《大直径钻孔桩施工》PPT课件

1、大直径钻孔桩施工讲座,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,目 录,1、大直径钻孔桩施工 2、芜湖长江大桥3米钻孔桩施工,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,目 录,大直径钻孔桩施工 1、概述 2、 钻孔桩的类型 3、钻孔桩工作平台 4、钻孔设备 5、工艺流程,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,随着建桥技术的飞速发展，钻孔桩技术得到普遍应用，桩径不断加大，桩深不断加深；不仅有等截面桩，也有变截面桩；穿过的地层也多种多样。 芜湖长江大桥第一次大规模使用直径3米的钻孔桩基础，天兴洲桥采用了3.4米的钻孔桩基础，一次成孔。二七路长江大桥在中墩也是

2、采用了3.4米的钻孔桩基础。苏通长江大桥采用根.米钻孔桩基础。年湖南湘潭二桥采用了无承台米和.米的大直径桩，年又在江西南昌八一大桥中采用根直径米，嵌岩米的大直径桩。嘉绍通道采用3.8米钻孔桩基础.,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 钻孔桩的类型,钻孔桩按在土中的支承力性质分为摩擦桩、柱桩和中间型桩。摩擦桩只靠作用在桩的侧面上的摩擦力来支承荷载，桩所穿过的土层较软，而桩尖处土层的反力很小，略去不计。 柱桩或支承桩靠桩尖处土层的反力来支承荷载，此类桩多为嵌岩桩。 中间型桩不仅靠摩擦力同时也靠桩尖反力来支承荷载。 钻孔桩桩基础按承台的位置又有高、低桩承台桩基之分。,中铁大桥局股份有限公司施工

3、设计事业部,3 钻孔桩工作平台,深水基础钻孔桩一般为大直径，施工时受洪水通航、大流速和冲刷的影响，为排除施工干扰，必须在桩位设置临时工作平台。工作平台可分为固定工作平台和浮动工作平台2种。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,固定工作平台 固定工作平台按构造形式分有支架工作平台和围堰工作平台。支架工作平台钢筋混凝土桩工作平台或型钢、钢管桩工作平台等。 围堰工作平台包括钢套箱围堰工作平台、钢板桩围堰工作平台、浮运薄壳沉井工作平台。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,支架工作平台 在受潮水及台风影响的深水基础施工中，河床覆盖层较厚时，在水中墩、台位置处

4、用锤击或振动法沉入若十根露出水面的木桩钢筋混凝土桩或型钢、钢管桩等作为支架桩，支架桩的入土深度应根据土层的支承能力和对t.lf孔操作时的稳定要求决定，一般不小于3 m。将各支架桩连接起来，并在桩顶设置纵、横梁，铺上木板或薄钢板，可在水面上构成一个工作平台。 工作平台应高出施工最高水位0. 5 m以上。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,按组成平台的构造可分为型钢平台、桁架平台和型钢与桁架组合平台。常用的桁架有万能杆件、贝雷梁或六四式军用梁。桁架与型钢组合平台(以桁架做纵梁，型钢做横梁)应用较广。 钢管桩直径一般为0. 61. 2 m,常用6 10 m m厚的钢板卷制。,

5、中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,围堰工作平台 钢套箱围堰工作平台 钢套箱围堰坚固，整体性好，刚度较大，抗冲刷、抗撞击的能力很强，有利于抗台风和潮水。在钢套箱围堰上面安装钻机钻孔的工作平台及钻孔桩的钢护筒导向架进行钻孔桩的施工。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,钢套箱围堰的构造形式由承台的形式确定，一般可分为矩形、圆形及圆端形等。当承台的平面长宽比小于1. 5时，采用圆形围堰较为合理。钢套箱围堰的结构按大龙骨的形式可分为桁架式和型钢组焊式。围堰上的平台形式与支架平台的形式相同。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,钢套箱围

6、堰工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,钢板桩围堰工作平台 钢板桩围堰相对于钢套箱围堰来说，防水能力较差，整体性和刚度较弱，不利于抗台风和潮水。一般适用于流速较小(3 m/s、以下)或静水，水深在35 m的基础施工。在河床覆盖层较厚、高(低)桩承台的深水基础施工中，利用钢板桩围堰作为承台施工的防水设施的同时，在钢板桩围堰上面安装钻机钻孔的工作平台及钻孔桩的钢护筒导向架进行钻孔桩的施工。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,钢板桩围堰的构造形式与钢套箱围堰大体相同，采用钢板桩作为防水围堰的壁板，钢板桩之间形成封闭的链接体。,中铁大桥局股份有限公

7、司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,浮运薄壳钢筋混凝土沉井工作平台 若河床基岩裸露，无法使用钢套箱及钢板桩围堰，可采用钢筋混凝土薄壳沉井。将几个桩孔一起围在沉井内，井顶设工作平台逐个钻孔，代替单个安设护筒的做法。沉井可重复利用，进行多个桥墩基础的施工。沉井体积大，比较稳定，适合在水深流急河床无覆盖层的深水基础钻孔施工。浮运薄壳钢筋混凝土沉井工作平台需用的材料较多，技术也较复杂，一般情况下很少采用。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,浮动工作平台 在风浪和水流速度较小的深水基础施工中，采用船体、六四式标准舟节、浮箱等浮体拼装成浮动工作平台，浮动的工作平台就位后锚定，插打

8、钢护筒，在平台上安装钻机进行钻孔桩的施工。浮体的大小根据水流的情况、工作平台的尺寸和载重的大小决定。 浮动工作平台法可充分利用制式器材，节约大量材料。 浮动工作平台按构造形式分为浮船、六七式标准舟节、浮箱等。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,浮动钻孔工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,导管架式工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,自升式工作平台,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,护筒 用钢板制成。护筒入土较深时，宜以振动、锤击等方法沉入。 壁厚。 护筒直径。护筒内径比桩径宜大2030

9、cm。 插打,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,3 钻孔桩工作平台,在水深超过3 m的河床上沉入护筒时，应在工厂分节加工护筒，钻孔平台上安装护筒导向架，吊装第一节护筒至导向架内，按起重能力吊装己连接好的护筒，确保护筒连接处不漏水，循环此操作吊装护筒直至河床表面，再用高压射水、空气吸泥机吸泥抓泥、加压、锤击振动等方法使护筒沉入河床所要求的深度。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,4钻孔设备,80年代以前的钻机钻孔直径较小，一般都在2m以下。 适应的地层也有限，施上上艺以泵吸正循环为主，泥浆的 比重较大，沉渣较厚，成桩质量较差，钻孔桩的使用受到 限制。 目前国内洛阳矿山机械厂的ZY 300

10、0型、河北矿山机械厂的GPZ350型、中铁大桥局武桥重工、000型等一系列大直径钻机，一次成孔直径均可达m，以气举反循环为主。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔设备,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5 工艺流程,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5 工艺流程,根据不同承台形式选用不同的防水围堰时，应充分考虑桩基础施工与承台施工兼顾的原则。低桩承台基础的钢套箱围堰既作为钻孔桩的施工平台又作为承台施工的防水围堰; 高桩承台基础施工采用何种形式的围堰要根据河床地质、水深、承台离河床的距离情况确定，承台底离河床面较低采用套箱围堰，承台底离河床面较高采用吊箱围堰。,中铁大桥局股份有限

11、公司施工设计事业部,5 工艺流程,大直径钻孔桩基本采用气举反循环方式，滚刀钻成孔，钻机扭矩均在120kNm以上，采用一次成孔工艺，岩层一次成孔直径已达m,对不同钻机在不同地质条件的施工摸索出了一整套钻孔施工技术。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,二 芜湖长江大桥3米大直径钻孔桩施工 1 概述 2 平台及钻机 3 钻孔中对参数的选择及控制要点 4 钻孔注意事项 5成桩 6 对钻机和钻头的改进意见 7 芜湖桥基础施工的事例,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,芜湖长江大桥正桥按公铁合建方案布置，桥梁上层为18m宽的四车道机动车道和两侧各1.5m宽的人行道，公路面全宽21.7m；下

12、层为双线铁路。主桥桥式布置：（120m +2144m）+2（3144m）三联连续钢桁梁，+（180+312+180）m一联用斜拉索加劲的连续钢桁梁（以下简称斜拉桥），+（2120m）一联连续钢桁梁。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,10号墩钻孔桩位布置,10号墩为19根3.Om钻孔桩， 岩面标高4243 m，孔底标高一60一69 m,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,桥址处水位季节性涨落明显，按水文资料统计，12月一次年3月为枯水期，610月为洪水期。历史最高水位为+10. 96 m,最低水位为+0. 20 m。 桥址水位受潮水影响，最大潮差发生在春季，潮差最大1

13、. 16 m。 桥址河床覆盖层厚755 m，由无为岸向芜湖岸逐渐变浅，覆盖层多为中、细砂，岩面上局部有砾砂和圆砾土。基岩以角岩、花岗闪长岩为主，局部有破碎带。新鲜角岩、花岗闪长岩、闪长岩极限抗压强度为50 60 M Pa,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,1 概述,10号墩地质剖面图,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,平台布置 号墩均采用在围堰顶设钻机平台，平台上设钻机走道。平台布置简洁紧凑，不受水位影响，也不影响航道,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,护筒,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,钻机 钻机以大桥局桥机厂产KPG- 3

14、000和KPG-3000A 钻机为主，辅以KTY一3000钻机。 KPG- 3000是国内比较先进的钻机，液压系统由瑞典进口，可实现电控或液控恒压自动给进，无级变速，钻杆采用工字卡连接。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,2 平台及钻机,由于芜湖长江大桥地质为中硬以下的岩石，因此选用洛阳矿山机械厂12英寸系列楔齿滚刀，型号XHB- 200，同时也辅以12英寸盘形刀和矮齿的球齿滚刀。刀齿为TM一60碳化钦优质钢，可焊、高强，目有很好的韧性，是比较理想的耐磨材料。 每台钻机配50 t浮吊1台，40 m3/ min压风机或20 m3/ min

15、压风机1台。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,因912号墩钻孔桩都是纯基岩，不存在泥浆护壁问题，因此全部选用清水气举反循环钻进，其原理是利用钻具自重，在滚刀的刀齿处产生大于岩石抗压强度的压应力，通过钻具回转，强大的扭矩产生剪切、压碎等作用来破碎岩石，随着气举反循环，将碴块及时排出孔外。所以合理地选用钻压、转速、水流循环量是至关重要的。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,1 钻压的选定和控制 钻压应与岩石强度相关，如果刀齿处的压应力小于岩石的抗压强度，则刀齿只是在岩石表面刮削，只能刮点碎屑，而对刀具的磨损则很严重。 理论上讲，

16、钻压应力应大于岩石抗压强度，使刀齿适当压入岩石，但钻压不宜太大，太大易造成埋钻 、斜孔，并且基岩磨损刀体，易造成滚刀轴承的早期损坏。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,对楔齿滚刀，可用下式计算: PKx Q x L 式中: K为重迭系数，其值为(刀具长x刀数)/成孔半径; Q为线压强度，一般为岩石强度的二分之一; L为钻孔半径。 对50 M Pa基岩选钻压力350 450 kN，对15 M Pa基岩选钻压100150 kNo 钻机加压的原则是“自重加压，减压钻进，低压 开钻，缓慢加压”。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,实际

17、加到井底的钻压为钻具、配重和钻杆总重减去浮力，再减去水龙头的提升力量。 KPG- 3000和KT Y-3000钻具、配重和钻杆扣掉浮力后约52 t左右，称为全压。通过控制水龙头的提升力量来调整钻压，实现减压钻进。 减压钻进，可使钻杆受拉，保证孔的垂直度，减少斜孔。 一般情况，合理的钻压为全压的40%80 %,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,在开孔阶段和有倾斜岩面的地层，需控制钻压不宜过大，一般取150一 250 kN，待整个钻头进入岩层后再慢慢加压加速。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,2 转速 在一定的转速之内，进尺跟转

18、速近乎成正比关系，即转速愈快，进尺愈快。但刀具破岩的线速度有一个临界值，超过临界值，则刀具磨损很快。不同的岩石强度有不同的临界值，一般情况对硬岩宜采取高压低速，而对软岩则取低压高速。 本桥边刀外缘线速度V为0. 91. 3 m/ S，按N = 60 V/ D计算转速，为58转/ min， 式中D为钻头直径(m。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,现在滚刀己趋于标准化生产，各种类型刀具，均提供破岩强度和边刀适应的线速度，使用时可直接查询，如按经验公式，以边刀不超过120 r/ min为标准计算。 N=120d / D。 式中:d为滚刀大头直径(m);D为钻头直径

19、(m) 在开孔阶段，宜选用低钻压，低转速，以保证入孔垂直。我们一般控制在5 r/ min以内,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,3 沉没比 沉没比是风包沉入水中深度与风包到水龙头排出口的距离之比a=H1/(H1+H2)。对气举反循环来说，沉没比越大效率越高，通常情况下沉没比需大于0. 5，小于0. 4就不好工作。在开孔阶段如沉没比过小应采取措施，比如提高孔内水位或降低水龙头出水口高度等，如仍不满足就应考虑采用别的钻孔方式。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,4 风压 P= H r/ 10+ P 式中:H为风包埋入水中深度(m

20、; r为冲洗液比重(t/m3); P 为管路摩擦损失，0. 3一0. 5kg/ cm2 水深超过65 m时，7 kg/ cm的风压就不够用了，必须采取加中间风包，10号墩孔底标高由6069 m，水位+6 m，水深均超过65 m，因此必须加中间风包，加中间风包后可达到的深度为: H=10/ r* P+ 55( m) : r为冲洗液比重( t/ m) , 55为中间风包至水面距离(m),中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,钻孔中对参数的选择及控制要点,5 浆液循环量 浆液循环量决定着钻机的排碴能力，循环量大，则排碴及时，减少一次或多次破碎，节约能量，延长滚刀寿命，提高钻进效率。 浆液循环量计算式

21、为: Q= r2 *V* 3 600 式中:r为钻杆内径(m); V为钻杆内冲洗液的回流速度，一般取24 m/ s,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,4 钻孔注意事项,进行培训，持证上岗. 钻孔前需绘制每根桩的地质柱状图，选定合理的参数，同时观察钻机的运行和进尺情况，以及排碴情况，经常验碴，观察碴径大小和岩性，适时对钻机进行调整，切忌求快而盲目加压加速。 每小时记录一次进尺情况，纯钻时间，停钻时间，做好原始记录。 每次提钻均要检查螺栓连接及钻头的磨损情况并做记录，有磨损及时修补和加焊。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,4 钻孔注意事项,遇卡钻需停钻上提0. 3 m左右，再重新开钻。

22、岩碴粒径过大，常会遇到卡钻，凭经验可大致判断上堵还是下堵，上堵可停钻停风，然后重新供风，将碴块冲出。胶管磨损后应及时更换，否则单面外露的铁丝最易引起堵管。下堵可采用干磨的方法，或将水龙头处拆开，用绳吊一段钢轨或圆钢下捣。 成立专门的维修保养小组，负责钻机和钻头以及滚刀的保养和维修。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5成桩,钻到孔底标高后，经各方检查无误，并经验碴与设计持力层相符后上提钻杆0. 3 m，清孔20min，停60 min，再清孔20 min后拆钻杆。 吊装钢筋笼。钢筋笼长26. 335.3 m,重量913 t，由于高度大于浮吊吊钩至平台的距离，因此钢筋笼分2 3节成型，在平台上

23、打销进行竖向对接，接头用冷挤压连接，工效高又易于保证质量。钢筋笼下放用卷扬机和滑车组，利用自制的自动脱钩器实现水下脱钩。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5成桩,混凝土导管组拼试压下放，吊装混凝土灌注架。混凝土灌注架用万能杆件和型钢组拼而成，高6m，上设9 m大灰斗和1 m3小灰斗各1个，另设自落式卷扬机1台，通过转向提升和拆卸导管。 水上混凝土工厂就位，接混凝土泵管。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,5成桩,复测沉碴厚度，内控标准是小于mm，由于在钢围堰内施工，又是清水反循环，所以几乎没有沉碴，特殊情况下有一点沉碴的，在灌注前用吸泥机吸出，或用高压风管吹20分钟后立即灌注。 灌注

24、水下混凝土。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,加大钻机上小吊机的起吊吨位，加大其扭矩。,小吊机,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,钻杆上剪力销在大扭矩钻进时容易剪断。 为此我们自行用45号钢加工制造剪力销，采取了以下措施: 根据钻杆内风管总面积不少于钻杆外供风风管总面积的原则，保持剪力销外径不变，适当减少内径尺寸，这样相应地增加了壁厚10 mm,可大大提高抗剪强度。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,改变截面处直角过渡为小圆弧过渡，避免了应力集中。 表面发黑处理。 安装时厂家采用液态氮冷却安装，现

25、场直接在法兰盘处作架了，用千斤顶顶入。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,剪力销的漏风问题。 剪力销既送风又传递钻杆扭矩，在减压钻进，钻杆受拉的情况下，并且工字卡又跟法兰盘的卡口有2 3 mm的空隙，法兰盘间自然存在空隙。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,孔径稳定器与钻头的间隙可适当放大一点 或者在配重上方增加一个上稳定器，对孔的顺直来说会更有利，或者有个调换的余地，即稳定器既可放在配重下面又可放在配重上面，对深孔可放在上面，对浅孔可放在下面。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,稳定器和钻头侧面尤

26、其是边刀处，磨损很严重，说明钻机的扭矩有相当一部分是用来克服钻头和稳定器与井壁的摩擦，如何减少这种摩擦力，值得研究改进钻头和稳定器的构造。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,吸碴口的位置 滚刀的磨损呈以下特点: 边刀和靠近边刀的正刀的磨损，是刀齿被磨钝。而靠近钻头中心的正刀，尤其布置在吸碴口逆时针前侧的正刀，是刀的母体被磨损，刀齿被磨成长条形，刀齿上堆焊的锥坡也被磨损，并常有粉屑粘在上面。由此推断，钻头中心处排碴不及时，滚刀有被粉屑包裹的可能，造成对刀体的磨损。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,由于吸碴管布置在一侧，这样靠近吸碴

27、口的位置排碴效果好，而远离吸碴口的一侧则效果差，即使是向吸碴口处流动，那么其花费的时间也较长，而钻头是旋转的，这样实际上水流是在径向和切向的复合作用下呈螺旋形进入吸碴口的，在靠近吸碴口一定范围内有一个有效的吸碴辐射半径，钻头旋转，辐射区也旋转，这样就完成全断面的吸碴,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,同时，远离吸碴口的一侧的碎屑也是在螺旋水流的作用下向钻头中心处涌动，因此造成大量的碎石堆积并由中心刀和正刀进行多次破碎，造成如此结果，设想将吸碴口的位置向钻头中心移一点使辐射区覆盖过钻头中心或许会好一些。吸碴口的高度也是影响排碴的一个因素，其高度高，则吸碴口距岩面距离近，进入吸碴口的水流流速就大，相应能带得动大的碎块，反之亦然。,中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部,6 对钻机和钻头的改进意见,我们用的钻头滚刀刀齿距