大直径桩基础施工技术

1、大直径桩基础旋挖钻施工技术摘 要：文中对 * 高速公路 * 大桥大直径桩基础工程施工中采用旋挖钻机进行桩基础施工的施工方法、采用的新技术和新工法、旋挖钻施工工艺流程和控制、施工中应注意的事项等几个方面进行了施工前比较深入的技术分析。关键词 ：旋挖钻；大直径桩基础；成孔施工；钢筋笼制作和安装；水下砼灌注；一、工程概况根据目前行业标准，本桥88 根 2.5m 的桩基础为大直径钻孔桩。二、施工方案根据该桥的水文、 地质及周围的环境情况，本工程的钻孔灌注桩基础100 根桩中88 根是 2.5m 的大直径桩基、4 根 1.8m的桩基、8 根 1.5m 的桩基。采用旋挖钻机进行钻孔灌注桩施工，由于钻进速度

2、的提高，钻具运动各排碴方式的变化，对泥浆的固壁和悬浮、输送等功能提出了更高的要求。目前，国际上普通采用环保型超泥浆（Supermud）和低固相膨润土泥浆固壁，而国内普遍采用膨润土泥浆固壁工艺。* 大桥桩基础从施工的角度考虑，根据地质资料和现场考察，对* 有水的桩位采取先围堰筑岛、后钻孔的方案施工。为保证成桩质量，加快施工进度，并结合我单位的设备能力的情况，本桥桩基础全部采用旋挖钻施工，钻机选用德国宝峨BG40 型旋挖钻机；桩位附近设置临时泥浆池；钻孔桩成孔清孔后，吊放钢筋笼，下导管，用垂直导管法进行水下砼灌注；钢筋笼采用长线法制作，在孔口对接，主筋连接采用CABR 镦粗直螺纹螺母连接。本工程采

3、用旋挖钻机施工，使用静态泥浆护壁成孔，这种施工工艺具有成桩质量高、高效节能、污染较少等特点；且旋挖钻机具有扭矩大，捞渣能力强（使用磨盘式捞渣钻头）等特性，可使孔底沉渣厚度有效地控制在规定的范围之内，达到高效优质的目的。针对本桥大桩径的砼灌注的特点， 本工程灌注砼的导管选择直径为 30cm、壁厚 7mm 无缝钢管 （丝扣式连接），配备 2m3 的漏斗 2 个和 5m3 的漏斗 1 个。水密性试验检查合格后下放导管，导管上安装压浆管，利用反循环原理二次清孔，目的是保证砼灌注前孔底沉渣满足要求，并且使孔内泥浆均匀分布。成桩后砼达到规定龄期，进行开挖，按照业主和招标文件指定的检测方法进行成桩检测，检测

4、合格后进入下一道工序施工。三、采用的新工法和新技术为优质、高效、快速的完成胶莱河大桥的桩基础工程施工，我单位在综合考虑工期、质量和资金、设备能力等方面的因素，采用了一项新工法和一项新技术。新工法为采用旋挖钻进行桩基成孔；新技术为在钢筋笼孔口对接时采用CBRA 镦粗直螺纹螺母连接技术。旋挖钻的优点和特点旋挖钻施工具有成孔速度快、环保特点突出、行走移位方便、桩孔对位方便准确等优点；其特点是钻孔直径范围广、适应地层广、垂直度可控、环境污染小。 CABR 镦粗直螺纹螺母连接施工方法CABR 镦粗直螺纹螺母连接是一种新型的钢筋机械连接技术，它具有接头强度高、连接速度快、应用范围广、生产效率高、适用性强、

5、节材、节能、经济等优点，广泛应用于世界各国建筑施工过程中的钢筋的连接。四、钻孔灌注桩施工工艺流程考虑到本桥桩基础现场的实际情况和旋挖钻钻机施工的需要，确定本桥钻孔桩桩基础的施工工艺流程为：场地准备（施工便道、筑岛围堰）测定桩位钻机就位压入钢护筒造浆、钻进成孔质量检查、终孔、一次清孔安放钢筋笼安装导管、二次清孔安装灌注设备、灌注水下混凝土拔出护筒成桩检测A. 钻机就位B. 埋设临时性护筒C.钻掘到设计深度D. 利用清底旋挖斗清除淤泥E.以除砂机过滤泥浆或泥浆置F.下钢筋笼G.浇注混凝土H. 拔除临时性护筒钻孔灌注桩施工工艺框图；见附图；施工工艺控制筑岛围堰胶莱河大桥从施工的角度考虑，根据地质资料

6、和现场考察，对胶莱河大桥有水的桩位采取先围堰筑岛、后钻孔的方案施工。围堰选择在落潮后突击施工，采用袋装粘土围码后填心，围堰顶面高程（施工水位）选择高出最高潮汐水位 0.5m。筑岛填筑由一角推进，推土机平整后碾压。筑岛材料采用外运土，四周边坡采用 0.8m 厚砂包防护防止水流冲刷。 制备泥浆泥浆是钻孔施工的血液，保证成孔质量的重要措施是泥浆护壁。泥浆质量及其使用的工艺对稳定孔壁、孔内浮渣、混凝土灌注起决定性作用，是旋挖钻能否顺利成孔的关键，也是影响钻孔进度和桩基混凝土质量的关键。成孔采用制备泥浆作为孔桩护壁，本工程采用优质钠质膨润土加粘土、聚丙烯酰胺以及纯碱作为泥浆材料。由于在施工过程中泥浆不停

7、的循环使用，试验人员隔一段时间要对池内泥浆做三种指标测定，如果不满足要求，则需调整池内水、膨润土、粘土，聚丙烯酰胺以及纯碱的含量，直到各种指标满足要求。注：配比在施工时应根据具体地层条件而定，目的是增强泥浆的性能，降低孔底沉渣厚度，达到设计要求标准。测量、放样钻孔前，首先平整场地，清除地表杂物，挖除地表层软土，夯压密实，同时对设计单位提供的坐标基点、水准点及其测量资料进行检查、核对，引入工地，然后测设墩基基础的中心及纵横轴线，以纵横轴线为坐标轴，放出各桩中心位置。桩位经过复核放出护桩后，进行桩基础施工。埋设护筒护筒用 =12-16mm 钢板卷制而成，直径比桩径大 20 30cm，为防止孔口坍塌

8、，护筒的埋深不小于3 4m , 埋设前用全站仪定出桩位，引出四角控制桩，以保证护筒不偏位。四角控制桩采用木桩，上钉小铁钉做标志，木桩埋设要牢固。护筒的压入采用自埋法埋设。护筒埋设时，严格保持护筒的竖直度，护筒埋设平面位置偏差应小于50 mm。在护筒周围对称、均匀地回填最佳含水量的粘土，并分层夯实，有利于护筒的稳定。护筒顶端要高出原地面（不少于 0.3 米）。埋设完的护筒用长方木或拉钢丝绳固定，防止其下沉，并测量孔口标高，确定钻孔深度。就位、钻进设备安装钻机就位前，须将路基垫平填实，钻机按指定位置就位，调整桅杆及钻杆的角度。钻机安装就位后，应精心调平，确保施工中不发生倾斜、移位。安装钻具钻具应有

9、一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃，钻具的安装应符合生产厂家的标准。施工时可配用短螺旋钻头、回转斗，岩心钻头，岩心回转钻头等各种规格的钻头。施工时，根据不同的土壤、地质条件按下列规定选择不同的钻头：短螺旋钻具，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。岩心螺旋钻头，适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层。岩心回转斗，适用于风化岩层及有裂纹的岩石。BG40 型旋挖钻就位， 钻头对中， 根据四角控制桩用细线绳交出桩的中心， 确定钻杆垂直后开始钻进。钻机每次进尺控制在 50cm 左右。钻进过程中要及时补充提前制备好的泥浆，保证在钻进过程中和提钻后孔内液面高

10、于护筒底部 2.0m，在钻进过程中应根据地层变化及时调整泥浆性能，以满足正常的钻进需要。在钻进过程中应认真填写施工原始记录，详细记录地层变化、钻进过程中出现的有关问题，处理措施及效果等。钻机为自行式，先将钻机直接驶入并将钻头中心直接对位，再精确调整桅杆的垂直度后，将钻头精确定位。定位后，将适合本桩位地层的各种钻头有序地排列在主机回转半径上（约占1/31/2 圆周），以利快速更换钻头。同时排碴区（约占1/3-2/5 圆周）要考虑运输设备驶入场地，并进行排碴对位试验，以有效配合，减少干扰，提高钻进速度。在钻孔时，制浆池、储浆池及沉淀池均设在钻机周围，并用循环胶管连接；泥浆制备采用泥浆搅拌机现场拌和

11、。当钻至砂层或粘土层时，应采用最低档慢速钻进，同时提高水头，加大泥浆比重，以加强护壁，减少对砂层的搅动，防止坍孔。护筒以下部分考虑地下水及工程地质状况，护壁泥浆需要保持孔内外水头差及泥浆比重、稠度等满足孔壁稳定的要求。当钻进到设计高程或满足设计承载能力时，经监理工程师同意，即可终止钻进，大约 0.5 小时后当泥浆沉淀到 80%-85% 后用清孔钻头掏碴清孔。第一次清孔达到孔底时，根据旋挖钻机电脑显示的数据确定孔深，确认无误，把钻头略微提起，离孔底5cm 左右，转速由高变低，空转1-2min ，将孔底清洗干净。在钻进到设计深度时，应立即清孔，采用捞砂斗进行捞渣。清孔过程中保持泥浆比重大致稳定。当

12、泥浆含砂量小于4%时，可停止一次清孔，保持泥浆稳流直至二次清孔。在清孔后，孔底沉渣不得大于设计要求，并将孔口处杂物清理干净，方可进行下步工序。钢筋笼制作与安装由于本工程采用旋挖钻机成孔速度极快， 钢筋笼制作、 安装必须与之相适应并尽快关注水下混凝土，否则，不能充分发挥该钻机的工作效率。考虑到本工程桩基础钢筋笼直径较大（ 2.4m）、长度较长（ 38m）、重量较重（约 11t），在钢筋加工场加工成型后运输到现场十分困难；因此，为加快钢筋笼的制作和竖向连接速度，钢筋笼采用长线法制作，钢筋笼的加工在钢筋加工场加工加强筋和主筋、在孔桩附近就地成型的施工方案；吊车下钢筋笼。钢筋笼的制作钢筋笼入孔接长采用

13、单面搭接焊或闪光对焊，并要使上下轴线在同一直线上。钢筋笼应严格按照设计图纸进行制作，焊接牢固。螺旋筋与主筋之间进行梅花形绑扎，主筋和加强筋按规范要求进行焊接和闪光对焊；钢筋笼孔口对接时，主筋连接采用CABR 镦粗直螺纹螺母连接。钢筋笼的安装起吊钢筋笼采用扁担起吊法，起吊点设在钢筋笼箍筋与主筋连接处，采用两段起吊， 一段长 18-20m ，钢筋笼在孔口对接，主筋连接采用CABR 镦粗直螺纹螺母连接。钢筋笼就位后应予以固定，避免灌注砼时钢筋笼上浮。吊入钢筋笼时，应对准孔位轻放、慢放。若遇阻碍，可徐徐下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。下放过程中，要注意观察孔内水位情况，如发生异常，马上停止，检查是否塌落

14、。钢筋笼入孔后，顶端与护筒牢固定位，并在砼灌注到钢筋笼底部时适当减缓灌注速度，以防止在灌注混凝土过程中下落或被混凝土顶托上升。钢筋笼设置 3 个起吊点，以保证钢筋笼在起吊时不变形。起吊时采用双钩起吊，遵循小钩落、大钩起的原则，缓慢的将钢筋笼竖立。钢筋笼下放前采用探孔器检孔，检查孔桩垂直度、直径，探孔器前端配重物下沉。吊放钢筋笼入孔适应对准孔位，保持垂直，轻放、慢放入孔。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下入。下放钢筋笼前，技术人员现场测护筒顶标高，准确计算吊筋长度，以控制钢筋笼的桩顶标高及钢筋笼上浮等问题。浇筑混凝土前二次清孔下放导管后检查泥浆指标和孔底沉渣厚度，如未能满

15、足要求应二次清孔，直至砼浇筑 5min 前结束；如泥浆各项指标和孔底沉渣满足规范和设计要求，则可直接进行砼灌注。砼浇筑前的二次清孔主要采用 2.2m 的捞渣钻进行清孔。水下砼灌注砼的供应A. 砼原料粗骨料选用级配碎石，最大粒径不超过40mm，据试验检测选用合格的材料，主要材料水泥、 钢材必须有产品合格证，砂、石材料进场时都需进行检查验收，使用时仍需进行严格试验，以确保原材料的质量。碎石按要求进行水洗、中粗砂按要求在使用前过筛。工地试验室严格把关配合比，并做好现场施工检测。B.砼初凝时间一般砼初凝时间仅3-5 小时，只能满足浅孔小桩径灌注要求，而深桩灌注时间约为5-7 小时，因此应加缓凝减水剂，

16、使砼初凝时间大于8 小时。C.砼搅拌方法和搅拌时间为使砼具有良好的保水性和流动性，应按合理的配合比进行机械搅拌，搅拌时间90 秒左右（冬季施工时搅拌时间延长至150 秒）。D.坍落度选择坍落度应控制在18-22cm 之间，当灌注至距顶点标高8m-10m 时 , 及时调整砼坍落度， 降低到 14 cm-17cm 以提高砼的强度以确保桩顶浮浆不过高。E.搅拌设备和运输设备为保证本工程桩基础施工砼的供应，我单位共投入HZS50 型拌合站2 套，均为全自动电脑控制，其特点是：计量准、生产能力强、产量高，适用于砼用量大的结构工程，施工中各项技术指标自动控制，准确无误。每套拌合站每小时可生产砼40m3（两

17、套拌合站同时工作每小时可生产砼80m3）。上料采用装载机上料，我单位共投入ZL35G 型装载机共2 台；砼水平运输采用搅拌运输车进行，我单位共投入8m3 砼搅拌运输车4 台。水下砼的灌注混凝土采用罐车运输，灌注水下混凝土采用竖向导管法。导管使用前均应调直、试拼组装，保证密封良好，准确记录试压编号及自下而上标示尺度，漏斗需有足够的容量，即混凝土的初存量，应保证首批混凝土灌注后，使导管埋入混凝土的深度不小于1.5m。水下混凝土的塌落度以18 22 厘米为宜，和易性良好。本桥桩基础砼灌注采用自由塞隔水（即充气球胆），充气球胆直径大小能自由通过导管即可。导管下入长度和实际孔深必须做严格丈量，使导管底口

18、与孔底的距离能保持在0.3 0.5m 左右，导管下入必须居中。本桥桩基主要为 2.5m 的大直径桩基，单根桩的灌注砼量最大的达230m3（桩长 46m+ 超灌 1m），最3证措施和砼灌注过程中的砼的连续性要求较高。灌注混凝土，首浇混凝土必须保证埋管深度不小于1.4 米，在实际操作中，投入球胆，放入锥塞，当砼灌满漏斗，立即拔起塞子，同时继续向漏斗补加砼，使砼连续浇注。A. 灌注首批砼根据公式V d2h1/4+ D 2Hc/4得： V min 3.14 0.32 6.25/4+3.14 2.752 1.7/4=10.53m 3 ；式中： V 首批混凝土的数量（m3）；h1 孔内混凝土面高度达到Hc

19、时导管内混凝土柱需要的高度，h1=H w rw/rc=15 1.0/2.4=6.25m ；Hc首批砼灌注时所需孔内砼面至孔底的高度，其值为导管初次埋深与导管底端至孔底间距之和，取Hc=1.7m ；D孔桩直径，加入扩孔系数后，取D=2.5 1.1=2.75m ；d导管内径，取d=0.30m ；根据上式计算结果，配备容量为5m3 的漏斗 1 个，首批砼存储总量为：5m3（漏斗） +8m3（砼搅拌运输车） =13m3 10.53m3，可满足要求。灌注时，首先第一辆搅拌运输车将大漏斗中灌满砼（约5m3）后离开桩位，第二辆装满砼（8m3）的搅拌运输车到桩位前就位；当漏斗中锥塞提起后，砼搅拌运输车随即开始

20、同时卸料，保证灌注的连续性。B.连续灌注砼首批砼灌注后，应连续灌注砼，保持导管内混凝土柱高度，保证水下灌注砼在一定托力作用下形成连续密实的砼。砼连续灌注过程中，经常用测锤测量混凝土的上升高度，并适时提升、逐级拆卸导管。上提导管时要结合砼的灌注量，观察返水情况，正确分析和判定孔内砼面上升情况。导管埋深控制值见下表1：连续灌注桩顶灌注埋深桩径(m)导管直径(m)初灌埋深(m)正常埋深最小埋深(m)2.500.301.2-1.402.50-5.501.501.20后续砼灌注中，当出现非连续性灌注时，漏斗中的砼下落后，应当牵动导管，并观察孔口返浆情况，直至孔口不再返浆，再向漏斗中加入砼，牵动导管的作用如下：a.有利于后续砼的顺利下落，否则砼在导管中存留时间稍长，其流动性能变差，与导管间磨擦阻力随之增强，造成水泥浆缓缓流坠，而骨料都滞留在导管中，使砼与管壁摩擦阻力增强，灌注砼下落困难，导致断桩，同时，由于粗骨料间有大量空隙，后续砼加入后形成的高压气囊，会挤破管节间的密封胶垫而导致漏水，有时还会形成蜂窝状砼，严重影响成桩质量。b.牵动导管增强砼向周边扩散，加