浙江高速公路斜拉桥索塔钻孔灌注桩施工方案(含图表).doc

8 *斜拉桥施工方案根据施工整体部署，斜拉桥分南、北两岸对称施工，上、下游幅（两幅的间距为7.12m）基本上并列施工。南岸（北仑侧）工区负责施工的范围为：D0、D1、D2墩位范围的工程；北岸（镇海侧）工区负责施工的范围为：D3、D4、D5墩位范围的工程。索塔、主梁及斜拉索施工处于关键线路上，辅助墩、过渡墩、边跨支架段作为非关键工程，可根据关键线路上的工程进度，来确定其经济的开工日期、完工日期。8.1 索塔钻孔灌注桩索塔基础采用直径2.2m钻孔灌注桩（每个索塔66根，横桥向11根、顺桥向6根，桩间净距3.6m），摩擦桩设计，钻孔深度130m左右，有效桩长123m，采用C30海工耐久性混凝土。甬江特大桥两侧桥塔基桩各1根、两侧辅助墩基桩各1根，合计4根结合科研项目“宁波绕城公路东段软土地区超长桩承载特性研究及应用”进行检验荷载试验，试验后作为工程结构的一部分。8.1.1 工艺试桩的必要为确保工程桩施工的质量，验证工程地质情况，总结施工工艺的详细参数，进一步优化和修正钻孔灌注桩实施性施工组织设计，细化现场管理，协调优化桩基施工的相关工作、人员、机具、设备，并同时检验桩基施工的各项准备工作，有必要进行成孔工艺试桩施工。且从经济角度上，通过试桩探讨出合适的钻头直径，在满足不小于设计桩径的前提下控制钻孔桩扩孔系数。试桩位置宜选在非工程桩位。8.1.2 成孔方案典型地质情况是：11.5m厚的杂填土，34.4m厚淤泥质粘土、亚粘土，31m厚粉砂、含砂率高的亚粘土，37.4m厚含砾石粘土，3.6m厚全风化粉砂质泥岩，2m厚强风化凝灰质粉砂岩，3m厚弱风化凝灰质砂岩，以下为弱风化砂砾岩。淤泥质粘土、亚粘土的饱和率为90，C值为8.9kPa，值为2.9。钻孔桩进入弱风化砂砾岩的最大深度为67m，弱风化砂砾岩的饱和强度为68MPa左右。在这样强度岩层中钻进，为了达到预定的钻进指标(数量上的和质量上的)，除钻机结构上要可靠、先进外，要合理选用钻机（技术参数）是很重要的。根据岩性、土层情况，按照安全、适应、经济的原则，钻机性能要求如下：对于弱风化砂砾岩，必须采用200kNm以上的扭矩，采用惯性矩大的钻杆（实际采用直径370mm、壁厚22mm的钻杆），为保证孔的垂直度，必须在钻头上配重加压。对于前40m左右的淤泥质粘土、亚粘土，从保证孔壁稳定及经济性出发，考虑采用扭矩100kNm的正循环钻机成孔。气举反循环减压钻进至岩面后，将四翼式刮刀钻头更换为滚刀钻头。主要成孔钻机性能表钻机型号ZJD3000/210成孔能力钻径（m）3.0成孔深度（m）（泵吸/气举）150转盘扭矩（kNm）210转盘转速（r/min）0-8（重载）主卷扬提升能力（kN）1500（最大）钻杆直径及壁厚（mm）37722钻机主机动力210KW外型尺寸（m）4.123.987.3主机重量（kN）（不含压重、铁具）450钻头最大配重（kN）3000钻孔过程中用泥浆箱与泥浆分离器对护壁泥浆、钻渣（泥块）进行分离，钻渣（泥块）集中外运。水下混凝土灌注过程中，泥浆排入泥浆池，经沉淀后回收。8.1.3 钻机数量在一个6333m的范围内，由于施工钻机尺寸（4.123.98m）及自重（1050kN左右）较大，泥浆净化设备较多（每套系统需要占用86m的面积），如何发挥钻机最大效率，相互之间互不干扰，紧张有续、安全文明地进行施工，避免钻机自重荷载、振动荷载导致坍孔、缩径甚至串孔等情况发生，必须对钻机相互位置进行合理安排和布置，施工布置的主要原则是：混凝土灌注完成72小时后，相邻桩方可开孔。钻机开钻顺序规划图根据工期需要，牺牲一定的机械利用率，尽可能地布置数量较多的钻机，安排6套设备独立作业。如图1.1所示，每个索塔桩基分为A、B、C、D、E、F六个区域，每个区域各有1台钻机负责施工各自区域内的11根钻孔桩，互不干扰，按照111的顺序钻进施工。每个桩约15天，8台钻机能保证7台正常，66根桩10个周期，加上开钻等因素，需要13个周期，总200d。8.1.4 成孔过程控制8.1.4.1 场地准备钻孔施工场地硬化处理平面尺寸需考虑到以下因素：桩基设计平面尺寸；钻机数量和钻机底座平面尺寸以及每台钻机独立泥浆系统的沟、管、箱布置；钻机移位要求；龙门吊轨道位置；履带吊临时进入场内辅助作业要求；承台基坑支护钢管桩位置。场地硬化强度要求主要是钻机重量带来的局部压力。ZJD-3000型钻机自重450kN，滚刀钻头自重150kN，配重及钻杆重量可达400kN左右。在深厚软土上钻孔，要防止钻机不均匀沉降、钻机对护筒的挤压，经计算和成孔工艺试桩验证，采用70cm宕渣20cmC20混凝土的场地硬化方案是经济合理的，既能满足强度要求，又能高出施工期间可能地下水位1.0m以上。宕渣填筑过程中应用大型推土机、压路机来回推平碾压。8.1.4.2 护筒护筒底标高是影响塌孔的重要因素，考虑到混凝土灌注后人工破桩头的需要，且承台底标高上下土层性质一致，故将护筒底标高确定为承台底标高，护筒长度7.5m。试桩中曾尝试采用4.5m长护筒，发生了护筒下沉现象。护筒厚度采用主动土压力公式进行计算只需要10mm厚度即可满足要求，但根据经验还是采用15mm的厚度。护筒埋设采用DZ60型液压振动锤下沉。护筒下沉前先用挖掘机挖除杂填土层，在护筒下沉过程中，每下沉50cm用水平尺靠在护筒侧壁上检查其垂直度，检查方向不少于4个，出现偏差及时调整。护筒下沉完成后四周回填粘土并夯实。8.1.4.3 钻机就位钻机就位时，应对钻机的平整度、中心偏位进行检测，不符合要求及时整改。钻机利用龙门进行吊装，龙门将钻机按设计位置吊装好后，利用全站仪、千斤顶对钻机的平面位置进行调整定位，用水准仪调平钻机平台，要求转盘中心、钻杆中心对准孔位中心。钻机就位后通过倾斜钻架或移动上层底盘将钻头、钻杆及配重的组合件吊入孔内，之后钻机就可以利用自身的液压系统或卷扬系统安装钻杆。为确保钻进过程中钻机的稳定，钻机就位后将其与钻孔施工场地进行临时固定。在钻孔施工中我们只可能尽量防止钻机发生不均匀沉降，而不可能完全阻止不均匀沉降，解决的办法就是施工过程中不断地观测钻机的状态，及时纠错。钻机就位后，用水准仪测量地面标高及钻机平台标高，以便在施工中更准确有效地控制地基沉降和钻机四角高差，钻机四角高差控制在5mm以内。钻进过程中每间隔2小时进行钻机平台的高程检查与校正，不符合要求及时用现场准备的各种厚度钢板进行调整。8.1.4.4 泥浆为更好地到达环保要求，基浆制作在铁制泥浆箱内配制，在泥浆箱内投入相应比例的原材料，采用“风管搅浆法”制作基浆，即利用高压气进行强劲搅动，时间不小于10分钟，使其形成均匀的胶体，然后自流入孔内。钻进过程中当泥浆指标不符合要求时，及时填加相应的添加剂进行调整。基浆配比为：水：膨润土：碳酸钠（纯碱）：聚丙烯酰胺（PAM）=1:0.11:0.00489:0.000015。氯离子使泥浆中粘土水化和分散作用受抑制，因此会发生不同程度分离沉淀现象，会严重影响泥浆的悬浮能力，配制的泥浆在静止状态下，34h便开始沉淀，在钻孔过程中及时检测、调整、控制，在泥浆中适量加入聚丙烯酞胺(PAM)，或者增加膨润土。每台钻机在钻进过程中有独立的泥浆系统，在钻孔过程中对应不同土层及时对泥浆各项指标进行调整，在确保成孔质量的同时，亦可降低成本，加快进度。每台钻机配备一套包括ZX-200泥浆净化器的分离和筛分集成设备来处理泥浆。8.1.4.5 钻孔导致塌孔的主要因素是：护筒底位置、泥浆、水头差。影响钻进速度的主要因素是：钻头型式、钻压、泥浆排量、转速钻孔施工采用减压钻进的方法成孔，始终让孔底的钻压小于钻具重量（扣除泥浆浮力）的80%，减压钻进可使钻杆在整个钻进过程中因受拉而始终维持垂直状态，并使钻头回转平稳，避免或减少斜孔、扩孔的现象。选用大直径、大刚度钻杆，有效克服了因钻杆刚度不足而引起的钻头摆幅过大、钻进效率低、钻杆易折断等不良现象，很好地保证了桩基的成孔质量。根据试桩经验，在不同地层采取不同的钻进方式：淤泥层宜采用低档慢速减压钻进，保证护壁质量；粉细砂层中档慢速钻进，减小对孔壁的挠动；粘土、亚粘土夹砾石层宜采用低档慢速加压钻进，利用压重切削地层；老粘土、泥岩采用中档快速减压钻进，利用旋转的合金钻头切削地层；微风化凝灰质粉砂岩采用滚刀钻头加配重，中档中速钻进。对于不同地层，采取不同的钻进参数（钻压、转速及钻进速度），在确保桩基成孔质量的同时亦能取得合理的工效。加接钻杆时，先停止钻进，将钻头提离孔底810cm，维持泥浆循环5min时间以上，以清除孔底沉渣并将管道内的钻渣携出排净，然后再加接钻杆，避免出现埋钻事故。在硬质老粘土中钻进时，为了更好的解决糊钻问题，不仅要求操作人员熟悉地质情况，按不同的指标进尺，而且还可参照以下方法：1）增大钻头页板角度，增大刀头间距、倾角，扩大吸浆口位置等；2）在钻进过程中，适当的利用主卷扬进行“抖钻”操作；3）在钻进过程中，往孔内投入少量的1015cm的石头，利用其在钻头页板和刀头间的摩擦刮掉一部分粘土，减少页板和护圈之间的空隙被粘土糊住的几率；4）在泥浆中添加适当的洗衣粉，以减小泥浆和粘土的粘力。掉钻是钻孔过程中最不希望发生的事件。掉钻的主要原因是因为钻杆与钻杆或钻杆与钻头之间的连接承受不了扭矩或自重，使接头脱落、断裂或钻杆断裂所至。防止掉钻措施：加强接头连接质量检查，必要时使用扭矩扳手确定连接螺栓的紧固情况；加强钻杆质量检查，每使用一次就全面仔细检查保养一次，避免有裂纹或质量不过关的钻具用于施工中；钻进施工时要中低压中低速钻进，严禁大钻压、高速钻进。如果进尺困难及进入岩层时间过长时，要提起钻头检查损坏情况，同时也检查钻杆连接部位的螺丝松紧及有无破坏。一般情况下，加强管理后，能基本保证随时有5台设备在正常运转。根据以往经验，每根桩基将耗时15天，关键线路工期13d，考虑陆续开钻、陆续收尾等情况，总体上要富余2个周期的时间，故总体工期为66/51330200d。8.1.4.6 清孔终孔后，将钻头提离孔底约15cm高度，缓慢旋转钻头，继续通过气举吸出孔底钻渣，同时进行泥浆置换，清孔时及时往孔内补充足够的泥浆，保持孔内水头差，防止出现塌孔。通过反复循环使清孔的孔底沉渣厚度及泥浆性能指标达到规范要求，经监理工程师验收合格后，及时停机拆除钻杆、移走钻机，进行成孔质量（孔径、孔深、倾斜度及孔底沉渣）检测。在钢筋笼下放就位、混凝土导管安装完成后，再次进行孔底沉渣厚度及泥浆性能指标的检测，若超过规定值，则必须进行二次清孔。二次清孔是利用导管采用气举反循环工艺进行：开启空压机并同时上下反复提动导管清理孔底沉渣，直到孔底沉渣厚度及泥浆性能指标满足要求。8.1.4.7 灌注保证灌孔顺利的四个基本要素是：砼和易性、砼坍落度、浇注速度、导管埋深。水下灌注混凝土和易性可以用泌水率来反映，泌水率为1.21.8%的混凝土具有较好的和易性。在实际施工中，2h的泌水率应控制在1.5%以内。泵送混凝土孔口坍落度可适当偏小一些（在1820cm）更有利。综合技术经济考虑，确定一个必要的浇注速度，至少应在混凝土初凝前完成混凝土灌注。在采用泵送混凝土时，设置大型存料斗，在每次拆除导管时泵送混凝土的连续性，就可以加快浇注速度。由于该工程钻孔桩顶标高在施工平台以下7m左右，故不需要考虑高位灌注。制作混凝土打捞器以准确判断终灌混凝土面。在拔出最后一段导管时，速度应慢，以防止形成泥心。8.1.4.8 钻孔桩质量控制要点设计要求钻孔倾斜度不得大于1/200，桩底沉渣厚度不得大于15cm，质量标准均高于现行规范。8.1.4.9 垂直度控制措施钻头垂直钻杆要垂直钻杆受拉不受压钻头配重岩层倾斜、孤石钻机水平、稳定钻孔平台平稳钻压观测、控制观测处理孔要垂直图3.1 影响钻孔桩垂直度的因素对于超长深孔而言，保证垂直度的关键因素是保持钻杆处于受拉状态。但如果受拉应力过大，导致钻压偏小，则大大地影响钻进速度。为此，我们在非工程桩位置进行成孔工艺试桩，在已有经验的基础上，分析出不同地层条件下能保证垂直度的钻机参数，方可逐步加快钻进速度。8.1.4.10 沉渣厚度控制泥浆分离系统检测时间下放钢筋笼时间下放导管的时间砂的沉降时间含砂率沉渣厚度的规定砂的下沉速度泥浆的粘度、胶体率、失水率风动调浆工艺图3.2 控制沉渣厚度的方法沉渣厚度的影响因素有：含砂率；砂下沉速度；砂下沉时间。如果在钻孔期间含砂率控制在4以内，在清孔后要求控制在2以内，这势必大大延长清孔时间，增大淤泥质土层中塌孔的危险，故在钻孔期间就将含砂率一致控制在2以下，主要采用分离设备来完成这个任务。泥浆的分离分为三个环节：筛分、旋分、沉淀。筛分是泥浆通过振动筛将大块的钻渣分离出来，然后经离心旋流器将直径0.074mm以上的颗粒旋分出来，再流入泥浆箱内进行调浆，用风动调浆工艺将泥浆调到指标后循环使用。含砂率控制在2以内，如果要将沉渣厚度控制在15cm，则应将砂的沉降速度控制在25cm/h以内，这个指标可以在实验室进行测算。砂下沉速度与粘度有关，要控制在20s以上。通过加强管理，含砂率可控制在0.5以下。砂的下沉时间就是清孔后沉渣厚度检测的时间下放钢筋笼的时间导管下放的时间，这段时间正常为24小时，非正常时为30小时，这个因素主要靠加强管理来控制。8.1.5 主要质量安全预案备用自发电电源的功率，要考虑拌和站、