海工混凝土超长钻孔灌注桩在杭州湾大桥的应用

第７期总第４０５期

水运工程

Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｊｕｌ．２００７

Ｎｏ．７ＳｅｒｉａｌＮｏ．４０５

海工混凝土超长钻孔灌注桩在杭州湾大桥的应用

朱满康

（宁波交通工程建设集团有限公司，浙江宁波３１５０００）

摘要：介绍应用于杭州湾大桥接线工程中的超长钻孔灌注桩的施工工艺、技术措施和质量控制方法。关键词：超长钻孔灌注桩；施工工艺；技术措施；质量控制中图分类号：ＴＵ４７３．１＋４

文献标志码：Ｂ

文章编号：１００２－４９７２（２００７）０７－０１０７－０５

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａ－ｌｏｎｇＭａｒｉｎｅＣｏｎｃｒｅｔｅＢｏｒｅｄＣａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕＰｉｌｅｓｉｎ

ＨａｎｇｚｏｕＢａｙＢｒｉｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ＺＨＵＭａｎ－ｋａｎｇ

（ＮｉｎｇｂｏＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ３１５２００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｏｆｕｌｔｒａ－ｌｏｎｇｂｏｒｅｄｃａｓｔ－ｉｎ－

ｓｉｔｕｐｉｌｅｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＨａｎｇｚｈｏｕＢａｙＢｒｉｄｇｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ－ｌｏｎｇｂｏｒｅｄｃａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕｐｉｌｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅ；ｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ

１概述

杭州湾跨海大桥全长３６ｋｍ。Ⅺ合同工程位于南引桥陆地区、南引线，起于Ｋ８１＋８１５，终于

砂层易液化，在局部地区地下的第四层，细砂、粉砂中可能含有浅层沼气，因此，在钻孔过程中易发生坍孔、缩径等质量问题；同时，在灌注水下海工砼时，由于海工砼的黏性比普通砼大，粗集料与浆液易发生离析，

而!１００ｃｍ桩基孔径

小、桩孔深，砼在孔内上翻升高阻力大，灌注困难，极容易在初灌１０ｍ一段发生灌注失败而造成断桩事故。而在灌注!１２０ｃｍ，!１５０ｃｍ孔径时，不存在这个问题，由此!１００ｃｍ桩基施工，是项目部施工重点和难点。为确保工程质量，减少桩基施工质量事故发生隐患，一方面积极向设计单位提出将!１００ｃｍ桩基变更为!１２０ｃｍ桩基设计的建议；一方面经过工程技术人员和施工人员共同探讨和实践，采用如下施工工艺和控制。施工后桩基经超声波检测，全部达到Ｉ类桩。

Ｋ８５＋０００（全桥工程终点），全长３．１８５ｋｍ。其中

南引桥陆地区工程起于Ｋ８１＋８１５（Ｇ０８桥墩），终于Ｋ８４＋６８８．３（Ｇ１０３桥台），全长２．８７３３ｋｍ，南引桥陆地区桥梁的基础均采用钻孔桩加承台基础。全合同桩基共有８８４根，共计６４０４２ｍ，桩基直径有!１００ｃｍ、!１２０ｃｍ、!１５０ｃｍ３种。其中，

!１００ｃｍ桩基有７４８根，单桩长度７０￣７２ｍ，钻孔

深达７４￣７６ｍ（从护筒顶面高程至桩底高程），桩基长细比达７２（＞６０），为超长桩。桩位位于地质复杂、不良地质（软土层埋深为８￣４５ｍ）的滨海平原混合型地质，主要地层为亚砂土、淤泥质黏土、黏土、亚黏土、粉砂、细砂、砾砂等。浅部

收稿日期：２００７－０５－２１

作者简介：朱满康（１９５２—），工程师，从事公路工程施工与管理。

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水运工程２００７年

２施工工艺［１－３］

２．１钻孔桩施工工艺流程

搭设钻机平台→测量定位→护筒加工、埋设→钻机就位、泥浆制备→钻孔→成孔（孔深、孔径、倾斜度检查）→一次清孔→安放钢筋笼→安放导管→二次清孔→检查沉渣厚度→灌注水下砼→桩基超声波检测→凿除桩头。

成，护筒内径１２０ｃｍ，护筒长度３￣４．５ｍ，护筒要耐压、耐拉、不漏水。

护筒埋设采用先挖孔再静（振）压埋设，先挖１．０ｍ深孔，放置护筒并定位后，用静压或振动锤振压到位。护筒埋设后的中心竖直线应与桩中心线重合，其平面误差小于５０ｍｍ，竖直线倾斜度不大于１％，经检测合格后，用膨润土与砂性土混合料夯填护筒周围，确保密实不漏水。

护筒埋设后的顶端高度，应使泥浆钻渣出孔高于地面至少０．３ｍ并高于施工地下水位１￣１．５ｍ。

２．２主要施工工艺介绍２．２．１钻孔平台搭设

干旱地区采用宕渣填筑整平碾压后作为钻机平台，位于沟壑或河塘中的钻孔桩则采用围堰筑岛作为钻孔施工作业平台。

２．２．４泥浆制备

钻孔桩泥浆由钠质膨润土用淡水调制而成，用土量为水的８％，由于钻孔地质的水中含有其他金属成分，泥浆中应适量加入分散剂、增黏剂。采用泥浆制浆机搅拌成浆。泥浆、储浆池、沉淀池设置在桥位的外侧，并配置泥浆泵、泥石泵等，组成泥浆循环净化系统以满足正循环或反循环施工时泥浆循环的需要。泥浆性能见表１。

２．２．２测量定位、放样

用检核无异常ＧＰＳ控制点、加密点为基准，采用全站仪测出每个桩位的轴线、桩中心位置，并报监理工程师审批。

２．２．３护筒制作、埋设

钢护筒采用厚８ｍｍ钢板分节卷制、焊接而

表１

泥浆控制项目

正循环反循环

相对密度

含砂率／％

酸碱度

泥浆性能指标

黏度／ｓ

静切力／Ｐａ

胶体率／％

泥皮厚／ｍｍ

失水量／（ｍＬｍｉｎ－１）・

１．２０￣１．４５１．０６￣１．１０

≤４≤４

９￣１１９￣１１

≤１５≤２０

１９￣２８１８￣２８

３￣５１￣２．５

≥９６≥９５

≤２≤３

钻孔过程中采用泥浆分离器、沉淀池等进行泥浆与渣的分离，提高泥浆的质量并重复使用泥浆。

平，及时纠正，以确保桩孔中心线倾斜度不大于

０．６％。

钻机钻孔应先启动泥浆泵、转盘，使其运转一段时间，待泥浆输进护筒中一定数量后方可开始钻进。开始采用正循环成孔工艺开孔、钻进，适当控制进尺。在护筒刃脚处，采取低档慢速钻进，使刃脚有较坚固的泥皮护壁。钻至刃脚下１．０ｍ后，按正常速度钻进。

钻孔应连续进行，在钻孔过程中，随时捞取钻渣，根据钻渣判别地质类别，检验泥浆主要指标，并根据地层变化情况适时调整泥浆指标，合理选用正循环或泵吸反循环成孔工艺，选择不同技术参数。在钻进过程中采用减压钻进。

在亚砂土、淤泥质黏土层钻进时宜采用正循环成孔工艺，适时提高泥浆黏度，钻进时应慢进，使钻头有足够回转时间，消除孔壁变形产生的塑性土，防止缩径，同时应开启泥浆分离器，降低含砂率，增强护壁能力。

２．２．５钻机就位、钻孔

根据本工程钻孔桩桩径小、桩深、垂直度要求高，地质表层易坍孔，淤泥层、黏土层容易缩径、糊钻、持力层密实不易钻进等特点，选用大功率的ＧＰＳ２０型钻机进行!１００ｃｍ桩基钻机。钻头选用圆笼形双腰带三翼刮刀鱼尾钻或单腰带三翼鱼尾钻。

钻机两端用平稳的方木垫平垫稳，调整天车中心、转盘中心，与桩位中心同为一垂线，安装时必须用水平尺和测锤校验，必要时进行矫正，保证转盘水平。钻机顶部的起吊滑轮缘与转盘中心连线应垂直，钻头中心与孔径中心偏差不大于

２０ｍｍ，钻机安装后的底座和顶端要平稳，支垫牢

固。

钻机在每次接长钻杆和交接班时都要检查水

第７期朱满康：海工混凝土超长钻孔灌注桩在杭州湾大桥的应用・・１０９

在亚黏土，黏土层中钻进时，宜采用泵吸反循环成孔工艺，采用稀泥浆、大泵量、自由进尺钻进，控制钻进速度，加强观察，防止严重糊钻而扭断钻杆。

当钻孔进入沼气层发现有沼气溢出时，应减速钻进，加大泥浆比重或者向孔内投入黏土块、膨润土，以提高泥浆的黏度和胶体率加强泥浆护壁作用。在实际钻孔过程中，曾有极少量沼气溢出，采取上述措施后就没有发生过沼气继续上冒现象。

钻进应连续进行，当遇到特殊情况时需停钻时，则提出钻头，补足孔内泥浆高度、确保泥浆的相对密度和黏度。

在钻孔过程中，发现在钻进到黏土层４０￣５０ｍ位置时经常发生糊粘现象，孔径出现缩径，因此在钻进无法进尺时或钻进到设计深度后应提钻并清除钻具上黏结的黏土，然后再进行扫孔钻进，并在该位置不断地上下窜动钻头以保证成孔质量。

钻孔时要及时、如实地填写钻孔记录。

加强筋和!２８ｍ钢筋十字内撑架。

声测管的安装，除在底节焊接在钢筋笼上外，其余各节预先绑扎在钢筋笼上。

每节钢筋笼之间的竖筋接头，均采用直螺纹套筒连接，声测管也采用螺纹套筒连接，以满足现场操作简便、速度快、质量好的要求。

２．２．８导管安装

水下砼采用钢导管灌注，导管采用直径３０ｍｍ的螺纹连接导管。导管在使用前必须进行水密封承压和接头抗拉检验，确保导管的良好状态。导管安装时，应自下而上编号，２节之间连接必须紧密密封，并记录各节导管的长度，导管下放过程中保持导管位置居中，轴线顺直，平稳沉放。

２．２．９海工砼水下灌注

１）桩基砼设计为Ｃ２５水下灌注海工砼，配置

耐久性海工砼，在砼中掺加粉煤粉、矿粉等掺和料，并与适宜的外加剂相结合，以提高砼的抗裂性和抗氯离子的渗透性。水下灌注的海工砼，按监理工程师批准后的砼配合比，由工地拌和站集中拌制，砼输送车运输到施工现场。

２．２．６清孔

当钻孔深度达到设计高程后，用测锤检测满足要求并经监理工程师检验同意后停止进尺。利用泥石泵持续吸渣５￣１５ｍｉｎ进行清孔，在使用正循环钻进时，终孔后，稍提钻锥离孔底１０￣２０ｃｍ空转并保持泥浆正循环，以中速将相对密度为

２）砼灌注前，必须对桩孔进行二次清孔，用

锤测仪测量孔深并与终孔后的孔深做比较，孔底沉渣厚度应不大于２００ｍｍ，检查泥浆性能：含砂率≤２％；相对密度：１．０３￣１．１；黏度１７￣２０ｓ，满足要求后并经监理工程师检验批准后，才能进行砼灌注施工。

１．０３￣１．１０的泥浆压入孔底，进行换浆清孔。清孔

时，必须保持孔内水位，防止塌孔。

钻孔在终孔、一次清孔后，用伞形孔径检测仪对桩孔的孔径、孔深、孔形、倾斜度、基底沉渣厚度进行检查，确认满足要求后报请监理工程师检验。

在钢筋笼和导管安装完毕后，灌注水下砼前，借用导管进行二次反循环清孔。

桩孔基底沉渣厚度应不大于２００ｍｍ，不得用加深孔底深度代替清孔。

３）砼应具有良好的和易性、流动性、不易离

析，坍落度控制在１８￣２２ｃｍ之内，初凝时不小于

８ｈ，冬季入孔温度不低于５℃，夏季在３２℃以

下，砼运至现场后，必须检查其坍落度、均匀性，如不符合要求，不得使用。

４）首灌首批砼。

由于桩径小、桩孔深、海工砼黏性高等原因，造成!１００ｃｍ桩基首灌砼及首灌后初灌１０￣１６ｍ一段孔内初灌时，孔内砼灌注阻力大，砼上翻、升高困难，不易灌注，首灌后砼封底后，导管埋管深度总是小于１ｍ，有的甚至只有４０ｃｍ，导管内全部填满砼，料斗还有０．５￣１ｍ３余料，此时稍提升料斗，又可灌注一段砼，并且砼灌注高度大于料斗提升高度。由此就产生了一个难点，首灌

２．２．７钢筋笼加工、安装

钢筋笼在工厂加工制作，采用胎具成型法施工，为便于加工、运输、安装、缩短安装时间，钢筋笼分节加工制作，基本节长为１８ｍ，最后一节为调整节。为使钢筋笼有足够的刚度，使其在运输安装过程中不发生变形，每隔２ｍ设置一道

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水运工程２００７年

后导管埋深深度不够时，能不能提升导管进行继续灌注，而在操作过程中，稍有一点不慎，就会发生无法灌注，灌注失败的事情。

经过不断探索、实践、改进，最终找到了较好的灌注工艺：

设计单位，将大部分!１００ｃｍ桩改为!１２０ｃｍ。

对于余下未改的!１００ｃｍ桩基水下砼灌注施工，把改进成功的!１５０ｃｍ，!１２０ｃｍ两种桩基由砼运输车直接灌注砼的施工方法，运用到!１００ｃｍ的桩基施工中。

该方法的首灌用料斗，其容量为导管下口埋深１ｍ时砼需要量的两倍，比前述方法要少一半左右，储料吊斗与导管上口密封连接，不得渗水，钻机将料斗吊在孔内，料斗的高度要低于砼输送车卸料槽口，此时，为提高卸车槽口的高度，将输送车到钻机灌注口的道路作成较大上坡路，料斗先用水润湿，安装隔水栓、垫板，然后由输送车直接向料斗内卸料，在砼基本储满料斗时暂停卸料，开动安放在孔内的潜水泵，边排孔内泥浆，边将料斗、导管向下放，一直到导管的下口离桩底３０￣４０ｃｍ为止，料斗顶面基本与钻机平台同样高，孔内水泥浆顶面在导管颈部位置。然后就用钻机吊掀翻垫板，料斗内砼下滑进行灌注，同时砼输送车向料斗内连续地送料，砼连续地进行灌注，在灌注过程中，观察砼下滑情况，随时操作钻机间歇地缓缓提升料斗和来回索动。第一车砼料（６ｍ３）灌注后，接着进行第二车砼料（８ｍ３）灌注，在第二车砼灌注一半（４ｍ３左右）时，料斗还低于卸料槽口，暂停灌注，用测锤探测孔内砼顶面高程，计算导管埋入深度，若导管埋入深度达到在拆除首节导管后还有２．５ｍ左右埋深时，就拆除料斗和首节导管（或二节导管），然后换用

①吊机配合大容量储料吊斗灌注法。

首批灌注砼的数量，按孔内水位顶面比桩底基面高７６ｍ情况计算，砼需要３ｍ３。为保证导管在首灌后埋置深度１ｍ的要求，选用４ｍ３的容量吊斗作储料斗，储料斗与导管密封连接，用钻机吊放在孔内，并控制导管下口至孔底距离为３０￣４０ｃｍ。

对料斗导管洒水润湿，在导管颈部安装隔水栓，料斗底口安置好垫板。然后用汽车吊将砼用小料斗吊存在储料吊斗内，待料斗内储满砼后，用钻机掀吊出垫板，砼随着隔水栓从导管落入孔内，泥浆从护筒内涌出，待泥浆不再涌出时，用测锤探测首灌后孔内砼面的高度，计算首罐后导管埋深，并作好记录，此时，只要孔内砼把导管下口封住，导管埋深３０￣４０ｃｍ，就认为成功，并立即用钻机把料斗和导管缓缓地向上提升和上下来回索动（此时千万不能将导管下口拔出砼），使料斗和导管内的砼下滑灌注，一旦灌注顺当就暂停料斗提升和索动，当灌注缓慢时，再次索动，如此谨慎反复地操作，将料斗内余料灌注完，再用汽车吊吊砼放在料斗内，继续按上述办法灌注

１０￣１２ｍ３砼后，再用侧锤探测砼面高度，计算导

管埋深，当导管埋深在拆除首节导管后仍有２．５ｍ以上时，就卸下首灌吊斗和首节导管，换成０．５ｍ３料斗进行以后孔内砼的连续灌注。

０．５ｍ３料斗，插入导管内，进行余下孔内砼灌注。

采用该施工方法后，节约了一台配合灌注砼汽车吊的使用，同时使首灌顺当，速度加快。砼在料斗内停滞时间大大缩短，减少了海工砼浆液与粗集料离析现象。根本上解决了小桩径超长桩灌注海工砼技术难题。用此方法灌注的成桩，经超声检测，质量达到Ｉ类。

②采用中容量储料吊斗，砼输送车直接灌注

砼施工法。

通过实践，摸索出上述施工办法，初步解决了!１００ｃｍ超长桩首灌及初灌的技术问题，经超声波检测，已施工的桩基质量达到Ⅰ类桩要求。但是没有根本解决首灌及初灌时可能造成灌注失败和断桩质量事故隐患，施工时，心理负担很重。我们根据!１２０ｃｍ桩基灌注水下海工砼施工操作，发现采用同容量吊料斗、导管、灌注操作，首灌后导管埋深达１．１ｍ以上，首灌后就可换成小料斗，用砼运输车直接连续灌注施工。因此，业主、

５）后续砼连续灌注。

在首灌、初灌砼成功后，用０．５ｍ３料斗换下储料斗，采用砼输送车直接灌注砼，以加快水下砼的灌注速度。

在后续砼连续灌注时都十分顺利，在灌注过程中思想不要放松，原则上，灌注一车砼（８ｍ３）

第７期朱满康：海工混凝土超长钻孔灌注桩在杭州湾大桥的应用・・１１１

后，必须要有专人测量砼面高度，计算导管埋深，随时报告监理工程师灌注情况和拆除导管数量，并经同意后拆除导管，拆除导管后必须保证导管下口埋深在２．５￣３ｍ以内，也不可多埋，更要防止将导管拔出砼造成断桩事故。

在砼灌注到设计高程时，为确保桩头质量，应在桩顶继续加灌１ｍ（该砼在承台施工时凿除），在拔出最后一节导管时应使导管内砼充满，并缓慢拔出，以免桩内夹入泥芯或形成空洞。

钻机冲击成孔工艺，在原桩位将该桩重新造孔，安装钢筋笼，灌注水下砼。在合同工程中有４根桩基为Ⅲ类桩，经上述处理后桩基质量全部达到Ｉ类桩，确保了杭州湾跨海大桥工程质量。参考文献：

［１］［２］［３］

罗德龙．超长钻孔灌注桩的关键施工技术［Ｊ］．交通科技，

２００４（５）：７４－７５，７７．

北京土建筑学会．地基与基础工程施工技术措施［Ｍ］．北京：经济科学出版社，２００５．

２．２．１０桩基检测

对已施工的桩基，每根桩都进行超声波检测。经检测，若某根桩为Ⅲ类桩，则采用冲击

ＧＢＪ７—８９，建筑地基基础设计规范［Ｓ］．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!消・息・

英达科技聘请中科院重点实验室专家为管理顾问

为进一步提高公司的管理水平，聘请中国科学院管理决策与信息系统重点实验室的专家为公司常年管理顾问。

中科院管理决策与信息系统重点实验室是由中国科学院系统科学研究所、数学研究所、应用数学研究所联合组建的交叉学科研究机构，是中国运筹学、系统工程、管理科学、计算机科学和应用数学的最重要研究基地之一。该室拥有众多统筹学和管理学方面的专家，其研究成果是国家决策的重要依据之一，在决策分析、物流与供应链管理、金融管理、预测方法等领域作出了一系列赢得国际同行高度好评和政府有关决策部门高度重视的研究工作。

中科院管理决策与信息系统重点实验室作为公司管理顾问的工作范围包括为公司提供运筹管理、生产管理、物流与供应链管理、信息管理、金融管理与经济分析等方面的咨询服务工作，并将根据需要，参与公司的部分管理工作。据悉，该室将由各专业的专家组成管理顾问组，定期到公司现场办公。

摘编自《中国交通报》

连云港口岸“同船运输”试点

连云港口岸是我国沿海港口第一个经国家批准进行“同船运输”试点的港口。

同船运输”是指从事承运海关监管货物的国际航行船舶，经海关同意可以同时承载内贸和外贸集装“

箱货物的运输，以实现舱位互补，提高舱位利用率。今年上半年内外贸“同船运输”船舶４８艘次、集装箱量达９．４万ＴＥＵ，同比分别增长２１％和１８％。

摘编自《中国交通新闻网》