海上旋挖桥梁桩施工方案.doc

海上旋挖桥梁桩施工综合技术方案
一、工程概况
1.1 项目基本参数
本项目为跨海特大桥基础工程，全长2380米，共设计156根水上旋挖灌注桩，分为主墩、过渡墩及引桥三种类型。主墩桩径2.8米，桩长75-82米，单桩混凝土用量约520m³，采用嵌岩桩设计；过渡墩桩径2.0米，桩长58-65米；引桥桩径1.5米，桩长48-55米，均为摩擦桩。设计混凝土强度等级C35，钢筋笼采用HRB400E级钢筋，主筋直径28mm，保护层厚度70mm。
1.2 地质与水文条件
地质分层（自上而下）：
· ①淤泥质黏土层：厚3-6米，流塑状态，天然含水率45%-55%，易塌孔；
· ②中砂层：厚8-12米，中密-密实，含贝壳碎屑，渗透系数1.2×10⁻³m/s；
· ③圆砾层：厚5-8米，粒径20-50mm，充填砂质，最大粒径150mm；
· ④强风化花岗岩：厚10-15米，裂隙发育，岩芯呈碎块状，RQD=30%-50%；
· ⑤中风化花岗岩：作为桩端持力层，单轴抗压强度35-45MPa，要求桩端嵌入深度不小于2.5米。
水文特征：
· 潮汐类型：半日潮，平均潮差2.8米，最大潮差4.2米；
· 水流速度：涨潮0.8-1.5m/s，落潮1.2-2.0m/s；
· 最高水位：+3.8m（黄海高程，下同），最低水位：-0.5m，施工期最高浪高1.8m。
1.3 施工环境要求
· 通航条件：桥区为Ⅲ级航道，需设置临时通航孔，净宽100米，净高12米，配置AIS船舶定位系统及VHF甚高频通信设备；
· 环保要求：施工水域为海洋生态保护区，泥浆排放需达到《海水水质标准》（GB 3097-2002）第二类标准，噪声控制在昼间70dB、夜间55dB以内。
二、施工准备
2.1 技术准备
2.1.1 图纸会审与交底
组织技术团队进行三级图纸会审，重点核查：
· 桩位坐标与桥梁轴线偏差（允许±15mm）；
· 钢筋笼保护层厚度与箍筋间距（允许±20mm）；
· 嵌岩桩岩层强度与嵌入深度要求。
形成会审记录后，对施工班组进行专项交底，内容包括地质柱状图解读、钻进参数设定（如砂层转速60-80r/min，岩层转速20-30r/min）、水下混凝土灌注工艺等，留存影像交底资料。
2.1.2 施工测量控制
· 平面控制网：采用GNSS静态测量建立四等导线网，布设6个水上控制点，使用Trimble R9s接收机，平面位置中误差≤15mm；
· 高程控制：采用二等水准测量，使用Leica LS15水准仪，闭合差≤20√L mm（L为路线长度，km）；
· 桩位放样：采用极坐标法，设置十字护桩（Φ20mm钢筋，长1.2米，埋深0.8米），并用混凝土固定，放样后监理复核偏差需≤50mm。
2.2 现场准备
2.2.1 施工平台设计
采用“钢栈桥+钻孔平台”组合体系：
· 钢栈桥：长580米，宽6米，基础为Φ630×10mm螺旋钢管桩（入土深度25米），主梁采用321型贝雷梁（3排单层），分配梁为I32a工字钢，桥面铺12mm厚防滑钢板，栏杆高度1.2米，设置防眩板及警示灯；
· 钻孔平台：单个平台尺寸30m×35m，采用Φ800×12mm钢管桩（4根定位桩+8根支撑桩），桩顶设双拼I45b工字钢分配梁，平台面板为20mm厚Q345钢板，顶面标高+6.5m（高于最高水位2.7米），承载力≥600kN/m²。
2.2.2 泥浆系统布置
· 泥浆船配置：2艘1200m³自航式泥浆船，配备三级净化系统（振动筛+除砂器+离心机），处理能力100m³/h，泥浆指标控制：黏度18-22s（漏斗黏度计）、比重1.15-1.25g/cm³、含砂率≤4%；
· 泥浆循环：采用“船载泥浆池→钻孔→回流管→沉淀池→净化系统→循环池”流程，设置Φ200mm耐磨软管（工作压力1.6MPa），确保泥浆流速1.2-1.5m/s。
2.2.3 设备进场与调试
设备类型
规格型号
数量
关键参数
旋挖钻机
SR460R
4台
最大扭矩460kN·m，钻深120米，动力头转速6-30r/min
液压振动锤
DZJ-200
2台
激振力2000kN，夹持力3200kN，偏心力矩0-18kN·m
混凝土搅拌船
HZS150
1艘
生产能力150m³/h，骨料仓容量120m³，水泥罐300t×2
浮吊
300t全回转
1艘
最大作业半径40米，吊高48米，主钩额定起重量300t/12m
导管
Φ325mm×3m
1200m
壁厚10mm，丝扣连接，密封圈止水，单节重量≤250kg
设备进场后进行空载试运行（≥2小时），检查液压系统压力（主泵压力32MPa）、钻杆垂直度（偏差≤0.3%）及混凝土泵排量（≥80m³/h）。
2.3 材料准备
· 钢筋：HRB400E级钢筋（Φ28mm、Φ16mm），进场需提供质保书并见证取样送检，力学性能需符合GB/T 1499.2-2018要求；
· 混凝土：采用C35P8抗渗混凝土，配合比（水泥:砂:碎石:水:外加剂）=420:780:1050:185:6.3，坍落度200±20mm，初凝时间≥12小时，28天抗压强度≥35MPa；
· 泥浆材料：膨润土（蒙脱石含量≥70%）、纯碱（Na₂CO₃，纯度≥98%）、CMC（羧甲基纤维素，黏度≥50000mPa·s），进场需检测含水率、细度模数等指标。
三、施工部署
3.1 施工分区与流程
· 分区划分：按主墩（A区）、过渡墩（B区）、引桥（C区）划分3个施工区，A区配置2台钻机，B、C区各1台；
· 施工顺序：遵循“先深后浅、先主后次”原则，A区优先施工，单桩流程为：平台搭设→钢护筒下沉→钻孔→清孔→钢筋笼吊装→混凝土灌注→桩头处理；
· 工期计划：总工期210天，其中A区60天（30根桩）、B区75天（48根桩）、C区75天（78根桩），单桩施工周期：主墩10天、过渡墩8天、引桥6天。
3.2 劳动力配置
工种
人数
职责范围
钻机操作工
8人
钻机操作、钻进参数调整、故障排查
钢筋工
12人
钢筋笼制作、焊接、吊装定位
混凝土工
10人
导管安装、混凝土灌注、试块制作
测量工
4人
桩位放样、护筒定位、孔深测量
安全员
3人
平台安全检查、设备防护、应急管理
船舶调度员
2人
泥浆船、搅拌船、浮吊协调调度
四、关键施工技术
4.1 钢护筒施工
· 护筒参数：Φ3000mm（主墩）、Φ2200mm（过渡墩）、Φ1700mm（引桥），采用16mm厚Q355B钢板卷制，长度18-25米（穿过淤泥层及砂层），底部30cm设刃角（坡度1:10）；
· 下沉工艺：采用“导向架定位+液压振动锤下沉”，导向架采用型钢焊接（偏差≤20mm），振动锤启动时先慢后快（激振力由50%逐步提升至100%），护筒垂直度偏差≤1/200，顶面高出平台面30cm，焊接防溢挡板；
· 防渗处理：护筒与平台间隙采用橡胶止水带密封，底部3米范围灌注水泥浆（水灰比0.5），注浆压力0.8-1.2MPa，确保渗透系数≤1×10⁻⁶m/s。
4.2 旋挖钻孔施工
4.2.1 钻进工艺
· 钻头选择：淤泥层用双底捞砂斗（齿间距5cm），砂层用短螺旋钻头（螺距25cm），圆砾层用嵌岩筒钻（合金齿硬度HRC60），岩层用牙轮钻头（布齿密度8齿/100cm²）；
· 钻进参数（主墩为例）：
o 淤泥层：转速18r/min，进尺速度0.5-0.8m/min，泥浆比重1.20-1.25；
o 砂层：转速12r/min，进尺速度0.3-0.5m/min，泥浆黏度20-22s，开启泥浆净化系统；
o 岩层：转速6-8r/min，进尺速度0.1-0.2m/min，钻压180-220kN，每钻进30cm提钻清渣；
· 孔深控制：采用测绳（精度±5cm）与地质钻芯对比，终孔时孔底沉渣≤50mm（嵌岩桩）或≤100mm（摩擦桩）。
4.2.2 常见问题处理
· 塌孔：立即提钻，回填黏土（掺3%水泥）至塌孔面以上2米，静置24小时后重新钻进，必要时采用Φ108mm套管跟进；
· 偏孔：当偏差＞1%孔深时，回填片石（粒径5-10cm）至偏孔处以上1米，用低转速（6r/min）慢进尺扫孔，反复2-3次；
· 卡钻：先尝试反转（转速3-5r/min）提升，若无效则采用水下切割钻具，严禁强行起拔（避免钻杆断裂）。
4.3 钢筋笼制作与吊装
· 制作要求：主筋采用直螺纹连接（I级接头，抗拉强度≥540MPa），连接区段长度35d（d为主筋直径），同一截面接头率≤50%；箍筋为Φ10mm螺旋筋（间距20cm），与主筋点焊（每2米设一道加强箍，Φ20mm）；
· 吊装工艺：采用250t浮吊（主钩+副钩四点吊装），钢筋笼分2-3节制作（每节长25-30米），节段连接用20个Φ32mm定位销临时固定，焊接完成后拆除；吊点设4个（对称布置），采用Φ32mm吊环（HRB335级钢筋），吊装时垂直度偏差≤1/400；
· 定位固定：钢筋笼顶设4根Φ20mm导向筋（长2米，焊于加强箍），下放至设计标高后用4根Φ32mm吊杆（上端固定于平台分配梁），确保保护层厚度偏差±20mm。
4.4 水下混凝土灌注
· 导管安装：采用丝扣连接（涂抹黄油密封），底部距孔底30-50cm，首次埋管深度≥1.0米，导管提升时保持埋深2-6米（测绳每30分钟检查一次）；
· 混凝土供应：搅拌船连续生产，首盘混凝土量≥8m³（保证导管埋深），运输采用Φ300mm高压软管（出口压力0.8MPa），混凝土初凝前完成灌注；
· 灌注控制：
o 坍落度：180-220mm（每车检测），扩展度≥500mm；
o 上升速度：≥2m/h，单桩灌注时间≤8小时；
o 超灌高度：0.8-1.2米（确保桩头混凝土强度），灌注完成后24小时内凿除浮浆。
五、质量与安全控制
5.1 质量控制要点
· 成孔质量：孔位偏差≤100mm，孔径≥设计桩径，垂直度≤1/200，孔底沉渣≤50mm（嵌岩桩）；
· 混凝土质量：每50m³制作1组试块（标养28天），抗压强度≥35MPa，抗渗等级≥P8；
· 钢筋笼质量：主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm，保护层厚度±20mm，焊接长度（双面焊）≥5d、（单面焊）≥10d；
· 验收标准：按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）要求，进行桩基低应变检测（Ⅰ类桩≥90%）、声波透射检测（全覆盖）及钻芯取样（每墩1根）。
5.2 安全控制措施
· 平台安全：每日检查钢管桩沉降（≤10mm/天）、贝雷梁螺栓扭矩（≥300N·m），栏杆设置防攀爬网，平台边缘设20cm高踢脚板；
· 设备安全：钻机作业时钻杆垂直度偏差≤0.5°，钢丝绳磨损量≤10%，液压系统压力不超过额定值的90%；
· 水上作业：施工人员穿救生衣（浮力≥75N），平台设置救生圈（间距50米）、救生艇（2艘，配备GPS及急救箱），雷雨天气停止作业（风速≥15m/s时撤离平台）；
· 应急管理：编制防台、防汛、沉船应急预案，组织每月演练，储备应急物资（抽水泵10台、应急电源200kW发电机2台、堵漏棉500kg）。
5.3 环保措施
· 泥浆处理：严禁向海中排放废浆，经净化后含水率≤30%的泥渣运至指定弃渣场，废水经三级沉淀池（pH值6-9）处理后排入市政管网；
· 噪声控制：钻机加装隔音罩（噪声≤85dB），夜间（22:00-6:00）禁止强噪声作业，必要时设置声屏障（降噪量≥25dB）；
· 生态保护：施工区周边500米设生态监测点（监测浮游生物、水质透明度），严禁向海中丢弃垃圾，船舶油污集中回收（配备200L废油桶）。
六、施工监测与验收
6.1 施工监测
· 平台沉降：采用全站仪监测（每3天1次），累计沉降≤50mm，不均匀沉降≤10mm；
· 钻孔垂直度：采用测斜仪（每钻进10米测1次），顶角偏差≤0.5°，方位角偏差≤1°/100米；
· 混凝土灌注：采用超声波液位计实时监测混凝土面高度，数据同步传输至监控平台（偏差报警值±30cm）。
6.2 验收流程
1. 分项验收：钢护筒下沉、成孔、钢筋笼制作、混凝土灌注分别报监理验收，签署《隐蔽工程验收记录》；
2. 第三方检测：成桩后28天进行低应变（检测桩身完整性）、声波透射（检测桩身缺陷）及承载力试验（静载试验，每合同段≥2根）；
3. 竣工验收：提交施工日志、检测报告、原材料质保书等资料，按《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）进行评定，合格后方可进入下道工序。
本方案通过系统整合海上施工平台设计、旋挖钻进工艺、混凝土灌注控制等关键技术，结合地质水文条件优化施工参数，可确保桩基施工质量满足设计要求，同时实现安全、环保、高效的施工目标。施工过程中需根据实际地质变化动态调整工艺参数，强化全过程监测与应急管理，保障工程顺利实施。