钻孔桩施工技术总结

苏通长江公路大桥辅桥工程D1标

主墩钻孔桩施工技术总结

1.工程简介

1.1工程概况

苏通大桥由跨江大桥和南北接线组成，跨江大桥包括主桥、辅桥和南北引桥，其中辅桥为主跨268m 的预应力混凝土连续刚构。D1合同段辅桥工程包括140+268+140m 预应力混凝土连续刚构桥和5×75m 混凝土连续梁桥的基础工程。

78＃、79#主墩均采用42根D2.5～2.8m 变直径钻孔灌注摩擦桩基础，呈梅花形布置。桩底标高分别为-106m 和-117 m ，桩顶标高为-4.0m ，桩长分别为102m 和113m,变截面高程分别为-35.6m 和-34.2m 。具体桩位布置如图1所示。

钻孔桩施工从2004年9月25日开始到2005年2月5日结束，共计施工131天。由于严格施工工艺，严肃施工纪律，经河海大学超声波检测，主墩84根钻孔桩均达到Ⅰ类优质桩的标准。

1.2工程地质

78#墩处地层沉积韵律较明显，从上至下依次分布的大致层位为：全新统地层（Q4）

北主墩(南主墩）基础侧面

北主墩(南主墩）基础立面图1 主墩桩位布置图

③～④工程地质层的淤泥质亚粘土、亚粘土及亚粘土夹粉砂；上更新统地层（Q3）⑤2粉细砂、⑥1中粗砾砂、⑥2粉细砂、⑦粉细砂、⑧1中粗砾砂、⑧2粉细砂。

79#墩处地层沉积韵律也较明显，从上至下依次分布的大致层位为：全新统地层（Q4）③～④工程地质层的淤泥质亚粘土、亚粘土及亚粘土夹粉砂；上更新统地层（Q3）⑤2粉细砂、⑥1中粗砾砂、⑥2粉细砂、⑦粉细砂、⑧1中粗砾砂、⑧2粉细砂；中更新统地层（Q2）⑨粘土及亚粘土、⑩粉细砂、(11)亚粘土及粘土、(12)粉细砂、(13)粘土及亚粘土。

1.3气候条件

苏通大桥位于长江下游南通河段，临近长江入海口，地处中纬度地带，属北亚热带南部湿润季风气候，季风环流是支配境内气候的主要因素，气候有别于内陆地区，又有别于海洋性气候。气候温和，四季分明，雨水充沛。桥位处极端最高气温42.2℃，极端最低气温-12.7℃，最高月平均气温30.1℃，最低月平均气温-0.2℃。

受季风气候影响，桥位地区冬半年盛行西北风，夏半年以东南风为主，全年以偏东风出现频率最高。桥址处受多种天气系统的影响，天气气候复杂，灾难性天气频繁，强对流天气特别是台风、龙卷风、强风出现的频率较内地明显增多，对工程影响较大的不良天气主要有：暴雨、连阴雨、雷暴、台风、龙卷风、霜冻、大风、大雪、雾等。

2.钻孔桩施工总体方案

采用打桩船及浮吊建立施工平台，在平台上安装导向架，利用280t浮吊配合APE400B型液压震动锤插打钢护筒。钢护筒内径为φ2.8m，壁厚δ=20mm，长为42.3m 和40.6m。

78#墩采用3台DL-180型压风机配合2台ZSD3000和一台KP3500型全液压旋转钻机，气举反循环成孔；79#墩采用3台DL-180型压风机配合3台KPG-3000A型全液压旋转钻机，气举反循环成孔。研配优质P.H.P复合泥浆护壁，采用ZX-250型泥浆分离器分离钻碴，成孔后采用CDJ超声波大孔径检测仪验孔。钢筋笼在生产区下料加工，

在专用长线胎模上整体制作成型，分节段经栈桥码头下河，装船运到墩位，在其他已扫孔的钢护筒中将三节钢筋笼接长为一整节，利用1200t ·m 动臂塔吊下钢筋笼，钢筋笼主筋采用直螺纹机械接头连结。桩身混凝土采用直升导管法灌注，混凝土由施工平台上的DHK 混凝土工厂生产，通过输送泵管拔球灌注。在每个墩42根桩灌注完毕并通过桩的整体性检测后进行桩底压浆，压浆实行压浆量与压力双控，以压浆量（水泥用量）控制为主，注浆压力控制为辅。根据设计要求尚需对桩身进行抽样钻芯检测和对注浆效果进行CT 检测。

3.具体施工方法

3.1钢护筒插打

（1）测量定位，然后将定位点引到平台分块梁上，摆放临时导向架，临时导向架对角设置有四个螺旋顶，用来调节护筒平面位置。导向架根据平台尺寸设计，临时导向架如图2所示。

（2）护筒由厂家分节制作，进场后进行质量验收，合格后方可插打。护筒分两节插打，先用280t 吊船配合APE400B 型液压振动打桩锤插打底节钢护筒；再用ZSL34300塔吊接高顶节钢护筒，并利用APE400B 型液压振动打桩锤将钢护筒打至设计标高

图2 导向架结构图

-35.6m/-34.2m，钢护筒垂直度控制在1/200以内。

（3）护筒插打平均2根/天，高峰期4根/天。垂直度、标高均达到设计要求。结果显示，利用平面导向架和振动打桩锤的自重导向也能保证钢护筒的插打精度要求。

3.2成孔方法

（1）钻机选择：主墩为D2.5～2.8m变直径钻孔灌注摩擦桩，地层主要为砂质土，考虑扭距、桩长和桩径，选用KP-3500、ZSD3000、KPG-3000A型钻机及2.5m刮刀钻头。

（2）成孔：采用旋转钻机和刮刀钻头气举反循环钻孔，我们采用先在2.5m的钻头上加钢丝刷，在护筒内进行扫孔。当扫至护筒底口时，提出钻头，抽掉钢丝刷，排出钻渣后用优质P.H.P复合泥浆进行换浆，然后再下钻一直钻至标高。

3.3泥浆拌制

（1）基浆拌制

先将一定量的水加入制浆机中，再按比例加入膨润土和纯碱，膨润土泥粉、纯碱和水在制浆机中充分搅拌，使膨润土颗粒充分分散，制成基浆。然后在储浆池中存放24小时，使膨润土颗粒都充分膨胀再投入使用。

（2）PHP鲜浆的拌制

①将PAM（100）置于清水（6000）中浸泡1天；

②同时加入烧碱（NaOH）在搅拌筒中搅拌以促溶，NaOH用量约为PAM的10%左右；

③停置2～3天，使PAM分子有效地分散于水中，形成PHP浓液；

④将PHP（60%～70%）的浓液加入到浓基浆中，经高压反复喷射混合，形成PHP 新鲜浓泥浆。

（3）泥浆配比

水：膨润土：羟甲基纤维素：聚丙烯酰胺絮状剂：碳酸钠=1：0.08：0.001：0.000012：0.0024

（4）泥浆指标如表1所示。

泥浆指标表1

3.4泥浆循环和净化

钻孔泥浆我们采用集中拌制、集中供应、集中净化的方式进行，在搭设整个施工平台的过程中，我们已将泥浆循环系统的管路布置在支承桩上平联上。

（1）造浆系统设在上游的工作平台上，共设置四台拌浆机。拌浆机拌制的泥浆经管路传送到泥浆船上的储浆池中。

（2）在主墩平台上游侧停靠一条1500t的泥浆船，在上游工作平台上布置三个4mX5mX1.5m的泥浆箱。钻孔平台上布置钻孔泥浆进出循环系统和钻孔供风系统，系统共分三个区域，每个区域负责两排桩施工，每个区域有三条管路，分别为：出浆管路1（清孔时）；回浆管路2（兼作灌注砼时的溢浆管路）；供风管3。

（3）在钻孔施工过程中泥浆的净化我们采用机械强制净化方法。平台上共布置6台ZX-250型泥浆分离器，每台钻机配2台ZX-250型泥浆分离器。将钻机排渣管与伸出平台顶的出浆管接口相连，通过出浆管将带钻渣的泥浆打入泥浆预筛设施上，过滤除粒径大于1.5毫米的钻渣颗粒，再通过阀门调节流量，均衡分配至两台ZX-250型泥浆净化器上进行最终处理，分离出的钻渣通过溜槽排放到靠在平台边的接渣船上。

（4）每个泥浆箱设置一个出浆口，出浆口与回浆管路相连接，经泥浆分离器净化处

理后的泥浆打入平台上的泥浆箱内，再通过回浆管路流回孔内。若需补浆，用泥浆泵从泥浆船上向回浆管内打入新鲜泥浆进行补浆。

（5）灌注钻孔桩水下砼时，打开回浆管路通向泥浆船的阀门，护筒内泥浆通过管路回流至泥浆船上。

（6）泥浆循环系统如图3所示。

3.5钻孔过程

钻孔桩工艺流程：打桩船插打平台支撑桩→施工平台建立→安装动臂塔吊和混凝土工厂→插打钢护筒→安装钻孔设备→钻孔施工→清孔→拆除钻具→检孔→安装钢筋笼、导管→二次清孔→填充水下混凝土→桩身混凝土质量检查→桩底压浆→注浆效果CT检测。

我们的钻孔桩施工顺序及采取的技术措施如下所述。

（1）测量定位，摆放临时导向，分两节插打φ2.8m钢护筒；

（2）安装钻机使其底座平稳、水平、钻架竖直，且保持钻机顶部的滑轮槽、钻头、桩位中心在一铅垂线上，以保证钻孔垂直度。孔口处钻杆中心与桩位中心水平对齐偏差在2cm以内。我们检验合格后进行扫孔至设计护筒底标高，测出钻机盘顶标高并以

此为基准进行成孔的孔底高程控制。

（3）压入PHP鲜浆，排出钻渣进行换浆，提钻后抽出钢丝刷，进行护筒底口环测，找出护筒底口中心点并在护筒上口做出标记以便于第二次钻机就位；

（4）第二次下钻钻孔，并在钻进过程中经常用水平尺检查钻机的水平度和钻架的垂直度，确保成孔的垂直度＜1/200；

（5）开钻时特别是在出护筒时我们以低档慢速空气反循环钻进，进尺速度为1.5～2.5m/h、钻压为100～150t、转速为10～20rpm。钻孔过程中坚持减压钻进，保持重锤导向作用，保证成孔垂直度。

（6）正常钻进时我们参考地质资料掌握土层的变化情况，及时捞取钻渣取样，判断土层，记入钻孔记录表，并与地质资料核对，根据核对判定的土层及时调整钻机的转速、钻压及进尺速度。钻机在不同的地层中应选择不同的钻压和钻进速度，不同地层的钻进参数如表2所示。

不同地层钻进参数表表2

（7）钻孔作业连续进行，在钻孔过程中，泥浆从孔中排出后采用ZX-250型泥浆净化装置净化然后循环使用。钻孔过程中我们经常对泥浆指标进行抽检试验，不符合要求时及时调整。拌浆施工过程中我们每拌制400m3检测一次，正常钻孔过程中按每2小时一次对出浆口和进浆口的泥浆进行抽检，对泥浆的比重、粘度、含砂率及PH值进行检测并及时记录。

（8）孔内水头始终保持在水位线以上2.5～3.5m，并根据潮汐进行调整以加强护壁，

防止塌孔。

（9）我们在因故障停钻时，及时把钻头提起，防止发生埋钻现象。在接长钻杆时，我们先停止钻进，将钻具提离孔底8～10cm，维持泥浆循环5分钟以上，以清除孔底沉渣并将管道内的钻渣携出排净。钻杆连接螺栓拧紧上牢，认真检查密封圈，防止钻杆接头漏水漏气，使反循环无法正常工作。

（10）在钻进过程中遇到孔底有异物时，钻机会出现跳钻的现象。这时我们降低转盘的转速，并提高钻头30ｃｍ左右，再缓慢下钻，将异物卡在钻头的间隙中。

3.6清孔及检测

当我们钻孔至设计高程后进行清孔，将孔底的钻渣及其沉淀物清除掉，减少孔底沉淀厚度，保证钻孔桩的承载力。清孔时利用钻机的泥浆循环系统，通过反循环进行换浆。即将钻头提高距孔底10～15cm，钻头低速空转，持续吸渣换浆直到排出泥浆的含砂率与换入泥浆的含砂率接近为止。泥浆指标达到相对密度1.06～1.10，粘度20～24s，含砂率＜0.5％，以确保灌注水下混凝土前沉碴不超过容许值。吸碴换浆时我们及时向孔内注入新鲜泥浆，保持孔内水位，避免塌孔。清孔后我们测量沉碴厚度和泥浆指标，及时记录。

当泥浆的各项指标均达到要求（一次清孔结束），我们通知监理，经同意后拆除钻机钻杆。测定孔深，沉碴厚度满足设计及规范要求后，报请监理。随后检测工作人员用CDJ型超声波大孔径检测仪对孔径、垂直度、孔深等指标进行全面检测。

由于我们精心施工、严格管理，主墩84根桩经CDJ型超声波大孔径检测仪检孔，孔壁顺直，孔径、孔深均满足规范要求。钻孔质量标准如表3所示。

钻孔质量标准表3

3.7钢筋笼制作和安装

（1）钢筋的验收及管理

①钢筋应具有出厂质量证明书，进场后我们按有关规定按批量、规格进行抽样检查，并由检查部门出具试验报告，对于需要焊接的材料进行焊接试验，确认该批材料满足设计、施工要求。

②钢筋进库后须按不同品种、等级、牌号、规格批号及生产厂家分别堆存，并且挂牌以资识别。钢筋堆置在钢筋场地，我们采用垫高并加遮盖，防止钢筋被淋雨锈蚀和其它污染，影响钢筋质量。

③钢筋发料时，我们随同材料出厂质量保证书及进场抽样检查试验报告复印件一起发给加工车间。加工车间则按材料的使用部位登记造册，作到材料具有可追溯性。

（2）主筋下料及钢筋笼成型

①我们在下料前将钢筋调直并清理污锈，使钢筋表面平直，无局部弯折，下料后钢筋切割端面垂直于钢筋轴线，端面偏斜不超过40，端头不挠曲，无马蹄形。

②钢筋下料用砂轮切割机、专用切割机等下料。内外层主筋均采用直螺纹套筒接头连接，加工出的接头按规范要求进行送检，确保接头质量。对于镦粗和套丝人员，在上岗前由专业厂家人员对其进行培训，合格后发操作证方可作业。

③钢筋笼在钢板胎模上采用长线法加工，在单桩钢筋笼长度方向每隔3m左右布设一道钢结构胎模。单桩钢筋笼连续制作，各桩钢筋笼流水施工。整体成形后，用龙门吊机将其解体吊离胎模。钢筋笼胎模如图4所示。

④钢筋笼制作时，我们在相邻两节钢筋笼对应的钢筋上用油漆做出标记,便于在下放钢筋笼时对接。并按图纸位置安放声测管、压浆管，并用胶带和橡胶管封住压浆孔。

⑤钢筋笼加工时为了确保主筋位置间距准确，我们在加劲钢筋上做点放样后再摆

放主筋。并在钢筋笼外侧安装可靠的混凝土轮式垫块来设置钢筋保护层，每隔2m 设一层，每层径向均布4个。

⑥钢筋笼制作时，在起吊位置和中间位置设置十字撑，避免钢筋笼起吊变形。 ⑦钢筋笼制作后分类编号，钢筋骨架在存放及运输过程中，支撑箍处设置等高垫木，防止钢筋骨架油污及水锈污染。

⑧钢筋笼分节制作后，用平板车运输至起重码头下河，船运到墩位。

（3）钢筋笼下放

①钻孔桩成孔检验合格后，即开始钢筋笼的吊装施工。为保证钢筋笼起吊时不变形，每节钢筋笼采用多点起吊和两台塔吊翻转吊装。

②事先将分节钢筋笼由平放翻转为竖放后放入已扫孔的钢护筒内，分别在钢护筒内将短节钢筋笼接长。钢筋笼安装时，直接起吊安装，可节省时间。

③钢筋笼入孔前，我们认真检查钢筋笼的临时加劲十字撑是否拆除完毕，并避免将任何诸如角钢、短钢筋等铁件掉入孔内，以免钢筋笼受阻无法安放至设计标高。

④在接头对接时，我们按照油漆标记进行对接，镦粗接头旋转到位，声测管、压浆管顺直对接，有弯曲的地方调直。在下放过程中，在声测管和压浆管管道内灌注清水，以检查接头焊接质量，看是否漏水。

⑤当钢筋笼下端接近护筒底口时，我们放慢速度，并在操作人员的扶持下，对准孔中心缓慢下放，防止钢筋笼碰撞孔壁造成塌孔。当下放困难时，稍稍提起并转动骨图4

胎模D

胎模C

架缓慢试探入孔，直到骨架下至设计标高。

⑥钢筋笼安装到位后及时固定，并采取有效措施防止钢筋笼在混凝土灌注过程中上浮。并测量孔深推算孔底沉淀，准备二次清孔。

3.8水下混凝土灌注

（1）施工准备

①钻孔桩开钻前我们做好砼理论配合比的设计和试验工作，并将试验结果整理报请监理工程师审批。

②混凝土原材料如水泥、砂子、碎石、水、外加剂数量备足满足连续生产的需要，其质量得到试验工程师的认可。试验人员测定砂、石含水率，将混凝土理论配合比换算成施工配合比。

③砼灌注前，对导管进行水密承压试验，试验压力20～22kg/cm2之间，持荷时间在5～8分钟之间，检查无渗漏后，导管符合要求。

④我们在下完导管后，视孔底沉淀的情况进行二次清孔。当泥浆指标符合要求，经监理确认后准备开盘浇筑混凝土。

（2）混凝土生产设备

平台上设置有DHK--2000强制式全自动拌和机房两座，三一重工柴油地泵三台（一台备用），输送泵管400m等。

（3）混凝土的运输

主墩桩身混凝土由施工平台上的DHK--2000混凝土工厂拌制，通过地泵泵送入储料斗内。

（4）混凝土的浇注过程

①砼填充导管安装前我们在导管上用油漆划上编号，以便砼灌注时与测量深度相互复核。下放导管就位，注意导管接头旋紧。导管下口距孔底约30～50cm，可用测砣从导管内放入挂导管下口检查。

②灌注砼前在填充导管内安设泡沫隔水栓，并检查泡沫隔水栓能否从导管内通过。待12m3储料斗和1.5m3漏斗储满砼后，开始“拔球”灌注水下砼。通过计算首批混凝土储量控制在13.5ｍ3左右，这样才能保证导管有2m左右的埋深。

③砼灌注过程中技术员测量砼面标高，正确计算导管在砼内的埋置深度，导管埋置深度适当，指挥导管的提升和拆除，保证埋置深度不大于6m，且不小于2m。

④灌注过程中技术员记录混凝土灌注量及相对应的混凝土面标高，用以分析扩孔率，发现异常情况及时处理。

⑤前后场值班试验员两名，当混凝土性状发生变化时，前场人员及时通知后场人员做出调整，以保证混凝土的质量。

⑥我们在混凝土灌注接近钢筋笼底部时，放慢灌注速度，减小混凝土的冲击力，防止钢筋笼上浮。

⑦由于桩径大，导管埋深相对较深，由此造成浮浆较厚，因此实际灌注的桩顶标高我们控制比设计标高高出1.5～2m左右。

⑧灌注过程中，我们对每根桩做好灌注记录，并按规定留取混凝土试件，每根桩制取6组试件。当现场养护结束，试件脱模后，放入试验室标养池内养护，养护28天后试压其抗压强度。在我们的精心施工下，主墩84根桩的混凝土试验评定均满足规范要求，试件的平均强度达到36.2MPa。

3.9桩身混凝土质量检查

在桩身混凝土龄期达14天后，由业主委托的河海大学进行桩身超声波检测，每根桩检测6个面。结果显示，84根桩均为I类优质桩。另外，78＃墩选取6＃和30＃、79＃墩选取1＃、6＃和26＃桩进行了钻孔取芯检测，芯样混凝土质量非常好。

3.10桩底压浆

桩底压浆的相应内容见压浆施工总结，此处从略。

4.问题与对策

（1）在钢护筒内扫孔时，地质为淤泥质亚粘土，虽然粘土具有造浆功能，但泥浆指标中含砂量偏高，且为粉砂难以清除，因此用新制泥浆换出。

（2）78#墩标高在-50～-60 m时出现与地质报告不相符的板砂层，该地层地质较硬，钻机出现“跳钻”的现象且进尺较慢、易斜孔。我们采用加大钻压，低转速的方法，定人定岗确保孔形、孔径的合格。

（3）在钻进过程中，注意观察仪表的变化，特别是扭矩的变化。如果是扭矩指针摆动幅度较大，钻机晃动厉害，说明钻头底有片石或铁器东西，此时应降低转速缓慢进尺，也可以将钻头提高50cm左右再逐渐跟进，让片石或铁器东西卡入钻头四翼空隙内，待扭矩平稳后再正常进尺。

（4）我们在开钻的前几根桩，出现成孔孔壁成波浪形的现象，项目部领导组织专家召开专题会进行研究分析。最终问题归根于在各土层变化时没有严格控制钻压和泥浆指标，于是现场技术员二十四小时值班，及时调整钻压和泥浆指标。经过大家的共同努力，这种现象就再也没出现。

（5）对于镦粗接头紧不到位的个别现象，我们采用加大力距的方法，如果还不行，我们就用烘烤法，对套筒进行加热后再紧。

（6）压浆管、声测管畅通是后序工作的关键，在这问题的处理上我们定人定岗。专人检查压浆管、声测管的对接焊缝，并进行注水检查，发现问题及时处理，并制定了严格的奖惩措施。后续的初裂和水循环也有专人看管，每一步都确保无误。

5.施工小结

通过主墩钻孔桩的施工，我们在钻孔方面掌握了一套较为完整的参数，为以后施工打下了良好的基础，现将整个过程总结如下：

（1）平均每根桩纯钻进时间69.5小时，故障处理10.5小时，共用时间80小时。钻孔桩施工从2004年9月25日开始到2005年2月5日结束，共计施工131天。钻进过程中亚粘土层进尺2.0米/小时左右，砂层进尺2.5～3米/小时，泥浆指标：比重1.3

g/cm3左右，粘度在18～22秒之间，含砂率小于3%，PH值8～10之间，快接近终孔时泥浆指标通过间断的往孔内添加碱水，使泥浆指标下调，最终满足设计及规范的要求，比重1.07 g/cm3，粘度21s，含砂率1.5%，PH值8，胶体率96%，终孔后通过CDJ型超声波大孔径检测仪检测成孔效果。

（2）在钻到接近标高时降低转速和钻压缓慢钻进，以减少对桩底的扰动而降低桩的承载力。在钻到设计标高后提起钻头约20cm，以2-3r/min的转速进行清孔。按钻杆排量600m3/h计算，孔径为2800/2500mm、设计标高-106m/-117m的桩清孔时间为60/66分钟。

（3）在钻进的过程中发生的故障主要是泥浆分离器机械设备故障，通过完善的检修，可以提高成孔时间。

（4）通过预拼钢筋笼，大大节约了钢筋笼的下放时间。钢筋笼沉放平均用时约26小时，最短用时在20.5小时，最长用了48小时。

（5）砼填充是一个完整、连续、不可间断的工作，灌注工作开始前，机械管理人员和负责司机应对砼灌注所使用的全部机械进行维修、保养，保证机械在施工过程中正常运转。平均每根桩砼填充用时是6.2小时，由于出现堵泵等现象砼填充用时最长的是8.5小时。

（6）经超声波检测和部分桩钻孔取心，主墩84根桩混凝土质量全部合格，被评为Ⅰ类桩。

6.结束语

经过总结分析，我们对主墩钻孔桩施工中出现的问题进行了边总结边改进，即把握了质量关也为以后的施工积累了经验。