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1、广东省南澳大桥主墩海上超长大直径变径钻孔灌注桩施工关键技术李春元崔然刘学洋姚延焕（中交一航局第三工程有限企业；大连；116001）摘要：广东省南澳大桥主墩超长大直径变径钻孔灌注桩施工采用了回转钻机成孔及海上拌和船浇筑水下碎的施工工艺，针对海上超长大直径变径钻孔灌注桩0施工难点及要点，文章论述了该项工艺B技术要点及工程实行状况。关键词：钢护筒沉放；大直径钢筋笼、泥浆1、工程概况南澳大桥主桥总长490m,共设2个主墩WO、E0；2个过渡墩Wl、E1；其中W0E0主墩基础采用13根变截面钻孔灌注桩,桩身上段20m直径为3.1m,如下直径为2.8m。梅花形布置，WO主墩设计最大桩长为91m,Eo主墩设
2、计最大桩长为IlOm,均为嵌岩桩。2、施工总体思绪主墩桩基采用打设800*12mm0钢管桩和桩基钢护筒共同受力组建钻孔平台进行施工。每个主墩搭建1个平台，共2个平台；钻机等多种设备在平台上工作，主墩平台采用ZDJ-35OO型和ZDJ-4000型回转钻机进行钻孔施工，采用气举反循环出渣工艺，并配置泥砂分离器。同步主墩平台上布置1台80t龙门吊，用来下放钢护筒和钢筋笼，包括钻机移位、灌注混凝土的施工。3、施工重点、难点、主墩钻孔灌注桩施工是全桥施工B关键，直径3.1m变径为2.8m,最大设计桩长IlOm,单桩碎量约800m3,在国内也算是施工难度较大的J桩基。(2)、主墩钢护筒是钻孔灌注桩施工的必
3、要措施，又是施工平台的受力支撑构造，单根最大长度46m,直径3.1m,施工受风浪、水流影响大，精度、垂直度控制难度大。以往工程施工出现过护筒底口变形的状况，控制好激振力也是护筒沉放施工B关键。、泥浆是成孔日勺关键保障，怎样优化配合比，保证泥浆的各项指标，是钻孔灌注桩施工的难点。、主墩钢筋笼直径大、长度长，且桩顶20m范围内为双层钢筋笼，加工的难度大，钢筋笼线形及对接精度不易控制；整套钢筋笼最重达703单节最大重量15.8t,钢筋笼吊装、竖转难度大。(5)、桩基碎灌注是施工风险最大的环节，做好首罐碎浇筑施工，保证后续碎浇筑B持续性是钻孔灌注桩施工的重点。4、施工中采用的对策及措施针对上述施工重点
4、、难点，项目部通过召开专家会、施工技术讨论会等方式，对施工方案不停完善，并成立课题组，年轻施工技术人员和老师傅共同探讨,对施工工艺不停进行优化，详细如下:4.1临时平台搭设主墩平台整体尺寸为27mx53.5m,起始平台尺寸为27mxl5m0平台基础共采用800xl2mm钢管桩，平台钢管桩及钢护筒之间设置两层平联，上层平联采用4268mm钢管，标高在+5.Om左右，下层平联在+1.2m处采用6008mm的)钢管；上下层之间采用4266mm的钢管做斜撑。钢管桩上部为2HM3OO5880搁置梁，搁置梁上为H8工字钢B纵向分派梁，最上面是6mmB面板。(1)、钢管桩打设a、打桩船选择：设计的桩长为41
5、m,前期选择粤航工05,锤型为D6222;后WO墩桩长更改为48m,Wl.El墩桩长更改为51m,打桩船更改为粤航工03,锤型同样为D62-22,详细参数如下：项目粤航工05粤航工03尺寸1232m1640m可打设最大桩长48m58m可打设最大桩径1.2m1.4m桩架高度48m48m吊杆跨距15m15m钢管桩起吊方式捆扣捆扣b、钢管桩沉放次序先施工起始平台钢管桩，打桩船按扇形退打钢管桩。如图:为单位进行夹桩。C、测量定位施工区域为海上独立作业，距离岸边较远，常规的测量措施不能满足施工需求，故采用2台GPS联合测量定位。莱芜渡口及长山尾渡口附近各设有一种GPS固定基准站。打桩前，在打桩船驾驶室顶
6、平台上，选位于打桩船中轴线上（通过桩架及龙口中心）两个固定点A点、B点，用于固定GPS接受机，进行测量定位。直桩定位选用平面任意一条通过桩位中心的直线，计算出当打桩船轴线与所选用的直线重叠，且桩位中心恰好位于设计坐标时，打桩船上A、B两点的坐标。将两个GPS接受机固定在这两个点上，连接接受机与手簿，选择坐标系，将计算出的A、B点坐标提前输入手簿，然后发射信号，接受固定基准站发出BRTK信息，获取这两个点B实时坐标，手簿计算出这两点实际坐标与计算坐标B偏差，根据偏差数据告知打桩船绞缆移船，直至这两点位置与计算0坐标重叠，从而定出桩位。为便于定出船艄方向，需在船艄朝向设置浮漂。直桩定位示意图斜桩定
7、位斜桩与直桩定位相比，略显复杂，当船身伴随水位的变化导致船身标高发生变化时，桩身中轴线将产生竖向位移，从而引起桩位产生偏差，实际偏差距离应为：船身标高差值/桩身斜率（6：1）,如下图:为了保证桩位对的，打桩船必须前后移动消除偏差，打桩船位置发生变化,设置在打桩船上B固定测量点A、B两点坐标也必然发生变化，如下图:因此斜桩定位措施为：前期与直桩定位同样，将两个GPS接受机固定在打桩船中轴线上A、B两点上，连接接受机与手簿，选择坐标系，测量此时A、B两点的实时标高，根据标高计算出A、B两点的实时坐标，然后将这计算成果输入手簿，然后发射信号，接受固定基准站发出HRTK信息，获取这两个点的实际坐标，手
8、簿计算出这两点实际坐标与计算坐标的偏差，根据偏差数据告知打桩船绞缆移船，若在绞缆移船期间水位变化较大，超过30CM；应重新测量A、B点标高，计算坐标，反复前一环节，直至定出桩位。桩的倾角由桩船桩架倾角控制。d、沉桩锤击数和贯入度的控制EO主墩平台沉桩过程中锤击数和最终贯入度均满足设计规定，当WO.Wl、El墩开始沉桩时锤击数和最终贯入度均不满足设计规定，项目部根据现场实际状况请天津港湾工程质量检测中心对我项目部所沉钢管桩进行桩基高应变检测,根据检测成果对钢管桩B长度进行修改，Wo墩桩长改为48m,El和Wl墩桩长均改为52m；检测成果如下：天津港湾工程质量检测中心有限公司桩基高应变检测中间结果
9、Q)TGC-JGBo3一m-京-焉工”的)aBMb茶|生2.序，号日，期/号a长0n,祖尖标褥触入土百度(三,SP击*S费3初力霓Z度P复H-由打*贯入一BP55“H-性，C%)J8大5力(KX)临击*FiF2量大按压应力，CMPa)快4葩皇CKN.Zn)3CASECAPWAPe酊，*注单谊派81力(KN)-娜fl力，(KN)*曲力(KN)草修*ft(KN)20103.11ca41.08g36!”心2157*MU2453：*S.4g5即062531帆Iola241(k1W4如2413Wttff32010.11141.03(Xh相心22.67,D62-22*277*JXh16101.必026.l
10、M较7。23农必7丁直必复”!4-2010.3.11，WE4*58.O80053.”39把M曰732*20袅261(P5020。加215*3*3215“*3峻SttStn!e、工效分析在沉桩前期，施工工效为6根/天，后期施工时工效为9根/天。根据总体可作业施工天数和工程量可知沉桩H工效约为8根/天。(2)、上部构造施工a、上、下层平联施工下层平联采用6008mm。平联之间的连接通过“哈佛接头”焊接连接，每根平联设置一种“哈佛接头”。平联的吊装详细施工措施如下：在待安装平联的一端套上“哈佛接头”，为了以便调整平联位置，用两个2t时手拉葫芦吊挂在桩顶及平联的两端。平联吊装到位后，首先对平联与钢管桩
11、直接连接B一端进行焊接，然后将平联一端的“哈佛接头”推到指定位置进行焊接，焊接时先焊接“哈佛接头与钢管桩连接处，后焊接与平联连接处。b、上部构造施工施工人员在吊篮上进行截桩头、焊桩帽，桩帽施工完毕后，方驳吊机配合进行上部横梁、分派梁及面板铺设施工。4.2钢护筒沉放主墩桩基钢护筒内径3.1米，采用22mm厚Q345钢板卷制，EO墩长度为36米，WO墩长度为46米。EO墩、WO墩各需沉放13根钢护筒。、施工工艺钢护筒沉放采用悬臂导向架进行定位，钢护筒分两节对接沉放，采用横鸡克吊入临时悬挂寄存区，换80t龙门吊起吊定位、振动锤沉放的施工工艺。(2)、悬臂式导向架设计为保证护筒沉放的精度和垂直度，分企
12、业自行开发、设计了悬臂式导向架。根据钻孔规定，钢护筒的垂直度不得不小于1/200,将导向架上下龙口距离定为10m,由于自沉时钢护筒顶口低于上龙口，故在中间加设一道龙口，保证自沉时钢护筒垂直度满足规定。为能精确调整护筒位置及垂直度，在龙口梁4个方向设置调整限位装置，调整装置由顶推和转轴滚轮构成，顶推装置为1个32t手动千斤顶，调整时千斤顶顶推前面的转轴滚轮对护筒位置进行调整，可调整最大距离为25cm0限位装置的前方做成滚轮形式，基本形成点接触，使摩阻力减到最小，便于护筒下沉。(3)、钢护筒沉放钢护筒分节进行沉放，第一节钢护筒长30m,用横鸡是运至现场、竖转出仓，但横鸡是稳定性差，不能直接将护筒吊
13、至导向架内进行定位，为处理这一问题，在临时平台钢护筒入口处设置一种钢护筒寄存区，横鸡冠将第一节钢护筒竖转后吊至护筒寄存区临时寄存，然后龙门吊行至寄存区将护筒吊至导向架进行定位、沉放。寄存区采用4根长度18米的铁链，下部吊一块钢板作为护筒支撑，钢板底标高为泥面如下Im左右，在下放钢板时，随时测量钢板标高，用4根铁链调整钢板的平整度及标高，定位完毕后，用卡环将桩顶B耳板和铁链进行连接。护筒临时寄存区横鸡电吊钢护筒进临时寄存区护筒进导向架定位振动锤沉放钢护筒、护筒沉放激振力控制钢护筒采用2台DZJ240型振动锤联动进行沉放，有关参数如下:项目电机功率激振力容许拔桩力静偏心力矩数值480KW0-364
14、4KN1372KN7056Nm在以往卧J钢护筒沉放施工中，激振力控制不妥，钢护筒底口易发生变形，给施工工期及质量导致极大B影响，很难进行处理。在施工中，为防止护筒变形,一是在距底口2cm处设置4道50Cm宽时加强箍，间距40cm,在距顶口2cm处设置长度50cm日勺加强箍，护筒中部设置1道50cm宽加强箍（距两节护筒焊缝位置为8m）,加强箍详细位置构造见下图。主墩钢护筒加强箍位置图二是严格控制激振力，根据地质状况及护筒埋深，计算护筒沉放的激振力，若发现激振力到达计算数值，持续2分钟，护筒仍不下沉的状况立即停锤，防止激振力过大或振动时间过长，护筒底口变形。小结：这种工艺处理了无大型起重船的难题，
15、同步保证了打设精度和安全问题，施工效率到达每天沉放1根。主墩26根钢护筒所有沉放完毕，钻孔灌注桩施工未发现护筒底口变形B现象。4.3钻进控制主墩平台采用ZDJ-3500型和ZDJ-4000型回转钻机进行钻孔施工，采用气举反循环出渣工艺，并配置泥砂分离器。成孔过程分三个阶段：护筒内钻进阶段、护筒底口如下钻进阶段和终孔后清孔阶段。护筒内钻进：在开孔钻进时采用轻压、慢速钻进。开孔时在钻头母体外侧加高强度钢丝刷，一是保证护筒内壁清理洁净；二是护筒内径为3.1m,钻头直径为2.8m,加钢丝刷增长钻头直径的作用（护筒内桩径为3.1m,从护筒底口开始变径为2.8m）。此外，每钻完一根钻杆要上下慢速窜动几次，
16、目日勺是加强对钻渣的充足吸取，钻进过程中认真观测进尺和排渣状况，当泥浆中含渣量较多或排量减少时，应控制钻进速度。护筒底口如下钻进阶段：此阶段是整个施工的关键。地层变化较大，故在不一样地层的钻进施工中，操作人员要及时调整钻压和转速保证钻孔安全。钻头钻进至护筒底口时，认真观测护筒底口与否漏浆，其症状为水位明显下降。护筒口如下正常地层钻进过程中，必须亲密注意泥浆指标和钻进速度，同步在钻孔过程中分不一样深度测量钻孔垂直度及成孔质量，发现偏斜及时采用措施纠正。该项目配置B钻头有三种：刮刀钻头、楔齿滚刀钻头和球齿滚刀钻头。刮刀钻头重要用于表土层钻进，在破岩面积较小时，也可用于较软B泥灰岩钻进；楔齿滚刀钻头
17、重要用于中硬如下岩石钻进；球齿滚刀钻头重要用于硬岩钻进。终孔后清孔阶段：根据设计规定确定入岩深度和终孔标高，钻至终孔标高后，停钻将钻具提离孔底约3050cm,缓慢旋转钻具，进行气举反循环清孔;在整个的清孔过程中，一直保持孔内泥浆面的高度，防止塌孔，清孔所用的泥浆比重不得不不小于孔中泥浆的比重。经检查孔径和孔深及垂直度均满足规定后，才能移走钻机，尽快进行钢筋笼安放施工，在浇筑佐前须进行第二次清孔。4.4泥浆控制泥浆是成孔B关键保障，项目部在请教专家、现场试验的基础上决定采用淡水制浆。在钻进过程中，配置专门的试验人员及时及时测定泥浆指标，泥浆的检测保证每2小时检测一次，严格控制不一样地层的泥浆性能
18、，如下表所示：在不一样地层钻进时的钻压及泥浆参数表地层钻压(t)转数(r)比重(g/cm3)粘度(三)PH值含砂率(%)淤泥510351.151.25172081()4砂层515351.151.25182081()4粘土1015351.151.2018208-104强风化花岗岩1518351.151.2017208-1098%2小结：采用淡水制浆，并对泥浆日勺配合比进行优化，保证了泥浆各项指标,首根桩在成孔后通过近半个月的台风影响毫无变化。4.5钢筋笼制作及安装长线法制作钢筋笼主墩桩基钢筋笼外层钢筋笼直径2.94m,内层钢筋笼直径2.64m,最长为HOm,桩顶20m范围内为双层钢筋笼，钢筋笼节
19、与节之间采用直螺纹套筒进行连接，按常规方式制作，钢筋笼的线形及对接精度难以保证。根据以往施工经验及项目实际，采用长线法制作钢筋笼：首先，采用312mm钢板结合钢筋笼B直径、主筋间距以及双层钢筋笼日勺内外层排距按下图形式加工专用胎具：胎具加工完毕后，在钢筋笼加工场地内采用经纬仪、水准仪配合进行胎具安装，保证整条线的胎具处在同一轴线、同一水平面上。每隔2m设置一种胎具并在胎具底脚旁边钻孔植入16钢筋将胎具固定。为保证首节钢筋笼顶端平齐,在胎具生产线B起始端安装端头挡板，端头挡板采用31Omm钢板，如下图所示:钢筋笼加工用端头挡板胎具生产线安装完毕后，钢筋笼采用分多节在胎具上进行制作，按钢筋原材长度
20、划分基本节长为12m,尾节长度根据钻孔终孔高程确定。加工至两节钢筋笼的对接处时，先将直螺纹套筒拧至长丝一侧，待对接的钢筋靠紧后用直螺纹套筒将对接的两根钢筋拧紧固定。整套钢筋笼加工完毕后，在每两节的J对接处均按照长线法B原则做好标识，以便吊装对接过程中辨识。加工完毕的双层钢筋笼小结：采用长线法制作钢筋笼，大大提高了钢筋笼制作的线形精度及直螺纹接头对接精度，保证了钢筋骨架构造尺寸成型精确、轴线顺直。为钢筋笼的加工质量及顺利安装对接施工提供了保证。、钢筋笼采用钢板作为吊点主墩桩基钢筋笼重量较大，整套钢筋笼最重达70.13吊装时如采用常规的J运用加强箍筋吊挂方式难以承受这样大的重量，根据计算采用32C
21、m钢板单独设置吊点。采用4块32Cm钢板等间距满焊在主筋内侧、第一道加强箍筋下方，设置形式如下图所示：钢板吊点布置示意图钢板吊点、钢筋笼竖转钢筋笼由方驳吊机吊至桩基施工临时平台后需进行竖转施工，单层钢筋笼采用80t龙门吊主副钩配合进行竖转,最终两节双层钢筋笼由于副钩吊重不够(副钩吊重5t),需采用转轴式支架进行竖转。竖转支架制作形式如下图所示:竖转直架正面示意图竖转直架侧面示意图80T龙门吊主副钩配合竖转180T龙门吊主副钩配合竖转2使用竖转支架进行竖转1使用竖转支架进行竖转2、采用F型扁担临时悬挂钢筋笼为防止下放钢筋笼过程中碰撞孔壁，吊装时，调整钢筋笼平面位置保证其处在孔中心下放。吊装就位后
22、，用厚2cm的钢板制作的F形扁担将钢筋笼临时悬挂在护筒上，以便与后续节段进行对接施工，F形扁担如下图所示：F型板示意图F型板临时悬挂钢筋笼小结：应用竖转支架防止了使用2台起重设备配合竖转所产生的安全隐患,增设的钢板吊点为吊装安全提供了有效保证，F型扁担为钢筋笼的临时悬挂对接提供了以便，采用本套施工工艺，保证主墩钢筋笼安装施工的迅速、安全。4.6桩基碎浇筑施工(1)、保证首罐性浇筑成功为保证首批灌注足够数量的碎,大料斗容量为6m导灰架料斗容量为22n合计28m三;浇注前将大料斗和导灰架均灌满混凝土，以保证首罐碎埋置导管深度在2m以上，保证首罐碎浇筑成功。(2)、控制导管埋深，保证碎浇筑持续灌注过
23、程中，应及时的探测所灌注的碎面高度，以控制沉淀层、埋导管深度和桩顶高度。如探测不精确，将导致沉淀过厚、导管提漏、埋管过深，因而发生夹层断桩、短桩或导管拔不出事故。本项目采用测锤法量测，测锤重4公斤，用钢测绳连接测锤来测量混凝土顶面距基准面高度，计算混凝土浇筑厚度和导管B埋深，根据规范规定严格控制导管埋深为26m,拆完导管后埋管深度不小于2m。本项目最大设计桩长UOm,需浇筑碎方量约8OOm3,为保证碎浇筑持续性,现场配置IooOm3浇注能力的拌和船，并联络了备用拌和船。长大18#（佐拌合船）参数如下:a、拌合船船长75.6m,船宽23.4m,设计吃水3.2m,构造吃水3.6m。该船上共两台1.
24、5n混凝土拌合站，搅拌机位置在粉料灌下面日勺船舱内；b、骨料仓横向分为2歹U,纵向分为3排，共6个骨料舱：其中两侧4个舱为粗骨料中间2个舱，为细骨料料仓，为保证船舶航行安全，在极限状态下拌合船甲板面距离水面距离约为50cm,骨料舱最大装载能力为碎石100Ot,砂850t；每台拌合站共4个罐，1个大罐装粉煤灰，1个大罐+1个小罐装水泥，另一种罐装矿粉，如下图：拌和船长大18平面布置图拌和船长大18#浇筑混凝土施工5、结束语南澳大桥海上超长大直径变径钻孔灌注桩施工难度大，依托本工程特点，对海上超长大直径变径钻孔灌注桩施工关键技术进行了研究和实行，钢护筒沉放采用悬臂导向架及设置第一节护筒临时寄存区、桩基施工采用液压回转钻机及气举反循环出渣工艺、用淡水制浆并优化泥浆配合比、采用长线法制作钢筋笼、设计钢筋笼竖转支架、现场配置Io(X)m3碎拌合船等施工工艺都获得较大的效果，现已浇筑完毕4根钻孔灌注桩，经检查合格，验证了海上超长大直径变径钻孔灌注桩施工工艺0可行性，为后来进行此类施工积累了宝贵H经验。
