大直径超长深水桩基的施工孙昌雨.doc

大直径超长深水桩基的施工中铁十四局集团二公司 孙昌雨内容提要：通过台江大桥深水桩基施工，介绍了施工平台搭设、护筒下沉、钻孔、清孔、灌注等施工重要环节及施工注意事项关键词：大直径 超长 深水桩1、概述钻孔灌注桩是桥梁基础中最常采用的结构形式，随着高速公路的发展，跨河桥梁越来越多，深水桩施工及质量控制逐渐成为施工的控制重点。泉三高速公路三明段SMLA合同段台江大桥全长550米，该桥地处三元区台江水电站大坝上游约100m位置，横跨鹰厦铁路、沙溪河及205国道，主桥7、8号墩均在沙溪河内，桩基础采用2.5米大直径超长钻孔桩，7号墩桩长55米，8号墩桩长为66米。沙溪河自南向北流经三明，为三明市饮用水主要来源。河床宽度约223m，河水位标高127.56m，水深57m。沙溪河多年最枯月平均流量可达114.47m3/S，最大流量为4400.0m3/S，最小流量30m3/S，据访问最高洪水位135.5m(1994年5月2日)。沙溪河水量及水位标高受上游水库影响较大。河床底平缓，局部覆盖部分卵石层，厚度小于50cm，下伏基岩为童子岩组炭质粉砂岩、文笔山组粉砂岩、栖霞组灰岩及硅质岩。且8号墩8根桩穿过F02逆断层。根据地质情况，桩基必须采用冲击成孔，台江大桥桩基施工质量控制要点为：超长桩基的垂直度控制；护筒下沉质量控制；泥浆比重控制；成桩质量控制。施工难点：水中施工平台的架设及平台强度、稳定性及抗疲劳荷载能力； 河床无覆盖层，护筒下沉确保钻孔过程中不漏浆； 灌注成桩，混凝土方量大，每根桩基混凝土量在280350方； 钻孔及灌注过程中大量泥浆的排放问题。2、施工方案的确定因水中7号墩施工及混凝土灌注，且跨河运输混凝土及其他材料，采取在主线上游搭设临时施工便桥；同时考虑7号墩高桩承台、下部墩柱及上部现浇箱梁的施工，采用在桥墩位置修建施工平台，作为桩基施工及以后桥梁下部、上部的施工平台。平台与施工便桥联成整体，增强便桥及平台的稳固性。考虑到7号墩左右幅桩基同时施工，平台上梅花桩排列4台钻机同时作业，钻机采用CFZ2500型冲击钻机，护壁材料采用高液限粘土，钻渣采用捞渣筒捞出至泥浆车。8个护筒全部埋设就位后，采用护筒循环泥浆，并配合泥浆船运输废弃泥浆，成孔后混凝土运输车直接灌注成孔。3、施工便桥及平台搭设施工便桥搭设综合考虑沙溪河汛期及混凝土运输车荷载、地质情况、下游电站等。便桥按照单行道设计，桥面宽5.5米，跨径为16.53米，设计荷载为60吨。便桥上部采用四榀六四式军用梁，桥面采用枕木，为减少车辆冲击对便桥的影响，在车轮位置铺设槽钢，每侧宽度为75cm。便桥下部采用6根426钢管成板凳型布置，并在上下游分别搭设两根426增强稳定性。施工平台采用35根426钢管搭设，上部及桥面采用28及25工钢、槽钢，根据桩基及桥墩位置合适布置钢管桩间距及位置，平台按照承载60吨设计。4、钢护筒下沉平台搭设完毕后，立即进行护筒下沉工作。根据钢管桩下沉的经验知，河床下覆盖层为卵石，厚度小于50cm，下为强风化炭质粉砂岩，护筒下沉难度大。护筒采用12mm的钢板制作，内径2.75m，每节高度为1.5米，根据水深及护筒露出水面不小于2m，每个护筒由4节组成，现场焊接接长。护筒采用导向架定位，导向架用18号槽钢加工，每个护筒设置4层导向架，确保护筒下沉过程中位置准确。护筒下沉前，先将钻机就位，对正护筒下沉位置将河床冲平，确保护筒周边无石块及坑洞，而后将护筒就位。护筒采用吊车在平台上吊装就位，依据导向架垂直沉入水中，而后在护筒上安装BP-42型振动锤振动下沉，振动前测量人员检测护筒顶标高，当连续振动2分钟，下沉不超过5cm时，停止振动，检查下沉深度，如深度小于1米，不能确保冲击过程中护筒周围出现漏浆，则再次用冲击钻冲击，深度超过护筒底2米后，继续振动下沉，直到护筒埋深不小于2米。然后在护筒内注入清水，水头高出河水面23米，观察24小时后，如护筒内水面不下沉，则护筒密封合格，不漏浆。5、钻进及成孔护筒就位后，立即进行调配泥浆，进行钻孔作业。钻机采用CFZ2500型，冲击锤重9吨，直径2.45米，钻机重10吨。测量人员利用平台上的导向架准确定位桩中心，并通过测量钢丝绳的垂直度及中心确定锤头的中心。开始冲进时，泥浆中加入部分水泥，稳定12小时后，小冲程冲进，直至超过护筒底45米，确保锤头冲击对护筒底的冲蚀，造成护筒底托空漏浆或坍孔。冲进过程中，要时刻检查泥浆比重，保证泥浆比重在1.21.5之间，防止泥浆比重过大造成泥浆护壁过厚，成桩后摩擦力降低及成孔效率低；或泥浆比重过小造成坍孔。钻进过程中保持护筒内泥浆液面高度，确保高出护筒外水面12米，保证泥浆对护壁的压力。钻进过程中，要每天检查钻进的垂直度，及泥浆比重、含沙率，确保钻进速度，换浆采用泥浆管伸入孔底置换。当钻进深度较大时，不易造浆，可采用编织袋装填粘土，直接沉至孔底造浆，确保浮渣上浮。当钻进至设计深度时，适当超出设计桩底510cm，成孔后，将锤头加大至2.5米进行扩孔并将过厚的护壁泥皮刮掉，同时上下活动冲击锤头至孔底，确保孔底沉淀厚度不超过10cm。在检测孔深、垂直度及下探孔器检测孔径合格后，立即进行清孔。清空采用换浆法。清孔的主要目的是降低泥浆比重及泥浆的含沙率，可采用滤砂器过滤，同时考虑到钢筋笼较长，下钢筋笼时间较长，为避免下钢筋笼后孔底沉淀超标造，一次清孔主要为降低含沙率，泥浆比重可稍大。6、钢筋笼加工及就位钢筋笼在钢筋加工场地集中加工。因桩较长，为防止变型、弯曲及吊装方便，钢筋笼分四节制作，并在加强箍圈处加设撑架钢筋。因桩径大、桩长，钢筋笼上埋设四根声测管，声测管采取定型产品，在施工及运输过程中要严加注意，避免破坏，接头要密封，防止漏浆堵管。钢筋笼下到位后，立即向声测管内注满清水，管口高出护筒顶2米左右，用方便袋扎紧，防止灌注混凝土过程中进入杂物。钢筋笼全部运输到施工平台后，采用吊车就位。钢筋接头采用机械连接，操作人员必须熟练、紧凑，防止孔底沉淀过厚。7、下导管及二次清孔钢筋笼就位固定后，立即下导管进行二次清孔。因桩长，避免导管倾斜造成灌注水下混凝土时挂钢筋笼，采用江苏句容产直径30cm螺旋口导管。下导管前，必须对导管进行密封及抗拉拔试验，合格后采用。安装导管时，每节导管必须进行再次孔口清理及检查密封圈完好，并涂抹润滑油封闭，防止漏气进水。为防止灌注过程中导管偏位，在平台上设置专门的导管架，居中固定。导管底距孔底不小于30cm。导管就位后立即进行二次清孔。清空过程中要上下左右活动导管，确保清孔彻底。如孔底沉淀过厚，采用高压空气清孔。二次清孔必须确保泥浆比重降低到1.11.2g/cm3，砂率不大于2%，防止灌注时间过长沉淀过厚，造成灌注过程中冒顶现象发生。二次清孔可先降低砂率，合格后再降低泥浆比重，避免泥浆比重过小携砂率低。清空合格后即刻进行混凝土灌注。8、水下混凝土灌注混凝土采用HB500型拌和站集中拌和，混凝土搅拌运输车运输灌注。灌注前，拌和站进行检修并备足易损配件、材料足够、运输车进行检修并对道路进行试车，同时召集拌和站、运输车司机及现场操作工人进行技术交底，将灌注工艺、施工主要控制点及灌注过程中出现的紧急问题的处理方案等进行交底，确保万无一失。为防止拌和站出现无法及时修复的问题，和就近的商品混凝土供应商联系，在必要时予以协助供应混凝土。根据导管直径及封底要求，首盘混凝土方量不小于8方，根据现场情况，如此大的料斗在操作及施工中是不现实的。为保证首盘混凝土封底，根据现场料斗容量及混凝土罐车的卸料速度，采取封底与灌注共同进行的方式：即5方的料斗与6方的罐车共同进行封底灌注。现场采用尽可能大的料斗（容量为5方），第一车混凝土在装满料斗后，即可离开，第二车装满6方混凝土的罐车在加大油门开始卸料的同时进行提升钢板封底灌注，11方混凝土确保封底顺利。封底完成后，即刻用手电筒照射导管内观察导管有无漏水等现象。如一切正常，立即进行正常混凝土灌注。混凝土灌注要求连续不间断进行，并随时根据记录灌注的混凝土方量计算导管埋深，并与实测比较，控制导管埋深在36m，防止埋置过深，提导管困难及埋深过浅造成混凝土冒顶。当灌注到桩顶左右时，会出现由于灌注时间过长，沉淀过厚，泥浆比重大流动困难导致混凝土下料困难时，可采取向护筒内注入清水的方式稀释泥浆，并人工配合挖出部分泥浆，使灌注顺利进行。桩顶需预留不小于1米的桩头，确保桩顶混凝土质量。灌注完成后，方便以后的桩头破除，可在设计桩顶以上30厘米位置的钢护筒上开口，立即人工用水稀释泥浆及刚灌注的混凝土，从开口流出，剩余部分在以后人工破除。9、施工中的注意事项施工中要严密监测水中施工平台的刚度及稳定性，保证钻机的稳定。钻机前横支撑位置尽量放置在平台支撑工钢上，两个支撑点靠近钢管桩，在施工过程中，如中间偏软，可采取在钢管桩之间加设人字支撑。护筒安装好后，开始钻进，必须采用小冲程，确保不掏空护筒底，待钻进至护筒底下45米后，方可按照正常冲程钻进。钻进过程中，必须时刻对照地质钻孔，随时调整泥浆比重及冲程大小，防止钻进功效降低及出现坍孔、偏位等问题。如出现偏位，则回填片石及粘土至正常位置后，重新冲击。钻进过程中，要每天捞取钻渣与地质资料对比，如发现与地质钻探资料不符，应及时向设计及监理部门反应，是否加长或缩短桩长。由于是水中大直径超长桩，终孔前23米时，必须提前通知设计部门，根据渣样对地质情况进行对照，确定是否可以终孔。终孔后，先加大冲击锤头至设计直径，将过厚的泥浆护壁刮掉，确保桩周摩阻力，而后进行清底并下探孔器检测，合格后立即进行清孔。清孔的目的：置换孔中较大比重的泥浆，降低泥浆中携带的砂及钻渣等易沉淀的物质，确保灌注顺利及成桩质量。一次清孔主要降低泥浆含砂率，避免下钢筋笼过程中沉淀过厚，不易清孔；在下完钢筋笼及导管后二次清孔时主要调整泥浆比重，二次清孔必须不断活动导管，但避免导管钩挂钢筋笼。封底混凝土灌注必须连续、及时，避免造成封不住现象。正常灌注时，导管口必须水平且居中，防止底口偏斜后造成混凝土冒顶，桩身夹泥，导管埋深不小于1倍桩径，且不得大于8米，防止导管拔断。10、结论大直径超长深水钻孔桩的特点为直径大（2.5米）、桩长（最长66米）且深水作业，主要控制重点为施工方案的确定及质量控制：水中平台架设及泥浆排放、水中护筒埋设、桩的垂直度控制、钻孔泥浆比重控制、混凝土灌注等。施工中必须各方协同操作，各工序衔接