李國平鉆孔樁施工技術(shù)與設(shè)備簡介

1、我國橋梁及風(fēng)電樁基礎(chǔ)施工技術(shù)與設(shè)備目 錄 一、橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)簡介 二、風(fēng)電樁基礎(chǔ)施工技術(shù)簡介 三、橋梁（風(fēng)電）樁基礎(chǔ)施工技術(shù)發(fā)展方 向 四、 橋梁（風(fēng)電）樁基礎(chǔ)施工設(shè)備簡介 結(jié)束語1一、橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)簡介 按橋梁樁的承力類型分摩擦樁和嵌巖樁二種；當(dāng)直徑大于等于2.5m,樁長大于90m時(shí)，俗稱為大直徑超長鉆孔樁,按樁的數(shù)量分布看引橋樁及跨度不大的橋梁樁一般直徑較小多在陸地淺灘，占總數(shù)的70-80%之上，大直徑超長樁多在跨度較大跨越江河湖海之上的大型、特大型橋梁主橋中，占總數(shù)的20%不到；鉆孔方法按鉆機(jī)類型可分為沖擊鉆、旋轉(zhuǎn)鉆、旋挖鉆、套管鉆、組合鉆（沖擊+旋轉(zhuǎn)、旋挖+沖擊、旋挖+旋轉(zhuǎn)、套

2、管+旋挖或旋轉(zhuǎn)等），沖擊鉆、旋轉(zhuǎn)鉆采用的是正、反泥漿循環(huán)排渣工藝，旋挖鉆、套管鉆采用的是直接取土法，旋挖鉆需泥漿護(hù)壁，套管鉆不需要，旋挖鉆、旋轉(zhuǎn)鉆、沖擊鉆是目前主要施工方法，且旋挖鉆在近幾年大有取代沖擊鉆和小型旋轉(zhuǎn)鉆的趨勢，旋轉(zhuǎn)鉆在大直徑超長孔施工方面仍有一定優(yōu)勢，套管鉆在城軌地鐵高層建筑咬和樁方面有應(yīng)用且具有優(yōu)勢，套管組合鉆在港澳地區(qū)應(yīng)用較多，其他組合方式在國內(nèi)也有嘗試。2橋梁鉆孔樁樁型摩擦樁嵌巖樁樁長大孔徑超長鉆孔樁長樁、中長樁、短樁鉆機(jī)類型沖擊鉆、旋轉(zhuǎn)鉆、旋挖鉆、套管鉆、組合鉆3 二、海上風(fēng)電樁施工技術(shù)簡介 近年來海上風(fēng)電施工掀起高潮，大直徑樁基礎(chǔ)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。一般采用單樁基礎(chǔ)和高

3、樁承臺基礎(chǔ)兩種型式，其中單樁基礎(chǔ)分為單樁非嵌巖和單樁嵌巖兩種，樁徑較大，施工方法有直接打入和鉆孔方式，需鉆孔時(shí)可采用抱管式平臺鉆機(jī)或平臺式鉆機(jī)鉆孔，鉆頭需設(shè)計(jì)成伸縮式；高樁承臺基礎(chǔ)樁徑小數(shù)量多，有直樁和斜樁二種，施工方法有直接打入和鉆孔方式，鉆孔樁施工類似與橋梁橋梁鉆孔樁施工，如福清風(fēng)電項(xiàng)目，最大不同在于風(fēng)電樁對成孔質(zhì)量要求更高。4567我國在橋梁（風(fēng)電）工程中常用的主要樁型及最大規(guī)格 樁型最大樁長或深度（m）最大直徑或截面（mm）用途鉆(沖)孔灌注樁1506500建筑、橋梁、豎井、風(fēng)電鋼筋混凝土預(yù)制方樁75600600建筑、橋梁鋼管樁893000橋梁、建筑、風(fēng)電預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁4012

4、00碼頭、橋梁8三、橋梁（風(fēng)電）樁基礎(chǔ)施工技術(shù)發(fā)展方向 1、樁的尺寸向長大方向發(fā)展 基于高層、超高層建筑物及大型深水橋主塔、海上風(fēng)電等基礎(chǔ)等承載的需要，樁徑越來越大，樁長越來越長。歐美及日本的鋼管樁長底已達(dá)100m以上，樁徑超過2500mm，大橋局在建的孟加拉帕特瑪大橋鋼管樁直徑3000mm，樁長約100米，有直樁和斜樁二種；工程反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔灌注樁直徑為1000-6500mm，樁長深達(dá)150m；平潭海峽大橋反循環(huán)嵌巖鉆孔灌注樁直徑4.5米深度達(dá)120m；南京大勝關(guān)長江大橋主塔墩基礎(chǔ)反循環(huán)鉆孔灌注樁直徑3m，深度約150m。92、向攻克樁成孔難點(diǎn)方向發(fā)展 1、隨著樁工機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多

5、高效成孔設(shè)備和新的成孔工法，沖擊反循環(huán)鉆機(jī)和潛孔錘式鉆機(jī)提高了硬巖的鉆進(jìn)效率，但目前主要在小孔徑樁中得到應(yīng)用。 2、隨著徐工、三一、中車等大型工程機(jī)械制造企業(yè)對旋挖鉆機(jī)研發(fā)實(shí)力的提升，極大地提高了在一般地層中的鉆進(jìn)效率，目前在孔徑3m以內(nèi)，深度120m以內(nèi)的各類地層樁中得到大量使用。 3、為滿足國內(nèi)大跨度橋梁和海上風(fēng)電樁施工技術(shù)的要求，國內(nèi)專門研制出以4000、5000系列的大孔徑、超長樁、液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)，可以施工直徑6m左右，孔深150m以內(nèi)的各類地層樁，今后將克服百米左右水深，孔深達(dá)200米左右。103、向低公害工法樁方向發(fā)展 泥漿護(hù)壁法鉆、沖孔灌注樁雖然被較廣泛地采用，但由于泥漿的使用造

6、成施工現(xiàn)場不文明及泥漿排除的困難，成為施工者頭痛之事。因此，旋挖鉆機(jī)的鉆斗鉆頭成孔因其取土作業(yè)加之所使用的穩(wěn)定液可由專用的倉罐貯存，現(xiàn)場較為文明，國內(nèi)此類成樁工藝的采用日趨增多。11貝諾特灌注樁基本原理 貝諾特（Benoto）灌注樁施工法為全套管施工法。該法利用搖動(dòng)裝置的搖動(dòng)（或回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)）使鋼套管與土層間的摩阻力大大減少，邊搖動(dòng)（或邊回轉(zhuǎn)）邊壓入，同時(shí)利用沖抓斗挖掘取土，直至管下到樁端持力層為止。挖掘完畢后立即進(jìn)行挖掘深度的測定，并確定樁端持力層，然后清除虛土。成孔后將鋼筋放入，接著將導(dǎo)管豎立在鉆孔中心，最后灌注混凝土成樁。貝諾特法實(shí)質(zhì)上是沖抓斗跟管鉆進(jìn)法。12CFA工法樁 CFA工法樁

7、可譯為長螺旋鉆孔壓灌樁，在法、英、意、德、美等國比較流行。該鉆機(jī)均由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，扭矩較大，采用混凝土泵車通過鉆桿內(nèi)腔直接灌注混凝土，在合適的地層和深度，施工效率一般為150-200m/d，目前鉆孔直徑達(dá)1200mm，深度為20m左右。 134、向擴(kuò)孔樁方向發(fā)展 海上風(fēng)電單樁嵌巖基礎(chǔ)必需采用鉆擴(kuò)成孔工藝。145、向埋入式樁方向發(fā)展 鋼筋混凝土預(yù)制樁和鋼樁的設(shè)樁工藝有打入式、壓入式（靜壓式）和埋入式三種，目前在海上風(fēng)電得到大量應(yīng)用。156、向組合式工藝樁方向發(fā)展 由于承載力的要求，環(huán)境保護(hù)的要求及工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件的限制等，采用單一工藝的樁型往往滿足不了工程要求，實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)組合式工藝樁。

8、 例如，鉆孔擴(kuò)底灌注樁有成直孔和擴(kuò)孔兩個(gè)工藝；樁端壓力注漿樁有成孔成樁與成樁后向樁端地層注漿兩個(gè)工藝；預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁有鉆孔、注漿、插樁及輕打（或壓入）等工藝16四、橋梁（風(fēng)電）樁基礎(chǔ)施工設(shè)備簡介 隨著我國橋梁技術(shù)和基礎(chǔ)施工裝備發(fā)展及國外先進(jìn)施工技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)消化吸收，深水大跨度橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)日益成熟，超大直徑超長鉆孔樁基礎(chǔ)逐漸增加，大橋局作為建橋國家隊(duì)，在大直徑超長鉆孔樁基礎(chǔ)施工裝備方面一直處于引領(lǐng)地位，同時(shí)國內(nèi)樁工設(shè)備研制水平不斷提升，豐富和提升了我國橋梁（風(fēng)電）樁基礎(chǔ)施工技術(shù)水平。 九十年代中后期以前，我國橋梁樁工設(shè)備技術(shù)水平落后鉆機(jī)以沖擊鉆和10tm以下機(jī)械式轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)為主（BRM

9、系列和GPS系列鉆機(jī)為代表），打樁錘以小噸位柴油錘和以DZ系列為代表電動(dòng)錘為主振動(dòng)力不足百噸，當(dāng)時(shí)橋梁鉆孔樁徑不超2米，武漢長江二橋主墩為2米鉆孔樁，樁深不到80米為國內(nèi)先進(jìn)水平，這一時(shí)期可稱為1.0-2.0時(shí)代。 九十年代中期至2004年，蕪湖公鐵長江橋3米直徑嵌巖樁施工研制了3000系列20tm液壓鉆機(jī)和中250電動(dòng)振動(dòng)錘開始，我國建橋樁工設(shè)備和技術(shù)水平得到極大提高，這一時(shí)期橋梁鉆孔樁直徑大多在3米及3米以內(nèi)，樁深超百米，同時(shí)360以內(nèi)旋挖鉆機(jī)逐步發(fā)展應(yīng)用起來，與世界先進(jìn)水平尚有一定差距，這一時(shí)期可稱為3.0時(shí)代。17 2005年-2013年武漢天興洲長江大橋直徑3.4米嵌巖樁和稍晚的嘉紹

10、大橋直徑3.8米摩擦樁施工研制了KTY4000系列30tm液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)，并研制了配套使用的大型起重吊船和水上混凝土工作船且引進(jìn)了世界上先進(jìn)的液壓振動(dòng)樁（APE600)，這一時(shí)期橋梁鉆孔樁直徑大多在4米以內(nèi)，樁深達(dá)150米，小型旋轉(zhuǎn)鉆和沖擊鉆應(yīng)用逐步萎縮，我國建橋樁工設(shè)備和技術(shù)水平得到更大提高，達(dá)到或超越世界先進(jìn)水平，這一時(shí)期可稱為4.0時(shí)代。 2014年至今平潭公鐵大橋直徑4.5米嵌巖樁研制了KTY及ZSD5000型液壓動(dòng)力頭50tm鉆機(jī)，目前國內(nèi)正在研制100tm動(dòng)力頭鉆機(jī)并引進(jìn)或研制如沖擊錘(S800)，3600噸浮吊、風(fēng)電工作船等大批先進(jìn)施工設(shè)備 ，同時(shí)460、500、550、580等

11、國內(nèi)外大扭矩旋挖鉆機(jī)得到進(jìn)一步發(fā)展和更多應(yīng)用于橋梁大樁施工中來，滿足在各類復(fù)雜地質(zhì)，江河湖海復(fù)雜水文條件下橋梁及風(fēng)電等工程基礎(chǔ)施工需要，我國建橋樁工設(shè)備和技術(shù)水平得到更大提升，超越世界先進(jìn)水平，這一時(shí)期可稱為5.0時(shí)代。 大致簡介如下：1819各種鉆機(jī)性能參數(shù)20 5000鉆機(jī)施工用4.5米嵌巖樁鉆頭21BG46旋挖鉆機(jī)性能參數(shù)22嵌巖斜樁施工23空壓機(jī)及泥漿分離器性能參數(shù)24“大橋海威951”95米打樁船主要技術(shù)參數(shù)25各種振動(dòng)錘性能參數(shù)26“ 華爾辰 ”號風(fēng)機(jī)安裝及打樁船“華爾辰”號風(fēng)電工程專用船，可廣泛適用于沿海水域環(huán)境條件下的施工作業(yè)，并可實(shí)現(xiàn)坐灘作業(yè)，特別適用于單樁基礎(chǔ)和導(dǎo)管架基礎(chǔ)型

12、式海上風(fēng)電施工。從公司承接的珠海桂山200MW 海上風(fēng)電項(xiàng)目（導(dǎo)管架基礎(chǔ)型式）和中電投濱海北 100MW 海上風(fēng)電項(xiàng)目（單樁基礎(chǔ)型式）的施工實(shí)踐中明顯看出，“華爾辰”號功能優(yōu)勢明顯，配套船機(jī)設(shè)備少，施工成本低，效率高，在海況較良好的情況下單月完成了 10 組風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工，在鋼樁供應(yīng)及時(shí)的情況下，可實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)完成 1 個(gè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工。通過與同行業(yè)對比分析，“華爾辰”號具有除了施工成本低外，還諸多十分明顯的比較優(yōu)勢：該船最大起重量為 1200 噸，并配備起升高度為水面以上 120 米的 400 噸全回轉(zhuǎn)吊機(jī)，能夠完成重量 1200 噸、高度 120 米的 1.5MW-6MW 風(fēng)機(jī)機(jī)型基礎(chǔ)施工

13、和吊裝；該船可實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電基礎(chǔ)施工、導(dǎo)管架吊裝、風(fēng)機(jī)散拼、風(fēng)機(jī)運(yùn)輸、風(fēng)機(jī)吊裝等“一條龍”作業(yè)，是當(dāng)前國內(nèi)功能全、實(shí)用廣、經(jīng)濟(jì)便捷的海上風(fēng)電工程專用船；該船配備了從德國進(jìn)口 MHU1900S 型特大能量的液壓打樁錘，能夠完成直徑 3-7 米的鋼管樁一次性沉樁，而且可以進(jìn)行水下打樁作業(yè)，是目前國內(nèi)打樁能力最強(qiáng)和最快的打樁錘；該船獨(dú)特的雙體結(jié)構(gòu)和中心起吊方式，具有作業(yè)平穩(wěn)、吊裝精度高、施工方便等特點(diǎn)，“華爾辰”號為自航船，能便捷完成船舶移位和海上避風(fēng)工作。272829 “福船三峽”號風(fēng)機(jī)安裝船 “福船三峽”總長108.5米，垂線間長99米，型寬40.8米，型深7.8米，設(shè)計(jì)吃水4.5米，帶動(dòng)力定位系

14、統(tǒng)，最大作業(yè)水深50米；平臺艉部左舷配置一臺1000噸電動(dòng)全回轉(zhuǎn)繞樁式起重機(jī)，艏部右舷升降機(jī)構(gòu)室附近配置一臺200噸全回轉(zhuǎn)起重機(jī)，平臺主要用于基座、塔架、機(jī)艙以及葉片等風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸和吊裝，可用于水上打樁作業(yè)和樁基建設(shè)，以及海上打撈等作業(yè)。該平臺可攜帶5MW風(fēng)機(jī)3臺或7MW風(fēng)機(jī)兩臺，作業(yè)面積大于2500平方米，具備安裝和組裝同時(shí)進(jìn)行的場地規(guī)模和起吊能力。是集大型風(fēng)車構(gòu)件運(yùn)輸、起重和安裝功能于一體的海洋專業(yè)工程特種船舶。作為最新一代海上風(fēng)電專用安裝船，該船自動(dòng)化程度高，具有國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平。30“海天”號混凝土工作船性能參數(shù)31“大橋海天2”混凝土工作船性能參數(shù)3233大型起重船性能參數(shù) “大橋海

15、宇”1000噸起重船3435 “大橋海鷗”3600T雙臂架變幅式浮式起重船36起重主鉤安全起重量左臂架主鉤（左臂架后主鉤Z1、左臂架前主鉤Z2）2900t右臂架主鉤（右臂架后主鉤Z3、右臂架前主鉤Z4）2900t滿載起升速度0.151.5m/min輕載起升速度（小于40%額定載荷）0.153m/min空載起升速度 0.153m/min船首外工作幅度/約68.3566.44（雙主鉤連線的中點(diǎn)）38m42m，工作幅度42m時(shí)，前后主鉤中心線距水面80m處，至臂架凈空不小于24.5m水上起升高度(工作幅度42m) 110m入水深度 10m工作幅度 38m90m主鉤船首外最大工作幅度/約39.17 9

16、0m主鉤在最大幅度時(shí)的載荷 單臂架：2200t，雙臂架：4200t后主鉤單鉤：400t在42m幅度，主鉤空載時(shí)，兩個(gè)前主鉤起升高度可強(qiáng)制從110m抬高至117m起重副鉤安全起重量左臂架副鉤（副鉤F1） 300t右臂架副鉤（副鉤F2）300t滿載起升速度0.66 m/min輕載起升速度（小于40%額定載荷） 0.612 m/min空載起升速度 0.612 m/min船首外工作幅度/約68.3539.17 48.2104主鉤42m幅度時(shí)，副鉤與前主鉤水平間距不小于6m水上起升高度(工作幅度42m) 130m入水深度 10m37索具鉤安全起重量左臂架索具鉤（左臂架后索具鉤S1、左臂架前索具鉤S2）

17、210t右臂架索具鉤（右臂架后索具鉤S3、右臂架前索具鉤S4） 210t滿載起升速度 1.515.0m/min輕載起升速度（小于40%額定載荷）1.530.0m/min空載起升速度 1.530.0m/min起升高度（水面上） 0112m穩(wěn)索絞車參數(shù)左臂架穩(wěn)索絞車（左穩(wěn)索絞車W1、左中穩(wěn)索絞車W2） 235t右臂架穩(wěn)索絞車（右中穩(wěn)索絞車W3、右穩(wěn)索絞車W4） 235t滿載鋼繩速度0.656.5m/min變幅正常工作角度約39.1768.35工作變幅時(shí)間 約30min臂架由最大角度到通航角度變幅時(shí)間 約52min臂架通航角度 約1438大直徑樁基礎(chǔ)在橋梁中的施工應(yīng)用簡介 在內(nèi)河大跨度深水橋梁上主墩

18、大量采用的是大直徑群樁基礎(chǔ)如武漢天興洲橋二個(gè)主墩（單墩42根3.4米樁)，南京大勝關(guān)橋三個(gè)主墩(單墩46根3.0米樁），核心技術(shù)有平臺采用的是雙壁浮式鋼圍堰，錨式定位，交替式用部分鋼護(hù)筒承載，以適應(yīng)長江水位變化全時(shí)段施工問題，采用APE600液壓振動(dòng)錘完成護(hù)筒插打跟進(jìn)，大橋局研制的3000、4000型鉆機(jī)鉆孔，鉆孔樁施工完成后圍堰下放到設(shè)計(jì)高程，進(jìn)行封底及承臺等后續(xù)工序施工，水上混凝土工作船完成封孔，封底及承臺墩身大體積混凝土施工作業(yè)，大型浮吊船及門機(jī)配合作業(yè)。39 近幾年，在近海及海灣橋梁中大量采用了大直徑樁基礎(chǔ)，如嘉紹大橋V標(biāo)采用了130根3.8米孔深120米單樁獨(dú)拄摩擦樁，該橋地處錢塘江

19、入?？?，施工環(huán)境惡劣風(fēng)大潮汐頻繁，江上不能停泊大型施工船，采用長棧橋平臺施工，平臺采用鋼管樁承力,作業(yè)平面模塊化設(shè)計(jì)，使水上施工變?yōu)殛懙厥┕ぃ脚_施工快捷并能多次倒用，4.1米護(hù)筒采用APE600一次差打到位，鉆孔用大橋局研制的4000型鉆機(jī)施工，岸上供應(yīng)談水，鉆孔工藝采用談水泥漿成孔，確保了成孔質(zhì)量，C45混凝土由岸上工廠供應(yīng)。40 平潭海峽大橋采用了194根4.0米(144根）4.5米（50根），為國內(nèi)大橋首次大規(guī)模采用最大鉆孔直徑嵌巖樁。該橋施工環(huán)境極其惡劣，全年300多天6級以上大風(fēng)天氣，浪高涌激，潮汐頻繁流速大，孤石礁石大量存在，地質(zhì)情況及其復(fù)雜，采用棧橋加海上平臺，海威951插打管樁和工廠制作鋼管架群2000噸