陸上長大鉆孔樁關鍵施工技術

長大鉆孔樁關鍵施工技術及特殊問題第一部分陸上長大鉆孔樁關鍵施工技術1、工程背景2、鋼護筒施工3、成孔工藝及質量控制4、鋼筋籠加工及安裝5、水下混凝土灌注6、成樁質量檢測7、樁端后壓漿技術一

工程背景工程背景177.91m468m國內首次采用鐵路鋼箱混合梁斜拉橋結構，半漂浮體系，全長909.1m，主跨468m，索塔高177.91m。工程特點132m設計情況

樁基礎采用24根Φ3m鉆孔灌注樁，樁長132m。流塑狀淤泥質黏土

斜坡巖面

弱風化流紋斑巖層易塌孔、縮徑

鉆機穩(wěn)定性樁垂直度

進尺緩慢，0.5~1m/天

施工問題地質特點地質情況

二

鋼護筒施工2.1鋼護筒加工及運輸2.2鋼護筒導向架大直徑鋼護筒步進式導向架大直徑鋼護筒步進式導向架，包括中間設有大直徑鋼護筒通道的支撐架體，該支撐架體水平橫截面為方形，在支撐架體上部和下部的四個角上各設有一個步進式液壓導向輪。2.2鋼護筒導向架液壓振動錘及大直徑鋼護筒步進式導向架2.3鋼護筒插打200噸履帶吊為什么不能用現(xiàn)有170噸龍門吊？共振2.3鋼護筒插打鋼護筒接長插打2.4場地換填硬化鋼護筒插打三成孔工藝及質量控制

根據鉆孔施工要求，通過對國內外鉆機設備進行調研，選擇ZJD4000型全液壓動力頭鉆機用于鉆孔樁施工。通過施工過程中的控制，總結ZJD4000型鉆機的優(yōu)點有:1、全液壓驅動，扭矩大、提升力大。2、全液壓無極變速，減少鉆具沖擊損傷。3、液壓控制的減壓自動控制技術，在給定的鉆壓下實現(xiàn)恒壓自動鉆進，并且能夠實現(xiàn)過載自動保護，提高鉆孔垂直度和孔徑精度。4、懸掛式動力頭和機架均可傾斜，可快速提放鉆具，拆裝鉆桿方便、快速。3.2鉆機選型及配套鉆具鉆機型號鉆孔最

大直徑鉆孔最

深深度最大

提升力機架導

向架傾角動力頭

傾角動力頭轉速及扭矩米米噸度度轉/分噸·米轉/分噸·米ZJD4000Φ4.015022025450～6350～1615樁長132m，樁徑3.0m，孔深139.5m，3.2鉆機選型及配套鉆具

中鐵四局鉆機選型氣舉反循環(huán)ZJD4000鉆機空壓機泥漿凈化系統(tǒng)選用ZJD4000型全液壓鉆機，在鉆進中采用減壓自動控制技術，通過氣舉反循環(huán)進行鉆進和清孔作業(yè)，提高鉆孔垂直度,減小沉渣厚度。3.2鉆機選型及配套鉆具配套鉆具

鉆進過程中采用2種形式的鉆頭，分別為刮刀鉆和滾刀鉆。刮刀鉆為雙腰帶四翼形式，通水性能好，可防止鉆頭糊鉆、包泥而擴大，提高孔徑精度，減少孔底沉渣；鉆頭腰帶寬30cm，腰帶間距離130cm，使鉆頭不易擠到土層中，起到導正作用，提高鉆孔垂直度。

30cm130cm3.2鉆機選型及配套鉆具配套鉆具

滾刀鉆采用焊齒滾刀鉆頭，底部為平面設計，清孔更徹底，減小了沉渣厚度，提高了樁基承載力；不同的安裝角度布置不同尺寸和錘角的滾刀，提高鉆進效率。3.2鉆機選型及配套鉆具配套鉆具

鉆頭上部設置配重桿，在鉆進時配重桿上安裝配重，增大鉆具自重，采用小于鉆具自重的鉆壓進行鉆進，使鉆具成鉛垂狀態(tài)，增大鉆壓比，提升鉆進效率，提高鉆孔垂直度。3.2鉆機選型及配套鉆具配套鉆具采用泥漿分離器對泥漿進行凈化處理，提高泥漿的利用率，減少對環(huán)境的污染，節(jié)約成本；泥漿中的鉆碴能及時處理，凈化效果好，可有效的防止因糊鉆造成的孔徑擴大；經凈化的泥漿性能好，護壁效果好，降低了塌孔、縮徑的風險。增設扶正器，減小鉆具的自由變形長度，在重力作用下始終垂直向下，提高鉆孔垂直度。旋篩機凈化器泥漿箱3.2鉆機選型及配套鉆具1、PHP泥漿制作樁基鉆孔泥漿是由水、黏土、添加劑等組成的混合漿體，主要起到護壁、固孔、排渣的作用。在深厚砂性土層鉆孔樁施工時，孔壁土體黏聚力較差、泥漿易失水、易沉渣，自然造漿及普通黏土造漿比較難滿足鉆孔需要。

相對自然造漿及普通黏土造漿而言，PHP泥漿是在膨潤土配置的基漿中參入PHP膠體制成的。PHP泥漿失水量小，泥皮薄且致密柔韌，護壁效果好。3.3PHP泥漿參數(shù)的控制1）制漿原料膨潤土：根據工程地質條件及施工經驗選用以蒙脫石為主的鈣基膨潤土，該土具有相對密度低、粘度好、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩(wěn)定性強、固壁能力高、鉆具回轉阻力小、鉆進率高、造漿能力大等優(yōu)點，質量等級為二級標準。水：制漿用水取自河道，水質要求屬HCO3-～Ca2+型水，PH=8.1～8.5。外加劑：a、堿粉：工業(yè)碳酸鈉，其作用是可增大PH值到10，從而增加水化膜厚度，提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性，降低失水量。同時可提供Na+，對鈣土進行改性處理。b、聚丙烯酰胺（PAM）：為高分子聚合物，既可單獨制拌泥漿，又可作為膨潤土泥漿中的摻加劑，提高泥漿的粘度，降低含砂率。3.3PHP泥漿參數(shù)的控制2）制作基漿將膨潤土、水、純堿等按比例制成基漿。新制泥漿配比參照下表，現(xiàn)場根據實際情況由實驗室調配。

新制泥漿配比（1m3漿液用量）3.3PHP泥漿參數(shù)的控制

先將一定量水加入造漿機中，再按比例加入膨潤土，拌制30分鐘，使膨潤土顆粒充分分散，再按比例加入純堿進行充分攪拌制成基漿，膨潤土泥漿在靜止24h后使用可提高其粘度，基漿性能的各項指標要求如下圖所示?；鶟{性能指標3.3PHP泥漿參數(shù)的控制3）水解聚丙烯酰胺(PAM)使用的PAM為分子量為800萬的非速溶水解型，使用前先水解成PHP膠體?，F(xiàn)場水解PAM用常溫法，提前水解，水解按PAM：NaOH：H2O=10:1:600比例進行，在攪拌筒攪拌直至PAM全部分散于水中。3.3PHP泥漿參數(shù)的控制4）PHP泥漿制備

在原漿中加入一定比例的PHP使兩者充分攪拌混合即可，PHP用量根據實際測試的泥漿指標而定，一般情況下，每方原漿中加入PHP水溶解液2.0-3.0Kg。新漿需提前配置，在新漿池中儲備24h后再使用。新配制PHP泥漿性能參數(shù)表中鐵四局1.2～1.23

4%以內22～24s

95%

8～9淤泥質黏土1.15～1.2

4%以內18～22s95%

8～9粘土1.2～1.23

6%以內24～28s

95%

8～9粉砂1.15～1.3

4%以內22～24s

95%

8～9圓礫1.15～1.25

4%以內22～24

95%8～9卵石1.2～1.25

2%以內18～22s95%8～9泥質粉砂巖1.2～1.25

2%以內18～22s

95%8～9玄武玢巖1.2～1.25

2%以內18～22s95%

8～9流紋斑巖

地質條件差，地層復雜，交替變化，在鉆進過程中控制合理的泥漿參數(shù)難度大。比重含砂率黏度膠體率PH值3.3PHP泥漿參數(shù)的控制鉆進過程泥漿參數(shù)工序比重黏度（S）含砂率(％)膠體率(％)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鋼筋籠下放時間比較長，清孔泥漿指標需控制合理，比重過小增加鋼筋籠下放過程中等待風險，比重過大增加混凝土灌注風險，經總結形成清孔泥漿參數(shù)見下表：3.3PHP泥漿參數(shù)的控制清孔過程泥漿參數(shù)3.4鉆機鉆進參數(shù)的控制序號地

層參

數(shù)效

果1護筒內鉆數(shù)6鉆以下，速率0.8～1.2m/h清除粘附于護筒上的黏土2淤泥質黏土低檔慢速、大泵量、稠泥漿避免發(fā)生先擴孔后縮孔現(xiàn)象3粘土中等鉆速、大流量、恒泥漿

避免糊鉆4粉砂輕壓、慢速、大流量、稠泥漿避免孔壁不穩(wěn)定，局部擴孔或塌孔5細砂、礫石低檔、快速、優(yōu)質泥漿利于護壁和懸浮鉆碴6基巖剛進入基巖面采用輕壓、慢速鉆進防止因基巖界面存在不同程度的坡度而造成鉆孔樁傾斜根據不同的地質情況采用不同的鉆進參數(shù)，降低了擴孔、縮孔、塌孔的風險，保證鉆孔垂直度，提高成孔質量。3.5成孔質量檢測四

鋼筋籠加工及安裝4.1鋼筋籠加工場地規(guī)劃4.2鋼筋籠加工制造切割機及套絲機4.2鋼筋籠加工制造鋼筋籠加工胎架4.2鋼筋籠加工制造箍筋及內支撐問題：如何減小鋼筋籠的變形?Midas建模分析鋼筋籠自重及吊裝工況下變形情況，根據計算結果設計合理的內支撐材料、直徑及布置形式。4.2鋼筋籠加工制造主筋定位焊接4.2鋼筋籠加工制造匹配制造標記4.2鋼筋籠加工制造調整箍筋間距吊點設計1-7節(jié)吊點設計8-11節(jié)吊點設計問題：重110噸、長11節(jié)的鋼筋籠如何保證吊點可靠性?利用MIDAS建模計算分析鋼筋籠在起吊過程中的變形情況，根據需要進行吊點加固。在下部的7節(jié)鋼筋籠吊點處焊接U形鋼筋加固，在上部四節(jié)鋼筋籠吊點處焊接矩形鋼板加固。4.2鋼筋籠加工制造1-7節(jié)吊耳4.2鋼筋籠加工制造8-11節(jié)吊耳4.2鋼筋籠加工制造安裝聲測管4.2鋼筋籠加工制造安裝壓漿管4.2鋼筋籠加工制造鋼筋籠標識存放4.2鋼筋籠加工制造鋼筋籠存放鋼筋籠定位方法方案一分配梁定位法

方案二插板定位法方案三懸掛護筒法方案四自由吊掛定位法4.3鋼筋籠定位吊掛方法比選將分配梁從鋼筋籠加強箍筋之下、主筋之間穿過整個鋼筋籠，把重量傳遞到受力平臺的方法。

工藝成熟、成本低優(yōu)點主筋間距小，分配梁不易穿過；人工操作不便；分配梁容易失穩(wěn)；定位精度難控制。缺點方案一：分配梁定位法

在孔口設置一打梢環(huán)，在鋼筋籠下放到位時，插板插在加強箍筋下，重量通過插板傳遞到打稍環(huán)上的方法。組拼方便優(yōu)點主筋間距小，插板孔位置固定，插板難以全部插入；平臺受力面積小；安裝定位精度差。缺點方案二：插板定位法

打稍環(huán)安裝在鋼筋籠上之后起吊，全程使用打稍環(huán)吊裝及定位，頂節(jié)鋼筋籠采用懸掛護筒連接懸掛鋼筋的方法定位。定位準確優(yōu)點主筋間距小插板難以插入操作復雜施工成本高缺點方案三：懸掛護筒法利用可以旋轉的吊具吊裝，利用限位鋼板沿固定圓環(huán)對鋼筋籠進行精確定位，通過型鋼平臺把重量傳遞重量的方法。旋轉對位、定位準確操作方便、快速對接不受主筋間距影響型鋼平臺受力面積大不受地質條件影響特點方案四：自由吊掛定位法4.4鋼筋籠自由吊掛定位方法一般節(jié)段鋼筋籠吊掛定位4.4鋼筋籠自由吊掛定位方法頂節(jié)鋼筋籠吊掛定位十字吊具設計十字形吊具設計圖紙問題一：如何解決單鉤起吊能力不足而雙鉤起吊不能旋轉的難題？問題二：如何保證吊點處鋼筋籠不會出現(xiàn)應力集中形成較大變形？十字吊具設計“十”字型吊具由吊梁、上分配梁、下分配梁、銷軸及鋼絲繩組成，鋼筋籠起吊后通過銷軸在空間自由轉動，實現(xiàn)鋼筋籠安裝時主筋快速匹配連接的要求。通過下分配梁的四個吊點均衡受力，減小鋼筋籠起吊時的變形。溜尾抬吊1注意觀察吊具變化溜尾抬吊2注意觀察吊具變化溜尾抬吊3注意觀察吊具變化溜尾抬吊4注意觀察吊具變化溜尾抬吊5注意觀察吊具變化十字形吊具起吊完成照片十字形吊具起吊過程照片溜尾抬吊6匹配對接支撐平臺設計定位支撐平臺設計效果圖型鋼支撐平臺設計尺寸圖型鋼支撐平臺使用圖支撐平臺施工型鋼支撐平臺加工制做圖

限位鋼板設計圖限位鋼板設計

限位鋼板工作原理限位鋼板加工照片限位鋼板安裝照片鋼筋籠定位照片一般節(jié)段定位照片頂節(jié)鋼筋籠定位照片限位鋼板施工

定位環(huán)安裝吊掛定位環(huán)設計與施工吊掛定位環(huán)主要用于頂節(jié)鋼筋籠打梢，吊掛定位環(huán)上均勻設置8個Φ60mm的吊孔，用于吊錨鋼筋吊桿；沿環(huán)均勻設置4個吊環(huán)，用于多吊點起吊安裝。

定位環(huán)安裝吊掛定位環(huán)施工

吊筋焊接吊掛定位環(huán)施工吊掛定位環(huán)的外徑和鋼筋籠加強箍外徑相同，受限位板的限制，安裝后的偏差不超過1cm。

定位環(huán)定位吊掛吊掛定位環(huán)施工吊掛定位環(huán)上均勻設置8個Φ60mm的吊孔，用于吊錨鋼筋吊桿。五

水下混凝土灌注5.1設備組織罐車、泵車、吊車采用深錘法進行混凝土面測量,選用伸縮性小的鋼絲測繩。鉆孔樁四周布置四個觀測點，4個技術人員同時測量混凝土面標高，每次測量結果4個人進行相互校核，正確計算出導管在混凝土內的埋置深度。10m5m5m5.4導管埋深六

成樁質量檢測6.1超聲波檢測七

樁端后壓漿技術7.1樁端壓漿原理及作用1、固化灌注樁的沉渣（虛土）和泥皮，加固樁底樁側一定范圍的土體，使側摩阻力和端承力的提高2、膠結孔底沉渣，消除樁身過大的沉降3、修補樁身缺陷部位，保證設計承載力4、減少樁基建筑物的不均勻沉降壓力漿液對樁端土層、樁底沉渣及樁端附近的樁周巖土層起到滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結或者多形式組合等不同作用，改變其物理化學力學性能，固化樁底沉渣，從而提高樁基承載力。7.2樁底后注漿技術適用范圍樁底后注漿技術對持力層為卵礫石層最為有效，其注漿后比注漿前單樁豎向極