谈水下超大直径超长钻孔桩施工技术

谈水下超大直径超长钻孔桩施工技术

娄渊涛

娄渊涛

中交二航局第四工程有限公司安徽芜湖241000

摘要：本文以鱼山大桥为例，介绍了水下超大直径超长钻孔桩施工技术，并介绍了一些在施工中的问题，希望对其他同行有所帮助。

关键词：水下；超大直径；超长钻孔桩

前言：

施工实践表明，在水下超大直径超长钻孔桩施工中该技术和措施可行、方便，保证了施工质量，取得了良好的经济效益，为同类钻孔桩的施工提供了一些经验。

一、工程概况（鱼山大桥）

鱼山大桥位于岱山县，鱼山大桥项目是宁波舟山港主航道（玉山石化分公司高速公路项目），连接岱山岛和鱼山国际绿色石化基地。路线起点位于岱山县双河村后沙洋山嘴，岱山岛高沿西北向海洋延伸的路线，在花山南侧向西南，跨越2000吨级航道向西北大鱼后，在山东侧约2km计划穿越海堤玉山填海区，舟山路规划终点绿色石化基地的禹山路。鱼山大桥项目路线全长8.815km，沿线共设置特大桥7781.75米/1座(主跨跨径260m)，其中通航孔桥采用连续-刚构混合梁结构体系，主跨中间90m采用钢箱梁，下部结构采用群桩基础，桩径φ4.0-3.0m。非通航孔桥采用70m和50m节段预制拼装箱梁，下部结构采用单桩单柱，桩基根据受力不同分别采用φ5.0-3.8m~φ3.4-2.5m的钢管复合桩。禹山桥梁设计标准技术标准：本项目采用《公路工程技术标准》（JTGb01-2014）；公路等级：四车道高速公路（最近实施的一半）；设计速度：80公里/小时；宽度：12.75m；桥梁宽度：考虑DN600mm管道和220kV电缆桥，桥宽15.6m桥；车辆设计荷载等级：等级公路桥梁设计；最高潮位：1/300；其他技术指标符合国家相关标准和实施。

二、深水中大直径钻孔桩施工技术

6号-8号深水钻孔桩、水上钻孔平台施工，大吨位起重机的使用（120t）水钻井平台建设，并根据大桩径及地质条件下钻孔灌注桩的特点，采用kpg-3000型旋挖钻机、泥浆反循环排渣的建设方法。并用垂直管灌注混凝土桩施工技术。

2.1施工平台架设

水上施工平台采用浮动式振动锤0.8米直径钢管插入河道作为平台墩，并采用万向杆拼装施工平台，对施工平台进行精确放样，如图1所示。根据桩位设计坐标打直径3.0m和14毫米壁厚的钢管施工保护管，然后用直径0.4米的钢管在泥壳焊接相通，使其各可以回收利用，避免泥浆排放到河中，有效地保护环境，施工平台安装后安装kpg-3000a旋转钻机。

大直径钻孔灌注桩是保持泥浆压力的关键部位。为了使钻井顺利进行，泥浆柱在孔内的压力应满足以下关系。

地层压力<泥浆柱压力<地层破裂压力

当局部压力>泥浆柱压力时，孔壁部分坍塌。当泥柱压力大于地层破裂压力时，泥柱压力会引起压裂地层的泥浆损失。

（1）护筒顶端高程的确定

潮差是4.5-5.0米，地层压力范围约48千帕。

当进行泥浆和套管设置时，泥浆柱压力是固定值，不受潮汐影响。潮涨时，满足泥浆柱压力大于地层压力之间的关系，泥浆柱压力增大，当低潮泥浆柱压力会产生反窜压裂地层漏失，以及套管费用会增加，所以应建立合理的h值。考虑到波浪在这一地区的影响，项目需要控制在2.5-3.0米。

（2）护筒埋人深度的确定

考虑到管角，h2河埋深越深，套管越长，孔壁防护效果越好，但随着h2的增加，安装施工难度加大，护管成本也随之增加。h2越小，套管深度越小，压裂压力越小，低潮泥柱压力很可能使地层破裂，泥浆从套管底部漏失，因此h2也应有最佳值。根据工程经验和云河床地质条件、埋管深度的人h2h1从河床砂体厚度为2m，埋入深度为6m。

（3）护筒长度H

H＝h+h1+h2

2.3泥浆配制

钻井泥浆采用集中搅拌、集中供应、集中净化的方法。泥浆是由土壤：膨胀剂：水是1:16:0.3。

2.4钻进施工方法

kpg-3000a钻机大型钻探设备、振动和齿轮的功能比传统的钻钻是完全不同的，尤其是在硬岩钻井地质钻井速度是5-8倍的传统冲击钻头，在钻头旋转冲击钻墙壁，效果优于传统的。

(1)当进行开钻时，首先用低档，要保持慢速，以正循环的方式钻进，主要采用泥浆护壁，钻5m后进行反循环钻进。

(2)钻孔时，钻压不得超过该钻具重量的80%（浮力），和重锤的指导作用应保证垂直度和孔型。

(3)对于每层淤泥层，采用中速、优质、大量钻井泥浆泵进行钻进；粉质土钻进速度中等，泵体积大，钻井泥浆变薄；对于砂体，采用轻压、慢低、高泵速、厚泥浆钻进。为避免孔壁不稳定，局部扩孔或部分塌孔，充分渣、排渣、防埋现象；砂砾层、低质、缓粗泥浆钻进，保证壁厚，并钻进全渣、排渣，为花岗斑岩层采用低齿轮慢压钻进。总之，应根据地质条件选择钻井压力和钻井速度。具体索引见表1。

(4)当钻取接近1-2米的井底位置时，应采用低压低钻钻进次数，并控制进尺，保证管口底部稳定地层。当钻杆底部2-3米时，正常钻井状态恢复。

三、施工中出现的一些质量问题

3.1声测管堵塞

在建设初期，由于插入式薄壁声测管的使用，没有在安装过程中采取有效措施，致使一些声管堵塞的现象，通过桩的部分造成的不可使用超声波和钻芯法只能用于测试，不仅增加了成本和时间延迟。

3.2桩基桩底少量胶结

在钻孔灌注桩检测中桩底发现个别胶结性差的现象，项目部召开专题会议，研究项目的质量，发现问题的主要原因：一是清孔不彻底，灌注前孔底沉渣量超过标准在输液导管；底部的孔距离过大，导致浇注第一罐混凝土孔底沉渣混合；三是超钻清孔现象的置换；中存在的问题，项目部专门制定了措施，取得了良好的效果。

四、对成桩质量采取的一些保证措施

(1)进一步加强和完善质量保证体系，提高施工管理人员，特别是现场施工人员的责任心和责任感。

(2)要加强施工现场的过程控制和内部控制，严格按照施工工艺和程序文件进行施工，实行过程控制，对每个过程负责，使施工过程得到有效、有效的控制。

(3)加强施工人员，特别是施工人员的培训，使施工人员能够根据实际施工过程的要求，熟记工艺规范，进行操作和内部监控。

(4)现场施工的改进方案及措施

①认真计算泥浆池和沉淀池的容量，合理布置，延长泥浆循环周期，控制各墩钻机数量，便于泥浆配制和处理。

②严格控制泥浆原料、配制和处理，严格控制泥浆指标。

③泥浆分离器足够的配置，这在清孔、钢筋笼安装第一时间在要求的范围内的各种目标控制下的泥，尤其是泥砂率提高在2%以下的标准和控制，以减少时间完成混凝土浇注孔沉积物的过程。

④清理完毕后，应提前做好钢筋笼的安装和速度，尽量减少孔的完工时间，并尽量减少初浇混凝土的第一孔清洗时间。

⑤应加强导管的定期检测和严密性检查。应加强导管安装后的整体矫直检查，为了保证管柱位于孔底的中心位置，减少混凝土，提高初期灌溉的影响，减少泥沙的影响。

⑥两孔清洗采用逆循环孔清洗，并利用吊车移到更直的导管孔，当孔深检测时通过多点测量，孔底主要是孔底周围沉积物可以完全去除，从而保证水下混凝土的质量。

⑦严格控制水下混凝土的原材料和生产质量，加强混凝土的运输保障。

⑧为了保证混凝土封底的质量，必须根据实际的孔形，仔细计算初始灌溉时混凝土的方量。

⑨定期组织施工组织和质量分析，分析施工过程中存在的问题，及时、针对性地改进施工工艺和现场施工组织。

⑩声波管的安装应便于桩基检测。桩基础施工完成后应尽快组织自检，以确定桩的质量，提前发现并解决问题。

结束语：

泥浆护壁是一种比较成功的护壁方法。桥梁钻孔灌注桩施工过程中无坍塌现象。各项指标均符合标准要求。

在超长大直径桩基础施工过程中，超声波检测超长大直径桩必须加强施工过程控制。无缝钢管不应作为试验管道堵塞，必须避免声管堵塞。在建设过程中，要及时解决问题。由于桩基早期检测中桩底胶结不良，使施工工期推迟了近20天。解决了这一难题，取得了良好的效果，成桩率高达95%以上。

参考文献：

[1]顾元威.海上大直径钻孔灌注桩施工技术[J].煤田地质与勘探，2003,31(4):41-44.

[2]TB10203-2002/J162-2002，铁路桥涵施工规范[S].

[3]铁建设【2005】160号，铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].