东海大桥IV标试桩成孔工作总结

1、东海大桥标海 上 钻 孔 灌 注 桩试桩工艺总结报告路 桥 建 设 东 海 大 桥 项 目 总 经 理 部二OO三年三月22一、工程概况东海大桥工程是上海国际航运中心的集装箱深水港必不可少的配套工程，直接为港区大量集装箱陆路集运和港区供水、供电、通讯等工程服务。东海大桥起始于上海市南汇县芦潮港镇客运码头往东约4km南汇咀处，跨越杭州湾北部海域，直达浙江省嵊泗县崎岖列岛的小洋山岛，长约32.7km，经小乌龟、大乌龟、颗珠山和小洋山等岛屿。芦潮港镇位于南汇县东南，南芦公路直达，交通方便。小乌龟小洋山诸岛屿位于舟山群岛西北部的崎岖列岛，长江口和杭州湾的汇合处，行政区划隶属于浙江省舟山市嵊泗县，地理概

2、略位置为东经121°5806122°0923，北纬30°335230°4942，南距宁波北仑港约90km，北距长江口灯船约65km。东海大桥海上段桥梁设通航孔桥四座，其中：一个主通航孔，主跨为420m，上部结构采用钢和混凝土结合梁斜拉桥，三座辅通航孔，主跨分别为120m、140m、160m，上部结构采用预应力混凝土连续梁。主、辅通航孔属于特大跨径桥梁，主墩基础采用2.5m大直径钻孔灌注桩，桩长约110m。由于本工程位于杭州湾海域，风、浪、流等自然条件十分复杂，给海上钻孔灌注桩的施工带来较多困难，且海上大直径钻孔灌注桩的设计及施工经验很少，因此有必要对通航

3、孔钻孔灌注桩进行试验。二、试桩目的1、通过本次试验提出桩侧的分层极限摩阻力和桩端极限承载力，验证地质报告提出的相关数据。经分析后，确定2.5m钻孔灌注桩在注浆前后的单桩极限承载力，为验证、优化大直径钻孔灌注桩的设计提供重要参数。2、通过本次试验对海上钻孔灌注桩的淡水泥浆配比；水下混凝土配比；成孔、成桩（清孔、下钢筋笼、二次清孔、灌注混凝土）、后注浆等施工工艺进行专题研究及科学试验与检测分析。为确定合适的施工机具设备，确定钻孔灌注桩的施工工艺等提供重要的参数。三、试桩位置及相关资料1、本标段试桩桩位选择在K12桥PM241墩，如下图：2、试桩设计桩径为250cm，设计桩顶标高为+0.15，桩底标

4、高为-110.0m四、试桩地质条件根据东海大桥通航（芦潮港侧500t、1000t）段桥梁工程地质勘察报告，本桥位区域地层分布如下：层灰褐色淤泥：海底淤积物，夹较多的粉性土，钻具自沉，无结构，高压缩性，分布于表面厚约5.57.0m。灰色淤泥质粘土：夹少量簿层粉砂，含云母及贝壳屑。流塑状，高压缩性。层面标高-16.0(-17.0)24.5(-29.0)m，厚度为8.013.0m。层灰色粉质粘土：含少量腐植质及钙质结核，夹薄层粉砂。软塑状，高压缩性。层面标高-24.5（-29.0）-28.0(-31.0)m，厚度为23.5m灰绿色粉质粘土：含氧化铁斑点及少量灰色条纹。可塑硬塑状，中等压缩性。层面标高

5、-28.0(-31.0)-33.6(-34.0)m，厚度为35.6m。1层草黄色砂质粉土：含氧化铁斑点、云母等，夹簿层粘性土。中密状，中等压缩性。层面标高-33.6(-34.0)-41.5m，厚度为7.57.9m。2-1层草黄灰黄色粉砂：含氧化铁斑点、云母。局部含少量粘性土，为砂质粉土。密实状，低压缩性。层面标高-41.5-54.0m，厚度为13.5。2-2灰黄色粉砂：含氧化铁斑点、云母。局部砂性较纯，颗粒较细，以细砂为主。密实状，低压缩性。层面标高-54.0-72.0m，厚度为18m。3层灰色粉砂：含云母，土质不太均匀，局部夹薄层粘性土较多，密实状，低压缩性。层面标高-72.0-81.5(-

6、85.5)m，厚度为9.513.5m。层灰色含砾粉细砂：含云母及砾石。砂颗粒较粗，以粉细砂为主，夹较多的中粗砂及砾石，局部以中粗砂为主。密实状，低压缩性。层面标高-81.5(-85.5)-120.0m。兰灰草黄色粘土：含铁锰质结构和钙质胶结物。硬塑状，中等低压缩性。五、试桩施工工艺（一）、设备的配备1、施工钻具及主要工艺的选择根据试桩桩径大，钻孔深及钻孔内地质情况特点，我们选择中升ZSD300/210型全液压钻机，并配英格索兰VHP750E空气压缩机，双腰带笼式钻机。中升ZSD300/210型全液压钻机是国内目前最先进钻孔灌注桩成孔设备，一经就位平整固定后，具有相对平稳性，这样保证了在钻进过程

7、中不产生移位现象，确保桩的中心位置不发生偏位和钻孔的倾斜，在双腰带笼式钻上镶焊众多高强度硬质合金块，有利于在钻进过程中钻头不被磨损变小，并设置双腰外径为2520mm，确保桩径满足设计桩径要求。采用气举反循环法、泥浆护壁成孔。2、其他机械配备试桩主要机械设备(施工机械)表名称型号数量用途履带吊50T1协助钻机就位，转运和下放钢筋笼、导管等浮吊200T1将钻机设备、施工材料等从船上转至平台上泥浆泵4PN2用于钻孔泥浆循环系统旋流除渣器108m3/h2用于将反循环生成的泥浆进行渣浆分离处理拌合船120M3/H1提供桩基砼泥驳250M32将钻渣、废泥浆转运至指定地点排放供水船1000T1为配制泥浆提供

8、淡水泵车100M3/H1输送砼拖轮2640P1拖运船舶货驳1000T1转运施工用材高压注浆泵1用于压注C30号水泥浆（二）施工用电PM241墩上配备了1280Kw的发电机组，依靠自发电满足试桩施工。（三）施工平面布置图（四）、试桩施工工艺流程根据钻孔灌注桩常规施工工艺与本标段施工特点相结合，拟定试桩施工艺流程如下：（五）、泥浆的配制 泥浆是钻孔灌注桩的“血液”，它有两个作用：1、保护孔壁；2、通过泥浆循环排除钻渣，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，由于桥区位于海域中，海水中CL-含量高，对桩基钢筋有腐蚀作用，因此，在成孔的全过程使用淡水，利用淡水泥浆循环排渣和清孔

9、，设计泥浆的配合比如下：泥 浆 配 合 比淡水（kg）膨润土（kg）聚丙烯酸铵（kg）纯碱（kg）10080.0030.03实际操作时，我们按每加长一根钻杆（2.4m），配制一次泥浆，实际需泥浆配制如下表：淡水（t）膨润土（t）聚丙烯酸铵（kg）纯碱（kg）91.50.65.5 泥浆的配制由跟班技术员配制，并检测泥浆指标，每2小时测一次泥浆指标，确保优质泥浆。（六）制备泥浆所需主要原材料的供给及相关处理·淡水考虑到自然因素对船运的影响，试桩施工时，储水池统一采用平台上的护筒，单根护筒（未浇注砼且未开钻的孔）储水量为3.14×(2.92/4)×(7+8)=100m3

10、，护筒在储存淡水之前护筒内的海水都被抽尽。试桩所需淡水由1000t的水船运送，在钻进的过程中，选择天气好的时候，及时补给淡水。·膨润土用货驳分两次将膨润土转运至平台(堆放位置见施工平面布置图)。试桩过程中制备泥浆的原材料的使用情况如表1： 表1日期淡水（T）膨润土（T）聚丙烯酸胺（Kg）纯碱（Kg）2003.2.172522003.2.18544.51.2112003.2.19275226.871.52003.2.203831.716.52003.2.2112810.53.6332003.2.2219415.56.256.52003.2.23181.51.2112003.2.2454

11、4.51.2112003.2.25907.5327.52003.2.2619415.56.256.52003.2.27180306552003.2.28112152.433合计1362140.539.3382.5（七）泥浆的循环和钻渣的排除 泥浆的循环排渣系统由空压机、泥浆池、沉淀池、过滤网、旋流器等组成，由于桥区地质情况的特殊性，层以上是淤泥质粘土，采用正循环方式；层以下是粉砂，细砂有含砾粉细砂，采用反循环方式，施工时，先用泥浆泵将钻孔内的海水、淤泥抽净，然后在钻孔内加入一定量淡水、膨润土、聚丙烯酸铵及纯碱进行造浆不加尺，当泥浆数量及各项指标经检测达到技术要求时开始钻进。与此同时，在泥浆池内

12、按泥浆配合比加入淡水、膨润土、聚丙烯酸铵及纯碱制浆，以补充泥浆循环过程中泥浆损失，并确保泥浆面始终高于海水面1.52m以上，保护孔壁，防止坍孔。 正循环钻进时，通过泥浆泵将泥浆抽往钻孔内，再通过钻杆到钻头，泥浆再从钻孔中返出，经泥浆管流回泥浆池，形成循环。 气举反循环钻进时，利用空压机将压缩空气经气管，将泥浆及钻渣从孔底，通过钻头、钻杆、高压泥浆管排到过滤网到达沉淀池，经泥浆泵、旋流器、泥浆池返回钻孔形成循环，在泥浆循环过程中，一方面沉淀池将泥浆中大颗粒钻渣过滤出来，另一方面，经旋流除渣器将钻渣分离并排放到泥驳上，这样，保证了泥浆质量，提高了钻进效率,经现场实测，泥浆经旋流除渣器处理后，其比重

13、下降0.06左右，粘度下降1s左右，含砂率下降2；后期加大旋流除渣器的除渣口直径，泥浆经旋流除渣器处理后，其比重下降0.1左右，粘度下降3s左右，含砂率下降4，但存在泥浆中膨润土流失严重的现象。（八）钻进操作钻孔作业时采用减压钻进，根据不同土层选择与之相适应的进尺和转速。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，以防埋钻现象；对砂砾层，采用轻压、低档慢速

14、、优质浓泥浆钻进，确保护壁厚度以及充分浮渣；护筒底口和不同地层交接处附近，采用低档慢速、小进尺钻进，防止扩孔、塌孔和偏斜孔。·钻孔过程中，及时填写钻孔施工记录，交接班时由当班钻机班长交待接班钻机班长钻进情况及下一班应注意事项，钻进时间分析表2。表2日期钻进时间（分钟）加钻杆时间（分钟）2003.2.170180 2.18930340 2.1938050 2.20710130 2.21950380 2.22765275 2.2315060 2.24645125 2.25880125 2.26895225合计63052070根据上表可知：加一根钻杆所需时间为：2070÷4843

15、分钟每小时的进尺：118.75÷(8375÷60)0.85米·水中基桩钻孔施工由于受潮水涨落影响，在钻孔的过程中始终保持孔内泥浆面任何时候均应高于海水面1.5m2m以上。·钻孔作业分班连续进行；经常对钻孔泥浆进行试验，不合要求时，及时调整；随时捞取渣样，检查土层是否有变化，当土层变化时及时报监理工程师并记入记录表中，且与地质剖面图核对,具体的钻孔地质柱状图。（九）清孔 钻孔到位后，经监理工程师验收合格后，进行第一次清孔，采用气举法反循环换浆清孔，利用优质泥浆，经过35小时（2月26日23：302月28日10：30），充分将孔内悬浮的钻渣转换出来，经旋流器

16、分离排放到泥驳上，最后孔内泥浆比重为1.13，粘度为21s，含砂率2%，已满足下水混凝土灌注需要，这时，停止清孔，提钻杆进行钢筋笼的安装。钢筋笼安装到位后，进行二次清孔，二次清孔采用水下砼灌注的导管配5cm直径的无缝钢管为高压气管，通过空压机输送压缩空气气举法，排除孔底高浓度泥浆及安装钢筋笼时掉脱泥皮，冲散孔底沉淀层，使之呈悬浮状态，保证沉淀层小于20cm厚，满足钻孔技术要求及水下灌注砼的需要。该孔经过第一次清孔, 孔内泥浆比重为1.1，粘度为21s，含砂率1%。（十）成孔质量 根据检测结果，各项指标均满足设计技术要求。 1、桩孔深度：118.75m（设计孔深：118.7m）； 2、桩径250

17、0mm（设计桩径：2500mm）； 3、孔斜率：0.65%（设计孔斜率1%）;4、桩中心平面位置偏差为：小于5cm（设计5cm）；(十一) 钢筋笼的制作及安装1、钢筋笼的的制作 本桥桩基类型设计为摩擦桩，桩底标高均为-110.00m，桩顶标高+0.15m，锚固筋长度2.061m，钢筋笼底部悬空0.3m，桩头嵌入承台0.15m，故试桩钢筋笼采取定尺陆地加工场内进行制作加工。根据本桥桩基钢筋笼较长，受施工环境影响较大，每节钢筋笼长度不宜过长的情况，遂将钢筋笼加工共十二节（每节长度见表3），经反复研究、对比选择了滚轧直螺纹连接接长工艺，通过对钢筋滚轧成型，现场加工成笼，并且在钢筋成型过程中，始终将前

18、一段作为下段成型的模型，这样保证了单根钢筋接长的丝口对接长度精度，同时也确保了每段间所有接头的对接精度。为了验证其可行性，本着实事求是的原则，于2003年2月6日下午，在经理部加工场地内模拟现场对接施工情况进行对接施工，试验证明：该施工工艺操作可行，并且其施工进度得到了大大提高，12人仅用25min完成了104根（32；52根；28；52根）接头的对接施工。 表3钢筋笼编号钢筋笼长度（m）主筋数量第一节11.9104第二节9.0104第三节9.0104第四节11.452第五节9.052第六节11.552第七节9.013第八节7.4113第九节10.2313第十节9.013第十一节9.013第十

19、二节9.013 结合试验情况对存在的问题进行了改进后，遂对PM241-2-3桩基钢筋笼进行制作加工，加工方法是：先加工桩顶的第一节，类推为第二第十二节，由于桩顶部近37m设计为双肢并排的，故考虑接头数量多的先加工，接头数量少的后加工，有利于提高钢筋笼的加工精度，加工过程中，除了按要求挂好标识牌外，还将每加工的一段笼上对应上节笼尚未分离时，用油漆作好醒目的标志，以利于现场对接施工直接对准。钢筋笼每段基于上段加工成型后，在进行第三段加工时，即将每一段起吊移走，存放于指定地点，钢筋笼的存放必须确保其不变形，防锈蚀及油污，并保护好其标识牌。 试桩钢筋笼除了常规的4根60mm声测管外，还增设了8根25m

20、m黑铁管与4根声测管形成六组联通管作为桩底增强压浆管，同时，在距桩底近38m位置处加设了230cm高30cm的桩基承载力检测用的荷载箱，荷载箱上通过管中管外引出桩顶作为位移测试管等附属结构物，该类附属结构物的安装定位大大增加了钢筋笼的制作难度，同时当运输及安装带来了诸多不便，并影响了安装的进度.2、钢筋笼的运输 钢筋笼制作加工完成后，经过各级检验程序，履行完成检验手续后，遂进行钢筋笼的运输，首先在场地内利用汽车吊平吊钢筋笼至挂车上，挂车运输至客运码头，再用汽车吊平吊上货驳，通过货驳运输至K12桥PM241墩，再利用浙三驳101（浮吊）平吊上平台，用平台上的50t履带吊转吊堆放，全过程中，都确保

21、了钢筋笼的水平起吊及水平堆放，钢筋笼没有出现变形的现象。但通过试桩钢筋的运输可以发现，在加工场地内加工钢筋笼，势必受场地空间影响，施工进度无法满足现场施工需要，同时，钢筋笼的运输耗时费力，不利于节约成本也不利于全面施工进度的需要。 3、钢筋笼的安装本桥桩基钢筋笼总重近40t，故结合现场施工起重机械的起吊能力，考虑最后四段钢筋下放时，采用50t履带吊起吊对接，2台5T卷扬机各倒6线后吊装、下放的办法进行钢筋笼的安装。技术要求：钢筋连接符合技术规范要求； 砼保护层垫块抗压强度大于30Mpa； 砼保护层垫块尺寸误差允许范围：0+5mm； 钢筋骨架底面高程误差允许范围：-5cm+5cm。钢筋笼安放施工

22、如下： ·荷载箱与钢筋笼的连接、注浆管、超声波管、应变片等的安装均东南大学的技术人员的指导下进行。·在钢筋笼四周安设控制钢筋骨架与孔壁净距的垫块，垫块以等距离绑在钢筋骨架周径上，其沿桩长的间距小于2m，横向圆周布置4处，超声波检测管纵向每4.0m与钢筋笼焊接固定。·在钢筋笼的接长、安放过程中，始终保持骨架垂直；钢筋笼接长采用机械接头(挤压套筒或等强直螺纹接头)，每节接长保证顺直度满足要求，接头牢固可靠，同一断面接头数量不超过总根数的二分之一。钢筋笼接好后严格检查接头质量，并边下沉时解除内支撑。钢筋笼正式起吊安装于2003年3月1日23:10开始起吊第十二节，该桩基

23、钢筋笼安装其历时105小时25分，纯用时42小时53分钟，具体时间见表4。表4钢筋笼编号起吊时间对接套筒对接、施焊管道割除支撑、安装螺旋筋及保护垫块钢筋笼下放到位12151515111315511191015153510109153035402581515304030710202525156152540301054540303515434415090903358011530145230125355515516515550120225合计307561450501754在钢筋笼的起吊时，由于200T浮吊受风浪大无法协助起吊钢筋，遂仅用平台上的50T履带吊吊点起吊，悬出平台近3m竖转起吊。由于200

24、T浮吊不但受风浪无法作业，同时其起吊能力也无法满足钢筋笼的竖直下放，故现场采用2台5T卷扬机各倒6线下放之。（十二）混凝土的灌注1、导管及料斗的安装砼灌注导管采用内径308mm型卡口管，按公路桥涵施工技术规范要求，在砼灌注前进行水密承压和接头抗拉试验、长度测量标码等工作，并经监理工程师检查合格后下放导管，导管架卡在导管架上，如下图。 导管架示意图导管底口至桩孔底端的间距控制在0.4m左右，砼储料斗设计为大小两个，总容积为：13.5m3，满足导管初次埋置深度为2.0m，大料斗安装在孔位旁边，小料斗直接安装在导管顶口。在灌注砼前再次检查孔底沉渣厚度大于规范要求，这时利用导管进行二次清孔，经过3个小

25、时的二次清孔，泥浆指标及沉渣厚度均达到规范及设计要求。2、混凝土灌注（1） 配比设计海水环境下施工钻孔灌注桩有其特殊性，除使用淡水泥浆循环外，为确保钻孔灌注桩施工质量，防止钢筋锈蚀，采用高抗渗砼，掺硅灰、粉煤灰、矿渣等超细矿物掺合料，并与适当的外加剂相结合，最大限度地提高砼的密实性。由于我标段拌和船没有及时进场，试桩混凝土采用建工的商品混凝土，其配合比见表5。 表5配合比原材料水水泥砂石子掺和料矿粉外加剂重量比0.881.03.094.550.410.680.5坍落度210mm原材料来源1 水泥：普通硅酸盐42.5 嘉新京阳水泥厂2 砂： 中砂 福建闽砂3 石子：525mm碎石 湖州新开元4

26、掺和料：常熟5 矿 粉：宝田6 外加剂：建工麦斯特7 水： 自来水（2） 原材料的准备按1.5倍左右浇筑桩身砼体积备齐砂、石、水泥、外加剂等原材料。（3） 混凝土拌和采用建工的建基5001拌和船拌和，其混凝土供应能力为70m3h。（4） 混凝土灌注加强现场管理，定期校验混凝土搅拌站计量系统，严格控制搅拌时间，及时检测，保证砼具有良好和易性。雨后灌注水下混凝土时，及时实测粗细骨料含水率，并根据测试结果及时调整混凝土配合比，确保混凝土拌合质量满足要求。混凝土导管使用前已经进行了水密及气密试验，从而确保其有良好的密封性。灌注砼时，导管底端距离孔底0.4m左右。·首盘混凝土灌入量为13.5m

27、3，保证了砼导管埋入砼中具有足够的深度。砼灌注过程中，保持孔内的静压水头不少于2.0m，同时及时测量砼面的高度及上升速度，埋管深度控制在26m ，导管拔出荷载箱时，放慢操作速度，以防导管挂荷载箱，从试桩结果来看，整个施工过程十分顺利，未发生导管挂钢筋笼和荷载箱及无法拔出的问题。·严格控制拔管和埋管深度，设专人测量砼面深度，做到先测后拔，密切观察灌注情况，在灌注的过程中严格控制混凝土的坍落度并定时检测，测试数据见表6。 表6序号灌注时间数量（m3）坍落度要求值坍落度实测值（mm）12003.3.8.18：5017180210mm200219：5590180210mm200321：40165180210mm190422：40230180210mm195523：50300180210mm20062003.3.9.4m19075：50430180210mm20587：3