公路施工：岩质河床桥梁桩基精准定位与钻孔施工工法

岩质河床桥梁桩基精准定位与钻孔施工工法 工法编号GGG（中企）C1-2021 编制单位中国建筑一局（集团）有限公司 中建市政工程有限公司 主要执笔人陈俐光 于艺林 赵勇 姜涌 王斓 1 前言 河床上覆盖层经常被流水冲刷， 在这种环境下进行桥梁桩基础施 工，极易导致钢护筒定位困难、无法打入、位置偏移、孔内涌沙或漏 浆，从而出现桩基偏位、污染江水等问题。因岩层强度较高，钻孔施 工效率低下， 严重影响施工进度， 为保证城市桥梁水下桩基施工质量， 解决桩基定位的技术难题及钻孔中溢浆、漏浆等环保问题，通过改进 原有施工工艺，尤其是传统工法采用泥浆池的方法，需要在船上制作 临时泥浆池，既占用场地，又增加了施工措施，成本较高且容易造成 江水污染，本工法则对上述问题进行有效解决，形成了岩质河床桥梁 桩基精准定位与钻孔施工工法。 该工法利用定位装置辅助桩基水平定位，并结合双层钢护筒套 打、内护筒水下混凝土固定止水的方式，用临近钢护筒充当临时泥浆 池，有效解决了后续桩基冲孔过程中定位不准、泥浆外漏、塌孔、卡 钻等问题，实现了桩间泥浆循环，相比传统工法减少了临时泥浆池的 措施，确保了桥梁工程水中墩桩基础施工的顺利完成。 此工法在类似水下岩质河床钻孔灌注桩施工中具有广阔的市场 应用前景。 第 1 页 共 16 页 2 工法特点 2.0.1采用双层钢护筒套打、 内护筒水下混凝土固定止水的方式， 保证了其密封性和稳定性。 2.0.2 采用邻桩钢护筒充当临时泥浆池，进行泥浆循环，减少外 排，环保效益好。 2.0.3 采用水平定位辅助装置进行桩基钢护筒水平定位， 提高桩 基钻孔施工精度，防止偏位。 3 适用范围 本工法适用于各种类型跨江、渡河等（水深小于 15m）水域无覆 盖层岩质河床进行群桩基础施工的桥梁工程。 4 工艺原理 4.1 桩基水平定位 采用 4mm 厚薄钢板预先弯制成桩基钢护筒外径尺寸， 然后进行拼 装，设置具有一定伸缩行程的轨道，用定位杆进行待施桩基水平方向 定位，对桩基施工进行辅助，定位完毕后即可拆除装置进入下一位置 桩基定位。 4.2 岩质河床钻孔 采用双层钢护筒套打工艺，首先下放引孔钢护筒，进行冲击钻引 孔，引孔施工结束后下放主桩冲孔钢护筒，利用两钢护筒构建封底混 凝土模板，向内外钢护筒之间空隙内浇筑水下混凝土稳固钢护筒，从 而完成水下无覆盖层岩质河床钻孔灌注桩下放钢护筒的工艺。 4.3 桩间泥浆循环 第 2 页 共 16 页 在桩基施工中，会在护筒上方预留一定高度净空，净空高度一般 为护筒长度减去封底厚度，护筒长度根据钻孔平台高度确定，用于桩 基钻孔造浆及泥浆循环使用，多个循环隔桩钻孔时，两根桩基可以采 用同一钢护筒作为临时泥浆池。新施工完成的桩基，待桩基达到强度 后可为临近桩基泥浆循环使用。 5 工艺流程及操作方法 5.1 施工工艺流程 具体施工流程如图 5.1 所示。 桩基放样 制作导向架 外层钢护筒下沉 冲击钻就位 桩基水平定位 引孔节段钻进 引孔节段终孔与清孔 桩间泥浆循环 下放内层钢护筒 灌注护筒间封底砼 拔出外层钢护筒 第 3 页 共 16 页 图 5.1 施工工艺流程图 5.2 施工操作要点 5.2.1 桩基放样 根据设计资料和已批复的导线复测结果布设测量控制网和施工 水准点，用全站仪采用坐标法直接放样至每个桩基的中心，并在每个 桩基周围沿横桥向和顺桥向放样四个定位桩， 每个定位桩距桩基中心 2.5m 左右，并固定好。 5.2.2 桩基水平定位 利用 4mm 厚钢板按桩基钢护筒外径弯制成两个半圆形，预留出 20cm 长，中间打孔，用固定螺栓固定，内部放置橡胶垫片。在装置 前端设置两个方形固定装置，内部预留定位杆伸缩轨道，定位杆长度 根据预先计算而设定。使用时，在装置松弛状态下套入钢护筒，待下 放至合适高度后，拧紧固定螺栓，再调节定位杆伸出长度，然后用方 形固定装置将定位杆固定，进入工作状态。 图 5.2.2 桩基水平定位装置示意图 第 4 页 共 16 页 5.2.3 制作导向架 依托钻孔平台下方的临时施工操作平台安装导向架， 设置导向架 的主要目的是确保钢护筒的垂直度和定位。如下图 5.2.1 所示。 图 5.2.3 钢护筒定位导向架示意图 5.2.4 外层钢护筒下沉 钢护筒在制作时，对其底部焊接一圈厚度为 10mm、高度 30cm 的 加筋环撑，护筒刃脚部位加工成刃形，以减小外层引孔护筒与河床间 的摩阻力。同时，在外层引孔护筒内部每 4m 均匀设置型“十字形” 内支撑， 以免护筒吊装时发生变形。 钢护筒在起吊下放时采用扁担吊， 利用定位导向架下放外层钢护筒，着床后在平台柱梁板上安放两个 20t手拉葫芦进行钢护筒下放后的微调， 以保证钢护筒位置的精准性， 如下图所示。 图 5.2.4-1 钢护筒外形示意图 第 5 页 共 16 页 吊车1吊车1 吊车1吊车1 吊车2吊车2 三点法（扁担吊）三点法（扁担吊） 图 5.2.4-2 钢护筒下放示意图 5.2.5 冲击钻机就位 钻机设备拆分后用拖车运送至主墩钻孔平台， 用汽车吊配合组装 钻机，为提高钻进效率，节省劳动力，在原有的冲击钻机上安装智能 控制装置， 采用空压机与全自动智能冲击钻机控制器相结合的方式来 控制冲击钻机的操作杆， 从而代替原人工操作的拉、 推、 松诸多动作。 如下图所示。 图 5.2.5 全自动智能冲击钻示意图 5.2.6 引孔节段钻进 待桩机定位完成后开始引孔节段开孔钻进。 为防止钻渣流入河流 第 6 页 共 16 页 中，在钻进过程中利用高压水泵抽取悬浮钻渣，利用运渣船运至指定 的钻渣处理地点，起到保护水质的作用。 5.2.7 桩间泥浆循环 钻孔施工过程中拟选用 IP＞10 的膨润土造浆。根据土质情况来 控制泥浆的稠度，确保泥浆比重为 1.151.3，黏度为 18S20S，含砂 率＜4，胶体率为 9095，泥皮厚度＜3mm。泥浆配比可按如下公 式计算 GVR1R2- R3/R1- R3 式中G所需泥粉数量t V所需泥粉体积m3 R1泥粉相对比重，取 2.5 R2所需泥浆比重，基浆一般取 1.1 R3水的比重，取 1 在隔桩钻孔时，施工 1和 3桩基，可由 2桩基钢护筒临时充当 泥浆池，1和 3桩基施工完成，桩顶至护筒顶会留有一定高度的空 间，可为 2和 4桩基施工提供临时泥浆池，以此类推，直至完成群 桩所有桩基施工。 图 5.2.6 桩位布置示意图 第 7 页 共 16 页 5.2.8 引孔节段终孔与清孔 引孔钻进深度 2.5m，在孔深达到要求后采用高压水泵清孔，清 孔完毕后使得孔底沉渣厚度不大于 5cm，否则进行二次清孔直至钻渣 厚度指标达到规范要求。 5.2.9 下放内层钢护筒 在上述引孔钢护筒施工完毕后，在其内部下放内层钢护筒（也称 桩基钢护筒） ，待桩基钢护筒着床后，在两护筒间同样在平台柱梁板 上安放两个 20t 手拉葫芦进行桩基护筒下放后的微调， 以保证钢护筒 位置的精准性。 5.2.10 灌注护筒间封底混凝土 采用导管法及时向已下放完成的引孔钢护筒与主桩钢护筒间隔 内浇筑有效深度为 2.5m 的 C30 水下混凝土，来稳固主桩钢护筒