大直径钢管复合桩施工技术及成桩检测

2017-09-15王文铭

城市道桥与防洪 2017年8期

关键词：主墩钢护筒护筒

王文铭

（海南省交通工程建设局，海南海口 570208）

大直径钢管复合桩施工技术及成桩检测

王文铭

（海南省交通工程建设局，海南海口 570208）

某跨海大桥主体结构为2×230 m双索面独塔斜拉桥，采用钢管复合桩群桩基础，单桩为直径4.3 m钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。现着重介绍其大直径钢管复合桩施工技术，以及成桩后的桩身完整性检测，以期为同类型工程提供参考和借鉴。

钢管复合桩；大直径桩基；钻孔灌注桩；桥梁施工

1 工程概况

某跨海大桥主体结构为2×230 m双索面独塔斜拉桥，桥面宽32 m，主塔为A型结构，高158 m，基础采用分离式承台，承台尺寸为 34.2 m× 34.2 m×7.0 m，每个承台设置16根变截面钢管复合桩，桩径4.0～4.3 m，桩长29～38 m，如图1所示，按嵌岩桩设计，采用钻孔灌注法施工。

图1 主墩基础平立面布置图

地质情况：主墩所在区为古东寨河东岸漫滩阶地貌，海底地形总体平缓，水深5.53～6.58 m,海床面高程约为-4.0 m～-5.3 m，处第四系覆盖层，厚度7.7～16.3 m。地层从上而下分别为：全新统海积淤泥、粉细砂或粘土混砂层；中更新统砾砂或含砾粘土层构成；下伏基岩为二叠-三叠系花岗岩，基岩面略向西倾，南北向总体平缓。墩位区基岩主要由花岗岩构成，具细粒或斑状结构，受浅变质作用而具片麻状构造，风化层厚度小，微风化岩体岩石新鲜，其岩质属硬-坚硬岩类，强度高，岩心饱和抗压强度平均值为82 MPa（见图2）。

图2 主墩地质图

2 钢护筒施工

打桩船另外配设2台YZ300高频液压振动锤以联动共振的方式，对D4.3 m复合桩钢管按照由内海侧往外海侧方向逐排整根一次性沉桩。在钢护筒沉放过程中，顶标高现场应控制在5.3 m± 0.1 m范围内，平面偏位控制在50 mm以内，垂直度控制在1/200以内。

钢护筒沉放共分为以下六个步骤进行：

步骤一：打桩船大臂前倾，下放主钩和副钩1#两点平行起吊钢护筒。

步骤二：主钩提升，副钩1#下降，慢慢将钢护筒翻身。

步骤三：

（1）钢护筒提升至竖直状态后，桩架后抬，直至钢护筒进入导向架龙口；

更重要的是，人工智能拥有独特的非人能力，这使得人工智能和人类工作者之间的区别不仅仅是程度上的差异。人工智能所具有的两种特别重要的非人能力是连通性和可更新性。

（2）后打桩船铰锚通过GPS就位，将钢护筒对准桩位。

步骤四：

（1）放松主钩，钢护筒顺导向架龙口插入泥面以下，直至稳定；

（2）解除主钩，副钩2吊装振动锤下放，并夹紧护筒。

步骤五：启动振动锤沉设钢护筒。当钢护筒振沉至一定深度，钢护筒顶口接近导向架时，暂停施振。

步骤六：检查并调整振动锤方向，后启动振动锤，沿导向架对角进入上层龙口，继续振沉钢护筒至设计标高。

图3为钢护筒沉放示意图。

图3 钢护筒沉放示意图

3 钻孔灌注桩施工

图4 钻机结构示意图

3.2 钻孔顺序

钻孔施工平台由起始平台、通道、护筒区平台等组成，如图5所示。

图5 钻孔顺序示意图

左右幅5台钻机同时进行钻孔施工，钻孔顺序的编制原则为：（1）不得邻孔开钻；（2）钻机移位最短。经优化后左右幅承台桩基钻孔顺序如表1所列。

表1 主墩钻孔顺序表

3.1 钻机选型

主墩钻孔平台顶标高为+5.00，左幅桩底标高-41.00，右幅桩底标高-32.00，从平台顶至孔底深度左幅为46 m，右幅为37 m，对钻机的扭矩和钻杆质量要求很高。根据钻孔深度选择不同功率钻机，对左幅投入2台ZJD-5000型钻机进行钻孔施工，对右幅投入3台ZJD-4000型钻机进行钻孔施工。预计工期6个月，实际5个月完成全部钻孔。图4为钻机结构示意图。

3.3 泥浆制备及泥浆循环

钻孔护壁泥浆采用膨润土造浆。根据施钻地层的特点，在钻孔施工过程中，为防止发生流砂及软流塑地层扩孔、塌孔等现象，保持孔壁稳定，使用不分散、低固相、高黏度泥浆进行护壁[1]。为保证钻孔桩成孔施工的顺利进行，泥浆在正式开钻之前进行配比试验，选择泥浆各项指标最优的配合比，如表2所列。

当钻孔桩钻进进尺标高接近钢护筒底标高以上2 m时，采取造浆护壁浆液循环工艺钻进施工，泥浆循环系统利用钻机配套的泥浆循环箱、过滤箱、除砂器形成，整体构成如图6所示。

表2 泥浆理论配合比一览表

图6 泥浆循环系统结构图

3.4 钻机安装及钻进成孔

成孔分为三个阶段：护筒内钻进、土层内钻进和调浆清孔[2]。钻进时在护筒内由于有钢护筒护壁，可高速钻进，以保证施工进度。在临近护筒底口时，应注意适当减缓钻进速度，形成稳定孔壁，防止漏浆串孔等情况出现，待钻出护筒口2～3 m后方可恢复正常钻进速度。钻进时应每遇土层岩层发生变化时立即提取渣样，在未发生变化情况下，每2 m取一次渣样，渣样应标明日期、时间及取出深度，并存放于专用的的渣样带、渣样盒中。泥浆的性能指标见表3所列。

表3 泥浆的性能指标表

4 钻机施工要点及注意事项

4.1 砂土中钻进

主墩覆盖层为粉细沙、淤泥质粘土、砾砂、卵石土,钻头拟采用的改进型刮刀钻头，其钻头四周外壁均匀布设长为15～20 cm的钢丝刷。开钻时钻头反循环空转，启动泥浆循环系统，调整孔内泥浆。当孔内泥浆指标符合要求后，采用反循环减压钻进。在钻孔过程中，及时调整护壁泥浆指标和钻进速度。同时注意向钢护筒内补充泥浆，确保泥浆面比海水面高出1～1.5 m，密切注意泥浆指标的变化情况。当泥浆指标超出规定范围，及时调整泥浆指标后，方可继续钻进。

另外，在钻进孔深接近钢护筒底口时，需要备有一定量的碎石、粘土等堵漏材料，以防发生穿孔。

4.2 基岩中钻进

主墩基岩层为中风化花岗岩、微风化花岗岩，岩质较硬。在进入岩层时，利用滚刀钻头大气量、低压慢转，慢速钻进，磨平岩面，防止钻头沿岩石面滑动，确保孔壁的垂直度。在通过岩层一倍桩径后，钻压可控制在20 t左右，进尺控制在3～5 cm/h以内。对于地层呈散体状，厚薄不均，局部呈碎石状地段，首先加强对泥浆性能的控制，另外，在钻进过程中，加强局部扫孔，以此避免因进尺不均而造成的孔壁不规则。对于地层裂隙较发育，地层强度差异大，且分布厚薄不均的地段，容易出现斜孔、台阶孔，钻进以防斜为重点，同时加大扫孔频度。由于部分桩基要穿越裂隙性破碎带，钻孔时要加强观测、控制钻进速度、减压钻进，保持孔内水头和泥浆性能，防止出现泥浆渗漏和塌孔。

4.3 钻进时应注意的几点问题

（1）护筒内泥浆水头必须高于孔外海面高潮位1～2 m。

（2）升降钻具要平稳，尤其当钻头处于护筒底口时，应防止钻头勾挂护筒。

（3）分阶段、定期检测泥浆的各项技术指标，以保证泥浆的质量及进尺速度。

（4）接钻杆时，必须先将钻头提离孔底10 cm左右，清渣10 min再停泵接钻杆，防止堵孔，钻杆连接紧密防止漏气。

（5）钻孔过程应连续操作，中途不得长时间停止作业。

（6）若中途处理故障移开钻机，当其重新就位时，应与第一次就位位置重合，防止出现台阶。