海上大口径超深钻孔灌注桩施工工艺

摘要

一种海上大口径超深钻孔灌注桩施工工艺，由套箱后钻孔桩施工工艺、钢筋笼制作、安装工艺、混凝土灌注工艺、桩端压浆工艺组成，具体施工工艺是：钢平台和钢护筒设计施工、成孔施工、钢筋笼制作、安装施工、抗渗混凝土灌注、桩端压浆施工。本发明的施工工艺，能够在恶劣的施工条件下，严格按设计和规范要求完成大口径超深钻孔灌注桩的施工任务，满足规定的进度要求，降低施工成本。

说明书

                     技术领域

本发明属于建筑地基工程领域，特别是属于建筑施工中大口径灌注桩施工领域。

                     背景技术

现行的大口径灌注桩的施工工艺，主要有沉井护壁法、现浇护壁法、以及中国发明专利93115995.4公开的一种大口径灌注桩和大直径扩底墩的设计与施工的新工艺。对于东海大桥等一类主墩桩径达2.5米以上，桩长为110米以上，并且施工区域海况恶劣，风浪大，直接施打钢护筒无法达到200毫米平面偏位的精度要求；海区涨落潮差达3米以上，水头高度难以控制，过高的水头易造成钢护筒内泥浆窜孔现象；海水配置的泥浆稳定性差、易沉淀，无法用海水造浆施工；特大特长的钢筋笼为内外双层结构，主筋数量多，存在束筋现象，连接困难，制作要求高，下笼时间长，难以确保施工期间的孔位安全；混凝土配合比要求严格，海上泵送水下混凝土施工难度大以及施工周期短等海上大口径超深钻孔灌注桩施工用现行的大口径灌注桩的施工工艺是难以保证施工质量、施工安全、施工周期，以及陆上的大口径灌注桩的施工工艺无法在海上应用。

                     发明内容

本发明目的是要解决在恶劣海况条件下对东海大桥等一类海上超大超长主墩桩建造施工问题，提供一种海上大口径超深钻孔灌注桩施工工艺，能够在恶劣的施工条件下，严格按设计和规范要求完成钻孔桩施工任务，满足规定的进度要求，降低施工成本。

为实现上述目的所采用的施工工艺如下：

一种海上大口径超深钻孔灌注桩施工工艺，由套箱后钻孔桩施工工艺、钢筋笼制作、安装工艺、混凝土灌注工艺、桩端压浆工艺组成，

具体施工工艺如下：

(1)钢平台和钢护筒设计施工：

主墩钢平台采用中间为蜂窝状导管钢围堰、两侧为导管架平台形式，钢围堰内设置导管作为钢护筒的定位和导向，将钢护筒定位要求转变为钢围堰的定位；钢护筒顶端高于最高水位至少1米至1.5米。

(2)成孔施工：

钻孔采用加配重减压钻进，钻进过程中通过卷扬机控制钻压，使钻杆始终保持受拉状态，保证钻孔垂直度和提高钻进效率。

钻进过程中，抽取地下承压水与淡水勾兑拌制泥浆，泥浆比重控制在1.10-1.25，粘度控制在18-25秒，PH值维持在8-9左右；用钢围堰的分仓作为淡水存储和泥浆制备仓。

根据钻机扭矩和钻孔直径，选用10至20吨配重块；钻进过程中卷扬机控制减压量为钻具总重量的30％左右。

泥浆循环用连通管将钢护筒3至5个为一组串联，同时为每台钻机配备一个粗颗粒砂沉淀桶和旋流除渣器。

泥浆循环为每台钻机配备的粗颗粒砂沉淀桶上的筛网间隙为4毫米。泥浆粘度以19.5秒为最佳。

(3)钢筋笼制作、安装施工：

钢筋笼采用卡板成型法预拼装分段制作、直螺纹套筒机械连接、双机抬吊、孔口手拉葫芦微调对接下笼施工工艺。

(4)抗渗混凝土灌注：

混凝土配合比按C35设计，同时掺加适量的粉煤灰和矿粉，以增加混凝土中的胶体含量，提高混凝土的密度和耐久性；混凝土的坍落度为180±30mm，混凝土28天强度为44.7Mpa，通电量为1115库仑，氯离子渗透系数为1.82×10^-2m²/s。混凝土初灌量应大于等于13立方米，采用双料斗接力灌注，导管最小埋深大于等于2米，最大埋深在6至7米。

(5)桩端压浆施工：

压浆管道出浆孔布置在桩端混凝土内，混凝土浇筑完毕后先用高压水进行劈桩，将压浆孔以下的桩端混凝土压破，，压浆分两次循环进行。

本发明的有益效果是：

首先，采用先套箱后钻孔桩施工的工艺，钢套箱既是承台施工措施，又是钻孔桩操作平台，并用套箱作为钻孔桩钢护筒施打的定位及导向措施，从而可保证钢护筒平面偏差和垂直度。

其次，在施工平台位置钻取地下承压水以满足泥浆用水和钻孔施工用水，不仅可以大大节约从岸上输送淡水的施工成本，而且可以克服天气和风浪对运送淡水的不利影响，缩短施工工期。

第三，钢筋骨笼采用卡板主筋成型法制作，主筋连接采用直螺纹套筒机械连接工艺，严格保证了钢筋笼制作质量，大大缩短了孔口钢筋笼地接下笼时间，确保钻孔安全。

最后，对工程桩进行桩端压浆，可以有效加固桩端土体，使桩基承载力得以显著提高。

因此，本发明的施工工艺能够在恶劣的施工条件下，严格按设计和规范要求完成海上大口径超深钻孔灌注桩施工任务，满足规定的进度要求，降低施工成本。

                    具体实施方式

下面结合本具体施工工艺和实施例对本发明作进一步的说明。

海上大口径超深钻孔灌注桩施工工艺，由套箱后钻孔桩施工工艺、钢筋笼制作、安装工艺、混凝土灌注工艺、桩端压浆工艺等组成，具体施工工艺如下：

(1)钢平台和钢护筒设计施工：

主墩钢平台采用中间为蜂窝状导管钢围堰、两侧为导管架平台形式，钢围堰内设置导管作为钢护筒的定位和导向，将钢护筒定位要求转变为钢围堰的定位；钢护筒顶端高于最高水位至少1米至1.5米。

东海大桥主墩施工钢平台平面尺寸为120.5×42.4M，导管架平台和钢围堰之间用甲板层连成整体。钢围堰预制时，在桩位相应区域留直径为2.9米的钢管，钢围堰定位后以直径为2.9米的钢管为导向架和定位架打入钢护筒，克服了海上钢护筒施打平面偏差在、垂直度不能保证的缺点。

(2)成孔施工：

钻孔采用加配重减压钻进，钻进过程中通过卷扬机控制钻压，使钻杆始终保持受拉状态，保证钻孔垂直度和提高钻进效率。其中配重块的重量是根据钻机扭矩和钻孔直径、地层强度、钻进效率等来选用10至20吨配重块；钻进过程中卷扬机控制减压量为钻具总重量的30％左右，在软弱地层可适当加大减压量，减压量通过安装在卷扬机钢丝绳上的拉力计来控制。

钻进过程中，抽取地下承压水与淡水勾兑拌制泥浆，泥浆比重控制在1.10-1.25，粘度控制在18-25秒，以19.5秒为最佳，PH值维持在8-9左右，使泥浆处于碱性状态，提高粘土的分散度。用钢围堰的分仓作为淡水存储和泥浆制备仓。

泥浆循环用连通管将钢护筒3至5个为一组串联，同时为每台钻机配备一个粗颗粒砂沉淀桶和旋流除渣器，其中粗颗粒砂沉淀桶上的筛网间隙为4毫米，可将大于4毫米的渣粒从泥浆中完全分离；过滤后的泥浆再通过旋流除渣器进行悬流处理，将5毫米以下的砂砾分离出来。通过沉淀桶和旋流除渣器后的泥浆比重可以降至1.15以，砂率减低至2-3％左右，效果极为明显。

开孔前将钢护筒内的海水抽干，并注入淡水进行置换。钻进时，不断补充优质泥浆，使之在孔壁上形成较好的泥皮，以保证孔壁免于坍塌。

(3)钢筋笼制作、安装施工：

钢筋笼采用卡板成型法预拼装分段制作、直螺纹套筒机械连接、双机抬吊、孔口手拉葫芦微调对接下笼施工工艺。

运用预拼装技术制作钢筋笼的优点在于：克服钢筋长度偏差，克服钢筋主筋平面偏差，保证孔口对接顺利。

(4)抗渗混凝土灌注：

混凝土配合比按C35设计，同时掺加适量的粉煤灰和矿粉，以增加混凝土中的胶体含量，提高混凝土的密度和耐久性；混凝土初灌量应大于等于13立方米，采用双料斗接力灌注，为保证初灌混凝土能较为顺利地铺满桩底，在拌制混凝土前先搅拌1-2m³水泥砂浆，利用砂浆较好的流动性来确保初灌成功。

混凝土灌注过程中应严格控制导管埋深。由于孔深较大，混凝土顶面沉渣必定很厚，故导管最小埋深在大于等于2米，最大埋深宜控制在6至7米。混凝土的坍落度为180±30mm，混凝土28天强度为44.7Mpa，通电量为1115库仑，氯离子渗透系数为1.82×10^-2m²/s。

(5)桩端压浆施工：

压浆管道出浆孔布置在桩端混凝土内，混凝土浇筑完毕后先用高压水进行劈桩，将压浆孔以下的桩端混凝土压破，压浆分两次循环进行，第一次压浆使浆液顺压浆通道向外扩散，在外围形成浆土结合体，将桩端包围；第二次压浆则直接对桩底和四周的混凝土沉渣混合体进行加固，并与混凝土体相互结合形成较为致密的结构，以提高桩端极限阻力。

两次压浆间隔时间不得超过水泥浆液的初凝时间。