试桩工艺技术交底.doc

东海大桥Ⅳ标
海 上 钻 孔 灌 注 桩

试桩工艺技术交底

路桥建设东海大桥项目总经理部
二OO三年元

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一、试桩位置
本标段试桩桩位选择在K12桥PM241墩，如下图：

二、试桩目的
1、通过本次试验提出桩侧的分层极限摩阻力和桩端极限承载力，验证地质报告提出的相关数据。经分析后，确定Φ2.5m钻孔灌注桩在注浆前后的单桩极限承载力，为验证、优化大直径钻孔灌注桩的设计提供重要参数。
2、通过本次试验对海上钻孔灌注桩的淡水泥浆配比；水下混凝土配比；成孔、成桩（清孔、下钢筋笼、二次清孔、灌注混凝土）、后注浆等施工工艺进行专题研究及科学试验和检测分析。为确定合适的施工机具设备，确定钻孔灌注桩的施工工艺等提供重要的参数。
三、施工平面布置图

四、试桩施工工艺流程
根据钻孔灌注桩常规施工工艺和本标段施工特点相结合，拟定试桩施工艺流程如下：

五、施工工艺
（一） 钢护筒施工
钢护筒设计内径2876mm，外径（钢板外缘）2900mm。设环向、竖向加劲（用［8a制作］。
钢护筒振沉技术要求：钢护筒平面位置偏差≤5cm；
钢护筒垂直线倾斜不大于1%。
钢护筒振沉后要检测护筒上口平面位置、倾斜度、倾斜方向，并以此推算出钢护筒底口的平面位置，以便为钻机就位和将来的承台施工提供依据。
（二）泥浆循环体系
1、泥浆的配制
由于海水中［Cl-］含量高，对桩基钢筋有腐蚀作用，若用海水泥浆，则会影响桩基结构质量，因此，我部决定在整个成孔的全过程使用淡水造浆，并利用淡水泥浆循环除渣和清孔。拟定钻孔灌注桩新拌泥浆配合比见下表。
拟采用的淡水钻孔泥浆配合比
泥浆配合比
淡水(Kg)
膨润土(Kg)
CMC(Kg)
聚丙烯酸铵(Kg)
纯碱(Kg)
100
8
0.003
0.003
0.03
泥浆各项性能指标测试如下：
比重：1.12g/ml
含砂率：<4%
失水量：<17ml/30min
粘度：18～22s
净切力：3.2g/cm2
胶体率：98.5%
泥皮厚度：1.5～2.0mm
PH值：9
正式施工时结合桥位处具体的地质水文条件和钻进施工的实际情况，以及对泥浆各项指标的实测结果，适当调整泥浆的基本配合比。泥浆现场检测项目包括稳定性检验、泥皮形成性检验、泥浆流动性检验、泥浆比重检验等。
2、泥浆循环系统
①、泥浆循环系统中相关参数的计算
根据我公司以往的施工经验，KP3500型（或中昇）全液压转盘式钻机在粉砂层、细砂、粗砂层等地层钻孔进尺平均可达0.50~0.7m/h，按基桩桩长110m，单桩成孔时间为8天左右（有效作业天数）。每个孔内土体方量约为540m3，根据我们在钻孔灌注桩方面的施工经验，完成一个孔约需要1.2×(孔内土体方量540m3+扩孔方量540m3×0.1+孔内河床至泥浆顶段体积70m3+泥浆渗透部分56m3)=864 m3泥浆（考虑了泥浆的再利用）。泥浆比重按1.12t/m3算，则完成一个孔约需淡水为：864×1.12×100/(100+8+0.003+0.003+0.03)=896t，同理可分别求得完成一个孔所需其它原料：膨润土72t，CMC27Kg，聚丙烯酸铵27Kg，纯碱269Kg。一根桩按成孔时间8天计算，则可计算出每个开钻孔每天所需泥浆原料如下表。
试桩每天配置泥浆所需泥浆原料
泥浆配合比
淡水(t)
膨润土(t)
CMC(Kg)
聚丙烯酸铵(Kg)
纯碱(Kg)
112
9
3.4
3.4
34
根据上面对试桩开钻每天所需泥浆原料的计算可初步计算试桩每天所需运走的钻渣及废浆。试桩的钻渣数量约为500 m3(取孔内土体方量)，钻渣中携带泥浆为循环体系中泥浆的损失约50m3，冲洗钻渣所用海水约为50 m3，即一根桩在8天成孔过程中共须运走钻渣及废浆等总重量应为：540×2.0+50×1.2+50×1.0=1190t，则每天须运走钻渣及废浆等重量应为1110/8=148.75t，按150t计。
②、制备泥浆所需主要原材料的供给及相关处理
·淡水
考虑到自然因素对船运的影响，试桩施工时拟在平台上储存整个孔施工所用淡水896t。储水池统一采用平台上的护筒，单根护筒（未浇注砼且未开钻的孔）储水量为3.14×(2.92/4)×(7+8)=100m3，则需9个护筒。护筒在储存淡水之前应尽量将护筒内的海水及淤泥抽尽。
拟定在试桩平台配备一艘1000t的水船（考虑了平台全面开钻所需淡水），开钻前将储水池内加满淡水。
·膨润土
用货驳分两次将膨润土转运至平台(堆放位置见施工平面布置图)。
·钻渣、废浆的处理
拟用两艘250t泥驳轮换转运钻渣和废浆至指定排放地点。
③、钻孔过程中的泥浆循环
从本标段三座辅通航孔桥地质报告可以看出，⑦层以上地质宜采用正循环成孔，⑦层及以下部分地质宜采用反循环成孔。施工时先用泥浆泵将造浆池、循环池、沉淀池及开钻孔内的海水（包括部分淤泥）尽量（在保证护筒内外海水不贯通的情况下）抽净，然后在开钻孔内加入一定量的膨润土和淡水，利用钻机反循环成浆，此时钻机只是造浆而不进尺，待泥浆数量及各项指标达到设计要求时，开始钻进。和此同时，在造浆池内按一定比例加入膨润土和淡水，利用空压机压缩空气搅拌成浆，泥浆通过连通管（或泥浆泵）从造浆池进入循环池。
在整个循环过程中，要不断在造浆池内补充淡水和膨润土等原料，以补充循环过程中泥浆的损失。
(三) 钻进
技术要求：孔的中心位置平面偏位小于5cm；
孔径不小于2500mm；
孔倾斜度小于1%；
孔深不小于设计规定。
·试桩开钻前应制定详细可行的施工作业指导书，包括施工工艺、钻孔前的设备检修、泥浆循环系统等材料准备、事故预案、安全方案、质检方案等，并备有可靠的自发电系统和满足要求的砼拌和站。
·钻孔前，绘制钻孔地质剖面图，以便按不同土层选用适当的钻进压力、钻进速度、泥浆比重(附地质剖面图)。

·在钻孔平台上铺好枕木，固定好钢轨，利用浮吊将钻机吊装就位，立好钻架并调整、安设好起吊系统，将钻头吊入护筒内准备钻孔。
·钻机安装就位后，调整底座并保持平稳，以保证在钻进和运行中不产生位移及沉陷，否则找出原因，及时处理。
·钻孔作业时采用减压钻进，根据不同土层选择和之相适应的进尺和转速。对于淤泥质土层，采用低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进，每小时进尺不大于1m，以免发生先扩孔后缩孔现象，对于亚粘土层，采用低档慢速、优质泥浆、大泵量钻进的方法钻进；对于粘土层采用中等钻速大泵量、稀泥浆钻进，每小时进尺不大于0.8m；对于砂层，采用轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进，每小时进尺不大于0.5m，以免孔壁不稳定，发生局部扩孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋钻现象；对砂砾层，采用轻压、低档慢速、优质浓泥浆钻进，每小时进尺不大于0.8m，确保护壁厚度以及充分浮渣；护筒底口和不同地层交接处附近，采用低档慢速、小进尺钻进，防止扩孔、塌孔和偏斜孔，每小时进尺不大于0.5m。
·钻孔过程中，及时填写钻孔施工记录，交接班时由当班钻机班长交待接班钻机班长钻进情况及下一班应注意事项。
·钻孔作业分班连续进行；经常对钻孔泥浆进行试验，不合要求时，及时调整；随时捞取渣样，检查土层是否有变化，当土层变化时及时报监理工程师并记入记录表中，且和地质剖面图核对。
·水中基桩钻孔施工由于受潮水涨落影响，注意保证孔内泥浆面任何时候均应高于海水面1.5m～2m以上。
·在高潮期、大风浪期施工时，派专人定期测量河床面，当河床冲刷严重时，及时采取抛填砂袋或石笼的办法进行冲刷防护，以确保钢管桩、钢护筒有足够的入床深度和钻孔平台的整体稳定及安全。
·因故停止钻进，孔口加护盖，严禁钻头留在孔内，以防埋钻。同时，应保持孔内水头标高和要求的泥浆相对密度和粘度。
(四) 清孔
技术要求：泥浆相对密度（桩孔顶、中、底取样的平均值）：1.03~1.10；
泥浆粘度（桩孔顶、中、底取样的平均值）：17~20s；
含砂率（桩孔顶、中、底取样的平均值）：≤2%；
孔底沉淀厚度：≤20cm；
胶体率（桩孔顶、中、底取样的平均值）：≥98%。
钻孔到位后采用长为4～6倍的桩径、外径等于钻孔灌注桩钢筋笼直径加10cm（即外径为245cm）的检孔器进行孔深、孔径和垂直度等的检测，经监理工程师验收合格签认后，开始进行首次清孔。首次清孔采用钻机气举法自行换浆清孔，即用新拌泥浆置换孔内高浓度泥浆，使孔内泥浆比重、粘度、含沙率等指标满足灌注水下混凝土需要。钢筋笼安装到位后，进行二次清孔，二次清孔采用水下砼灌注的刚性导管配φ5.0cm直径无缝钢管为高压管，通过20m3/min空压机输送压缩空气气举法排出孔底高浓度泥浆，冲散沉淀层，使之呈悬浮状态后立即开始水下砼施工。清孔时注意事项：
·严禁用超深成孔的方法代替清孔。
·在清孔排渣时，注意保持孔内水头，防止坍孔。
·清孔时，应将附着于护筒壁的泥浆清洗干净，并将孔底钻渣及泥砂等沉淀物清除。
·采用优质泥浆在足够的时间，经多次循环，将孔内的悬浮的钻渣置换出来，按招标文件，两次清孔后孔底沉淀厚度不大于20cm。
·清孔后，下钢筋笼前，应检查和测定孔内水质，如含盐浓度及氯离子含量，孔径、孔形和倾斜度等，并将结果报请监理工程师复查。
(五) 钢筋笼制作安放和布设导管
技术要求：钢筋连接符合技术规范要求；
保护层垫块（砂浆或细石砼）抗压强度大于30Mpa；
砼保护层垫块尺寸：0~+5mm；
钢筋骨架底面高程：-5cm~+5cm。
·试桩钢筋笼均采用在直接在平台上加工成型，分节段长从上到下依次为(21+21+21+21+18+9.4)m。钢筋笼加工好后分层堆放在平台上，如下图：

钢筋笼在分层堆放时，至少应具备三个型钢定位架。对分节钢筋笼主筋的连接可采用12m和9m长两种钢筋对焊连接。分节钢筋笼间均采用等强直螺纹连接。钢筋笼的连接均在履带吊配合下进行，如下图，履带吊臂长按31m考虑，旋转半径按7m考虑，可满足钢筋笼的施工。
钢筋笼下放示意图
钢筋笼安放及布设混凝土导管施工要点如下：
·荷载箱和钢筋笼的连接、注浆管、超声波管、应变片等的安装均应在测试单位技术人员的指导下进行。
·制作钢筋笼时，严格按照设计图纸和《技术规范》要求执行；且在钢筋笼上端均匀设置吊环或固定杆。
·在钢筋笼四周安设控制钢筋骨架和孔壁净距的混凝土垫块，垫块以等距离绑在钢筋骨架周径上，其沿桩长的间距不超过2m，横向圆周不得少于4处，超声波检测管纵向每4.0m和钢筋笼焊接固定；混凝土保护层内不得有定位钢筋，形成锈蚀通道。
·在钢筋笼的接长、安放过程中，始终保持骨架垂直；钢筋笼接长采用机械接头(挤压套筒或等强直螺纹接头)，每节接长保证顺直度满足要求，接头牢固可靠，同一断面接头数量不超过总根数的二分之一。钢筋笼接好后严格检查接头质量，合格后方可下放。
·砼灌注导管采用内径Φ298mm型卡口管，按《公路桥涵施工技术规范》要求，在砼灌注前进行水密承压和接头抗拉试验、长度测量标识等工作，并经监理工程师检查合格后下放导管，导管架卡在导管架上，如下图。

导管架示意图
·在灌注砼前再次检查孔底沉渣厚度，如不满足要求，则利用导管进行二次清孔直至合格。
·导管底口至桩孔底端的间距控制在0.4m左右，首批砼储料斗设计容积为：12m3，满足导管初次埋置深度大于1.0m。
(六) 钻孔灌注桩水下砼的灌注
海水环境下施工钻孔灌注桩有其特殊性，除使用淡水泥浆循环外，为确保钻孔灌注桩施工质量，防止钢筋锈蚀，采用高抗渗砼，掺硅灰、粉煤灰、矿渣等超细矿物掺合料，并和适当的外加剂相结合，最大限度地提高砼的密实性。另外，为满足水下混凝土灌注需要，水下混凝土坍落度宜控制在18～22cm，初凝时间大于15小时。混凝土供应能力在72m3／h左右。水下混凝土灌注示意图如下图。

水下砼灌注施工示意图
水下混凝土灌注注意事项：
·钢筋笼安放完成，二次清孔结束后应及时灌注桩基水下砼，中间间隔时间不可太长。
·按1.5倍左右浇筑桩身砼体积备齐砂、石、水泥、外加剂等原材料，当钻孔灌注桩成孔时间较集中时供料船应及时做好供料准备。
·加强现场管理，定期校验混凝土搅拌站计量系统，严格控制搅拌时间，及时检测，保证砼具有良好和易性，。雨后灌注水下混凝土时，应实测粗细骨料含水率，并根据测试结果及时调整混凝土配合比，确保混凝土拌合质量满足要求。
·混凝土导管使用前必须进行水密及气密试验，确保其有良好的密封性。灌注砼时，导管底端距离孔底0.4m左右。
·首盘混凝土灌入量不少于12m3，保证砼导管埋入砼中具有足够的深度。砼灌注过程中，注意保持孔内的静压水头不少于2.0m，同时注意及时测量砼面的高度及上升速度，埋管深度控制在2~6m，严禁将导管提离砼面，浇灌中适当上下活动导管，活动范围控制在0.5~1.0m间。
·严格控制拔管和埋管深度，设专人测量砼面深度，做到先测后拔，密切观察灌注情况。
·灌注到桩顶时，完好的砼面应高出设计桩顶不小于1.5~2.0m。
·做好每根桩水下混凝土灌注记录和砼施工值班记录。
·砼浇注完毕，立刻进行人工清孔至设计桩顶标高以上10cm左右，注意清孔时施工人员不要直接站在砼面上。当桩身砼强度达到设计强度的75%左右时，对高出桩顶设计标高的砼进行清理。
(七) 基桩检测
基桩施工完成且砼强度达到检测要求后，和检测单位联系并按下列程序进行检测。
·超声波无损监测
待桩身砼达到设计强度，采取超声波无损监测方法进行桩身砼完整性的检测，评定钻孔桩的等级质量。
·注浆前第一次静载试验
当试桩灌注龄期达28天(或按试桩要求，砼达到设计强度)后，进行第一次静载试验，测定桩的承载力。
·第一次注浆
第一次静载试验后，利用桩内四根超声波管道（下口由测试单位提供封头），对桩底采用高压注浆泵压注C30水泥浆液，压浆压力为3Mpa左右。
·第二次静载试验
当第一次注浆后15天可进行第二次静载试验，测定注浆后桩基的承载力。
·第二次注浆
第二次静载试验完毕可进行第二次注浆，第二次注浆是对荷载箱处缝隙采用高压注浆泵压注C30水泥浆液补强。
·钻取芯样试验
对桩顶以下30m长桩身钻取芯样，桩顶以下5m、10m、20m、30m四处各做三组抗压强度试验，三组电通量（28天）测试，三组氯离子渗透（90天）试验，以检验和评定钻孔桩砼的抗渗和抗压等性能。取芯完成，往钻孔内灌C30水泥浆封闭。
六、设备的配备
试桩主要机械设备(施工机械)使用计划表
名称
型号
数量
用途
履带吊
50T
1
协助钻机就位，转运和下放钢筋笼、导管等
浮吊
100T
1
将钻机设备、施工材料等从船上转至平台上
泥浆泵
4PN
2
用于钻孔泥浆循环系统
旋流除渣器
10m3/h
1
用于将正反循环生成的泥浆进行渣浆分离处理
拌合船
120M3/H
1
提供桩基砼
泥驳
250M3
2
将钻渣、废泥浆转运至指定地点排放
供水船
1000T
1
为配制泥浆提供淡水
泵车

2
输送砼
拖轮
2640P
1
拖运船舶
货驳
1000T
1
转运施工用材
高压注浆泵

1
用于压注C30号水泥浆