φ34m大孔径钻孔桩施工设备选型及技术措施

φ3.4m大孔径钻孔桩施工设备选型及技术措施彭华东摘要：武汉二七长江大桥4#主塔墩共有直径φ3.4m钻孔灌注桩18根，桩长85m。地层从上至下为填筑土、淤泥质亚粘土、粉砂层、挤压破碎严重砂质泥岩，覆盖层厚度约30m，入岩深度约60m，施工难度大。文章详细介绍了大孔径钻孔灌注桩的设备选型及主要技术措施。关键词：武汉二七长江大桥；φ3.4m钻孔灌注桩；设备选型；技术措施1工程概况武汉二七长江大桥正桥主跨布置为90+160+616+616+160+90m＝1732m的三塔结合梁斜拉桥。4号墩基础设计为18根φ3.4m钻孔桩，桩长85m。在高程-20m以上为27m左右的砂质覆盖层，在高程-20m以下为泥岩。4号墩基础桩尖范围由破碎基岩和粉砂质泥岩相互掺杂组成。2施工方案4#主塔墩桩基础采用水上施工平台进行钻孔灌注桩的施工，采取先围堰后平台施工方案。吊箱在有资质的工厂整体制造，用一台APE400B型液压振动器插打8根支承钢护筒到稳定深度（必要时吸泥、射水配合）后将吊箱挂桩形成固定平台，平台上拼装1台100t龙门吊机，插打剩余钢护筒，上六台钻机进行钻孔施工，桩基施工完成后，拆除龙门吊机，安排在枯水期灌水下沉钢吊箱到设计标高，围堰第二次挂桩后围堰底板堵缝、封底，封底混凝土达设计强度后进行围堰抽水，施工承台。钻孔桩施工采用六台KTY4000型全液压动力头回转钻机成孔，基础施工时配置一艘150t水上浮吊、一艘400t浮吊及一台100t围堰顶龙门吊机，两艘800t泥浆船，1座产量为180m3/h的水上混凝土工厂供应砼，并设置一艘800马力拖轮配合。3施工布置4#墩基础施工配备两台浮吊,一台400t浮吊、一台150t浮吊，400t浮吊布置在围堰南侧，150t浮吊布置在围堰北侧，浮吊工作内容包括起吊及对接钢护筒、平台上钻机移位、吊装钻具、下钢筋笼等，另外4#墩围堰顶面还设置一台100t龙门吊机，跨北侧两排桩，以增强吊装作业的能力。钻孔桩施工时，配备相应的钻机、压风机、泥浆泵、泥浆船、运输船、运渣船及备用电源等，另配工作船作为施工时的辅助作业平台，部分机具、材料可摆放在工作船上。钢筋笼在生产区胎模上用长线法分段制作，经起重码头吊装下水，用船运到墩位。4#墩砼由水上砼工厂供应，搅拌站生产能力90m3/h×2，输配两台砼送泵，泵送能力80m3/h×2，砼工厂的存料可满足单桩填充施工的需要。砼工厂自配锚碇系统，移位采用拖轮牵引。为解决4#墩施工的电力供应，在4#围堰前定位船旁设置一座变电站，从武昌岸通过水底电缆引入高压电，再通过水底电缆送电至围堰上。4#墩基础施工船机布置见图1。水上混凝土工厂4#墩围堰100t龙门吊前定位船变电站工作船工作船运渣船流向泥浆分离器1500t泥浆船运渣船150t浮吊400t浮吊图14#墩施工时船机布置4钻机选型及机具配备根据本桥桩基结构及地质特点，桩基施工机具作如下选择：4.1钻机选型4#墩钻孔桩直径达φ3.40m，桩长85m，从钻孔平台顶面至桩孔底部孔深超过100m，拟采用KTY-4000型全液压动力头回转钻机作为成孔设备。KTY-4000型全液压动力头回转钻机主要技术参数见表1，该类型钻机可满足Φ3.4m钻孔桩施工，最大钻孔深度可达130m。该钻机底盘较重，钻孔稳定，有大吨位吊机配合能发挥效率。该型号的钻机为国内比较先进的钻机，可实现电控或液控恒压自动给进，无级变速，密封性能好，能大幅减轻工人的劳动强度，提高工效，并能保证成孔质量。表1KTY4000型钻机技术参数表钻机型号驱动形式最大输出扭矩（KN.M）底盘最大通孔直径（m）转速0～6rpm转速0～15rpmKTY4000全液压动力头3001204.04.2钻头配备每台钻机根据实际配备1个φ3.4m滚刀钻头和1个φ3.4m刮刀钻头，在覆盖层中采用刮刀钻头钻进，在岩层中采用滚刀钻头钻进。滚刀钻头：根据本桥地质特点，选用3环边刀。采用3环边刀滚刀钻头有如下优点：其一，能有效地保护边刀、边刀座，不易产生边刀、边刀座的非正常磨损；其二，二七桥地层上层为砂质覆盖层，基岩由破碎泥岩和粉砂质泥岩相互掺杂组成，这样给钻进中的排渣带来一定困难。如果钻渣无法及时排出，会产生多次破碎而磨损刀具，同时会因钻渣不能及时排出而裹钻，而采用3环边刀滚刀钻头，边刀下的钻渣会及时流入中间而被排出。降低了排渣难度，排渣效果好。重型刮刀钻头：本桥覆盖层为27m左右的砂质覆盖层，而滚刀钻头不能正常穿越砂土层，必须使用重型刮刀钻头。Φ3.4m刮刀钻头结构较大，应选择6翼刮刀钻头较为合理，钻头刀排宽度、厚度要适当加大。4.3泥浆分离器ZX-500型泥浆分离器，泥浆净化能力500m3/h，分筛粒度≤74μm，可将钻碴从泥浆中分离，便于处理，处理后的泥浆可循环回入孔内，不需要泥浆池沉淀。清孔1小时可将孔内700m3泥浆的含砂率降低到0.2%～0.5%.4.4超声波测壁测定仪超声波大孔径检测仪，用于成孔质量检测，检测孔径、孔斜率、孔底沉碴。4.5压风机由于钻机的排碴方式为气举反循环，每台钻机配备一台20m3/min、1.2MPa的空气压缩机。5大孔径钻孔桩施工技术措施本工程4号墩钻孔桩长达85m，桩径3.4m，地层从上至下为填筑土、淤泥质亚粘土、粉砂层、挤压破碎严重砂质泥岩，覆盖层厚度约30m，入岩深度约60m，施工难度大，为确保钻孔桩质量，拟采取如下几个方面措施：5.1钢护筒施工质量保证⑴钢护筒内径φ3600mm，钢护筒壁厚采用22mm，钢护筒一次性沉放到设计标高，护筒底口1.5m范围内用16mm厚钢板加设的加劲箍，钢护筒材质、焊缝、防腐和质量检验按设计和规范要求进行。⑵钢护筒委托加工能力强、技术水平高的专业厂家制造。为防止钢护筒在运输和吊装过程中发生变形，钢护筒在加工时，每节护筒内均用φ60mm钢管或型钢设置“米”字撑。⑶为确保钢护筒的沉放精度，特设计制作钢护筒下放导向架，并与平台固定，保证钢护筒沉放定位精确。⑷钢护筒下沉采用两台美国APE400B型液压振动锤并联使用，为保证一次安全成孔，护筒要求穿过覆盖层，到达岩面，并严格控制钢护筒垂直度在1/300内，钢护筒振沉到位后与钢平台联结，以防偏位。5.2确保成桩的措施5.2.1确保成孔的措施⑴采用大功率大扭矩全液压钻机：主墩钻孔施工拟采用6台KTY-4000型全液压动力头钻机。KTY-4000型钻机最大输出扭矩为200kN.m，在硬质岩石中额定钻孔深度为130m，最大钻孔直径为6.0m。⑵采用大直径大刚度钻杆：所有钻杆直径均在351mm以上，壁厚不小于25mm，可有效克服因钻杆刚度不足而造成的钻头摆幅过大，钻进效率低，钻杆易折段等现象，同时可加快泥浆循环速度。⑶采用气举反循环成孔：可加快泥浆循环速度，集中供应压缩空气，经调压风包稳定后供应给钻机，始终保持较稳定气压，可避免因气压不稳定，而造成塌孔和钻渣堵塞钻杆等事故，提高钻孔效率。⑷采用改进型平底钻头：整个钻孔过程中均采用改进后的平底钻头钻进，提高边缘钻渣的清除能力和钻进速度，以提高钻进效率。⑸加设护筒内壁扫孔器：在护筒内钻杆上安装护筒内壁清扫器，边钻孔边清除附着在护筒上的泥砂和泥皮，缩短成孔后清孔时间，以提高钻孔效率，保证砼与钢护筒的粘结质量。⑹提高护壁泥浆配制质量和管理：用泥浆制备船配制优质泥浆，边钻进边向孔内补充优质泥浆，同时每台钻机配制一台ZX-500型泥浆净化器，钻进过程中定时对孔内泥浆进行取样检验，确保钻孔过程中的泥浆各项指标均符合要求，减少清孔时间。⑺经钻孔工艺试验，可采用优质环保泥浆，以减少泥皮厚度，提高桩基承载力。⑻及时调整护筒内泥浆面：钻进过程中根据护筒外水位变化，随时调整护筒内泥浆面，保证内外水头差距始终保持在2.0m左右，减少塌孔风险。⑼定期对钻杆进行检查：所有的钻杆均要定期进行探伤检验，确保钻杆完好无损，钻杆接头均采用快速接头以提高钻杆接长和拆除速度。⑽钻孔过程中做好钻碴取样工作，若发现地质与设计图纸不符，及时向设计单位汇报；桩基成孔，按施工规范要求控制孔径、孔深、垂直度和孔底沉淀厚度；以保证桩基设计承载力的实现。5.2.2确保钢筋笼和混凝土导管安装的措施⑴钢筋笼拼装接长：分节钢筋笼长10m左右，用400t浮吊或150t浮吊将需接长的钢筋笼吊入已成桩孔内，钢筋对接采用快速机械接头连接，每根桩分10次接长下放。⑵混凝土导管的接长采用钢索式快速接头联结接长。5.2.3提高检孔和清孔速度的措施⑴用超声波多功能检孔仪检孔，提高检孔效率。⑵钻孔过程中严格控制泥浆，减少终孔后清孔时间。⑶用特制带有送风管砼导管作二次清孔吸泥机，用气举反循环清孔提高二次清孔效率。5.2.4提高砼浇注效率的措施⑴加大砼导管的直径：采用Φ300mm砼导管，提高砼浇注效率，砼导管进场前，进行探伤检验，确保导管的制作质量，定期对导管进行水密、接头抗拉试验和管壁磨损程度进行检验，确保砼浇注过程中导管不出问题。⑵加大砼的浇注强度，4号墩边砼搅拌站理论生产能力为90×2=180m3/h，可满足单桩混凝土最大方量1000m3所要求的浇注强度。⑶加强设备的保养维修力度：确保砼生产设备在浇桩过程中不出现故障。⑷严格控制砼的拌制质量，提高砼的和易性，减少堵管机率。⑸严格监控砼的浇注过程，确保首批砼的浇注效果。6结束语该桥4#主塔墩共有直径φ3.4m钻孔灌注桩18根，桩长85m。地层从上至下为填筑土、淤泥质亚粘土、粉砂层、挤压破碎严重砂质泥岩，覆盖层厚度约30m，入岩深度约60m，施工难度大。选用KTY-4000型全液压动力头回转钻机钻孔，有效提高工作效利，并能保证成孔质量。施工中采用的主要技术措施值得在类似工程中推广，具有较好的社会和经济效益。