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1、目 录1概述11.1工程概况11.2地形地貌11.3地质条件11.4水文气象21.5工程特点及技术难点22施工方案的确定32.1水下清礁方案的确定32.2钻孔平台方案的确定32.2.1贝雷片钢平台32.2.2工字钢钢平台42.3钻孔机械的选择42.4双壁钢围堰形状的确定62.4.1矩形双壁钢围堰62.4.2圆形双壁钢围堰63深水基础施工73.1水下清礁及堤岸防护73.1.1地质确认73.1.2堤岸防护措施73.1.3清礁施工83.1.4水下爆破83.1.5开挖过程中出现的问题及处理方法103.2钻孔平台施工123.2.1钢管支墩对接123.2.2测设定位浮标123.2.3抛填土袋133.2.4
2、插打钢管桩133.2.5架设工字钢梁133.2.6过程监测143.3钻孔桩施工143.3.1钢护筒埋设143.3.2开孔冲进153.3.3气举反循环钻进153.3.4成孔验收及清孔193.3.5钢筋笼下放193.3.6混凝土灌注193.3.7桩基检测213.4矩形双壁钢围堰施工213.4.1钢围堰设计213.4.2围堰验算233.4.3钢围堰加工293.4.4钢围堰下沉313.4.5钢围堰封底363.4.6钢围堰拆除383.5承台大体积混凝土施工383.5.1承台施工难点383.5.2承台混凝土设计参数：393.5.3大体积混凝土配合比设计及试配：393.5.4混凝土温升计算403.5.5大体
3、积混凝土温控技术措施413.5.6承台沉降监控454结语46客运专线大跨度连续梁（刚构）深水基础施工技术1 概述1.1 工程概况武广客运专线新广州站及相关工程流溪河特大桥跨西华海连续刚构横跨白泥水道，跨径组合为（94+168+94）m。里程范围DK2189+053.58DK2189+409.88,全桥长356m，桥墩轴线与水道成28夹角。水中主墩基础为12根2.5m,桩长95m钻孔桩。承台尺寸为23.2m(长)16.8m（宽）5m（高），最近角距离岸边约6m。详见图1-1 平面位置关系图。图1-1 平面位置关系图1.2 地形地貌桥址位于广州白云区白坭水道，属于III级标准。河面宽155m。河床
4、面高程为-5.34m，河堤岸高程约为4.5m。施工常水位2.1m，最低水位为-0.33m。洪流量为3030m2/s；流速1.73m/s。河水受涨落潮影响，水流方向每天改变2次。 1.3 地质条件主墩的地质情况为岩层上覆盖厚4-5m的细砂层，强、弱风化炭岩分层交替，岩层裂隙发育，层深4m10m，部分区域夹杂有3m8m厚弱风化粉砂岩层，根据地质勘察报告显示,桩基所涉及的地层(由上而下)情况见表1.3。表1.3 主墩桩基所处地层情况表地层高程岩层名称主要特征1-5.34-9.7中粗砂2-9712.5灰质泥岩强风化，灰黑色，岩质教软，遇水溶化。3-12.5-17.85泥质粉砂岩弱风化，灰黑色，砂质结构
5、，泥质胶结，块状构造，泥质胶结，岩质较硬。4-17.85-20.85炭质泥岩灰黑色，强风化，裂隙发育，岩质稍硬。5-20.85-32.25泥质粉砂岩强风化，灰黑色，砂质结构，裂隙发育，岩质稍硬。6-32.25-38.25炭质页岩灰黑色，强风化，层状构造，裂隙较发育，岩芯呈块状，局部风化成泥。7-38.25-55.05泥质粉砂岩强风化，灰黑色，砂质结构，岩体裂隙发育，局部风化成泥。8-55.05-62.15泥质粉砂岩弱风化，灰黑色，砂质结构，岩体裂隙较发育9-62.15-65.45泥质粉砂岩强风化，灰黑色，砂质结构，泥质胶结，岩体裂隙发育，岩芯呈块状。10-65.45-68.15构造角砾岩强风化
6、，灰黑色，呈角砾状，局部成泥。11-68.15-79.65泥质粉砂岩弱风化，灰黑色，砂质结构，岩质稍硬。12-79.65-87.55炭质泥岩灰黑色，强风化，层状构造，岩质稍硬。13-87.55-95.78泥质粉砂岩弱风化，灰黑色，岩芯呈块状，短柱状。1.4 水文气象本桥址所处地区属亚热带季风气候。气候温暖多雨夏季中时有台风侵袭，接受阳光热能较多，且受海洋气候影响调节。夏季时间长，雨季充沛，没有严寒。年平均气温21.8，极端最高气温38.5，极端最低气温-1.9，年平均相对湿度80左右。年平均降雨量1667mm，最大日雨量284.9mm，49月为雨季，占全年降雨量的80，春夏季节多偏南风，冬季多
7、偏北风，夏季与秋季常发台风，台风经过时夹带暴雨，最大风速达35.4m/s。1.5 工程特点及技术难点主墩深水基础施工主要具有以下特点：(1)水上与高空作业多，安全隐患多；(2)过程控制环节多，且控制部位又位于水中；(3)主墩间河道为III级航道，过往船只频繁；(4)临堤建筑物及道路密集；(5)工程工期紧，难度大；(6)西华海连续刚构桥跨越珠江白坭水道，北岸为广州白云区管段，南岸为佛山南海区管段，桥梁的施工的各项审批手续须分别在两地办理，协调难度较大。同时，两岸存在不同程度的房屋拆迁和征地，影响全桥施工组织安排。主墩深水基础施工主要具有以下技术难点：(1)桩基钻孔孔深,又在西华海水道河床裸岩上
8、,在长护筒的定位(垂直度和测量定位)方面难度很大，且岩层裂隙发育，桩底要求零沉渣；(2)基坑开挖过程中，堤岸防护困难；(3)水中基底开挖面积为615m2,开挖深度约水下16m，水流较急，测量难度大；(4)在深水裸岩中进行钢管桩插打的定位与垂直度控制困难；(5)钢围堰尺寸较大，焊接工作量大，焊接过程中围堰变形量控制困难；上下拼装、下沉及下沉过程中定位较困难；(6)承台混凝土体积达1949m3，水化反应过程中水化热对严重影响混凝土质量。2 施工方案的确定2.1 水下清礁方案的确定主墩处水深约为10m且水流湍急，主墩边线距离堤岸最远距离约为22m，河面宽155m，要求最小通航净宽为135m，受上述诸
9、多条件限制，不适宜采取筑岛施工；主墩处河床面为中粗砂，碳质泥岩，砂岩。承台角距离岸边最近6m，临岸厂房、民房密集。南边有西华山、西临草场村工业大道。结合地质条件及保证堤岸及附件建筑物安全考虑；决定采取水下开挖方式清除覆盖层及软石头后再采取水下爆破方式清除较硬的砂岩地层。2.2 钻孔平台方案的确定钻孔钢平台一般有贝雷片和工字钢两种形式，以下对比其优缺点。2.2.1 贝雷片钢平台优点：用钢量小、施工过程控制简单、施工工期短。缺点：由于贝雷片高度为1.5m，致使钢管桩露出水面高度较低，其剪刀撑与下部横撑位置在施工常水位以下，不能进行焊接；贝雷片与钢管顶盖板间不能焊接。上述部位只能采取抱箍进行加固连接
10、，施工质量难以控制，钢平台结构不够紧凑，不适应大吨位、大扭力钻机施工。（图2.2-1 贝雷片钢平台立面示意图）图2.2-1 贝雷片钢平台立面示意图2.2.2 工字钢钢平台优点：工字钢主梁与钢管顶盖板可以进行焊接；工字钢结构高度小，钢管露出水面高度较高剪刀撑及水平横撑在水面以上，能够有效焊接。结构较稳定，可长时间使用。缺点：用钢量大，特殊工种需求量多；施工工期较长。主墩桩基采用动力气举反循环回转钻机(KPG-3000A) ，由于工作扭矩大，主机自重达60t，首节钻具加钻杆重量达80t，对钻孔平台承载能力和起重能力要求较高，同时要求平台上能上混凝土罐车、汽车吊、汽车泵等机械器具，对平台受力性能要求
11、较高。结合上述二者优缺点及结构安全因素考虑，实际施工中主梁选用工字钢搭设钢平台。(图2.2-2 工字钢平台结构示意图)。2.3 钻孔机械的选择据西华海水道主墩钻孔桩地质展示图及现场基槽开挖显示，承台底以下以强风化岩为主，夹层较多。通过其它地质相近的桩位进行机械成孔效率的试验，在有效工作时间内，普通冲击钻在50m桩长内钻孔效率为0.2m/h，50m70m钻进效率已下降至0.1m/h。气举反循环钻机在50m110m的钻进效率可达到0.35m/h。考虑到普通冲击钻在孔深超过50m时钻进效率极低，且难以保证桩底沉碴为零，为达到优化工期的和保证质量目的，综合比较后选择普通冲击反循环钻机钻进至40m50m
12、深度后，改用图2.2-2 工字钢平台结构示意图动力气举反循环回转钻机(KPG-3000A钻机)完成下半部分成孔作业，钻机的主要性能参数对比详见表2.3-1。表2.3-1 钻机的主要性能参数对比表设备型号YCJF-25KPG-3000A最大钻孔直径（m）2.53.0最大钻孔深度（m）80130最大输出扭矩（KNm）200最大提升能力（t）10120外形尺寸（长宽高）6.8m2.8m3.3m9.7m4.5m13.9m移动方式液压步履式轨道滑动式配备钻杆（外径壁厚）159mm6mm351mm25mm5000循环方式泵吸反循环气举反循环钻机总重量（t）主机1960钻具880钻机总功率（kw）主机752
13、20循环系统22132产地济南武汉钻机形式全液压冲击反循环钻机动力头回转钻机2.4 双壁钢围堰形状的确定钢围堰平面形状的一般根据承台形状而定，常见的有圆形、矩形，也有哑铃型和异型钢围堰。该墩承台为矩形承台，可采用圆形双壁钢围堰或矩形双壁钢围堰，以下详述其优缺点：2.4.1 矩形双壁钢围堰：优点：用钢量小，占用河道面积小。缺点：受力条件复杂，结构复杂，由于设置内支撑，对承台施工有一定的干扰。2.4.2 圆形双壁钢围堰：优点：受力条件好，可承受比一般围堰更大的围堰内外水头差，无须设置内支撑，施工干扰小；适用性强，基本不受墩位处水深限制，不受覆盖层深度限制。缺点：占用河道面积较大，自身用钢量大，同时
14、施工平台、封底、吸泥、水下清基等相应工作量也随之增大。其各自经济、技术比较如下（壁厚：1.0m，高度：15.991m，操作空间：圆形0.7m，矩形0.1m，平台及围堰所用钢材型号相同）。表2.4-1 矩形、圆形双壁钢围堰经济技术比较表比较项目矩形双壁钢围堰圆形双壁钢围堰矩形相对圆形的增减工程量比率经济方面围堰钢(t)393486-24%封底砼(m3)8101582-95%水下爆破、清基方量(m3)68729964.4-45%经论证和比较，采用1.0m厚矩形双壁钢围堰较为理想，同时也是满足广州市航道局关于施工期间通航宽度不小于135m的要求。围堰内设置斜支撑，支撑避开承台、墩身的施工位置，克服了
15、内支撑对承台、墩身的施工影响，且优化设计后的矩形双壁钢围堰较圆形钢围堰更经济适用。(图2.4-1 矩形双壁钢围堰平面布置图)图2.4-1 矩形双壁钢围堰平面布置图3 深水基础施工3.1 水下清礁及堤岸防护3.1.1 地质确认开挖前为保证开挖时堤岸的安全必须进行地质确认，有针对性的对沿堤岸进行地质勘查。地质取芯具体位置与编号详见图3.1-1。图3.1-1 地质取芯位置与编号示意图 图3.1-3 堤岸防护桩3.1.2 堤岸防护措施根据地质勘查报告及取芯岩样所显示河堤的地质分层状况，为保证开挖顺利进行和厂房安全，沿堤岸边布设21根直径为1.0米钻孔灌注桩加固防护堤岸。钻孔桩中心间距为1.5m2m。两
16、桩之间采用60KW震动锤插打63cm钢管桩用以保证21根防护桩群的整体性，使之整体受力。详见图3.1-2；3.1-3，图3.1-2 钻孔灌注桩与钢管桩布置示意图3.1.3 清礁施工防护桩施工完成后，立即采用反铲挖斗船进行水下挖礁工作。由测量组使用全站仪现场放样，指定所需开挖边线。开挖区域从围堰四周各放宽2.8m，即顺桥向21.8m，横桥向28.2m，面积约为615m2。为保证深水地段大面积开挖的准确性。采用分块与分层的开挖方式。将所需开挖区域分为9块，在岸边作明显标记标明。图 3.1-4 水下开挖图由岸边向河中心，从上游向下游逐块开挖。每天组织技术人员对开挖区域进行测量，到达指定高度（一般为1
17、m）时换至另一块进行开挖。待9块全部开挖完毕后返回第一块循环开挖，直至整体达到设计高程，详见图3.1-4。3.1.4 水下爆破(1)炮眼钻孔炸礁船采用400t方驳，船弦处设置钻孔平台，钻孔采用三台潜孔冲击钻，每三个炮孔同时施工，钻头为91mm 金钢石钻头，配127mm套管，采用垂直钻孔方式，一次钻到的深度标高为-13.939m（考虑允许超深0.4m+超钻1.0m）。水下爆破与陆上爆破不同，炮孔不能随意调整，因此炮眼采用全站仪测量定位，并在水流较急或转潮时进行孔位复测。(2)水下装药、堵塞水下钻孔爆破由于炸药一般在水中浸泡时间比较长，因此炸药采用防水性能较好的乳化炸药，炸药直径75mm，药卷长度
18、0.4m，单卷药重约2kg，每米药卷重5kg。雷管：采用导爆管毫秒非电雷管，主要使用的有Ms1, Ms7、Ms9、Ms11、Ms13、Ms15六种规格。起爆雷管：采用击发枪起爆。孔内根据孔深的不同，装与爆柱长度相等的导爆索作为起爆药柱，每个起爆柱装1个非电导爆破雷管，并将导爆管引出至南岸，采用孔内微差。装药前将孔内的石渣清除干净，如药柱下不去，可用竹竿或塑料管等轻轻挤压；或取出药柱作进一步处理，排除后再装药。根据水运工程爆破技术规范，水深大于6m的，由于水的压力不必堵孔。(3)爆破参数确定炮眼布置：孔位按2.1m2m呈矩形方式布置，孔径90mm。炮孔装最大药量计算公式为：Q=q.a.b.H；式
19、中：Q炮孔装药量（kg），q炸药单耗（kg/m3）,本工程选取q取1.0kg/ m3,施工时，为提高爆破质量，可根据岩石情况进行调整；a、b、H孔距、排距、孔深m，本工程取a=2.1m,b=2m,H=为钻孔孔深（设计开挖岩层厚度+设计允许超深0.5m+超钻1.0m）。由于岩层为变化面，装药量根据实际钻孔深度、试爆效果和岩石软硬程度进行适当调整，在保证安全的前提下，取得最好的效果。(4)网络爆破每排三（四）个孔，孔内每个爆破体内分别装一发Ms9、Ms11、Ms13（Ms15）段的非电雷管每个船位装药完毕后，进行大把抓，每把用胶布绑扎Ms7非电雷管把每排进行串联。起爆采用Ms1段导爆管长40m的非
20、电雷管进行起爆。详见图3.1-5。图3.1-5 起爆网络图(5)爆破效果覆盖层开挖采用型号3m3反铲清礁船挖除，岩层开挖采用水下控制爆破破碎岩层，再用反铲船挖除岩渣。通过水深雷达的测定，炸礁工程取得了预期目的，爆破岩面基本平整，误差在-10cm40cm，爆破区域标高及宽度满足围堰下沉需要，施工过程中未出现补爆破情况。3.1.5 开挖过程中出现的问题及处理方法(1)水下清礁施工过程中先后出现了如下问题：西华海南岸场地出现裂缝，且裂缝发展迅速。场地内西侧（大门侧）有块孤石滑落水中，地面出现裂缝且发展迅速。(2)原因分析振兴文具厂旁裂缝成因：a、基坑开挖导致河砂向基坑内涌入。b、临岸厂房及车流对堤岸
21、的荷载作用。在如上两方面因素作用下导致地面下陷地面出现裂纹。南侧（靠近山体侧）裂缝成因：a、因开挖时放坡过小，开挖断面近90。b、开挖后炭岩裸露，经水浸泡后溶化与砂岩产生滑动面，同时导致防护桩入岩深度不足。c、堤岸施工车辆对堤岸增加荷载。在上述因素作用下岩土失稳，出现相对滑动，从而导致地表裂隙。降雨时雨水从裂缝中穿过，对裂缝形成冲刷导致裂缝加剧发展。东侧（靠近大门侧）因取芯时，2孔都取在孤石上，地质报告与芯样显示均为弱风化石灰岩，开挖时只采取放坡开挖，没有采取钻孔灌注桩防护。开挖时岩石裸露，浸泡溶解。由于自重失稳滑落水中。孤石后土体失稳，发生相对滑移从而导致地表产生裂缝，雨水冲刷导致裂缝加剧发
22、展。(3)处理方法为防止裂缝继续发展，采用水泥砂浆灌注裂缝并将表面抹平，阻止水流入，冲刷裂缝。沿振兴文具厂旁岸边插打24根63 cm钢管桩，首根紧挨21防护桩插打。阻止堤岸边河砂及碎石向基坑内涌入。各钢管桩之间两两用槽钢焊接使之连接成整体。将南侧防护桩挖出地面50cm，使用风镐将庄头破除。用地梁将每三根防护桩连接起来，并使用锚定块与拉杆将其后拉于5米以外。详见图3.1-5 拉锚布置示意图。a、锚定块结构尺寸为100 cm200 cm100 cm。使用混凝土浇筑。埋入地表以下150 cm。b、拉杆采用L10010014 mm角钢制作。c、地梁配筋采用 25 mm钢筋于防护桩钢筋相连接，混凝土采用
23、C25混凝土。地梁应埋入地表，顶面与地表平齐。详见图 3.1-6 地梁示意图图3.1-5 拉锚布置示意图图3.1-6 地梁示意图东侧沿河堤岸补设12根1.0 m钻孔灌注桩，桩中心间距为2 m。桩之间插打63 cm钢管桩，施工工艺与先前防护桩相同。对于滑落水中的孤石，先请潜水员下水模请孤石位置后，在岸边做显眼标记。采用水下冲击将其破碎后清除。3.2 钻孔平台施工钻孔平台施工主要工序为：施工准备测设定位测量抛填土袋插打钢管桩钢管桩对接剪刀撑焊接墩顶搭设架设主梁过程监测。3.2.1 钢管支墩对接根据现场河床覆盖层测量深度，提前将钢管桩接长至18 m；为保证钢管桩接缝的受力性能，对接要求如下：上下两对
24、接后钢管桩轴线夹角不大于1，对接口管壁错开量不大于2 mm，焊缝满足钢结构验收要求，焊条采用E 50(506)型。同时钢管桩对接时，沿钢管桩四周均匀设4块12 25 cm ； = 8 mm加劲钢板，焊缝要求同上，焊接时加劲板与钢管壁密贴，所有焊缝高度不得小于6 mm。3.2.2 测设定位浮标利用全站仪和浮标船，根据测定的水流速度，计算出定位点，并在定位点上游抛下浮标。设置浮标后复测实际位置，定位偏差控制在10 cm以内。在利用浮标定位施工前，根据水位涨落情况推算浮标位置以便调整施工距离和方向，及时对浮标位置复核。3.2.3 抛填土袋鉴于河床面砂层较厚，每天受潮汐影响河水流向变化两次。大量河砂被
25、带入基坑内。钢管桩插打前利用钢钎测量覆盖层深度，如不足3m需在支墩周围5m范围内抛填粘土袋；用尼龙袋装土，不得装入大石块和树根类杂物，利用工程驳船运至抛掷点上游，根据计算的距离抛掷。用铁丝将3 4个土袋绑扎在一起抛掷，为保证抛填范围内土袋均匀布置，抛掷时驳船缓慢向下行驶，反复进行直至抛填厚度达到3m以上。3.2.4 插打钢管桩在350t驳船上设置25t汽车吊装配成浮吊，根据浮标位置，抛锚定位浮吊和运输船。利用浮吊吊起钢管桩，全站仪测量指挥定位后，利用60kW振动桩锤插打钢管桩直至岩面。随后及时在桩四周抛掷土袋，并向桩内灌砂至常水位以上2m。除第一根钢管桩外，其它钢管桩均及时与已插打的桩利用槽钢
26、进行临时连接。钢管桩插打顺序为从上游向下游，从西岸侧向东岸侧，从平台角点处向整个平台扩展。每班完成前及时焊接剪刀撑和水平撑。钢管桩插打时定位偏差0.1m，倾斜度1%。(图3.2-1 钢管桩支墩插打)图3.2-1 钢管桩支墩插打图3.2.5 架设工字钢梁钢管桩插打、连接固定后，割除钢管桩至设计标高并焊接桩帽，桩顶标高偏差0.01m。随后架设工字钢梁和铺设钢板，完成操作平台的施工。63cm钢管桩、22槽钢水平撑和斜撑焊接连接构成整体后，钢管桩顶焊接2cm 厚的顶钢板。横桥向铺设两根一束的I45b工字钢，纵桥向铺设三根一束的I45b工字钢，形成钻孔平台的骨架，在纵梁上铺设I28b工字钢作为分配梁。工
27、字钢接长是两根并排工字钢错开至少5m。(图3.2-2 工字钢梁架设)图3.2-2 工字钢梁架设图3.2.6 过程监测本钻孔平台使用时间长，承受荷载较重，又处于深水裸岩河床上。搭设完毕后需立即在平台钢管桩支墩及主梁上布设观测点。指定专人定时对平台稳定性进行检测，分工况收集数据，进行对比分析，并采用相应对比措施。3.3 钻孔桩施工钻孔桩施工主要工序为：钢护筒埋设冲击反循环钻机开孔气举反循环钻机钻进成孔验收钢筋笼下放混凝土灌注。3.3.1 钢护筒埋设护筒采用16mm的钢板制作，外径280cm，为防止钢护筒底部卷口，底部30cm刃角加厚。根据浮吊性能及工作平台高度,将护筒分为3节,每节长6m，共18m
28、,打入河床。护筒对接处焊缝必须光滑，无凹凸现象和夹杂焊渣,钢护筒下沉前必须做煤油渗透实验，不得有渗漏现象。钢护筒安装在施工平台完成后进行，先粗略测放出桩孔中心位置后，在作业平台上安装钢护筒导向框架，钢护筒在导向框上分3层定位，导向架固定在平台上，长6.0m，以确保护筒入土深度和垂直度。 图3.3-1 钢护筒导向框架导向框架采用型钢拼装成型,在工作平台调整水平,使其垂直并在同一平面内，固定安装在工作平台上，形成整体。利用船吊或汽车吊将接长的钢护筒下放到位后，为保证钢护筒的平面位置及倾斜度不会发生较大变化，且能够沿导向框架插入河床内。用两台全站仪从两个互相垂直 的方向观察护筒的倾斜度是否符合施工规
29、范的要求。用DZ-90震动打桩机在工作平台上插打钢护筒，钢护筒须逐节接高下沉，保证护筒中心位置和桩心位置偏差在2cm以内，倾斜度不得大于0.5%。护筒下沉过程中注意观察下沉速度，速度过快可能导致护筒倾斜，速度过慢则可能是护筒底遇到障碍物。碰到上述情况应停止作业，复核孔位中心后，查明原因，尽快处理。(图3.3-1 钢护筒导向框架)3.3.2 开孔冲进护筒埋设完成后，采用冲击反循环钻机开孔。注意先用小冲程正常冲进，待整个钻头全部、均衡的进入岩层(离护筒底口2m左右)，再采用大冲程（1.2m）、高频次冲孔。冲击反循环钻机施工至40米后，若进尺效率明显降低，则改用KPG-3000钻机施工。(图3.3-
30、2 冲击反循环钻机开孔； 图3.3-3 冲击反循环钻机钻头) 图3.3-2 冲击反循环钻机开孔 图3.3-3 冲击反循环钻机钻头3.3.3 气举反循环钻进(1)气举反循环钻机(KPG-3000钻机)工作原理气举反循环钻机采用大扭矩油顶，利用钻杆旋转带动底部钻头转动。钻头、钻杆及配重块重量可达80t，能将钻头底部的小钻头压入岩石中使其破裂，通过不断旋转及清碴，达到成孔目的。钻杆为中空结构，通过向钻杆内通入高压空气，使管内上层形成负压，带动孔内泥浆循环。泥浆夹带孔内石碴排出孔外，经泥浆分离器过滤后回流至孔内，石碴则分离存放在存碴池，详见图3.3-4。图3.3-4气举反循环钻机泥浆循环示意图(2)泥
31、浆制备及循环系统主墩采用低固相PHP泥浆，每方泥浆的材料配比见下表水（kg/m3）膨润土（kg）增粘剂PAC（kg）Na2CO3（kg）1.00103104.02.0810制浆用膨润土，经对比选用以蒙脱石为主的钙纳基膨润土，该土具有较好的分散悬浮性和造浆性，质量等级为二级标准。分散剂选用工业碳酸钠（Na2CO3），其指标符合GB210-92的类合格品的标准。其功能是提供Na+，对钙土进行改性处理。增粘剂PAC又可作为膨润土泥浆中的掺加剂，提高泥浆的粘度，降低泥浆的失水量。根据施钻地层的特点，在钻孔施工过程中，为防止发生流砂扩孔、塌孔、缩径等现象，保持孔壁稳定。(图3.3-5 气举反循环钻机；图
32、3.3-6 泥浆配置) 图3.3-5 气举反循环钻机及钻头图3.3-6 泥浆配置根据钻孔所揭露地层情况，需选用的泥浆性能指标如下表所示。地层粘度（PaS）容重（g/cm3）含砂率PH值胶体率（%）粘性土层18201.051.15481095破碎基岩层20251.101.15481095稳定完整基岩层18201.051.10481095对于反循环排出的泥浆，采用泥浆净化器净化后循环使用。钻孔施工过程中，将泥浆循环的排渣管接在泥浆预筛设施上，泥浆循环时首先过滤去粒径大于1.0毫米的钻渣颗粒，然后再利用泥浆净化设备对泥浆进行最终处理。经过净化处理后的泥浆通过回浆管流回孔内，净化时排出的钻渣通过溜槽排
33、放到指定地点,详见图3.3-7。图3.3-7 泥浆分离设备图(3)施工要点及注意事项钻机就位前,应对钻孔前的各项准备工作进行检查,包括主要机具设备的检查和维修,钻机安装就位必须做到天车中心、转盘中心、钻孔中心在一垂线上。钻机安装就位后,底座和顶端应平稳,不得产生位移。本工程选用回转钻机气举反循环钻进成孔时，根据钻孔所揭露地层不同，选用的钻进参数如下表所示。地 层钻压（kN）转数（rpm）进尺速度（m/h）采用的钻头护筒底口地层100680.51.0滚刀钻头粉（细、中、砾）砂层100200680.51.5滚刀钻头圆砾土、砂砾胶结层100200460.31.0滚刀钻头软岩1003006160.10
34、.5滚刀钻头破碎基岩层100300460.10.5滚刀钻头稳定完整基岩层200460.10.3滚刀钻头钻具下入孔内,钻头应距孔底钻渣面2050 cm,并开动泥浆泵,使稳定液循环23 min,然后开动钻机,慢慢将钻头放至孔底,轻压慢转数分钟后,逐渐增加转速和增大钻压,并适当控制钻速。钻进加钻杆时,要在钻杆连接处,增加密封圈,确保钻进时不出现漏水、漏气现象。基岩层钻进利用滚刀钻头大气量、低压慢转钻进，适当控制钻压及钻具转速，确保成孔钻进安全。由于孔深较深，基岩面起较大，钻进中钻头刚接触基岩面时，采用轻压慢转，控制进尺速度，待钻头全部进入基岩后再正常钻进，防止发生斜孔。钻进至软硬不均地层部位时，要加
35、大扫孔频度，重点防止斜孔、台阶孔，同时要特别注意防止掉钻等孔内事故的发生。保持孔内水位并经常检查泥浆比重。反循环钻进时,孔内水位下降较快,应及时补水, 在钻进过程中保证护筒内的泥浆面始终高于江面水位1.5m左右，确保孔壁的稳定，同时还应控制泥浆比重。如易坍地层泥浆比重可适当提高到1.2左右。气举式反循环回转钻进时,接钻杆须将钻杆稍提升30cm左右,先停钻回转,再送风数分钟,将孔底钻渣吸尽,再放下钻头,进行拆装钻杆工作,以免钻渣沉淀而发生埋钻事故。另外,须随时注意护筒口泥浆面高度,发现有漏浆情况出现时,须及时补充泥浆入护筒, 以免水头不够而发生坍孔。防止孔斜主墩钻孔嵌岩较深，基本是全孔入岩，一但
36、发生孔斜很难纠正，因此在钻进中加大对钻孔孔斜的控制是最好的预防办法，钻进中始终要保持减压钻进，发现孔斜现象后立即采取纠斜措施，可向孔内回填大块片石至钻孔垂直段，然后压实再复钻成孔，也可在孔斜部位注入低标号砼，初凝后再钻进成孔。钻进过程中应保证孔口安全，孔内严禁掉入铁件（如扳手、螺栓等物品），以保证钻孔施工正常顺利进行。3.3.4 成孔验收及清孔钻进至设计高程后,可先检查钻杆长度,对所钻孔深度进行复核。然后在不起钻的情况下,将钻具提离孔底50cm左右,放入测绳对钻孔实际深度进行验证。确认已达到设计要求的孔深后,再停止钻进。保持钻头不接触孔底,慢速回转钻具,开始清孔。提钻后,对钻孔的孔径、垂直度进
37、行测量。验孔器为一节10 m长的钢筋笼,直径与钻孔桩的直径相同,上下口稍小。清孔采用反循环换浆法进行,泥浆比重控制在1.05左右。清孔时间,视孔径、孔深和钻渣含量而定。客运专线对工后沉降量要求极为严格，为避免对墩台施工的沉降影响，清孔时务必将孔内沉渣清除干净。（图3.3-8 成孔后钻机提钻 ） 图3.3-8 成孔后钻机提钻3.3.5 钢筋笼下放在成孔过程中,钢筋笼同时制作。因本桥桩基深95m,钢筋笼长96.8m,钢筋笼分节制作,每节长度为9 12m。成孔后将验收合格的钢筋笼运至孔口，采用50T吊车依次按编号分节段将钢筋笼吊装入孔。在孔口处采用电弧焊连接钢筋笼。吊装钢筋笼采用专用钢丝绳、双28槽
38、钢扁担及滑轮组。吊装时吊点要对称，吊点处采用钢筋头进行加强，吊钩垂直于笼子中心，保证钢筋笼垂直下入孔内。3.3.6 混凝土灌注(1)首盘混凝土灌注(砍球)灌注前进行二次清孔，采用气举反循环加高压射风清孔。当二次清孔的泥浆性能指标和沉渣厚度达到设计和规范要求，并经监理工程师检查合格后，立即砍球进行首批水下混凝土灌注。主墩桩基直径2.5m，桩长95m。砍球前需将导管提高至距离孔底50cm，首盘砼灌注后要求导管至少埋深1.0m以上。图3.3-9：首批砼的计算图式如图3.3-9：首批砼的计算图，首批砼需要量：V（d2h1+D2Hc）/4式中：V 首批砼所需数量，m3；h1gw井孔砼面达到Hc时，导管内
39、砼柱体平衡导管外泥浆压力所需的高度，即h1Hwgw /gc，m；Hc灌注首批砼时所需井孔内砼面至孔底的高度，Hc=h2+h3，m；Hw井孔内砼面以上水或泥浆的深度，m；d 导管直径，取d=0.28m；D桩孔直径（考虑1.15的扩孔系数），m；gw、gc为水（或泥浆）、砼的容重，取gw=11kN/m3， gc =24kN/m3 ；h2导管初次埋置深度（h2=1.0m）m；h3导管底端至钻孔底间隙，取0.5m；由此可得，首盘混凝土方量最少需11.4m3。现场以一个6m3的储料斗和一个9m3的储料箱解决首盘混凝土的供应问题。混凝土面高度的量测须有2人以上测量确认。每次拆管前必须确认导管埋深，并控制埋
40、管深度1m3m。混凝土采用2台搅拌机拌制，安排8辆混凝土输送车运输， 通过2台汽车泵进行泵送，将混凝土输送至平台储料箱中，料斗门放料，经流槽进入小料斗和导管进行灌注。(2)注意事项搅拌站内必须保证各有2根桩以上的混凝土原材料储备量。混凝土质量要求：坍落度要求在200220mm之间，入汽泵前检查坍落度不小于180mm。混凝土的初凝时间：12h。在浇筑每根桩基水下混凝土时,导管都必须进行水密和承压试验,以保证浇筑水下桩基混凝土万无一失。下导管时由技术员进行配管并验收其长度，现场准备两套导管，一套备用。所有参加砼灌注的施工人员需明确分工、各司其责，确保在砼浇注过程中顺利执行各自任务。有足够的混凝土搅
41、拌,输送能力。有备用电源。灌筑前,应检查灌浆设备(包括发电机组)运转是否正常。整个灌筑过程必须连接紧凑,不得中途停顿。灌注混凝土前，必须先探测导管内是否有异物。若有，应立即将其清除。单条桩混凝土控制在12小时内浇灌完毕。3.3.7 桩基检测主墩桩基施工完成后，对其12根桩基进行超声波检测，均为I类桩。对5#与12#桩基进行取芯检测。桩底与岩层紧密结合，中间无杂质夹层。可见灌注时桩底无沉渣。(图3.3-10 主墩桩基取芯芯样)图3.3-10 主墩桩基取芯芯样3.4 矩形双壁钢围堰施工钢围堰施工主要工序为：围堰设计钢围堰加工钢围堰拼装、下沉钢围堰封底承台施工钢围堰拆除。3.4.1 钢围堰设计钢围堰
42、由钢板和型钢焊接而成，围堰壁、分隔仓均为水密结构。经过多种方案研究、比较，考虑到西华海水道宽度只有155m，且根据现场施工及加工场地限制, 跨西华海水道主墩承台施工确定采用矩形双壁钢围堰作为主墩基础的围水结构。(1)钢围堰尺寸及分节钢围堰净空尺寸为23.4m17m(与承台尺寸基本一致，可作为承台模板。)，底标高为-12.539m，设防顶标高+3.452m，总高度约15.991m，双壁钢围堰外型尺寸为25.4m19m15.991m（长宽高）。为拼装、拆卸、吊装的方便,将围堰分为三节施工，每节高为56m。钢围堰共分3节，其分节高度及重量见下表。序 号名 称分节高度（m）分节重量（吨）1第一节双壁围
43、堰5.6186.0172第二节双壁围堰4.995182.48843第三节双壁围堰5.386124.48364合计15.991392.989(2)钢围堰井壁及分块围堰周围由内外两层钢壁组成，钢围堰壁厚1.0m，面板采用厚6mm钢板，面板上横肋采用75756角钢，竖肋采用1001008角钢，肋的间距(内外壁)均为40.4cm。内外壁竖向每隔0.985m或1.5m设有15010mm水平环形板，同一平面上的内外水平环形板间以角钢75756焊接作为骨架，形成水平环形桁架，使得内外壁组合成整体。(图3.4-1 钢围堰分块布置图)图3.4-1 钢围堰分块布置图(3)围堰内支撑架根据侧压力情况安装设计所需的纵
44、横支撑。按支撑间最大弯矩相等的原则设置支撑；钢围堰内采用80012mm钢管桩作内支撑架,共设置3层,其平面布置如图3.4-2所示。图3.4-2 钢管支撑布置图(4)隔仓在内外壁间设有隔仓，在平面上将围堰钢壳等分为12个互不相通的仓。隔仓板厚6mm，且用水平缀板进行加劲。(5)水平环形法兰板钢围堰面板采用厚度6mm钢板。加工过程中稍有变形必然导致上下节围堰面板有缝隙，不利于拼装。为解决此为题，在首节围堰上口、第二节围堰上下口及第三节围堰的下口设置宽150mm，厚20mm水平环向法兰板。使上下节钢围堰拼装时为面接触。3.4.2 围堰验算3.4.2.1 验算内容由于围堰采取边抽水边安装内支撑的施工方
45、式，因此验算围堰的变形、应力、抗倾覆稳定性和抗浮力稳定性时，只需计算水头最大的工况。在水头最大时验算如下围堰各构件应力及围堰最大位移、抗倾覆和抗浮稳定性： 静水压力计算：围堰内水全部抽空，承台未施工。这时围堰外水位2.1m，围堰内外水头差14.639m，计算在静水压力和动力水压力共同作用下各构件应力及围堰最大位移；静水+动水压力技术：围堰内水全部抽空，承台未施工，断面平均水流速度1.8m/s，围堰内外水头差14.639m时（堰外水位2.1m），计算在动水压力下围堰抗倾覆稳定性；抗浮计算：在围堰内河水抽空后承台施工前，计算竖向荷载作用下围堰的抗浮力稳定性。3.4.2.2 围堰结构分析模型由于钢围堰为空间结构，为接近实际工况，钢围堰设计还采用有限元空间模拟进行
