑，各种信息（日期、孔径、深度、孔径偏差、横向与纵向距离刻度线等）均可现场打印在记录纸上，非常便于现场特殊问题的分析。（3）采用4个方向传感器，可通过控制检测孔内2个或4个方向的断面情况。（4）特殊情况下，可用来探明孔的异常情况，如钻头或钻杆掉入钻孔中的位置、导管断入钻孔中的情况、采用超声波测壁仪检测钻孔灌注桩成孔质量，非常有效、直观而且方便，同时更有助于成孔的完善，如钻孔出现的错台、缩颈、垂直度的偏离等情况均可根据图像有效地直观处理。3.2混凝土浇筑质量检测现行的钻孔灌注桩质量检测方法有低应变动力检测、超声波透射检测等，这些方法

14、各具特色，根据五河口斜拉桥的钻孔桩直径2.5m、长度达95m的超长特点，确定采用理论研究最成熟、安全系数最大、工程应用最广的超声波透射法进行检测。在每根桩沿钢筋笼内侧四周四分点均匀布置4根检测管，检测管内径为5cm，材料为无缝钢管，声测管接头采用护管焊，声测管底采用钢板封口，埋置深度与钻孔桩同深。钻孔桩的清孔应严格按有关规范进行，桩底沉渣厚度比规范要求高，按不大于30cm控制。钻头被糊的处理措施由于在不同地质深度存在较厚的硬质老粘土，在钻孔中，钻头经常被糊，钻头进尺极其缓慢，有时钻头进尺不足10cmh，最长的一根桩成孔花了32d，起初5台钻机平均每根桩成孔时间为23d，按此计算，主墩92根钻孔

15、灌注桩用10台钻机至少需要7个月时间，与工程进度计划5个月相比将滞后45d，极有可能影响整条高速公路的竣工时间，因此，在确保质量的前提下如何提高钻头进尺速度是本工程施工的难点。经对已完成的少量钻孔桩情况分析与研究，并查阅目前国内外相关资料，针对在硬质老粘土中钻头被糊的情况，认为影响钻头进尺的主要因素及处理措施如下：（1）钻机的转速对钻机进尺的影响根据地质情况分析，进场的钻机动力性能是满足要求的，有2台液压式动力头钻机，分别能钻3、3.5m直径的钻孔桩，转速较慢，加钻杆比较繁琐，但功能很大，按常规钻头进尺速度应较快，然而此处这种钻机却212m433五河口斜拉桥大直径长钻孔灌注桩施工工艺5期97=

16、最慢，一根桩成孔时间最长为3，平均每根钻孔桩成2d孔时间为2。而另外一种Z6dSD250型钻机转速较快，加钻杆比较方便，其钻头进尺速度最快，前期一根桩平均成孔时间为1，后期通过施工工艺的不断改7d进，平均每根钻孔桩成孔时间缩短为1，最快的达91d。因此，在较厚层的硬质老粘土中钻孔，应选择转速d较快的钻机设备。添加剂费用较高而放弃使用。因此，在较厚层的硬质老粘土中钻孔，应尽可能缩短排渣通道、增加空压机排气量和气压、优化泥浆性能。（）钻压及现场操作方法的影响4钻压不仅影响钻头被糊，而且还会影响成孔质量。在砂性土层中成孔，钻压太大，钻头进尺速度快，极易造成在砂性土层中泥浆护壁效果差而出现的塌孔现（2

17、）钻头形式的影响鉴于钻头初期极易被硬质老粘土糊住的状况，组织钻探方面的专家进行研究，认为钻头形式是造成钻头被糊、影响钻头进尺速度的主要因素之一，表现在：钻头最佳锥角的选用及其环圈间距与个数、表面粗糙度、附着钻刀的翼板叶数、钻刀的长度、倾角、间距、吸浆口位置与形状等，针对上述因素分析，分别选用了锥角为70、110，附着钻刀的翼板采用3片，钻刀的长度适当增长至6cm，其间距、倾角适当增大，吸浆口位置适当提升，其形状进行适当改善，并增大了钻头的表面粗糙度，原钻头上下设了两道筋圈，不利于钻头上下活动时粘在钻头上的泥块自由脱落，后改为钻头上设一道筋圈。经工程实践，钻头进尺速度有显著提高，所以，在较厚层的

18、硬质老粘土中钻孔，选择合适的钻头形式对钻头进尺速度的提高非常重要。（3）排渣通道、空压机性能及泥浆性能的影响经分析，钻头被糊与钻刀削下来的土屑在钻孔中滞留时间的长短有很大关系，如不及时将削下来的土屑排出，钻头是极易被糊的，针对这种情况，采取了增加排渣吸力、缩短排渣路径等措施。由于大直径、长钻孔桩常采用气举法反循环成孔施工工艺，因此，用于气举的空压机的气压大小与排气量密切相关，现场采用增加气压，排气量由原来15m3min增加到223min，排渣路径缩短至钻机附近，在其出口处设置排渣筛，采取这种措施后，收到了比较好的效果。另外，泥浆性能与钻头被糊密切相关，受不粘锅与食物不粘的启迪，能否研制出钻头与粘土不粘的材料呢？通过查阅大量资料得知此技术目前尚处于研制阶段。但如何减少粘土与泥浆的粘力值得探讨，本工程先后对泥浆性能指标进行了优化，适当减少纯碱、PAM及膨润土的掺量，适当增加分离剂，如在泥浆中掺入少量洗衣粉、国外生产的一种添加剂等。泥浆指标为粘度19，比重1.20，含砂率0.5%，通过以上措施的实施，收到了一定的效果，但在实施过程中，因国外生产的一种象；如钻压太小，钻头进尺速度则慢，在砂性土层与粘土交界处极易造成钻孔出现错