陆上长大钻孔桩关键施工技术

长大钻孔桩关键施工技术及特殊问题第一部分陆上长大钻孔桩关键施工技术1、工程背景2、钢护筒施工3、成孔工艺及质量控制4、钢筋笼加工及安装5、水下混凝土灌注6、成桩质量检测7、桩端后压浆技术一

工程背景工程背景177.91m468m国内首次采用铁路钢箱混合梁斜拉桥结构，半漂浮体系，全长909.1m，主跨468m，索塔高177.91m。工程特点132m设计情况

桩基础采用24根Φ3m钻孔灌注桩，桩长132m。流塑状淤泥质黏土

斜坡岩面

弱风化流纹斑岩层易塌孔、缩径

钻机稳定性桩垂直度

进尺缓慢，0.5~1m/天

施工问题地质特点地质情况

二

钢护筒施工2.1钢护筒加工及运输2.2钢护筒导向架大直径钢护筒步进式导向架大直径钢护筒步进式导向架，包括中间设有大直径钢护筒通道的支撑架体，该支撑架体水平横截面为方形，在支撑架体上部和下部的四个角上各设有一个步进式液压导向轮。2.2钢护筒导向架液压振动锤及大直径钢护筒步进式导向架2.3钢护筒插打200吨履带吊为什么不能用现有170吨龙门吊？共振2.3钢护筒插打钢护筒接长插打2.4场地换填硬化钢护筒插打三成孔工艺及质量控制

根据钻孔施工要求，通过对国内外钻机设备进行调研，选择ZJD4000型全液压动力头钻机用于钻孔桩施工。通过施工过程中的控制，总结ZJD4000型钻机的优点有:1、全液压驱动，扭矩大、提升力大。2、全液压无极变速，减少钻具冲击损伤。3、液压控制的减压自动控制技术，在给定的钻压下实现恒压自动钻进，并且能够实现过载自动保护，提高钻孔垂直度和孔径精度。4、悬挂式动力头和机架均可倾斜，可快速提放钻具，拆装钻杆方便、快速。3.2钻机选型及配套钻具钻机型号钻孔最

大直径钻孔最

深深度最大

提升力机架导

向架倾角动力头

倾角动力头转速及扭矩米米吨度度转/分吨·米转/分吨·米ZJD4000Φ4.015022025450～6350～1615桩长132m，桩径3.0m，孔深139.5m，3.2钻机选型及配套钻具

中铁四局钻机选型气举反循环ZJD4000钻机空压机泥浆净化系统选用ZJD4000型全液压钻机，在钻进中采用减压自动控制技术，通过气举反循环进行钻进和清孔作业，提高钻孔垂直度,减小沉渣厚度。3.2钻机选型及配套钻具配套钻具

钻进过程中采用2种形式的钻头，分别为刮刀钻和滚刀钻。刮刀钻为双腰带四翼形式，通水性能好，可防止钻头糊钻、包泥而扩大，提高孔径精度，减少孔底沉渣；钻头腰带宽30cm，腰带间距离130cm，使钻头不易挤到土层中，起到导正作用，提高钻孔垂直度。

30cm130cm3.2钻机选型及配套钻具配套钻具

滚刀钻采用焊齿滚刀钻头，底部为平面设计，清孔更彻底，减小了沉渣厚度，提高了桩基承载力；不同的安装角度布置不同尺寸和锤角的滚刀，提高钻进效率。3.2钻机选型及配套钻具配套钻具

钻头上部设置配重杆，在钻进时配重杆上安装配重，增大钻具自重，采用小于钻具自重的钻压进行钻进，使钻具成铅垂状态，增大钻压比，提升钻进效率，提高钻孔垂直度。3.2钻机选型及配套钻具配套钻具采用泥浆分离器对泥浆进行净化处理，提高泥浆的利用率，减少对环境的污染，节约成本；泥浆中的钻碴能及时处理，净化效果好，可有效的防止因糊钻造成的孔径扩大；经净化的泥浆性能好，护壁效果好，降低了塌孔、缩径的风险。增设扶正器，减小钻具的自由变形长度，在重力作用下始终垂直向下，提高钻孔垂直度。旋筛机净化器泥浆箱3.2钻机选型及配套钻具1、PHP泥浆制作桩基钻孔泥浆是由水、黏土、添加剂等组成的混合浆体，主要起到护壁、固孔、排渣的作用。在深厚砂性土层钻孔桩施工时，孔壁土体黏聚力较差、泥浆易失水、易沉渣，自然造浆及普通黏土造浆比较难满足钻孔需要。

相对自然造浆及普通黏土造浆而言，PHP泥浆是在膨润土配置的基浆中参入PHP胶体制成的。PHP泥浆失水量小，泥皮薄且致密柔韧，护壁效果好。3.3PHP泥浆参数的控制1）制浆原料膨润土：根据工程地质条件及施工经验选用以蒙脱石为主的钙基膨润土，该土具有相对密度低、粘度好、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点，质量等级为二级标准。水：制浆用水取自河道，水质要求属HCO3-～Ca2+型水，PH=8.1～8.5。外加剂：a、碱粉：工业碳酸钠，其作用是可增大PH值到10，从而增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。同时可提供Na+，对钙土进行改性处理。b、聚丙烯酰胺（PAM）：为高分子聚合物，既可单独制拌泥浆，又可作为膨润土泥浆中的掺加剂，提高泥浆的粘度，降低含砂率。3.3PHP泥浆参数的控制2）制作基浆将膨润土、水、纯碱等按比例制成基浆。新制泥浆配比参照下表，现场根据实际情况由实验室调配。

新制泥浆配比（1m3浆液用量）3.3PHP泥浆参数的控制

先将一定量水加入造浆机中，再按比例加入膨润土，拌制30分钟，使膨润土颗粒充分分散，再按比例加入纯碱进行充分搅拌制成基浆，膨润土泥浆在静止24h后使用可提高其粘度，基浆性能的各项指标要求如下图所示。基浆性能指标3.3PHP泥浆参数的控制3）水解聚丙烯酰胺(PAM)使用的PAM为分子量为800万的非速溶水解型，使用前先水解成PHP胶体。现场水解PAM用常温法，提前水解，水解按PAM：NaOH：H2O=10:1:600比例进行，在搅拌筒搅拌直至PAM全部分散于水中。3.3PHP泥浆参数的控制4）PHP泥浆制备

在原浆中加入一定比例的PHP使两者充分搅拌混合即可，PHP用量根据实际测试的泥浆指标而定，一般情况下，每方原浆中加入PHP水溶解液2.0-3.0Kg。新浆需提前配置，在新浆池中储备24h后再使用。新配制PHP泥浆性能参数表中铁四局1.2～1.23

4%以内22～24s

95%

8～9淤泥质黏土1.15～1.2

4%以内18～22s95%

8～9粘土1.2～1.23

6%以内24～28s

95%

8～9粉砂1.15～1.3

4%以内22～24s

95%

8～9圆砾1.15～1.25

4%以内22～24

95%8～9卵石1.2～1.25

2%以内18～22s95%8～9泥质粉砂岩1.2～1.25

2%以内18～22s

95%8～9玄武玢岩1.2～1.25

2%以内18～22s95%

8～9流纹斑岩

地质条件差，地层复杂，交替变化，在钻进过程中控制合理的泥浆参数难度大。比重含砂率黏度胶体率PH值3.3PHP泥浆参数的控制钻进过程泥浆参数工序比重黏度（S）含砂率(％)胶体率(％)PH一清1.15～1.2020～22小于1≥988～9二清1.13～1.1518～20小于1≥988～9钢筋笼下放时间比较长，清孔泥浆指标需控制合理，比重过小增加钢筋笼下放过程中等待风险，比重过大增加混凝土灌注风险，经总结形成清孔泥浆参数见下表：3.3PHP泥浆参数的控制清孔过程泥浆参数3.4钻机钻进参数的控制序号地

层参

数效

果1护筒内钻数6钻以下，速率0.8～1.2m/h清除粘附于护筒上的黏土2淤泥质黏土低档慢速、大泵量、稠泥浆避免发生先扩孔后缩孔现象3粘土中等钻速、大流量、恒泥浆

避免糊钻4粉砂轻压、慢速、大流量、稠泥浆避免孔壁不稳定，局部扩孔或塌孔5细砂、砾石低档、快速、优质泥浆利于护壁和悬浮钻碴6基岩刚进入基岩面采用轻压、慢速钻进防止因基岩界面存在不同程度的坡度而造成钻孔桩倾斜根据不同的地质情况采用不同的钻进参数，降低了扩孔、缩孔、塌孔的风险，保证钻孔垂直度，提高成孔质量。3.5成孔质量检测四

钢筋笼加工及安装4.1钢筋笼加工场地规划4.2钢筋笼加工制造切割机及套丝机4.2钢筋笼加工制造钢筋笼加工胎架4.2钢筋笼加工制造箍筋及内支撑问题：如何减小钢筋笼的变形?Midas建模分析钢筋笼自重及吊装工况下变形情况，根据计算结果设计合理的内支撑材料、直径及布置形式。4.2钢筋笼加工制造主筋定位焊接4.2钢筋笼加工制造匹配制造标记4.2钢筋笼加工制造调整箍筋间距吊点设计1-7节吊点设计8-11节吊点设计问题：重110吨、长11节的钢筋笼如何保证吊点可靠性?利用MIDAS建模计算分析钢筋笼在起吊过程中的变形情况，根据需要进行吊点加固。在下部的7节钢筋笼吊点处焊接U形钢筋加固，在上部四节钢筋笼吊点处焊接矩形钢板加固。4.2钢筋笼加工制造1-7节吊耳4.2钢筋笼加工制造8-11节吊耳4.2钢筋笼加工制造安装声测管4.2钢筋笼加工制造安装压浆管4.2钢筋笼加工制造钢筋笼标识存放4.2钢筋笼加工制造钢筋笼存放钢筋笼定位方法方案一分配梁定位法

方案二插板定位法方案三悬挂护筒法方案四自由吊挂定位法4.3钢筋笼定位吊挂方法比选将分配梁从钢筋笼加强箍筋之下、主筋之间穿过整个钢筋笼，把重量传递到受力平台的方法。

工艺成熟、成本低优点主筋间距小，分配梁不易穿过；人工操作不便；分配梁容易失稳；定位精度难控制。缺点方案一：分配梁定位法

在孔口设置一打梢环，在钢筋笼下放到位时，插板插在加强箍筋下，重量通过插板传递到打稍环上的方法。组拼方便优点主筋间距小，插板孔位置固定，插板难以全部插入；平台受力面积小；安装定位精度差。缺点方案二：插板定位法

打稍环安装在钢筋笼上之后起吊，全程使用打稍环吊装及定位，顶节钢筋笼采用悬挂护筒连接悬挂钢筋的方法定位。定位准确优点主筋间距小插板难以插入操作复杂施工成本高缺点方案三：悬挂护筒法利用可以旋转的吊具吊装，利用限位钢板沿固定圆环对钢筋笼进行精确定位，通过型钢平台把重量传递重量的方法。旋转对位、定位准确操作方便、快速对接不受主筋间距影响型钢平台受力面积大不受地质条件影响特点方案四：自由吊挂定位法4.4钢筋笼自由吊挂定位方法一般节段钢筋笼吊挂定位4.4钢筋笼自由吊挂定位方法顶节钢筋笼吊挂定位十字吊具设计十字形吊具设计图纸问题一：如何解决单钩起吊能力不足而双钩起吊不能旋转的难题？问题二：如何保证吊点处钢筋笼不会出现应力集中形成较大变形？十字吊具设计“十”字型吊具由吊梁、上分配梁、下分配梁、销轴及钢丝绳组成，钢筋笼起吊后通过销轴在空间自由转动，实现钢筋笼安装时主筋快速匹配连接的要求。通过下分配梁的四个吊点均衡受力，减小钢筋笼起吊时的变形。溜尾抬吊1注意观察吊具变化溜尾抬吊2注意观察吊具变化溜尾抬吊3注意观察吊具变化溜尾抬吊4注意观察吊具变化溜尾抬吊5注意观察吊具变化十字形吊具起吊完成照片十字形吊具起吊过程照片溜尾抬吊6匹配对接支撑平台设计定位支撑平台设计效果图型钢支撑平台设计尺寸图型钢支撑平台使用图支撑平台施工型钢支撑平台加工制做图

限位钢板设计图限位钢板设计

限位钢板工作原理限位钢板加工照片限位钢板安装照片钢筋笼定位照片一般节段定位照片顶节钢筋笼定位照片限位钢板施工

定位环安装吊挂定位环设计与施工吊挂定位环主要用于顶节钢筋笼打梢，吊挂定位环上均匀设置8个Φ60mm的吊孔，用于吊锚钢筋吊杆；沿环均匀设置4个吊环，用于多吊点起吊安装。

定位环安装吊挂定位环施工

吊筋焊接吊挂定位环施工吊挂定位环的外径和钢筋笼加强箍外径相同，受限位板的限制，安装后的偏差不超过1cm。

定位环定位吊挂吊挂定位环施工吊挂定位环上均匀设置8个Φ60mm的吊孔，用于吊锚钢筋吊杆。五

水下混凝土灌注5.1设备组织罐车、泵车、吊车采用深锤法进行混凝土面测量,选用伸缩性小的钢丝测绳。钻孔桩四周布置四个观测点，4个技术人员同时测量混凝土面标高，每次测量结果4个人进行相互校核，正确计算出导管在混凝土内的埋置深度。10m5m5m5.4导管埋深六

成桩质量检测6.1超声波检测七

桩端后压浆技术7.1桩端压浆原理及作用1、固化灌注桩的沉渣（虚土）和泥皮，加固桩底桩侧一定范围的土体，使侧摩阻力和端承力的提高2、胶结孔底沉渣，消除桩身过大的沉降3、修补桩身缺陷部位，保证设计承载力4、减少桩基建筑物的不均匀沉降压力浆液对桩端土层、桩底沉渣及桩端附近的桩周岩土层起到渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结或者多形式组合等不同作用，改变其物理化学力学性能，固化桩底沉渣，从而提高桩基承载力。7.2桩底后注浆技术适用范围桩底后注浆技术对持力层为卵砾石层最为有效，其注浆后比注浆前单桩竖向极