桩基方案经济比选

施工方案比选—桩基础

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中铁一局集团第二工程有限公平改扩建CP04项目部

2013年9月10日 

专项施工方案比选—桩基础

一、工程概况

北京至哈尔滨高速公路是国家高速公路网规划的,放射线一；四平至长春段是其中的一段，位于东北三省中部的吉林省境内，是吉林省乃至黑龙江省出关达海的重要通道，是东北三省相互联系的重要路段，同时本路段也是吉林省高速公路网规划的，纵三线；路起于东北重镇四平市南侧的五里坡，主要经由郭家店镇、公主岭市、陶家屯镇，止于长春市西南侧的半截沟。本标段属于郭家店镇至蔡家镇段，均为旧路改扩建工程，起点桩号K31+000，终点桩号K40+000，标段长度9.0km，共设中桥2座110m，涵洞9道，天桥2座，通道5处。

根据干沟子中桥桩基钻孔揭示，场地内分布的地层从上到下依次为：粉质粘土、卵石、全风化泥岩砂岩互层、强风化泥岩砂岩互层，具体地层为：

1）粉质粘土：灰黄色，松散，很湿-饱和，大于0.075mm颗粒含量约占88～90.3%，成分以石英为主，夹个别2～4mm的砾粒，含少量混质。该层分布于右岸一级阶地表层，分布较均匀，厚度2.10～2.80m。

2）卵石：灰黄色，稍密-中密，含水，卵石含量约占50～60%，粒径一般20～60mm，少量大于100mm，个别大于200mm的漂石，多层次圆状，成份以变粒岩、沙砾岩、花岗岩为主，充填物为中粗砂及少量泥质。该层各桥墩均有分布，分布不均，层面起伏变化较大，河床内裸露地面，右岸一级阶地内均有分布，厚度为1.20～4.80m，层顶埋深0～2.8m。

3）强风化砂岩：青灰色、灰白色，中细粒变晶结构，块状构造，矿物成分以长石、石英、黑云母为主，节理裂隙发育，岩体较破碎，岩芯以短柱状、柱状为主，少量块状、长柱状，ROD=22～72%，岩质较坚硬，锤击声较清脆。属较硬岩，岩体基本质量等级为IV级。该层属桥址区基底较稳定风化岩。

4）弱风化砂岩：灰褐色，岩石风化强烈，风化裂隙发育，岩体破碎，岩芯呈块状、短柱状，碎块锤击易碎，属软岩，岩体基本质量等级为V级。该层场地内分布不均层面起伏变化大，厚度较薄，且变化较大，厚度1.8～7.4m，层顶埋深3.4～9.00mm。

二、施工方案必选

施工方案有两个：方案一：全部采用旋挖钻孔桩，全面开挖；方案二 全部采用冲击钻孔桩。

1、旋挖钻孔桩施工工艺 

   工艺原理

    主要是其成孔工艺与其它桩基不同，旋挖钻机的钻进工艺旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺（当然也有干土直接取土工艺，视工地现场地层条件而定），是一种无冲洗介质循环的钻进方法，但钻进时为保护孔壁稳定，孔内要注满优质泥浆（稳定液）。

    旋挖钻机工作时能原地作整体回转运动。旋挖钻机钻孔取土时，依靠钻杆和钻头自重切入土层，斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；遇硬土时，自重力不足以使斗齿切入土层，此时可通过加压油缸对钻杆加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土。钻斗内装满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至地面，拉动钻斗上的开关即打开底门，钻斗内的土依靠自重作用自动排出。钻杆向下放关好斗门，再回转到孔内进行下一斗的挖掘。旋挖钻机行走机动、灵活，终孔后能快速的移位或至下一桩位施工。

    A.泥浆制备

    现场设泥浆池（含回浆用沉淀池及泥浆储备池）一般为钻孔容积的1. 5～2. 0倍，要有较好的防渗能力。在沉淀池的旁边设置渣土区，沉渣采用反铲清理后放在渣土区，保证泥浆的巡回空间和存储空间。

    制务泥浆的的设备有两种，一是用泥浆搅拌机，一是有用水力搅拌器。使用粘土粉造浆时最好用水力搅拌器；使用膨润土造浆时用泥浆搅拌机。

护壁泥浆再生处理：施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除土渣的方法。现场设置回收泥浆池用作回收护壁泥浆使用，泥浆经沉淀净化后，输送到储浆池中，在储浆池中进一步处理（加入适量纯碱和CMC改善泥浆性能）经测试合格后重复使用。

    B. 埋设护筒

    桩基定位后，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四个控制桩为基准埋设钢护筒，为了保护孔口防止坍塌，形成孔内水头和定位导向，护筒的埋设是旋挖作业中的关键。护筒选用10mm厚钢板卷制而成，护筒内径为设计桩径+20cm，高度2.0m，上部开设2个溢浆孔，护筒埋设时，由人工、机械配合完成，主要利用钻机旋挖斗将其静力压入土中，其顶端应高出地面20cm，并保持水平，埋设深度1.8 m，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒埋设要保持垂直，倾斜率应小于1.5％。

     C.钻孔定位

   在桩位复核正确，护筒埋设符合要求，护筒、地坪标高已测定的基础上，钻机才能就位；桩机定位要准确、水平、垂直、稳固,钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。旋挖钻机就位后，利用自动控制系统调整其垂直度，钻机安放定位时，要机座平整，机塔垂直，转盘（钻头）中心与护筒十字线中心对正，注入稳定液后，进行钻孔。

     D.钻进成孔

   成孔前必须检查钻头保径装置，钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换；根据土层情况正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度；根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长，计算出桩底标高，以便钻孔时加以控制。

   成孔中，按试桩施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。

   钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

   钻机就位时，必须保持平整、稳固，不发生倾斜。为准确控制孔深，应备有校核后百米钢丝测绳，并观测自动深度记录仪，以便在施工中进行观测、记录。钻进过程中经常检查钻杆垂度，确保孔壁垂直。钻进过程中必须控制钻头在孔内的升降速度，防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。钻进成孔过程中，根据地层、孔深变化，合理选择钻进参数，及时调制泥浆，保证成孔质量。在进入沙层和卵石层时，应适当减慢进尺速度，提高泥浆的稠度，减小每个钻进回次的进尺量，保证孔壁稳定。钻进施工时，利用正铲及时将钻渣清运，保证场地干净整洁，利于下一步施工。钻进达到要求孔深停钻后，注意保持孔内泥浆的浆面高程，确保孔壁的稳定。

    孔底沉淤控制。旋挖钻斗的切削、提升上屑的机理与常见回转钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗提升出土，后者是通过钻头把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓，钻至设计标高对土的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强稳定液的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀，还要控制终孔前两钻斗的旋挖量。成孔深度达到设计要求后，应尽快进行钻机移位、终孔验收工作；从清孔停止至混凝土开始浇灌，应控制在1.5-3h，一般不得超过4h，否则应重新清孔。

     旋挖钻成孔优点：

（1）振动小、噪声低、并且机动性强、施工操作方便。

（2）施工速度快但针对岩质地层进尺速度较慢、成孔质量高、环境污染小、安全性能高及适用性强。

旋挖钻成孔缺点：

（1）成本单价高，成孔单价：1.2m桩径1600元∕m，1.5m桩径2400元∕m。

（2）由于旋挖钻孔的特殊工艺，其自造浆能力较差，必须制备泥浆并及时补充孔内保证孔壁的稳定。

（3）适用范围有局限性，根据经验，旋挖钻孔最适用于黏性土机精密状态以上的砂性土，对于强风化、中风化岩石层，成孔难度非常大。

2、冲击钻施工工艺

钻孔灌注桩施工顺序：平整场地、架设平台、下护筒、钻机就位、钻孔、清孔、下钢筋笼、浇注水下混凝土、截桩头。

    A、施工放样与平台准备

平台搭设先用推土机将原有地面平整，低洼处填筑夯实，为钻机搭铺枕木，方便工稳定，完成之后可开始施工钻孔。

B、泥浆制备泥浆池布置和处理

钻孔桩泥浆由水、粘土及添加剂组成，具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具、增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔作用。每幅墩（台）位布置一个泥浆池，泥浆池长 6m，宽 5m，深 3m，钻孔过程中泥浆池中钻孔沉渣及时清理外运。钻孔完成后，泥浆池中钻渣清理完毕后应进行处理后才能成为梁支架基础。具体的处理方

案为：基底先回填 50cm 片石，再分层回填压实土方。

C、钢护筒的埋设

本项目钢护筒采用直径为 230cm、210cm 两种形式，壁厚 10mm，高 3m。护筒埋入前先用全站仪将桩孔位放至地面，用十字线骑马桩临时定位，再开挖孔口坑，下放钢护筒，护筒周围留有 50cm 空间，用粘土回填， 30cm 一层分层夯筑紧密，分以保证护筒不移位、不漏水。护筒高出地面 30cm，护筒埋设的平面偏差小于 5cm，倾斜率小于 1%。用水准仪将标高引至护筒顶并作记号，便于钻孔时量测孔深及计算标高。

D、钻机安装

钻机安装完成后，首先用全站仪调整钻机就位，保证钻头中心对准桩位中心，同时调平钻机。钻孔所用的泥浆池修筑在方便清理和不影响施工的场地内，循环系统保证有一定的坡度，保证泥浆正常循环而不外溢。泥浆池、沉淀池和泥浆循环槽可用砖和水泥沙浆砌筑而成。

E、钻孔

开钻前检查各种机具设备是否状态良好，泥浆制备是否充足。水电管路是否畅通，以确保正常工作。

正式钻进前先启动泥浆泵，使之空转一段时间，待泥浆输入孔口一定数量后，正式钻进。钻进时，采用小冲程开孔，使初成孔坚实、竖直、圆顺，能起到导向作用，并防止孔口坍塌。钻进深度超过钻头全高加冲程后，方可进行正常的冲击。坚硬岩层采用中、大冲程，松散地层采用中、小冲程。钻进过程中，必须勤松绳、少量松绳，不得打空锤；勤抽渣，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量，应根据地质情况、钻头形式、钻头质量决定。钢丝绳与钻头间设转向装置并连结牢固，钻孔过程中应经常检查其状态及转动是否正常、灵活。钻孔作业连续进行，不得中断。因故停钻，则在孔口加盖防护罩，并且把钻头提出孔道，以防埋钻,同时保持孔内泥浆面高度和泥浆比重、粘度符合要求。钻进过程中，及时补充损耗、漏失的泥浆，使之高出孔外水位或地下水位 1.5～2.0m；保证钻孔中的泥浆浓度，防止发生坍孔，缩孔等质量事故。钻孔过程中用自制的检孔器随时检查孔的情况，防止发生弯孔等事故。当钻孔距设计标高 1 米时注意控制钻进速度和深度，防止超钻，并核实地质资料判断是否进入设计持力层。为防止由于冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇筑混凝土强度，待邻孔混凝土抗压强度达到 2.5Mpa 后方可开钻（一般为 1-2 天）。

F、成孔报验

当钻孔深度达到设计要求时，立即用检孔器对孔深、孔径、孔形进行检查，确认满足设计要求后，报监理工程师检验，待认可后，立即进行清孔。钢筋笼吊装入孔后不影响清孔时，在清孔前进行吊放。

G、清孔

当钻孔深度达到设计要求后，立即进行清孔，以免时间过长沉渣沉淀，造成清孔困难。清孔采用换浆法，钻孔达到设计标高后，将钻头上下慢速提放，然后注入净化泥浆，置换孔内含渣泥浆。禁用加深孔底的方法代替清孔。清孔时，注意保持孔内泥浆面高度始终在地下水位或河流水位以上 1.5～2.0m，以及泥浆比重是否合适，防止坍孔缩孔。当从孔内取出泥浆测试值的平均值与注入的净化泥浆相近，测量孔底沉渣厚度和泥浆浓度不大于设计要求时，即停止清孔作业，放入钢筋笼进行水下混凝土灌注。钢筋笼制作安装钢筋笼在岸上分节制作，用吊机在墩位处分节接高，逐步下放,钢筋采用直螺纹连接器连接。每根桩基钢筋笼在台座制作好后，再分节用装载机转运到施工现场，每节钢筋笼都挂好标牌，便于安装时防止混淆。钢筋骨架设有强劲的内撑架，防止钢筋骨架在运输和就位时变形，在钢筋骨架顶部沿骨架四周焊钢筋将其固定于钢护筒内壁，防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮。加焊钢筋对准中线防止钢筋骨架倾斜和移动。为保证钢筋骨架的保护层厚度，在钢筋骨架周围按设计图纸要求等间距焊接好导向撑，沿桩长方向间距不超过 2m，圆周向不少于 4 处，层间错开 45°。钢筋骨架底面高程按规范要求进行控制，允许偏差为±50mm。钢筋骨架制作和吊放的允许偏差为：主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；骨架外径±10mm；骨架倾斜度±0.5%；骨架保护层厚度±20mm；骨架中心平面位置 20mm；骨架顶端高程±20mm。

 冲击钻成孔优点：

（1）成孔成本单价较低；

成孔单价：1.2m桩径500元∕m，1.5m桩径700元∕m。

（2）机动灵活，钻机就位方便。

（3）排渣粒径大、排量大、扬程高、能及时将切削掉的钻渣排出孔外，避免孔底钻渣的重复破碎。

（4）设备构造简单，适用范围广，操作方便。

（5）所成孔壁较坚实、稳定，坍孔少，不受施工场地，适用在强风化、中风化安山岩岩层中，桩基成孔速度比旋挖快。

冲击钻成孔缺点：

（1）沉渣处理困难，需另配清孔机具，产生的泥浆较多，现场无处可排，均需外运。

（2）泥渣污染环境，不符合南平市环境治理的要求。

根据桩基成本、施工进度及施工经验，本桥桩基施工采用冲击钻成孔施工工艺。