大直径超深钻孔桩施工技术详细解读，施工现场人员必备！

大桥的建设往往非常考验一个工程的施工的精细程度，今天小编就以某跨江大桥为例来和大家聊聊，跨江大桥中的大直径钻孔桩是如何施工的吧！

一、工程概况

XX至XX跨江通道XX跨江大桥全长10.137km，主要由（南北）陆地区引桥、（南北）水中区引桥和主航道桥组成。

为尽量减少对钱塘江河床断面的阻隔，水中区引桥下部结构均采用单桩独柱构造，即桩柱直接对接，不设承台过渡。

水中区引桥共设150根Φ3.8ｍ大直径超深钻孔桩基础。其中南岸水中区引桥（第Ⅱ合同段）由我局中标承建，含有20根Φ3.8ｍ大直径超深钻孔桩。

南岸水中区引桥全长1030m，上部结构为三联连续刚构梁

桥跨布置为（7×70m）+（70m+120m+70m）+（4×70m）

1.1 、Φ3.8m钻孔桩设计情况

南岸水中区引桥范围墩号为N1#~N6#墩、N11#~N14#墩，下部结构采用单桩独柱结构型式，桩基为直径Φ3.8m的钻孔灌注桩，每墩2根，共20根桩。       

1.2、水文、地质条件

1）水文条件：桥址区潮流为不规则半日浅海潮，涨潮流大于落潮流。根据短期观测资料，平均高潮位4.02m，平均潮差6.44m。 07年9月实测垂线最大流速6.65m/s。桥位河床底质颗粒较细，起动流速低，易冲易淤，河床变化剧烈。经实测，桩位处河床面已由详勘时的0.0m冲刷至-10m，对钻孔平台设置有较大影响。

2）地质条件：桥址区地层上部为较厚的第四纪松散沉积物，下伏泥质粉砂岩、砂砾岩风化层。典型地层分布自上往下为粉土、粉砂、淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹砂、粉质粘土、中细砂、圆砾石。

工程地质纵断面图

1.3、施工特点及难点

1）桩基钢护筒长度45.0m，内径Φ4.1m，外形尺寸大，重量超过130t，对运输及起重设备性能要求较高；就位精度控制平面偏差5cm、垂直度1/200，对下沉工艺要求极高。

2）直径大，最大孔深达118m，桩尖入砾砂岩超过10m，且需穿越厚20m以上的胶结状卵砾石层，对钻机系统性能要求极高。

3）桩基施工均为水上作业，根据现场情况适宜采用钢平台工艺，由于钻机荷载很大，而水文条件恶劣，钻孔平台的设计及施工控制点较多。

4）桩基采用海工高性能混凝土，技术要求高，单桩方量达1250 m3，对混凝土生产供应系统及现场灌注工艺要求较高。

5）现场交通须通过栈桥，点多线长，受相邻标段施工干扰大，对施工组织要求极高。

二、主要施工技术方案

2.1、施工技术方案简述

1）钻孔平台施工：设置结构强大的钢平台，平台搭设依托栈桥采用钓鱼法施工。

2）钢护筒施工：考虑外形尺寸较大，运输不便，采用现场加工；沉放采用大型振动锤及履带吊施工，由于护筒超长超重，采用分节沉放、现场接长工艺。

3）成孔施工：选用大功率、大扭矩液压动力头回转钻机，气举反循环工艺成孔。

4）钢筋笼施工：采用长线台座法加工，分节运至现场，履带吊安装接长。

5）混凝土施工：选用额定生产能力360m3/h的搅拌系统供料，输送车运至现场，泵送入仓，单导管灌注。

2.2、钻孔平台设计施工

1）平台设计

由于桥位区水文条件极其恶劣，设计抗风能力、抗流力、抗波浪力的大直径、高桩施工钢平台很有必要。

考虑施工方便，平台顶标选择与施工栈桥一致，即+10m。

平台上考虑1台钻机作业；考虑钢护筒下沉、钢筋龙安装、混凝土灌注设备布置；预留1台125t.m固定式塔吊基础；考虑布置施工人员的临时办公与休息设施。

钻孔平台桩基采用Ф1200×12的钢管,桩间平联采用Ф800×10的钢管，斜撑采用Ф600×8的钢管；桩顶横梁采用2HN900×300作，其上搁置梁采用HM588×300，分配梁采用I22b，面板采用10mm钢板。

2）平台施工

依托施工栈桥采用钓鱼法搭设钻孔平台；

沉桩设置导向架，振动锤选用DZ120型，起重设备选用100t履带吊；

沉桩安排在平潮时段施工，并及时焊安平联管及上部梁系。

2.3、钢护筒施工

1）钢护筒设计

钢护筒顶标高与平台一致，顶标高+10m,底标高设计-35m，总长度45m，内径4.10m，外径为4.164m。下部12m范围壁厚为32mm，采用Q345C钢，其余壁厚为27mm，采用Q235C钢。

综合考虑运输及起吊工艺，钢护筒分2节进行沉放：底节长度23.0m，重约71.5t（含加劲箍）；顶节长度22.0m，重约60.6t。

2）钢护筒加工

由于钢护筒外形尺寸过于庞大，公路运输通行困难，而水运则存在安全风险，经综合比选，钢护筒采用在后场专业钢结构厂房加工，焊缝采用直焊缝。

为减少钢护筒在运输和吊装过程中的局部变形，在钢护筒两端吊点位置及中间设置米字形内撑，采用工


10


型钢。

为确保钢护筒下沉过程中刃脚不变形，在护筒底部设置


2


道


δ20mm


的加劲箍，间距为


1


倍桩径，每道加劲箍宽度为


50cm


。

3）钢护筒运输

钢护筒采用平板车运输，为了确保运输途中钢护筒的稳固，车上设置圆弧形底托，并用钢丝绳固定。

运输至平台途中设专人负责指挥，并先行清障。

4）钢护筒沉放

采用200t履带吊吊安钢护筒，并在护筒竖立过程中辅以100t汽车吊抬吊。

通过对桩位处地层分析计算，选用


2


台


ICE V360


液压振动锤施沉钢护筒。

为了保证钢护筒就位准确，设置整体式双层导向架，上下限位轮间距


7m


，导向架安装在钻孔平台上，每次下沉护筒前，由测量人员精确放样定位，并与平台焊接固定；护筒下沉过程中，测量人员通过仪器全过程监测，发现偏位及时通知现场指挥人员纠正。

钢护筒现场频接采用二氧化碳保护焊，焊接完成后经超声波检测合格后，方可下沉。

护筒上端措施部分材质和壁厚与永久护筒上端相同，沉设是可靠可行的，同时作为墩柱施工的挡水结构，完全满足其施工要求。护筒底口加劲箍设置方法，通过钻孔过程验证，应是合适的，护筒底口无卷边及变形情况。

钢护筒沉放采用高频液压振动锤，较适应本工程地质分布，最大激振力已经达到了5600kN 。

2.4、成孔施工

1）钻机选型

根据本工程特点，选择性能优越的大型动力头钻机：KTY-4000型钻机2台、ZDZ-4000型钻机1台、KT-5000型1台钻机。

为适应不同土层，每台钻机配置1个加强型刮刀钻头和1个滚刀钻头，配套直径大于400mm高强度钻杆及配重块。

配置足够容量的供气系统及泥浆净化系统，每台钻机配备空压机应不小于20m3/min。

2）工艺平面布置

为了减少对栈桥的影响，合理进行工艺布置，充分利用平台空间。

钻机及泥浆选环系统靠平台一侧安放；钻头钻杆堆放区置于平台下游，远离栈桥；平台中间预留履带吊作业通道；靠近栈桥区域做为材料倒运及混凝土灌注设备驻位。

3）钻进成孔

采用淡水泥浆，优质触变泥浆土造浆，并添加纯碱和纤维素对泥浆性能进行调整，新搅拌泥浆指标要求为粘度＞22s，PH值＞9。

根据不同的地层选用不同的钻进参数，在淤泥质粘土层用小钻压、控制进尺；在粉质粘土和粘土层用中等钻压，控制进尺；在圆砾层、风化基岩中采用高钻压减压钻进工艺。

终孔后，将钻头提至离孔底一定高度处，空转清孔。当泥浆性能及沉淀厚度满足规定要求后，停止清孔。拆除钻具，移走钻机，钻孔施工结束。必要时进行二次清孔，采用混凝土灌注导管及特制风管进行反循环方法。 

3）钻进成孔

由于地层复杂，部分土层胶结严重，所需钻压及扭矩较大，在各地层交界面上需要谨慎从严控制，确保孔壁的稳定和垂直度不超限；

不同土层选用合适钻头，覆盖层采用加强型刮刀钻头，到基岩换用滚刀钻头。部分孔根据实际情况，未采用滚刀钻，而是利用刮刀钻一次到位；

在砂层和卵石层钻进过程中，出渣量大，夹杂大粒径卵石，出现堵塞现象。后续在相同地层中钻进，调整了泥浆性能指标并提高泥浆循环除渣效率；

加强型刮刀钻合金钻齿焊接需要牢靠，每孔间隙修整一次，确保钻进效果；

钻机的维修保养需要跟进加强，现场增配维修人员及易损件，尽量减少非钻进时间，提高施工工效。

4）典型桩孔钻进参数一览表

5）成孔检测

2.5、钢筋笼施工

1）钢筋笼加工

钢筋笼在后场进行加工，采用长线台座法工艺。

钢筋笼标准节段长12m，共9节，采用12m定尺钢筋，以减少接头数量 。

主筋接头采用镦粗直螺纹连接器。钢筋笼按加工顺序编号，以方便施工时钢筋笼对接。 

钢筋笼采用型钢加强箍，每隔2m设置一道，加劲箍设六边形内支撑，以保证钢筋笼节段在存放及吊装时的刚度。

单节钢筋笼顶部设2层吊环（每层4个），一层用于起吊一层用于桩孔内临时固定；底部设1层2个吊环，用于抬吊翻身。

钢筋笼采用长线台座法加工，质量易控制，对接精度能保证。

采用12m定尺钢筋，分节相对较少，对提高下沉工效较有利。

加劲箍采用型钢，刚度大，有利于保证钢筋笼定形。前期采用角钢，弯制难度大，费工耗时，质量也不易保证，后改为槽钢，施工效果较好。

2）钢筋笼运输安装

钢筋笼采用平板车分节运输至现场。

钢筋笼采用200t履带吊需要时辅以汽车吊。u按编号顺序分节吊装入孔，并用连接器连接接长。

由于钢筋笼设计顶标为-3m，距护筒顶有13m，需设置工具笼，以固定钢筋笼。

工具笼长度13米，长度较长，对接不方便；钢筋笼上口保护层22.5cm，导致吊笼挂钩下面吊筋易弯曲变形。后对工具笼进行了改进，主要是部分取消了加强箍，吊筋可分开连接，施工安全性及操作性得以较大改善。

2.6、混凝土灌注

桩基为C30海工高性能混凝土，为保证混凝土质量，优化配合比设计，采用双掺技术，在满足强度及耐久性要求同时具备良好的施工性能。

混凝土原材料按相关要求进场检测合格后投入使用，砂石料均采取遮阳棚进行遮盖。

混凝土由设在后场的3台120m3/h混凝土拌合站进行生产，采用10辆8m3混凝土罐车运输混凝土至施工现场，布置3台80或105型泵车进行灌注。

混凝土灌注采用单导管，管径400mm，单节长度3m，快速接头。首封和正常灌注均采用30m3大料斗集中供料，确保混凝土泵送不间断，另设容积为2m3小料斗与导管连接。封孔采用提板砍球法。

考虑桩径很大，为确保混凝土面均匀上升，正常灌注阶段，导管埋深按3-8m进行控制，测深测点布置4处。

整个灌注阶段对施工栈桥进行交通管制。

混凝土配合比的设计是能满足施工需要的，强度、耐久性及施工性能均较好。Φ3.8m钻孔桩采用单导管进行混凝土灌注是可行的，通过在灌注过程中对混凝土面的监测，4点高差均小于50cm。

由于桩径较大，桩头处理工程量巨大，达13.2m3/m。混凝土灌注完毕后，须及时进行桩顶浮浆及超灌混凝土的清理，避免桩头混凝土凝固后的凿除难度。

三、现场施工情况

3.1、成桩工效分析

通过20根桩基的施工过程来看，总体实施过程比较顺利，经业主委托的第三方检测，均为Ⅰ类桩。可见施工技术方案、关键技术参数确定，关键施工设备选择、混凝土配合比设计及总体施工工艺是合适、可行的。      

钢筋笼下放与混凝土灌注工效分析

由于钢筋笼较长，达110多米，接头数量庞大，沉放历时长，首根桩达到了28小时，后采取了一系列措施，施工效率有所提高，基本能控制在20小时以内。

混凝土灌注时间基本在12小时左右，灌注强度110m3/h，设备配置能满足施工修要。搅拌站效率发挥110/360=31%；混凝土输送车110/10=11m3/h，每小时运送1.5车不到；泵车效率110/265=41%。        

3.2、一点施工体会

大直径超长钻孔灌注（单）桩基础，在国内外建桥史上尚属首例，是今后桥梁建设的一个趋势，必将对钻孔灌注桩的桩径和桩长提出更高的要求。由于该工艺其施工组织难度和成孔成桩风险显著增加，在对河床断面压缩率不作要求的情况下宜谨慎选用。

（1）在强涌潮水域施工，对工况条件的选择至关重要。建议仔细研究，慎重选取合理的控制参数，规避极端工况条件，确保安全的前提下最大可能的优化施工措施结构；

（2）大直径钢护筒制作及运输难度较大，应根据工程特点选取合适工艺，在确保质量的前提下，以达到减小投入提高进度的目的；

（3）大直径钢护筒由于径厚比较大，振沉过程中极易变形，需要专题研究，确保理论指导实践；

（4）对钻机的扭矩和钻深要求极高，成孔周期长，孔壁稳定性难以保证；

（5）对混凝土的灌注系统和灌注工艺要求极高，连续灌注强度大，施工组织难度大。