水南特大桥98m长挖孔桩施工.pdf

6 4 桥梁建 设 2 0 0 7年第 1 期 文章 编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 7 ) 0 1 0 0 6 4 0 3 水 南特大桥 9 8 m 长挖孑 l 桩施 工 贺建端 ( 中铁 五局 二公 司， 湖南 衡 阳 4 2 1 0 0 2 ) 摘要 ：湖 北 沪蓉西 高速 公路 水 南特 大桥 右 幅 8号墩 桩 长 9 8 m， 所 处地 址 条件 复 杂 ， 岩 石 破 碎 、 岩溶尤为强烈， 发育成古岩漏斗。根据 实际情况采用挖孔桩施工， 介绍施工方法及各项特殊措 施 ， 为 类似 工程提 供参 考 。 关键 词 ：挖 孔桩 ； 护壁 ； 桥 梁施 工 中 图分类 号 ：u4 4 3 1 5 文 献标 识码 ： a co n s t r u c t i o n o f 9 8 m lo n g du g pi l e s o f s h u i na n br i d g e he ji a n - du a n ( th e 2 n d e n g i n e e r i n g co ，lt d ，ch i n a ra i l wa y ti e wu j u ci v i l en g i n e e r i n g gr o u p。he n g y a n g 4 2 1 0 0 2 。ch i n a ) abs t r a c t ：th e pi l e s of pi e r no8 o f t he r i g ht de c k o f s hui na n br i dg e on t h e we s t s e c t i o n of sha n gh a i che n gd u exp r e s s wa y i n h u be i pr o vi n c e a r e 9 8 m l o n g th e g e ol og i c c o nd i t i ons at t he s i t e whe r e t h e p i l e s a r e l o c a t e d a r e c ompl i c a t e d，t h a t i s，t h e r o c k f ou nd a t i on t he r e i s r up t ur e，t h e k a r s t g e o l o g y i s p a r t i c u l a r l y p r o mi n e n t a n d h a s g r o wn i n t o f o s s i l r o c k h o p p e r a n d i n a c c o r d a n c e wi t h t he c on di t i on s a t t h e s i t e，t he p i l e s we r e c o ns t r uc t e d b y di gg i ng me t ho d i n t hi s p a p er ，t he c o ns t r u c t i o n m e t ho ds a nd v a r i ous s p e c i a l me a s ur e s a d op t e d i n t h e c o ns t r uc t i on of t h e p i l e s a r e pr e s e nt e d i t i s e x pe c t e d t h at t he p r e s e nt a t i o ns i n t he pa p e r ma y s e r v e a s r e f e r e n c e t o t he c on s t r uc t i on of s i m i l a r wor ks ke y wo r ds ：d ug p i l e；l a gg i ng；br i dg e c o ns t r uc t i o n 1 工程简 介 湖北沪蓉西高速公路水南特大桥位于恩施州巴 东县境 内 ， 全 长左 线 9 1 7 5 m， 右 线 9 5 3 2 3 m， 主桥 为( 6 0 十5 1 1 0 十 6 0 ) m 预 应 力 混 凝 土 悬 浇 连 续 刚 构 ， 大桥位于水南河河谷， 河谷地势陡峻， 路线与谷 底最大高差达 1 1 5 m， 桥墩最高 9 8 m。 大桥 右幅 8号 墩 处 于 f1主 断 层 和 f 3次 级 断 层 的交接 部位 ， 岩石 破 碎 、 岩溶 尤 为 强 烈 ， 发 育 成 古 岩 漏 斗 。基 础 原 设 计 为 6 2 4 m 嵌 岩 桩 ， 桩 长 4 2 m， 嵌入 微风 化岩 层 2 3 m。施 工 前 补勘 钻 探显 示 地 质为 ： 0 5 0 m 地 层 多 为 粘 土 、 碎 石 土 、 强 风 化 碳 质 页岩 ； 5 0 8 9 m 为强岩 溶化 灰 岩 ， 节 理 、 裂 隙十 分 发育 ， 溶蚀强烈 ， 形成溶孔 、 溶隙 ， 由粘性土充填， 岩 芯破 碎 ， 均为 碎石 状 ； 8 9 9 6 m 地 层 为弱 岩 溶 化 灰 岩 ， 具隐晶质结构， 块状构造 ， 节理、 裂隙较发育， 溶 蚀强 烈 ， 形成 溶 孔 、 溶 隙 ， 由粘性 土充 填 ； 9 6 1 0 1 2 m地 层 为微 风化 灰 岩 ， 深 灰 色 ， 主 要 矿 物 成 份 为 方 解石 、 白云石 ， 裂隙较发育， 裂面较粗糙 ， 附着泥质 、 铁 质 氧化物 薄膜 ， 可见 少 量 溶 孔 、 溶 隙 ， 该 层钻 进 平 稳 ， 岩 芯稍 完 整 ， 一 般 呈 5 0 2 5 0 mm 柱 状 及 碎 石 状 ， 质硬 ， 较新鲜。稳定水位在 9 0 m 以下 。 2 0 0 5 年 4月 初 ， 设 计 院根 据施 工 单 位 提供 的 补 勘钻 孔地质 资 料 ， 对 右 幅 8号 墩桩 基进 行 了变 更 设 计 ， 桩 长变 更为 9 8 m， 采用 钻孔 桩 。钻 孔施 工 中 ， 采 用钢护筒 ( 一2 0 mm) 紧跟 ， 利用钻机 自身下钢护 筒 ， 钢护筒最终下至 2 2 m。由于存在岩溶漏斗 ， 钻 收稿 日期 ：2 0 0 6 0 8 0 1 作者简介 ：贺建端 ( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 高级工程师 ， 1 9 9 2年毕业于西南交通大学 土木工程学 院铁道工程专业 ， 工学学士 。 维普资讯 水南特大桥 9 8 m长挖孔桩施工 贺建端 6 5 至 2 4 m时 ， 首次出现泥浆漏失 ， 地表塌陷， 采用孔 内片石 粘土 回填 ， 注浆 固 结后 复 钻 。后 又在 3 7 ， 5 7 ， 6 8 ， 7 0 ( 前后 3次) ， 7 3 m 处出现泥浆漏失， 历 时 1 0 0 多天 ， 始终 无 法成孔 ， 施 工被 迫停 顿 。为此需 重新 确 定施 工方 案 。 2 方 案确定 2 1 全套管 施工 法 全 套管 施工 法是 利 用 摇 动装 置 的摇 动 ( 或 回转 装置的回转) 使钢套管与土层 间的摩擦阻力大大减 少， 边摇动( 或边 回转 ) 边压入 ， 同时利用冲抓斗挖掘 取土 ， 直至套管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后 立 即进行挖掘深度的测定 ， 并确认桩端持力层 ， 然后 清除虚 土 。成孔 后将 钢筋 笼 放 入 。 接 着 将 灌 注 导管 竖 立在钻 孔 中心 ， 最后 灌注 混凝 土而成 桩 。 右幅 8号墩桩基若采用全套管施工， 面临的问 题有： 全套管钻机数量少 ， 设备进场困难 。 桩 径需与全套管钻机设备 配套， 将进行 设计变更 ， 桩 位 、 桩数将发生大的变化， 补勘将经历很长的时间， 施工工期无法保证。 施工成本较高 。 2 2挖孑 l 桩 施工 挖孔桩是利用人力和适当爆破 ， 配合简单机具 设备即可挖掘成孔 ， 然后下钢 筋笼， 灌注 混凝土成 桩 ， 在无 地下水 或 地 下水 很 少 的 密 实 土层 或 岩 石 地 层特 别适 用 。因挖 孔 桩 施 工存 在 较 大 的 危 险性 ， 建 设部 明文规 定 为限 制和 淘汰使 用 的施工 工艺 ， 公路 工程安 全 技 术 规 程 规 定 挖 孔 桩 深 度 不 宜 超 过 1 5 m， 在 工程 实践 中挖孔 桩一 般控 制在 3 0 m 以 内n 。 挖 孔 桩 的控 制 要 点是 安 全 ， 有 无地 下 水 及地 下 水的大小是成孔的先决条件。右幅 8号墩位处稳定 水 位 在 9 0 m 以 下 ， 开 挖 断 面大 ， 只 要 安 全 措 施 得 当、 落实 到位 ， 挖孔 桩施工 不成 问题 。 采 用 挖孔桩 优 势 ： 以人 工 作 业 为 主 ， 机具 配 置、 施工工艺均较 为简单 ， 较易掌握 。 可以多根 桩 平行 作业 、 同 时开挖 ， 从 而缩短 总 的施工 时 间 。 可以直 观地 揭示地 质情 况 ， 并据 之调 整设计 、 施 工方 案 。 可 以较 好 地 保证 成 孔 、 成 桩质 量 ， 避 免 机 械 钻孔施工过程中出现卡钻、 掉钻 、 坍孔 、 缩孔等难以 处理 的 问题 。 经专 家论 证 ， 最 终变 更设计 为 人工 挖孔 灌注桩 ， 全墩 共设 4根嵌 岩桩 ， 桩径 为 3 0 m， 桩 长 9 8 m。桩 身 混凝 土 标 号 为 c 3 0 ， 桩 身 钢 筋 笼 长度 为 9 3 3 m， 上端 嵌入 承 台 1 3 m， 自桩 顶 以 下 9 2 m 配 筋 ， 桩 身 下部 6 m 范 围为 素混凝 土 。 3挖 孔桩 施 工 右幅 8号墩 挖孔 桩 的最 大特 点是 ： 桩 长 。孔 桩 实 际开挖 成孔 深度 为 1 0 2 5 m。 开 挖 断面 大 。 加 上 护 壁 厚 度 开 挖 直 径 为 3 8 m， 开 挖 面 积 达 1 2 m 。 3 1 施工 准 备 施工 准备 工作包 括场 地平 整硬 化 、 测 量放 样 、 搭 设工棚、 挖排水 沟、 安装搅拌机 、 修建料库、 材料准 备 、 安装空压机和备用发 电机、 首节锁 口护壁浇筑、 提升设备安装等。 3 2 提 升设 备及提 碴桶 提升设备采用带安全装置 的 1 t电动卷扬 机， 钢丝 绳直 径 1 2 mm， 极 限强 度 1 4 7 0 mp a ， 吊钩选用 安全标准件 。为便于出碴 ， 提升设备 可在水平向左 右旋转 。为减 少 提 升 过 程 中钢 丝 绳 扭 转 产 生 的旋 转 、 晃动， 采用不旋转钢丝绳 。 提碴 桶 采 用 内 径 0 8 m、 高 0 7 m 的钢 制 ( 3 mm厚钢板制成) 圆柱筒 ， 每次装 0 6 m高 ， 上面加 盖并 可用 插销 锁 死 。提 碴 桶提 升 到孔 口 ， 转 动 提 升 设备 ， 抽出插销即可自行倾倒出碴。 3 3孔桩 开挖施 工 3 3 1护 壁施工 护 壁 是挖 孔 桩 成孔 施 工 的关 键 设施 ， 采用 内齿 式 钢筋 混凝 土 1 ， 上宽 4 0 0 mm， 下宽 3 0 0 mm， 内布 双层 钢 筋且 主筋整 孔连通 。 护壁混凝土模板 由标准组合钢模板拼装而成 ， 拆上 节 ， 支下节 ， 自上而下 循环 周转 使用 。安 装护 壁 模板时， 必须用 4个桩心控制点来校正模板位置， 严 格校核 中心位置及孔 壁厚度。护壁 混凝土现场拌 和 ， 混 凝土 装 入 吊斗 ， 利 用 提 碴 卷 扬 机 下 放 吊斗 入 模 ， 插入 式振 捣棒 捣 固 ， 每节 护壁 混凝 土分 3层对 称 浇筑完成 ， 每层浇筑厚度 3 0 0 3 5 0 mm。钢筋采用 机械 切割 、 弯制 ， 加 工 成 6块钢 筋 网片 ， 用 提 碴 卷扬 机整体吊装入孔， 在孔 内将 6块钢筋 网片绑扎连成 整体。整个桩内护壁主筋 上下连接 ， 上节护壁主筋 弯成“ l ” ， 下节护壁绑扎钢筋时 ， 将其扳直后与该节 护壁钢筋连接 。第 1 节护壁完成后 ， 重新定位孔 中 心 ， 挖碴 、 支模 、 现 浇护 壁混凝 土 。如此 循环 ， 一直 挖 至基底设计标高。 为 防止护 壁 下 坠 ， 在 地 质 不 良、 渗 水较 大 、 孔 周 摩阻系数较小的土层内增设径 向锚杆支撑 ， 锁住护 壁 。为保持 良好 的井 下作业 环 境 ， 确 保护 壁不 渗水 、 不 漏水 ， 需将 孔壁 渗水 压至 孔底 ， 对 于渗水 较大 的土 维普资讯 6 6 桥梁建设 2 0 0 7 年第 1 期 层 ， 可在 护壁 混凝 土 中掺人 渗水 剂 ， 护 壁接 头 问增 设 止水 带 。施工 过程 中应 详 细 探查 地 质 情 况 ， 并 据 之 灵活调整护壁高度。如遇溶洞 ， 应清除填充物， 清洁 后 采用 c 1 5片 石 混凝 土填 充 ， 混 凝 土终 凝后 再 继续 进 行施 工 。 护 壁 附 着 物 必 须 固 定 牢 靠 ， 主 要 附 着 物 见 图 1 c 。 平 面 1 提升系统 2 出碴 系统 3 给水管 4 排水管 5 通风管 6 通讯、视频线 7 电力电缆线 8 护盖 9 安全梯 图 1 挖孔桩护壁附着物示意 3 3 2孔 内爆破 采 用浅孔 爆破 法进 行爆 破开挖 。人工手 持风 钻 打 眼 ， 软质 岩炮 眼深 度不 超过 0 8 m， 硬 质 岩炮 眼 深 度不超 过 0 5 m。炮 眼数 目、 位 置 和斜 插方 向 ， 根据 岩层断面确定 ， 中间掏槽 ， 四周斜插挖边。严格控制 装药量 ， 以松动为 主， 一般装药不超 过眼深三分之 一 。采用微差爆破， 一孔进行爆破作业时 ， 相邻孔 的 挖孔人员应停止作业 ， 并撤出井孔 。 3 3 3孔 内排 水 当孔 内 出 现 地 下 水 时 ， 可 在 孔 内挖 一 深 度 为 3 0 0 5 0 0 mm 的集水 坑 ， 进 行 超 前 排水 ， 孔 深 5 0 m 以 内采 用 中低 扬 程 潜 水 泵 抽 水 ， 孔 深 超 过 5 0 m 采 用扬程 1 2 0 m 的高扬程潜水泵抽水 。 3 3 4 孔 内通风 采用 压 人 式通 风 ， 即强 制式 通 风 设 备 向孔 内送 风 。通风 量计算 选用 隧道 竖井 通风 量简 化型 的吴 中 立 公式 。 挖 孔深度 超 过 1 0 m 时 ， 施 工 人 员下 人 桩 孔 前 ， 先用鼓风机通过输风管 ( 4 6 0 0 mm 帆布管) 向孔底 强制 送人 空气 或氧气 。还 需 随时检 查孔 内空 气 中是 否含有可燃 、 有毒气体 ， 土壤 中是否含有有毒物质 ， 如有应查明其危害程度， 根据监测 的结果和孔底作 业人员的需要 ， 随时向孔 内通风换气 。在使用风镐 凿岩时， 应加大送风量， 并应采用湿式作业法。 3 3 5孔底 处理 挖孔 达 到设 计 深度 后 ， 把 孔 底 的松 渣 、 浮 土 、 护 壁 污泥 、 淤泥 、 沉淀 等 扰 动 过 的 软层 全 部 清 理掉 ； 对 孔底标高 、 形状尺寸、 岩性、 人岩深度 等检验合格后 迅 速封 底 。 3 4 桩身钢筋笼制作与安装 桩身钢筋笼采用 地表分节预制， 每个节段长 9 1 2 m ， 采 用锥 螺纹 接头接 长 ， 吊车 配合安 装 。 3 5 桩身 混凝 土制备 、 灌 注 桩 身 混 凝土 在 拌 合站 集 中拌 制 ， 混 凝 土 罐 车运 输 ， 用导 管法 灌注 。 当混凝 土灌 注至 距离 孔 口 1 5 m 时 ， 辅以人工操作插入式振动器振捣 ， 直至桩顶， 振 捣前 须清 除顶 部浮浆 。 3 6 其他 特殊措 施 3 6 1 超前 地质 预测 、 预 报 进 入岩 层后 ， 在 每次 爆 破 钻 眼时 ， 先 打 2 3个 超 前长孔 ， 长度 为 3 5 m， 以探 明桩 孔 下 方 地 层 内 有无 空洞 、 涌水 突 泥 。防止施 工 中突然 出现溶 洞 、 涌 水突 泥 ， 发 生意 外事 故 。 对发现的溶洞 ， 需对其走向、 大小 、 深度作 出详 细调查 ， 绘制 纵横 剖 面 图， 拍 摄 现 场 照 片 ， 然后 根 据 调查资料制定具体的溶洞处理方案并进行处理。为 了防止施 工人 员掉 人 溶 洞 ， 在 探 明 有溶 洞 或 接 近溶 洞 的地方 ， 孔底 施 工人 员 需 系 安 全绳 并 将 安 全 绳 固 定在 护壁 预埋铁 件上 。 涌水 突泥 处 理 原 则 ： 涌 水 量 小 时 ， 采 用 挖 集 水 井 、 水 泵抽排 水 ， 并根 据 地 质 情 况 减短 开挖 进 尺 ， 可 开 挖 0 5 m 左右 即进行 支 护 。如 涌水 量 大时 ， 采 用 周边 预 注浆方 式封堵 ， 减小涌 水量 。 3 6 2 人 员 孔底 施 工 人员 下 人桩 孔 前 须戴 安 全 帽 ， 每班 限 2人 ， 连续工作时间不得超过 4 h ， 作业 时间不超过 当晚 1 2点。施工人员上下孔要用专用 吊笼， 严禁乘 坐 提碴桶 上 下孔 。 3 6 3提升设备特殊的保险装置或保护措施 ( 1 )防止 过 卷 措 施 ： 当提 碴 桶 超 过 正 常终 端 停 止位置 0 5 m 时， 能 自动断 电， 并使 保 险 阀发 生 作用。 ( 2 )防止过 速措施 ： 对 卷扬 机进 行 选 型 ， 选 取 中 慢 速卷扬 机 ， 提升速 度 为 2 2 2 7 m rai n 。 ( 3 )欠 电压 保 护 措 施 ： 当工 业 用 电电 压 不稳 定 时 ， 采 用发 电机 备用 电源 。 ( 下转 第 6 9页) 维普资讯 高压喷射注浆法在钻孑 l 桩耐久性抗渗 防护 中的应用 赵文艺， 郑俊杰 ， 鲁燕 儿 6 9 ( 6 )供浆正常情况下 ， 孔 口回浆密度变小不能 满足设计要求时， 应采取加大进浆密度或进浆量的 措 施予 以处 理 。 ( 7 )高喷注浆保持全孔连续一次作业 ， 作业 中 因拆 卸 喷射 管 而停 顿 后 ， 停 喷 处 应 重 复 高 喷 注 浆 。 重 复高 喷注浆 长度 不小 于 0 3 1t i 。 ( 8 )装 、 卸 喷 射管 时 ， 采 取措 施 密 封 、 加 快 装 卸 动作 以 防止喷 嘴堵 塞 。 1 0 一 c m s ， 满 足设 计抗 渗 防护使 用要求 。 ( 2 )对 高压 喷射 注 浆 成 桩 进 行 开 挖 检 测 ， 成 桩 桩径 为 1 5 5 r n和 1 5 8 r n ， 水泥土 分 布均匀 良好 ， 与 钻孔桩结合严密， 满足设计要求。 参 考 文 献 ： 1 郑 俊杰 地基处理技术 m 武汉 ： 华 中科技大学 出版 ( 9 ) 在 高喷注浆过程中， 出现压力突降或骤增 、 社， 2 0 0 4 孔 口回浆浓度和回浆量异常， 甚至不返浆等情况时 ， 2 徐至钧高压喷射注浆法处理地基 m 北京： 机械工 应 查 明原 因后 及 时处理 。 业出版社， o 0 ( 1 0 )应 加强 对 冒浆 的监控 和处 理 。 。 g 一 j 7 9 一 o 0 、 。 一 o 0 建筑 地 基 处理 技 术 规 范 l 4 张立 明隔渗技术在深基坑止水工程 中的应用 j 地 5 加 固效 果检 验 基工程设计 ，2 o 04， ( 4)： 4 8 51 ( 1 )高压喷射 注浆施工完毕后 1 0 d ， 对旋喷桩 5 赵文艺 高压喷射注浆在桥梁深 水低桩承 台施 工 中的 成桩 进行 了钻 芯取 样 。渗 透 系数 试 验 结果 表 明 ， 旋 应用 a 第八届全国地基处理学术讨论会论文集 喷桩芯样的渗透系数为 1 0 7 1 0 。 c m s 和 6 6 2 c 合肥： 合肥工业大学出版社， 2 0 0 4 2 1 9 2 2 3 ( 上接 第 6 6页) ( 4 )防止 闸瓦过度 磨损 时 的报 警 和 自动 断 电的 保护 装置 。 ( 5 )设备必须经常性 检修维 护， 由专人 负责并 做好 日常记录 ， 保证机件能够运转正常， 操作灵活 ， 不 得带 病作 业 。 3 6 4 防 止孔 内掉物 的特 殊措 施 ( 1 )在 孔 口用钢 筋 网片设 置第 1道 防护遮 挡 屏 障 ， 预 留出碴作 业通 道 ， 其下 挂置 安全 网 。在 孔 里距 离孔底 3 5 r n的位置应设置遮挡屏障( 采用 5 mm 厚钢板与护壁连接牢 固) ， 取土 吊斗升降时， 孔下作 业人 员应 避于遮 挡屏 障下