李国平钻孔桩施工技术与设备简介

1、我国桥梁及风电桩基础施工技术与设备目 录 一、桥梁桩基础施工技术简介 二、风电桩基础施工技术简介 三、桥梁（风电）桩基础施工技术发展方 向 四、 桥梁（风电）桩基础施工设备简介 结束语1一、桥梁桩基础施工技术简介 按桥梁桩的承力类型分摩擦桩和嵌岩桩二种；当直径大于等于2.5m,桩长大于90m时，俗称为大直径超长钻孔桩,按桩的数量分布看引桥桩及跨度不大的桥梁桩一般直径较小多在陆地浅滩，占总数的70-80%之上，大直径超长桩多在跨度较大跨越江河湖海之上的大型、特大型桥梁主桥中，占总数的20%不到；钻孔方法按钻机类型可分为冲击钻、旋转钻、旋挖钻、套管钻、组合钻（冲击+旋转、旋挖+冲击、旋挖+旋转、套

2、管+旋挖或旋转等），冲击钻、旋转钻采用的是正、反泥浆循环排渣工艺，旋挖钻、套管钻采用的是直接取土法，旋挖钻需泥浆护壁，套管钻不需要，旋挖钻、旋转钻、冲击钻是目前主要施工方法，且旋挖钻在近几年大有取代冲击钻和小型旋转钻的趋势，旋转钻在大直径超长孔施工方面仍有一定优势，套管钻在城轨地铁高层建筑咬和桩方面有应用且具有优势，套管组合钻在港澳地区应用较多，其他组合方式在国内也有尝试。2桥梁钻孔桩桩型摩擦桩嵌岩桩桩长大孔径超长钻孔桩长桩、中长桩、短桩钻机类型冲击钻、旋转钻、旋挖钻、套管钻、组合钻3 二、海上风电桩施工技术简介 近年来海上风电施工掀起高潮，大直径桩基础得到进一步推广应用。一般采用单桩基础和高

3、桩承台基础两种型式，其中单桩基础分为单桩非嵌岩和单桩嵌岩两种，桩径较大，施工方法有直接打入和钻孔方式，需钻孔时可采用抱管式平台钻机或平台式钻机钻孔，钻头需设计成伸缩式；高桩承台基础桩径小数量多，有直桩和斜桩二种，施工方法有直接打入和钻孔方式，钻孔桩施工类似与桥梁桥梁钻孔桩施工，如福清风电项目，最大不同在于风电桩对成孔质量要求更高。4567我国在桥梁（风电）工程中常用的主要桩型及最大规格 桩型最大桩长或深度（m）最大直径或截面（mm）用途钻(冲)孔灌注桩1506500建筑、桥梁、竖井、风电钢筋混凝土预制方桩75600600建筑、桥梁钢管桩893000桥梁、建筑、风电预应力混凝土大直径管桩4012

4、00码头、桥梁8三、桥梁（风电）桩基础施工技术发展方向 1、桩的尺寸向长大方向发展 基于高层、超高层建筑物及大型深水桥主塔、海上风电等基础等承载的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。欧美及日本的钢管桩长底已达100m以上，桩径超过2500mm，大桥局在建的孟加拉帕特玛大桥钢管桩直径3000mm，桩长约100米，有直桩和斜桩二种；工程反循环钻机钻孔灌注桩直径为1000-6500mm，桩长深达150m；平潭海峡大桥反循环嵌岩钻孔灌注桩直径4.5米深度达120m；南京大胜关长江大桥主塔墩基础反循环钻孔灌注桩直径3m，深度约150m。92、向攻克桩成孔难点方向发展 1、随着桩工机械技术的发展，涌现出许多

5、高效成孔设备和新的成孔工法，冲击反循环钻机和潜孔锤式钻机提高了硬岩的钻进效率，但目前主要在小孔径桩中得到应用。 2、随着徐工、三一、中车等大型工程机械制造企业对旋挖钻机研发实力的提升，极大地提高了在一般地层中的钻进效率，目前在孔径3m以内，深度120m以内的各类地层桩中得到大量使用。 3、为满足国内大跨度桥梁和海上风电桩施工技术的要求，国内专门研制出以4000、5000系列的大孔径、超长桩、液压动力头钻机，可以施工直径6m左右，孔深150m以内的各类地层桩，今后将克服百米左右水深，孔深达200米左右。103、向低公害工法桩方向发展 泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩虽然被较广泛地采用，但由于泥浆的使用造

6、成施工现场不文明及泥浆排除的困难，成为施工者头痛之事。因此，旋挖钻机的钻斗钻头成孔因其取土作业加之所使用的稳定液可由专用的仓罐贮存，现场较为文明，国内此类成桩工艺的采用日趋增多。11贝诺特灌注桩基本原理 贝诺特（Benoto）灌注桩施工法为全套管施工法。该法利用摇动装置的摇动（或回转装置的回转）使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，边摇动（或边回转）边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直至管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并确定桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋放入，接着将导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。贝诺特法实质上是冲抓斗跟管钻进法。12CFA工法桩 CFA工法桩

7、可译为长螺旋钻孔压灌桩，在法、英、意、德、美等国比较流行。该钻机均由液压马达驱动，扭矩较大，采用混凝土泵车通过钻杆内腔直接灌注混凝土，在合适的地层和深度，施工效率一般为150-200m/d，目前钻孔直径达1200mm，深度为20m左右。 134、向扩孔桩方向发展 海上风电单桩嵌岩基础必需采用钻扩成孔工艺。145、向埋入式桩方向发展 钢筋混凝土预制桩和钢桩的设桩工艺有打入式、压入式（静压式）和埋入式三种，目前在海上风电得到大量应用。156、向组合式工艺桩方向发展 由于承载力的要求，环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等，采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求，实践中经常出现组合式工艺桩。

8、 例如，钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺；桩端压力注浆桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆两个工艺；预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打（或压入）等工艺16四、桥梁（风电）桩基础施工设备简介 随着我国桥梁技术和基础施工装备发展及国外先进施工技术和设备的引进消化吸收，深水大跨度桥梁基础施工技术日益成熟，超大直径超长钻孔桩基础逐渐增加，大桥局作为建桥国家队，在大直径超长钻孔桩基础施工装备方面一直处于引领地位，同时国内桩工设备研制水平不断提升，丰富和提升了我国桥梁（风电）桩基础施工技术水平。 九十年代中后期以前，我国桥梁桩工设备技术水平落后钻机以冲击钻和10tm以下机械式转盘钻机为主（BRM

9、系列和GPS系列钻机为代表），打桩锤以小吨位柴油锤和以DZ系列为代表电动锤为主振动力不足百吨，当时桥梁钻孔桩径不超2米，武汉长江二桥主墩为2米钻孔桩，桩深不到80米为国内先进水平，这一时期可称为1.0-2.0时代。 九十年代中期至2004年，芜湖公铁长江桥3米直径嵌岩桩施工研制了3000系列20tm液压钻机和中250电动振动锤开始，我国建桥桩工设备和技术水平得到极大提高，这一时期桥梁钻孔桩直径大多在3米及3米以内，桩深超百米，同时360以内旋挖钻机逐步发展应用起来，与世界先进水平尚有一定差距，这一时期可称为3.0时代。17 2005年-2013年武汉天兴洲长江大桥直径3.4米嵌岩桩和稍晚的嘉绍

10、大桥直径3.8米摩擦桩施工研制了KTY4000系列30tm液压动力头钻机，并研制了配套使用的大型起重吊船和水上混凝土工作船且引进了世界上先进的液压振动桩（APE600)，这一时期桥梁钻孔桩直径大多在4米以内，桩深达150米，小型旋转钻和冲击钻应用逐步萎缩，我国建桥桩工设备和技术水平得到更大提高，达到或超越世界先进水平，这一时期可称为4.0时代。 2014年至今平潭公铁大桥直径4.5米嵌岩桩研制了KTY及ZSD5000型液压动力头50tm钻机，目前国内正在研制100tm动力头钻机并引进或研制如冲击锤(S800)，3600吨浮吊、风电工作船等大批先进施工设备 ，同时460、500、550、580等

11、国内外大扭矩旋挖钻机得到进一步发展和更多应用于桥梁大桩施工中来，满足在各类复杂地质，江河湖海复杂水文条件下桥梁及风电等工程基础施工需要，我国建桥桩工设备和技术水平得到更大提升，超越世界先进水平，这一时期可称为5.0时代。 大致简介如下：1819各种钻机性能参数20 5000钻机施工用4.5米嵌岩桩钻头21BG46旋挖钻机性能参数22嵌岩斜桩施工23空压机及泥浆分离器性能参数24“大桥海威951”95米打桩船主要技术参数25各种振动锤性能参数26“ 华尔辰 ”号风机安装及打桩船“华尔辰”号风电工程专用船，可广泛适用于沿海水域环境条件下的施工作业，并可实现坐滩作业，特别适用于单桩基础和导管架基础型

12、式海上风电施工。从公司承接的珠海桂山200MW 海上风电项目（导管架基础型式）和中电投滨海北 100MW 海上风电项目（单桩基础型式）的施工实践中明显看出，“华尔辰”号功能优势明显，配套船机设备少，施工成本低，效率高，在海况较良好的情况下单月完成了 10 组风机基础施工，在钢桩供应及时的情况下，可实现 24 小时完成 1 个风机基础施工。通过与同行业对比分析，“华尔辰”号具有除了施工成本低外，还诸多十分明显的比较优势：该船最大起重量为 1200 吨，并配备起升高度为水面以上 120 米的 400 吨全回转吊机，能够完成重量 1200 吨、高度 120 米的 1.5MW-6MW 风机机型基础施工

13、和吊装；该船可实现海上风电基础施工、导管架吊装、风机散拼、风机运输、风机吊装等“一条龙”作业，是当前国内功能全、实用广、经济便捷的海上风电工程专用船；该船配备了从德国进口 MHU1900S 型特大能量的液压打桩锤，能够完成直径 3-7 米的钢管桩一次性沉桩，而且可以进行水下打桩作业，是目前国内打桩能力最强和最快的打桩锤；该船独特的双体结构和中心起吊方式，具有作业平稳、吊装精度高、施工方便等特点，“华尔辰”号为自航船，能便捷完成船舶移位和海上避风工作。272829 “福船三峡”号风机安装船 “福船三峡”总长108.5米，垂线间长99米，型宽40.8米，型深7.8米，设计吃水4.5米，带动力定位系

14、统，最大作业水深50米；平台艉部左舷配置一台1000吨电动全回转绕桩式起重机，艏部右舷升降机构室附近配置一台200吨全回转起重机，平台主要用于基座、塔架、机舱以及叶片等风机设备运输和吊装，可用于水上打桩作业和桩基建设，以及海上打捞等作业。该平台可携带5MW风机3台或7MW风机两台，作业面积大于2500平方米，具备安装和组装同时进行的场地规模和起吊能力。是集大型风车构件运输、起重和安装功能于一体的海洋专业工程特种船舶。作为最新一代海上风电专用安装船，该船自动化程度高，具有国内领先技术水平。30“海天”号混凝土工作船性能参数31“大桥海天2”混凝土工作船性能参数3233大型起重船性能参数 “大桥海

15、宇”1000吨起重船3435 “大桥海鸥”3600T双臂架变幅式浮式起重船36起重主钩安全起重量左臂架主钩（左臂架后主钩Z1、左臂架前主钩Z2）2900t右臂架主钩（右臂架后主钩Z3、右臂架前主钩Z4）2900t满载起升速度0.151.5m/min轻载起升速度（小于40%额定载荷）0.153m/min空载起升速度 0.153m/min船首外工作幅度/约68.3566.44（双主钩连线的中点）38m42m，工作幅度42m时，前后主钩中心线距水面80m处，至臂架净空不小于24.5m水上起升高度(工作幅度42m) 110m入水深度 10m工作幅度 38m90m主钩船首外最大工作幅度/约39.17 9

16、0m主钩在最大幅度时的载荷 单臂架：2200t，双臂架：4200t后主钩单钩：400t在42m幅度，主钩空载时，两个前主钩起升高度可强制从110m抬高至117m起重副钩安全起重量左臂架副钩（副钩F1） 300t右臂架副钩（副钩F2）300t满载起升速度0.66 m/min轻载起升速度（小于40%额定载荷） 0.612 m/min空载起升速度 0.612 m/min船首外工作幅度/约68.3539.17 48.2104主钩42m幅度时，副钩与前主钩水平间距不小于6m水上起升高度(工作幅度42m) 130m入水深度 10m37索具钩安全起重量左臂架索具钩（左臂架后索具钩S1、左臂架前索具钩S2）

17、210t右臂架索具钩（右臂架后索具钩S3、右臂架前索具钩S4） 210t满载起升速度 1.515.0m/min轻载起升速度（小于40%额定载荷）1.530.0m/min空载起升速度 1.530.0m/min起升高度（水面上） 0112m稳索绞车参数左臂架稳索绞车（左稳索绞车W1、左中稳索绞车W2） 235t右臂架稳索绞车（右中稳索绞车W3、右稳索绞车W4） 235t满载钢绳速度0.656.5m/min变幅正常工作角度约39.1768.35工作变幅时间 约30min臂架由最大角度到通航角度变幅时间 约52min臂架通航角度 约1438大直径桩基础在桥梁中的施工应用简介 在内河大跨度深水桥梁上主墩

18、大量采用的是大直径群桩基础如武汉天兴洲桥二个主墩（单墩42根3.4米桩)，南京大胜关桥三个主墩(单墩46根3.0米桩），核心技术有平台采用的是双壁浮式钢围堰，锚式定位，交替式用部分钢护筒承载，以适应长江水位变化全时段施工问题，采用APE600液压振动锤完成护筒插打跟进，大桥局研制的3000、4000型钻机钻孔，钻孔桩施工完成后围堰下放到设计高程，进行封底及承台等后续工序施工，水上混凝土工作船完成封孔，封底及承台墩身大体积混凝土施工作业，大型浮吊船及门机配合作业。39 近几年，在近海及海湾桥梁中大量采用了大直径桩基础，如嘉绍大桥V标采用了130根3.8米孔深120米单桩独拄摩擦桩，该桥地处钱塘江

19、入海口，施工环境恶劣风大潮汐频繁，江上不能停泊大型施工船，采用长栈桥平台施工，平台采用钢管桩承力,作业平面模块化设计，使水上施工变为陆地施工，平台施工快捷并能多次倒用，4.1米护筒采用APE600一次差打到位，钻孔用大桥局研制的4000型钻机施工，岸上供应谈水，钻孔工艺采用谈水泥浆成孔，确保了成孔质量，C45混凝土由岸上工厂供应。40 平潭海峡大桥采用了194根4.0米(144根）4.5米（50根），为国内大桥首次大规模采用最大钻孔直径嵌岩桩。该桥施工环境极其恶劣，全年300多天6级以上大风天气，浪高涌激，潮汐频繁流速大，孤石礁石大量存在，地质情况及其复杂，采用栈桥加海上平台，海威951插打管桩和工厂制作钢管架群2000吨