海上超长大直径钻孔桩施工

海上超长大直径钻孔桩施工【摘要】杭州湾大桥南航道桥施工条件恶劣，桩基的直径大，桩长达120多米，受海洋气候的影响较大。

采用优质海水泥浆进行钻孔施工，镦粗直螺纹连接，同槽预制钢筋笼，分节沉放，集中料斗、刚性导管进行水下混凝土灌注、循环管路进行压浆施工，走出外海钻孔施工的新路子【关键词】跨海大桥 D13#主墩海水泥浆镦粗直螺纹同槽预制优质海工混凝土孔底压浆施工一、工程简介杭州湾跨海大桥南航道桥为单塔双索面斜拉桥，跨径组合为318m＋160m＋100m。

其中D13墩为主墩，D11、D14墩为过渡墩，D12墩为辅助墩。

D13#主墩基础设计有38根直径2.8m，单根桩长120.2m 的钻孔灌注桩，桩底标高为-120.8 m；采用海工防腐C30水下混凝土，单根桩混凝土方量是：801.9m3。

钢筋笼采用Ⅲ级Ф32钢筋作主筋,Ⅱ级Ф28钢筋作为加劲箍,Ⅰ级φ10钢筋作螺旋箍筋；每根钻孔桩内设4根φ60×3.5的检测钢管,4根φ33.5×3.25的压浆管。

二、水文、地质条件1、潮汐、波浪、流速、风况杭州湾为强潮河口湾，潮汐类型为浅海半日潮，并有明显的日潮不等现象。

根据《招标文件参考资料》以及相关资料，平均波高Hs≤2.0m的出现频率f≥99.96%，最大波高Hm≤2.0m的出现频率f≥99.72%。

20年重现期涨潮最大垂线流速为3.24m/s,落潮最大垂线流速为2.5m/s。

由于杭州湾地形为喇叭形，每年的大风天气较多，经常还要受到台风的袭击。

2、地质条件桥位处的地质主要以粘土和细砂为主，从上到下分布依次为：亚砂土、淤泥质亚粘土、淤泥质粘土、粘土、亚粘土、亚砂、粘土、中细砂、亚粘土、粘土、粉砂、亚粘土、细砂。

三、钻孔桩施工的总体思路由于南航道桥地处海中间，距离南北二岸距离分别达到16Km和20Km。

淡水缺乏，材料的运输，设备的进场，难度较大。

为了保证钻孔桩顺利施工，采取最新成果--优质海水泥浆进行钻孔护壁；钢筋笼加工及连接采取镦粗直螺纹钢筋连接工艺，同槽加工制作，分节安装沉放；使用缓凝时间为20小时、优质的水下海工混凝土，以及孔底后压浆施工工艺。

四、钻孔桩施工工艺流程五、钻孔桩施工方法1、钻机选型由于D13#墩钻孔桩长度达120.2m,桩径为φ2.8m，施工中还要穿过亚砂土层、淤泥质粘土层、粘土层、细砂层等地层，对钻机的钻杆质量、扭矩要求较高，因此选用技术先进，扭矩较大，提升能力较大的大型全液压钻机。

钻机性能参数表每台钻机还配备相配套的空压机、泥浆净化器、2个刮刀钻头以及泥浆泵等。

2、泥浆的制配合循环由于南航道桥距离南北二岸较远，钻孔造浆所需的淡水较多，而且淡水的运输还受天气的影响较大。

我部采用武汉港湾设计研究院与杭州大桥指挥部前期海水泥浆研究成果，制作出不分散、低固相、高粘度的优质海水泥浆进行钻孔施工。

(1)、海水泥浆的制配钻孔桩施工之前，针对海水造浆进行了专项试验研究，经过大量的试验配置出海水泥浆配比，通过对造浆材料的比选、以及增粘剂、分散剂等用量的调整，配置出高性能海水泥浆。

海水泥浆的配合比及性能指标如下，海水泥浆配合比各地层钻进时的泥浆性能的技术指标在实际施工过程中，所配置的海水泥浆，性能指标优良，施工又不受天气的影响，优势明显。

泥浆的制备包括开孔时的泥浆制备、钻孔过程的泥浆补充以及终孔后的泥浆调整三个部分。

开孔时，利用钻机及气举反循环将护筒内土层清至护筒底口以上2m,在加入相应量的膨润土、分散剂、增粘剂等，充分搅拌循环，同时进行孔内泥浆各项技术参数的检测，根据检测结果调整掺量，直至泥浆的各项技术参数符合要求。

钻孔过程以及终孔泥浆调整是：根据钻进过程中泥浆检测结果，通过排浆，增减膨润土、分散剂、增粘剂来进行泥浆调整，使其指标满足要求。

（2）、海水泥浆循环在钻孔施工过程，孔内泥浆通过气举作用，经过钻杆、泥浆浆净化器、沉淀池、循环池回流至在钻孔内，钻渣分离并沉淀，泥浆流回。

同时在钻孔施工过程加强对泥浆指标的检测和控制，及时增减膨润土、增粘剂、分散剂、换浆等调整泥浆性能指标。

3、成孔施工方法开钻之前，先进行钻杆、钻头的测量，并造册登记。

以确定进尺和孔底标高。

（1）护筒内钻进在开钻之前，用电磁铁对护筒内进行扫吸，清除孔内的铁质杂物。

钻机就位后先进行护筒内的钻进，由于有护筒的防护，护筒内地层采取高转速、海水进行钻进施工。

护筒内钻进在海水补充速度及风包沉没比能够满足要求的情况尽量加快进尺速度，为缩短成孔周期争取时间。

护筒内钻进的最终标高按-43.0m～-42.0m也就是护筒底口以上2.0m～3.0m进行控制。

然后进行护筒内造浆。

（2）砂、土层内钻进阶段当护筒内泥浆的各项技术指标符合要求后，才能开始正式进尺。

在护筒外地层内钻进采用刮刀钻头、优质海水泥浆护壁、气举反循环、减压钻进的施工工艺。

在护筒底口附近慢速钻进，形成稳定孔壁。

然后根据不同土层特点，选择不同的钻速和进尺；砂层中采取大气量、中小钻压、中低速钻进，进尺控制在2m/h，土层中进行钻压控制中高速钻进，并控制泥浆的粘度在20s内。

（3）第一、二次清孔阶段终孔后，及时进行第一次清孔。

清孔时将钻具提离孔底约15cm左右，缓慢旋转钻头，通过气举吸出孔底钻渣同时流入稀释泥浆进行泥浆调整，通过反复循环使清孔的泥浆性能指标达到清孔泥浆指标。

在钢筋笼和导管安装好，混凝土浇注之前，进行孔底沉渣厚度测量，若沉渣厚度超出规范规定值20cm时，要进行二次清孔。

二次清孔是在灌注导管内部安装气管，通过气举反循环将孔内的沉渣清理干净。

4、钢筋工程钢筋加工在后场进行，采取镦粗直螺纹连接、同槽通长预制、现场分节连接、沉放施工工艺。

钢筋笼加工之前，在后场先设置钢筋笼加工台座并进行主筋的镦粗、加强箍筋的焊接加工。

台座由半圆形钢筋定位架、混凝土地坪构成，钢筋的镦粗在专用钢筋镦粗、套丝机上进行，加强箍筋内焊接三角形支撑增加钢筋笼整体刚度，防止变形。

钢筋笼加工方法是：先将下半部主筋安装在台座上，并通长连接好；再按图纸位置安装加强箍筋，然后安装上半部主筋，与加强箍筋焊接牢固，最后盘螺旋筋和安装压浆、声测管道。

现场钢筋笼沉放方法：上、下二节钢筋笼对接好之后，使用管钳旋转套筒到位，焊接声测、压浆管道；钢筋笼全部连接完成后，通过顶节的吊笼将钢筋笼定位并挂在钢护筒上。

5、水下混凝土浇筑（1）、砼浇注设备“航工1602”水上搅拌船---混凝土生产、输送能力达到160m3/h，该船能够储备1250m3混凝土的原材料。

混凝土的输送采用搅拌船泵送至二台HB60接力拖泵并将混凝土输送至集料斗。

砼灌注采取直径φ273×9mm导管，导管之间用丝扣连接；13m3集料斗1个，小料斗2个；导管在砼灌注前要做水密、拉力试验，确保导管密封和抗拉力。

（2）、混凝土浇筑桩身砼标号为C30，混凝土配合比按海工混凝土进行设计；粗集料采用5-25mm碎石，细集料采用细度模数为2.6～2.9中粗砂，水泥采用P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥，混凝土的坍落度18～22cm，混凝土的初凝时间为20小时，首批封底混凝土方量为13m3。

混凝土封底灌注采用隔水拴（15cm厚泡沫板制作）、拔塞法施工，即在漏斗的底部、导管的顶口安装泡沫隔水拴，再用盖板（盖板下面用螺拴固定一块隔水胶皮）封住导管口。

当集料斗内混凝土方量达到13m3 （经计算，首批混凝土的灌注方量为13m3）后，开启集料斗的放料口通过溜槽给漏斗供料，当漏斗内灌满混凝土后立即吊出盖板，使混凝土沿导管下落，同时保持集料斗内的混凝土不间断地通过溜槽、漏斗和导管灌注至水下，从而完成首批混凝土的灌注。

首批混凝土灌注成功后，随即转入正常灌注阶段。

混凝土经泵送，不断地通过集料斗、浇筑料斗及导管灌注至水下，直至完成整根桩的浇筑。

在混凝土浇筑过程中对混凝土面的高度进行测量，以确定导管埋深、拆除导管的时机。

并结合拌制混凝土方量进行校核。

灌注完成时，砼面应不小于设计桩顶标高1.0m，以保证桩头砼质量。

6、孔底压浆施工（1）、桩底压浆的机理钻孔灌注桩后压浆技术是在成桩过程中，在钢筋笼内预置压浆管路，待桩身砼达到一定强度后，通过压浆管路采用高压注浆泵注入特殊配制的水泥浆液，使一部分水泥浆液最终进入桩底土层，另一部分水泥浆液沿桩壁的四周向上走，并最终达到一定的高度。

所以，进行桩底注浆可以使桩底沉渣及桩壁一定高度范围内的泥皮隐患得到改善，提高桩底土层的承载力，以及桩与桩壁土层之间的极限摩阻力，最终提高钻孔灌注桩承载力、减小桩的沉降量的一种先进的、科学的施工方法。

(2)、压浆指标压浆配合比：a、压浆水泥：采用P.Ⅱ型、强度等级为42.5的硅酸盐水泥。

b、水泥浆性能：初凝时间2～3h，7天最小抗压强度＞5Mpa。

c、外加剂：采用减水剂、膨润土。

压浆液配合比表压浆压力及压浆量：压浆压力 4Mpa；压浆量5500L～5800L。

压浆控制方法：采用压浆量和压浆压力两项指标双控，以注浆量为主，当注浆量达到设计值后，可停止压浆。

当压浆量达到设计值80％以上，且压力达到4.0MPa以上，亦可停止注浆。

（3）压浆施工工艺流程(4)、压浆施工方法压浆施工分五个过程：开塞、第一次循环、第二次循环、第三次循环、管路内注浆封孔。

开塞是在混凝土浇注完毕24h～48h，开始对管道进行高压注水，冲开包裹压浆孔的高压胶布，开启压浆孔，劈裂桩底混凝土。

在混凝土终凝之前的时间内，要经常用高压水进行循环，防止已经开塞成功的压浆孔重新堵塞。

第一次循环压浆：当混凝土强度达到设计强度（30Mpa）、并进行超声波无损检测之后进行第一次循环压浆。

第一次循环压浆以压浆量控制，每个回路的压浆量为300L，四个回路共1200L。

第二次循环压浆：根据浆液的初凝时间确定后两次循环压浆的间隔时间，总的原则是间隔时间大于浆液的初凝时间3～4h，压浆施工方法与第一次一样。

第三次循环压浆：第二次循环压浆完成达到规定时间后，进行第三次循环压浆。

第三次循环压浆采用注浆量和注浆压力两项指标双控，以注浆量为主，当注浆量达到设计值后，可停止压浆。

当压浆量达到设计值80％以上，且压力达到4.0MPa以上，亦可停止注浆。

管路内注浆封孔：当第三次循环压浆达到设计要求后，对压浆管进行压浆封孔。

六、经验总结1、在外海特别是远离二岸的情况下采用高性能海水泥浆进行钻孔施工，不仅减小了施工成本，更重要的是：在钻孔施工时不会因天气、海况、船机等影响造成钻孔施工的中断，减少了钻孔施工中孔内事故发生率，但由于海水泥浆的存在变异性，在钻孔施工过程中加强对海水泥浆的检测和控制。

2、在钻孔施工中，南航道桥位处的地层中粘土层的粘度较大，经常出现糊钻。

通过对糊钻原因分析，对泥浆指标的控制（主要是粘度控制在20s内），钻头形式的修改，钻孔施工过程中钻压控制，以及空压机选型，最终基本解决了糊钻施工难题，确保钻孔施工的顺利进行。