旋挖钻施工桥梁桩基础技术方案

/第三章

主要分项工程施工技术方案第一节

旋挖钻施工桥梁桩基础技术方案

一概述钻孔桩工程，现场地形、地质状况

本标段共有钻孔桩576根，桩径1.5m，桩长60m，每个墩身下设18根，左右幅各9根，属于群桩基础，上设大体积承台。桩基按“m”法进行计算和配筋，其入土深度，在设计中已考虑了恒载、活载、温度、支座位移、砂土液化、湿陷性黄土等因素的影响。0#台、1#墩、2#墩身桩基础分别地处黄土台塬上、中、下部，地质状况主要为黄土、粉质粘土、细纱；

3#～11#地质状况大体为细砂、中砂、粉土、卵石土、粉质粘土，其中粉质粘土和细砂主要集中在桩体下部。具体分布状况如下图示。12#～32#地质状况大体为细砂、中砂、卵石土和粉质粘土，其中卵石层相对厚点，在钻孔中发觉两层胶结带，特别难钻，分别处于桩体中下部和桩底部位。具体分布状况如下图示意。

二、混凝土协作比的设计

桩体设计为25#混凝土，为确保其质量，特托付陕西省公路工程试验检测中心进行协作比的设计。具体状况如下：

试件的制作和混凝土的强度检验结果

材料

名称水泥砂碎石水dlh

减水剂技术参数规格

型号中砂碎石5-31.5mm饮用水缓凝

高效砂率(%)44协作比11.952.480.481%水灰比0.48产地蒲城霸河韩城

英山当地西安

大路坍落

度(mm)180-220kg/m341080010171974.10密度(kg/m3)2428

注:1、设计强度为25mpa,配制强度为33.2mpa

2、抗压试件尺寸：15×15×15cm

3、检验标准：jgj55-2000、jtj053-94

4、极限抗压强度：7天为29.8mpa;28天为39.0mpa(修正系数取1.0)

2、混凝土协作比的设计计算

（1）、混凝土试配强度的计算

fcu,0≥fcu,k+1.645σ

fcu,0—混凝土的施工配制强度(mpa)

fcu,k—混凝土的设计强度等级(mpa)，取fcu,k＝25mpa

σ—强度标准差(mpa)取σ＝5.0mpa

∴

fcu,0＝25+1.645×5.0＝33.23mpa

（2）、水灰比的计算

w/c＝ka*fce/(fcu,0+ka*kb*fce)

ka,kb--回来系数,对于碎石，ka＝0.46;kb＝0.07.

fce—水泥28天抗压强度实测值(mpa)

fce＝kc*fce,g

kc—水泥富有系数,kc＝1.1

fce,g—水泥强度等级值,fce,g＝32.5mpa

则

fce＝1.1×32.5＝35.75mpa

∴

w/c＝0.46×35.75/(33.25+0.46×0.07×35.75)＝0.48

（3）、坍落度、集料最大粒径、用水量的选取

本大桥钻孔桩接受水下混凝土施工法，考虑到桩径大、桩长深、混凝土方量大、浇注时间长，因此选取坍落度为180mm—220mm。

钻孔桩主筋净间距15.3cm，15.3/4＝3.82cm,因此最大碎石粒径选用31.5mm,最小粒径5mm,为连续级配。

依据混凝土坍落度查《一般混凝土协作比设计规程》（jgj55—2000

j64—2000）中表4.0.1—2，同时结合现场施工阅历，取每方混凝土用水量为mwo＝240kg。

考虑到混凝土的灌注时间长，为充分保证施工过程顺当，因此添加适当的高效减水剂（dlh型），起缓凝和减水作用，减水率β＝19%，掺量为水泥的1%，则实际拌和用水为：

w＝mwo*（1-β）＝

240×（1-19%）＝195kg

（4）、水泥用量（mco）的计算

mco＝mwo／（w/c）＝195/0.48＝406kg

（5）、粗细集料用量的计算（质量法）

假定混凝土容重mcp＝2400kg/m3，依据阅历选取砂率βs＝44%。

mco+mgo+mso+mwo＝mcp

（mgo、mso分别为石子、砂子质量）

βs＝mso/（mgo+mso）×100%

经计算得：mso＝792kg；mgo＝1007kg

（6）、每方混凝土材料用量计算

水泥（c）：406kg

水（w）：195kg

高效减水剂：4.06kg

砂（s）：792kg

碎石（g）：1007kg

（7）、试拌和，检查混凝土的和易性

为精确反映试验结果，现用50l拌和机拌和，30l试验材料试拌。同时，为检查砂率是否合适，在用水量和水泥用量不变的状况下，变更砂率±2%，既砂率分别为42%、44%、46%，具体数量如下：

砂率：

42%

44%

46%

水泥：

12.18

12.18

12.18

水：

5.85

5.85

5.85

中砂：

22.67

23.76

24.83

碎石：

31.31

30.21

29.14

外加剂：

0.122

0.122

0.122

试拌结果发觉,砂率为44%的混凝土和易性交好,坍落度为200mm时，经抹面试验,沙浆数量较为适宜，以此协作比为基准配比。

（8）、强度试验

为检查水灰比是否合适，以基准配比为基础，在保持砂、石和用水量不变的状况下，变更水泥用量，得到三组混凝土，材料数量如下：

水灰比：

0.43

0.48

0.53

水泥：

13.60

12.18

11.04

水：

5.85

5.85

5.85

中砂：

23.12

23.76

24.25

碎石：

29.42

30.21

30.87

外加剂：

0.136

0.122

0.110

依据混凝土28天抗压强度结果和灰水比关系比照得知，当水灰比为0.48,砂率为44%，和试配强度最相吻合。则选用此组协作比。

（9）、调整

实测混凝土体积密度为2428kg/m3，计算混凝土体积密度为2404.06kg/m3，对计算混凝土量进行调整，调整系数γ＝2428／2404.06＝1.01，则最终混凝土协作比材料用量为:

水泥：

4.06×1.01＝410kg

水：

195×1.01＝197kg

中砂：

792×1.01＝800kg

碎石：

1007×1.01＝1017kg

外加剂：

4.06×1.01＝4.10kg

c：w：s：g：dlh＝410：197：800：1017：4.10＝1:0.48:1.95:2.48:0.01

三、旋挖钻机和常规钻机比较的特点及适用范围。

1、旋挖钻机不同和常规钻机的特点编号区分旋挖钻机回旋钻机1成孔工艺不同用筒式钻头成孔，将斗齿切削下来的土干脆装进筒式容器内，然后由钻杆提出。用梳齿钻头、滚刀钻头等将土切削，通过循环泥浆带出孔口。2就位方式不同履带式行走体系移动便利，就位仅需几分钟，钻机整体置于履带上进行钻孔作业。通过吊车或人工简易方法就位，对原地面要求高，帮助工作时间长3施工需求能源不同由自带的柴油发动机输出动力来完成钻机的行走移动和钻进工作依靠现场供应大功率电源来完成钻孔工作，4钻进工效不同钻杆为液压伸缩式，和钻头相连，可快速下钻和提钻，使钻进速度快，效益高。钻杆间通过栓接或销接，每钻进到确定深度，就必需人工加一节钻杆，速度慢、效益低。5自身稳定性的可调程度不同自身稳定性通过底盘伸缩式履带调整，机体垂直度，钻杆垂直度，成孔垂直度通过电子监测元件限制，操作手可干脆读取，操作起来简易便利自身稳定性和垂直度依靠垫在钻机下面的方木和楔块通过人工来调整，成孔垂直度只有在成孔后可测设。6运用的泥浆不同由澎润土、烧碱、纤维素依据不同地质按确定比例组成化学泥浆，泥皮薄，护壁作用好，并可重复利用，环境污染小。造浆材料一般为桩体自身土质，遇到砂性土加些粘土或澎润土即可。

2、旋挖钻机的适用范围

〈1〉从对地层的适宜性来讲，既适用于粘性土，也适用于砂性土，还适用于强度不高的风化岩。

〈2〉从钻孔的方式来讲，既可以湿钻，也可以干钻。

〈3〉从钻孔桩的类型来讲，既可以钻直孔，也可以钻斜孔，最大桩径可达2.5m,最深桩长可达100m。

〈4〉从施工空间来讲，不须要供应较大的工作面即可作业，这是其他钻孔灌注桩所无法比拟的。

缺点是对于流塑状态的粘性土和松散的砂性土，则必需解决泥浆问题，并慎重选用。

旋挖钻成孔施工的主要配套机械设备序号设备名称型

号数量用

途1旋挖钻机德国bg251台钻孔2装载机zlm40e1台铲运弃渣3

吊

车16t1台下钢筋笼，导管，砼灌注4电焊机30kw3台焊接钢筋笼5砂石泵6ps1台清孔6泥浆泵3pnl3台成孔排污8振动筛

1台化学泥浆的净化，重复利用7发电机75kw1台备用电源8经纬仪

水准仪

各1套测量放线

六、

施工工艺

1、工艺原理

旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来供应施工现场所须要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。护壁泥浆接受优质膨润土、烧碱、纤维素等依据地质状况按确定比例配置而成，并随着旋挖钻进用泥浆泵持续注入孔内，起到静压护壁作用，以保证水头压力，如此反复循环完成成孔作业。成孔达到设计深度和质量要求后，安装钢筋笼和导管，灌注水下混凝土。工艺框图如图所示：

由流程图可知，旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制备符合性能指标的泥浆，同时要刚好补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。

3、施工操作要点

（1）桩位的测量放样

接受全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样，放样后四周设护桩并复测，误差限制在5mm以内。桩位用ø10mm、长度35-40cm钢筋打入地面30cm（四周填以水泥砂浆或混凝土来爱惜）作为桩的中心点，然后在桩位四周做上标记，既便于找寻又可防止机械移位时破坏桩点。

（2）埋设护筒

护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，爱惜孔壁不坍塌，确保成孔质量。

a、护筒的要求

护筒选用整体式钢制护筒，壁厚5—8mm，高度3m，内径180cm。为了增加护筒的刚度，防止周转运用中的变形，在护筒的上口和中部的外侧各焊一道加劲肋。由于整个钻孔桩处于黄河高漫滩区，地下水位较高，故在施工前先用水平仪测出原地面标高、地下水位的高度，在埋设护筒时，护筒的顶端均高出地下水位2.0m以上，以增加孔内水头压力。

b、护筒的埋设

在埋设护筒前，首先对场地进行平整，垫高、清除杂物。施工中，护筒的埋设接受旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，在钻头的端部临时连接一扩孔器，使成孔直径可达165cm，深度略小于护筒的埋深，然后用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中，从钻头连接扩孔杆至钻进挖深到安放好护筒仅需15分钟。护筒埋设后再将桩位中心通过四个限制护桩引回，使护筒中心和桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。经确认护筒平面位置的偏差不大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，则将其四周用粘土填实，准备下一道工序的施工。

（3）钻孔

a、钻机就位

旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表精确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正精确，误差限制在2cm内。

b、调制化学泥浆:化学泥浆调制的好坏是钻孔桩施工是否顺当的一个关键性指标，经过反复试验，本大桥用泥浆接受优质膨润土、烧碱、纤维素制成，其各组成成分性能和用量如下：

膨润土：主要成分为蒙脱石，分钙土和钠土，运用时加入纯碱改造成钠土用于配浆。他具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁实力高、钻具回转阻力小、造浆实力大等优点。

烧碱（na2co3）：调整泥浆的ph值，使其保证在8—10的偏碱性范围内，以保证水化膜的厚度，提高泥浆的胶体率（稳定率）和稳定性，降低失水量，同时避开了因ph值过小而引起钻头锈蚀和粘土颗粒难于分解而降低粘度，也避开了ph值过大而引起粘土颗粒凝合力减弱而造成裂解使孔壁坍塌。

纤维素（cmc）：增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。

钻孔中化学泥浆性能指标和用量如下

膨润土纯碱

占用土量纤维素

占用土量水

m3相对密度粘度pa.s酸碱性ph胶体率(%)砂率

(%)1t5kg0.5kg131.08-1．2019-238-10≥956-8

c、泥浆循环系统的布置

依据现场实际状况，在每六排墩身中间场地设置一个造浆池和泥浆净化、循环系统，具体布置如下图所示：

d、钻进

当钻机就位精确，泥浆制备合格后即起先钻进，钻进时每回次进尺限制在60cm左右，刚起先要放慢旋挖速度，并留意放斗要稳,提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要留意通过限制盘来监控垂直度,如有偏差刚好进行订正，而且必需保证每挖一斗的同时刚好向孔内注浆，使孔内水头保持确定高度，以增加压力，保证护壁的质量。同时，做好整个过程中的钻进记录，随时依据不同地质状况调整泥浆指标和旋挖速度。在钻孔过程中，依据不同的地质状况，主要用了以下四种钻头：挖土钻头、挖砂钻头、筒钻、螺旋钻头。其成孔性能如下：

①、挖土钻头：是最常用的钻头，在钻头底部有两扇仅可向斗内方向打开的合叶门。当钻进时，斗齿切削孔底土，经合叶门将土压入斗中，当回次进尺完成提升钻头时，斗内的土在自重作用下将两扇门关紧，防止土掉入孔内。出孔口后，通过钻杆上压盘挤压钻头上弹簧螺杆，使合叶门打开到出斗中土。

②、挖砂钻头：用于钻进砂性土地层，也可用于孔底清渣。整体结构和挖土钻头基本一样，只是在底部为双层，双层底可以相对旋转一个角度，实现进土口的打开和关闭。钻进时进土口为打开状态；进尺结束，钻头反向旋转一个角度，进土口关闭，钻头成完全密封状态，将土取出。这主要是基于砂性土无粘结力而设计。

③、筒钻：整体结构和挖土钻头基本一样，只是底部没有封口。主要用于施工孔内的两层胶结岩层，该岩层整体性好，强度大，利用桶钻的剪压作用，破坏岩层的整体性，从而达到进尺的目的。和螺旋钻协作运用效果更佳。

④、螺旋钻头：依靠螺旋叶片之间的空间收集从孔底切削的土体，主要用于钻进胶结层，由小及大，按部就班，达到破坏胶结层的整体性，从而达到进尺的目的。和桶钻协作运用效果更佳。另外，对于粘性土，特别适宜干法钻进。

弃渣外运和钻进同步进行，每从孔内出几桶钻渣，就用装载机刚好的外运至弃渣场，以削减现场施工干扰，削减弃渣对桩孔的压力，确保施工现场的文明和质量平安。

e、清孔、检孔、成孔验收

清孔：依据钻孔桩桩底的设计标高和护筒顶标高，计算出钻孔深度，用测绳检测孔深，到位后进行清孔。清孔接受挖斗反复捞取沉渣，直到其厚度符合规范和设计要求，然后注入纯度较高的化学泥浆，置换出孔内的钻孔泥浆，保证清孔后的各项指标符合现场实际地质状况的须要。

检孔：主要检查孔径、孔的垂直度和孔深。用笼式检孔器检测。检孔器用ф22的钢筋加工制作，其外径等于设计桩径（150cm），长度为6m。检测时，将检孔器吊起，把测绳的零点系于检孔器的顶端，使检孔器的中心、孔的中心和起吊钢丝绳的中心处于同一铅垂线上，慢慢放入孔内，通过测绳的刻度加上检孔器6米的长度推断其下放位置。如上下畅通无阻直到孔底，表明钻孔桩成孔质量合格，如中途遇阻则表明在遇阻部位有缩径或孔倾斜现象，则需重新下钻头处理。成孔验收：成孔达到如下质量标准后，即可进行下一到工序的施工。

护筒埋设

偏差（mm）孔径

（cm）孔深

（m）桩位偏差

（mm）沉渣厚度

（mm）≤50≥150≥60≤100≤150灌注前泥浆性能指标相对密度粘度pa.s酸碱性ph胶体率(%)砂率(%)1.10198-10≥95≤4

（4）钢筋笼的制作和安装

a、钢筋笼、声测管的加工制作:钢筋笼的加工和制作集中在钢筋加工场进行。本工程每根钻孔桩钢筋笼的总长度为60.54m，依据原材的规格和吊机的起吊高度和起吊实力，分4节加工制作，每节长度分别为17.89m、17.89m、11.53、13.89m。钢筋的主筋接头接受对焊、单面焊接两种焊接方法。在施工过程中，电焊工必需持证上岗。钢筋笼的制作接受加劲筋成型法，具体方法是：制作时，按设计尺寸做好加劲筋（圆形箍圈），用石笔标出主筋的位置，把主筋摆放在平整的工作平台上，并用石笔标出加劲筋的位置。焊接时，使加劲筋上任一主筋的标记对准主筋中部的加劲筋标记，扶正加劲筋，并用木制直角板尺校正加劲筋和主筋的垂直度，然后点焊。在一根主筋上焊好全部加劲筋后，人工转动钢筋骨架，将其余主筋逐根照上法焊好。然后吊起钢筋笼放于支架上，套上盘条筋，按设计位置布好螺旋筋并绑扎于主筋上，再对整个钢筋笼进行加固焊接。

声测管每根钻孔桩设三根，呈等边三角形布置，绑扎在钢筋笼的内侧，底部用钢板焊接堵死以防漏水。随钢筋笼同时安装，每吊放好一节钢筋笼后，对检测管内充水，看其水位是否下落，以推断检测管的严密性，确保浇注混凝土时不漏浆。

钢筋笼、声测管下料安装图如下：

b、钢筋笼的运输和吊装

成型的钢筋笼用专用平板车运至孔口。钢筋笼的吊装用16t（20t）吊车来完成，接受二点起吊的方法。第一吊点设在钢筋笼顶部的加劲箍处，其次吊点设在骨架长度的中部偏下。起吊时，先起第一吊点，使骨架稍提起，再和其次吊点同时起吊。待骨架离开地面确定高度后，其次吊点停止起吊，接着提升第一吊点。随着第一吊点不断上升，慢慢的放松其次吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。人工协作把钢筋笼扶正后慢慢放入孔内，同时解除其次吊点。钢笼下放时严禁摇摆碰撞孔壁。当骨架下到钢筋笼顶部的加劲箍处，用40钢轨穿过加劲箍的下方，将骨架稳定的支撑于孔口临时平台上，再依据上述方法起吊其次节钢筋笼。轴线和第一节对准后，进行钢筋接头连接。以此类推，直到全笼完成。用4根ф20的钢筋和钢筋笼的主筋相焊接并和孔口型钢连接固定后，通过预埋在护筒四周的四个护桩打一道十字线，钢筋笼的4根定位钢筋再打一道十字线，通过二道十字线对钢筋笼进行定位。二道十字线的交叉点假如在同一铅垂线上，则钢筋笼位置居于钻孔桩的中心。二个交叉点在水平面上的投影的最大误差不大于20㎜。定位合格后，通过护筒顶标高，推算钢筋笼入护筒深度并精确安装定位。

（5）导管安装

a、导管的选用和检查

导管接受直径φ300mm、壁厚6mm的无缝钢管，每节2.62m，底节4m，配2节1m，2节1.5m的短管，用以调整导管的长度及漏斗的高度。导管的连接接受丝扣式。并在二法兰盘之间垫有4-5mm厚的橡胶止水垫圈。在下导管前，首先检查其是否损坏，密封圈、卡口是否完好，内壁是否光滑圆顺，接头是否严密。再进行水密承压和接头抗拉试验，以检查导管的密封性能、接头抗拉实力。具体试验方法如下:

①平整好场地，每隔一米铺设方木一根并找平。

②在方木上安装放置导管，每五根连成一体，上好前、后封盖。

③向拼装好的导管内灌入70﹪的水，然后接好输风管，输入计算好的风压力，经计算为9个大气压（即895kpa）。

具体计算过程如下：

p＝γ1×hc-γ2×ηw

γ1—混凝土的重度，取γ1＝24kn/m3

hc—导管内砼最大高度，取hc＝40m（桩长的2/3）

γ2—井孔内泥浆的重度，取γ2＝1.08kn/m3

hw—井孔内泥浆的深度，取hw＝60m。

p—导管可能受到的最大压力（kpa）

则：p＝24×40-1.08×60＝895.2kpa

化为大气压：p＝895.2×103/1.01×105＝8.9个大气压

④将导管在恒压下前后滚动，并持压15min，视察其接口处是否漏水、周身是否有变形，来验证导管的密封性、承压和抗拉性能。

b、导管长度的计算和吊放

以实际孔底标高和孔口架之间的距离来配置须要导管长度，并欲留30-50cm的悬空高度。拼装时要严格检查导管内壁和法兰盘表面，确保干净无杂物，变形和磨损严峻的导管严禁运用，导管的吊放用吊机，要确保其居于孔的中心位置，下放速度要慢，防止卡挂钢筋笼骨架。

(6）混凝土的灌注

a、混凝土的浇注过程

水下混凝土的灌注应当在最短的时间内完成。

导管下好后，依据孔内泥浆指标和沉淀层厚度进行必要的二次清孔，确保混凝土浇注的顺当进行。首批混凝土的灌注要满足如下几点要求：

①首次封底砼方量需4.4m3。储料斗的容积为4.5m3。

②封底后导管有1.0m以上的埋深，导管内有一部分砼填充。

③储料斗的底部要设置一道隔水栓。

在灌注时，用汽车吊的主勾吊起储料斗，和导管相连接，把隔水栓堵放在其底部，向斗内注满混凝土后，用吊机副勾钢丝绳把隔水栓快速提出，使混凝土在很短的时间内着陆到孔底，完成封底工作，之后，应连续、紧凑的进行灌注，严禁中途停工。在灌注混凝土的过程中，每灌注一盘后，刚好用测绳检测混凝土面的上上升度，计算出导管在混凝土中的埋深，一般状况下导管的埋深限制在2-6m，即拆导管前埋深不大于6m，拆导管后埋深不小于2m。每次拔管一根，每根导管的长度为2.62m，要遵循“勤拔少拔”的原则，不能通过增加导管埋深来每次拔两根或两根以上的方法来削减拔管次数。当混凝土灌注到距桩顶设计标高还有4.5m左右的距离时，现场技术人员刚好的计算出还须要的混凝土数量，并通知拌和站按须要量拌制以削减奢侈。为保证桩顶砼质量，在施工中我们要求比桩顶设计标超群灌80cm，同时用“掏筒”探测砼质量，确认合格后方可提出导管，结束混凝土的灌注工作。

b、混凝土首灌量的计算