河南南阳宛坪高速公路桥梁工程大口径水上钻孔灌注桩施工关键技术研究ppt课件.ppt

河南南阳宛坪高速公路桥梁工程大口径水上钻孔灌注桩施工关键技术研究 1 欢迎各位各位专家 领导莅临指导 2 项目地理位置 一 项目背景 3 地形 地貌及地层岩性 地形地貌 南阳市处于第二级地貌台阶向第三级台阶过渡的边坡上 属山地 丘陵 平原组成的盆地型地貌类型 地势呈阶梯状 由西北向东南倾斜 地层岩性 出露的地层主要有元古界地层 古生界地层和新生界地层 4 沿线河流 水文 南阳市河流水系分属长江 淮河 黄河三大水系 长江水系汉水流域的唐 白河水系最大 丹江水系次之 淮河水系分布在南召 方城 桐柏三县 黄河水系只有南召的马坪乡的河水汇入嵩县的伊洛河 本地区河流具有鲜明的季风气候区特征 河川径流年内分布极不均匀 丰水期和枯水期明显 最大流量与最小流量相差悬殊 水位变幅大 洪水灾害频繁 5 项目起点 太澳洛南高速公路 上威高速公路南阳段 太澳南邓高速公路 许平南高速公路 环城连接高速公路 七横八竖两个环 十字轴心轴线在间 对外六条放射线 6 路线起终点 走向 两路段起终点 7 路线起终点 走向 项目终点 终点全景图 8 桥涵工程 钻孔灌注桩单桩承载力较高 对地质条件的适用性较强 且建造费用低 抗震性能好 施工中噪音小 公害少 在高层建筑及桥墩工程中得到广泛地应用 南阳宛平高速公路有多座跨水 跨江 跨河或水库 大桥 如湍河特大桥 老灌河大桥 重阳水库特大桥 淇河特大桥等 其桥墩均采用钻孔注桩基础 湍河 9 湍河特大桥 推荐方案于内乡县城北谢楼东 距下游312国道湍河新桥约3Km处斜跨湍河 湍河全长216 3公里 流域面积4946 2平方公里 河槽较深 堤防多为砂堤 堤高1 3米 堤距160 590米 300年一遇洪峰流量为7100m3 s 初拟上部采用26孔25米部分预应力砼连续箱梁结构 下部采用柱式墩台 桩基础 墩高8 13m 桥宽2 净12米 桥梁全长657米 10 老灌河大桥 推荐方案在西峡县境宋营乡中仓房村西约300m处跨越老灌河 老灌河是西峡最大的河流 干流全长251公里 流域面积4231平方公里 西峡境内河长109 4公里 河槽宽50 350米 100年一遇洪峰流量为3750m3 s 设计水位226 4m 桥梁总长和高程控制以能够顺利宣泄洪水为基本原则 初拟上部采用10孔25米部分预应力砼连续箱梁结构 下部结构为柱式墩 肋式台 桩基础 墩高8 9m 桥宽2 净11 5米 桥梁全长257米 11 重阳水库特大桥 重阳水库是一座中型水库 1980年建成 上游集水面积80 5平方公里 坝高37米 长537米 顶宽6米 坝顶高程380 70m 防浪墙高1m 50年一遇设计水位376 18m 5000年一遇校核 校核水位378 34m 设计下泄量312米3 秒 正常库水面长1600多米 宽800多米 12 推荐方案于水库上游距坝址约400m处跨越水库 桥梁总长和高程均为地形控制 初拟上部采用14孔50米预应力砼连续T梁 下部结构为薄壁墩 柱式台 桩基础 墩高12 43m 桥宽2 净11 5米 桥梁全长707米 重阳水库特大桥 13 淇河特大桥 淇河为丹江支流 干流长度150公里 流域面积1501平方公里 在西坪镇处水文站控制河道长79 3公里 流域面积911平方公里 河床比降1 100 1 1000 河道蜿蜒曲折 河床卵石遍布 基岩外露 河宽80 150米 水深3 10米 历史最大洪峰流量为4350立方米 秒 经水文分析计算 300年一遇洪峰流量为3296m3 s 设计水位394 5m N 14 二 立项意义 水上钻孔灌桩施工技术 钻孔灌注桩是一项质量要求高 施工工序多 工艺复杂 并须在一个短时间内连续完成的地下隐蔽工程 因此灌注桩的工程质量相对来说比较难以控制 第10届国际土力学及基础工程会议上的 桩基础总结 中披露 在所有被调查的就地灌注桩中大约有5 10 的有缺陷 因此要保证灌注桩的工程质量 必须对钻孔灌注桩的全过程的施工技术及质量进行完善的管理 15 立项意义 水上钻孔灌桩施工技术 随着对钻孔灌注桩的设计 机械设备 施工工艺和钻孔灌注桩质量检测技术的深入研究 使得钻孔灌注桩的设计理论 施工技术和质量检测方法有了很大的完善 在分析大量试桩资料的基础上 制定出了适合钻孔灌注桩特点的设计与施工规程 规范 成功研制了施工桩径达3 0m 4 0m的功能多样化的专用钻机与器具 16 立项意义 水上钻孔灌桩施工技术 在施工工艺方面 解决了桩底沉渣控制 松散地层稳定孔壁 硬岩成孔及深长桩 斜桩施工复杂技术问题 后压浆技术的应用 根除了桩底沉渣隐患 桩身强度得到了补强 桩与桩周土的粘结力得到提高 从而钻孔灌注桩单桩承载力获得提高 钻孔灌注桩的施工技术得到了的完善与进步 17 立项意义 水上钻孔灌桩施工技术 由于水文 气象条件对水上桩基施工的影响 水上桩基施工受施工水域的水流流速 水位 潮汐 水下障碍物及水下地形的影响较为严重 水上钻孔灌注桩与陆上钻孔灌注桩的施工有着明显的区别 水上施工需要搭设施工平台或使用船只设备 施工工序更多 工艺更为复杂 质量更难以控制等 对于一些水上钻孔灌注桩施工 如重阳水库特大桥钻孔灌注桩工程 还存在环境保护及防水质污染等问题 18 立项意义 水上钻孔灌桩施工技术 因此结合南阳高速公路上几座跨水大桥钻孔灌注桩工程 开展 大口径水上钻孔灌注桩施工关键技术的研究 为桥梁的设计 施工提供技术指导 确保工程质量及施工顺利进行 在工程应用中上具有重大的实用价值 本项目的研究成果在类似的地区和类似工程中同样具有推广使用价值 具有广阔的应用前景 对道路 桥梁及建筑工程学科和科技水平发展具有极为重要的理论意义和现实意义 19 三 项目总体目标 水上钻孔灌桩施工技术 鉴于宛坪高速公路沿线跨水 跨江 跨河或水库 桥梁较多 如湍河特大桥 老灌河大桥 重阳水库特大桥 淇河特大桥等 的特点 本项目结合宛坪高速沿线桥梁钻孔灌注桩工程 在充分的调查研究和大量的室内外试验的基础上 根据施工水域的水文条件 工程地质条件及环保要求 开展 大口径水上钻孔灌注桩施工关键技术的研究 提出适合宛坪高速沿线桥梁水上钻孔灌注桩施工技术最佳方案 确保水上大口径钻孔灌注桩的工程质量及施工顺利进行 质量的有效控制 为桥梁的设计 施工提供技术指导 为宛坪高速的建设提供技术保证 20 水上钻孔灌桩施工技术 项目研究目标 2 提出大口径水上钻孔灌注桩施工工艺技术参数 1 明确大口径水上钻孔灌注桩施工特点及影响因素 3 提出水上桩基施工安全防护技术措施 4 提出提高钻孔灌注桩承载力的技术措施 5 提出水上灌注桩桩基质量控制措施 21 水上钻孔灌桩施工技术 22 水上钻孔灌桩施工技术 大桥钻孔桩基础多为超大 超深钻孔灌注桩 施工技术要求高 工期紧 且要求100 成功 工艺要求和施工难度很大 正式施工之前 宜通过水上试桩工程 真实模拟桩基施工工艺 选用合适的钻机设备 配套机具 泥浆系统和水下混凝土浇注工艺 科学安排 精心施工 确保施工质量 23 成桩工艺流程 水上钻孔灌桩施工技术 准备工作 测量 定位 水上平台的建造 埋设护筒 成孔 一次清孔 钢筋笼的制作与安装 二次清孔 水下混凝土的灌注 桩顶标高的控制 24 施工环境调查 水上钻孔灌桩施工技术 水上钻孔灌注桩施工环境调查 1 施工水域的水深 水流速 水质 风浪等水文气象条件的调查 2 施工水域的河床或沉积覆盖层 基岩类型及岩土工程力学性能等工程地质情况及水上运输方式的调查 3 桩位 桩径 桩长 桩底 桩顶标高及承载力等设计要求的了解 4 现场施工布置及岸上后勤支援保障系统的调查研究 25 水上工作平台建造技术 水上钻孔灌桩施工技术 1 浅水域工作平台根据工程具体情况及施工要求 比选合理的施工围堰 进行围堰的设计与施工技术应用研究 围堰技术要求 26 水上钻孔灌桩施工技术 2 深水域工作平台深水域工作平台常用的有两种开形式 一种是用船只拼装成浮动式水上平台 另一种是用贝雷桁架或万能杆件拼装成固定式工作平台 浮动式水上平台常用船只或浮箱 桶 拼装 主要研究内容有 船只选择 船体拼装 抛锚定位 水上工作平台建造技术 27 水上钻孔灌桩施工技术 水上固定式工作平台一般座落在平台支承桩 双壁钢围堰 钢护筒或钢筋混凝土护筒等上面 平台采用贝雷桁架或万能杆件拼装成桁架 上铺木地板 从而形成工作平台 平台大小根据施工要求确定 并按平台承重对桁架进行强度校核及变形验算 固定式工作平台形式 支承桩工作平台 双壁钢围堰工作平台 钢护筒或钢筋混凝土护筒工作平台 水上工作平台建造技术 28 成孔施工工艺技术研究 水上钻孔灌桩施工技术 1 钻孔灌注桩成孔工法研究 2 施工机械设备选型及钻具组合配套 3 钻头类型 结构特点 使用条件与效果分析 4 成孔施工规程参数 钻压 转速和冲洗液量及泵压 及其控制 5 成孔过程中情况分析 判断和预防及事故处理措施 6 清孔方法及所用设备 器具 29 钻进过程和钻进方法 钻孔三要素 直径 深度 方向 直孔 斜孔 水平孔 钻进基本程序 破碎岩土 机械 冲击钻进 钢丝绳冲击 无卡丝CZ 20 30 回转钻进 转盘钻进 井底发动机钻进 旋挖钻进 R 618冲击回转钻进或回转冲击钻进其它 振动钻进 螺旋钻进 长 短 30 提取岩土 芯 或岩 土 粉取心钻进 螺旋钻取心不取心钻进 全面钻进 取粉钻进 连续反循环钻进绳索取心钻进 加固孔壁循环液套管粘土和水泥 钻进过程和钻进方法 31 钻进方法 硬质合金钻进 钢粒钻进 金刚石钻进 冲击回转钻进 潜孔锤 螺旋钻进 旋挖钻进人工挖孔桩 钻进过程和钻进方法 32 常用的钻进设备 钻机 GPS 15 R 618等水泵 BW 100 200 250等钻塔 两脚塔 龙门架 三角 四角塔 桅杆式钻塔动力机 及泥浆搅拌机等常用的工具 孔内工具 钻头 岩心管 钻挺 异径接头 取粉管钻杆 水龙头及套管等附属工具 包括取心工具 测斜仪器 造斜工具 处理事故专用工具及五金工具 钻进过程和钻进方法 33 成孔工法 水上钻孔灌桩施工技术 全套管施工法 贝诺特工法 全套管成孔施工时 压入套管保护孔壁 用冲抓斗将管内的土挖出 随着孔的加深 套管不断接长 孔打多深 套管压多长 此法护壁最可靠 超挖量小 对挖卵石层 尤其是大卵石碎石层 显得优越 旋转取土钻孔法 无循环工法 常用的有回转斗 旋挖钻机 和长短螺旋钻 循环施工法循环法分正 反循环两大类 34 循环成孔工法 水上钻孔灌桩施工技术 正循环除工效低 费用大 适应性差外 成孔质量也差 对桩的承载力也有不利影响 正循环由于浮碴的要求 对泥浆的比重要求比较高 比重要大 浓度要高 粘度要大 因此成孔后 孔壁上会形成一层厚约30 50mm的泥皮 在浇灌水泥混凝土后 会降低桩侧摩阻力 同时 由于泥浆的比重大 清孔时间长 并且孔底很难清理干净的 这对于桩的承载力是要受到一定的影响的 35 循环成孔工法 水上钻孔灌桩施工技术 反循环在一般地质情况下 可用清水护壁 只有在地层不稳定时 才用膨润土泥浆 但比重一般不超过1 05 1 07 因此形成的孔壁泥皮较薄 而且孔底几乎不另花时间清理 孔底就很干净了 因此桩的承载力较高 反循环法按其出碴方式又有泵吸反循环 气举反循环 射流反循环和综合反循环几种 一般钻孔直径在3m以内 深度在300m以内的为最多 36 水上钻孔灌桩施工技术 循环成孔工法 泵吸反循环 按泵的抽吸能力 一般用于100m以内的桩孔施工 气举反循环 多用于100m以上的深孔 开始钻孔时 效率较低 钻到一定深度后 方能保持较高的钻进速度 此法机械结构简单 不易发生故障 但效率低 当浸水比 管的全长与浸入水内的管的长度之比 小于60 时 效率明显降低 一般水深度超过10m后 此法才能获得较高的效率 37 水上钻孔灌桩施工技术 循环成孔工法 射流反循环构造简单 使用方便 但效率不高 开孔时工效较高 随着孔深的增加 工效就愈来愈低 综合反循环是一台成孔设备上设置二种或二种以上出碴设备 采用泵吸或射流 达到一定深度后 一般10m以上 可换为气举反循环 这种工法在大口径 3 6m 深孔 200 600m 施工中应用为最多 38 在公路桥梁中 桩孔断面大 且在深水条件下施工 选择成孔施工方法 既要满足穿越松散的河床覆盖层和入岩获得较高的钻孔速度 又要能在有限的平台上布置施工现场 安装施工机械设备 所以一般用泵吸与气举相配合的反循环施工工艺 钻杆选用 325 25mm的并列式气管两用反循环钻杆 配备相应的气水两用水龙头 对于孔深在30m以内的桩孔 由于泵吸反循环比气举反循环效率高 泵吸反循环就显得更为适用 水上钻孔灌桩施工技术 成孔工法 39 钻头的选择 水上钻孔灌桩施工技术 根据桩基所穿过的地质地层条件 选用不同的钻头 选用的钻头最好适应性较强 因为在钻孔中即使孔不太深 好要穿过几种不同的土质 不可能一种土质用一种钻头 这样会使作业时间加长 工效降低 因此 在钻孔中 一般希望从开孔到终孔 不更换钻头 这样就要求选用适应性强的钻头 焊齿滚刀钻头 冲击反循环钻头 镶齿滚刀钻头 40 钻头的选择 水上钻孔灌桩施工技术 翼形钻头 三翼 四翼 靠刀尖进行切削 对淤泥层 粘土层 砂层 砂砾层等 级以下的地层较为适用 对于风化岩等软岩及较硬的胶泥层孔有一定的切削能力 所以翼形钻头在成孔中应用较多 鱼尾钻头适用于钻进粘土和砂土层 制作简单 但钻头导向性差 遇局部阻力或侧向挤压易偏斜 笼式刮刀钻头由于上下腰带的导正作用及小钻头的定心导向 钻头平稳 摆动少 钻孔垂直度较高 适用于粘土 粉 细 中 中粗砂和含砾石的土层 牙轮钻头适用于硬土 基岩或卵砾石层 41 水上钻孔灌桩施工技术 钻头类型及结构特点 钻头的选择 42 螺旋钻头 旋挖筒状钻头 组合牙轮钻头 螺旋扩底钻头 土层扩底钻头 基岩扩底钻头 43 水上钻孔灌桩施工技术 不同地层钻进参数推荐值 用于反循环 钻进参数 44 水上钻孔灌桩施工技术 不同地层钻进参数推荐值 用于正循环 钻进参数 45 研究内容 水上钻孔灌桩施工技术 泥浆的护壁作用及性能控制的研究 1 泥浆的功能和作用机理 2 泥浆的选择 性能要求 3 泥浆的配制与性能调整方法 4 处理剂的作用及其合理使用 5 泥浆性能参数的室内试验研究 6 泥浆性能的现场检测 7 泥浆的净化方法与泥浆的再生利用 46 钻孔冲洗 冲洗液的功用 冷却钻头 清洗孔底 携带和悬浮钻渣 稳定孔壁 润滑钻具 47 钻孔冲洗 冲洗液的类型 清水 泥浆 粘土 水 处理剂水基泥浆 淡水泥浆 盐水泥浆 钙处理泥浆低固相泥浆 粘土重量小于10 混油泥浆 水包油泥浆 O W 油基泥浆 油包水泥浆 油基泥浆充气泥浆 比重低 在漏失地层中效果好 乳化液 油 乳化剂 空气 48 钻孔冲洗 钻孔的冲洗方式 正循环洗孔 反循环洗孔 全孔反循环洗孔孔底反循环洗孔局部反循环洗孔 49 钻孔冲洗 泥浆的净化与泥浆的再生利用自然沉降法 重力 机械沉降法 泥浆净化器 化学净化法 化学絮凝剂 清孔抽浆法换浆法掏渣法砂浆置换法 可采用压浆桩 50 水上钻孔灌桩施工技术 泥浆的基本性能指标 51 混凝土的灌注 水上钻孔灌桩施工技术 水下混凝土的灌注 1 导管的灌注能力 2 导管的埋深 3 导管的灌注半径 4 导管漏斗高度 最小超压力 5 首批混凝土灌入量 初灌量 6 水下灌注混凝土施工工艺 52 导管的灌注能力 水上钻孔灌桩施工技术 导管的灌注能力 53 导管的埋深 水上钻孔灌桩施工技术 导管的埋深选择 54 导管灌注半径 水上钻孔灌桩施工技术 不同导管灌注半径所需的最小超压力 55 四 主要研究内容 水上钻孔灌桩施工技术 后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用研究 1 后压浆提高钻孔灌注桩单桩承载力的机理 2 后压浆的设计研究 3 后压浆施工工艺及质量控制 56 后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用研究 阿根廷的Zarate BrazoLargo公路 铁路桥梁工程 1971年由意大利Soilmec公司施工 中应用了压力注浆技术 其主桥236根钻孔灌注桩桩径 2000mm 桩长50 73m不等 桩端进入密实的砂层 单桩承载力为15000KN 在压浆中采用 压力盒 装置 压力盒为高50cm 断面与钢筋笼差不多的园盒 盒内填满3cm的碎石 压力盒固定在钢筋笼下端 盒盖与两根 38mm注浆管相连 两根注浆管形成一个灌浆循环回路 在浇注桩身砼两周后 利用注浆管将水泥浆液压入压力盒内 并通过底板孔眼挤入沉渣及软土中 灌浆压力 初始压力为50kg cm2 结束压力100kg cm2 每根桩压浆量为6000kg左右 57 部分后压浆钻孔灌注桩荷载试验结果 58 后压浆设备及压浆工艺示意图 后压浆施工设备高压注浆泵水泥搅浆机高压胶管注浆管流量计和压力表贮浆桶等 注浆泵多以电动式注浆泵为主 如ZDN 25 80 YSB250 120 HGB型计量泵 YZB型注浆泵 主要是根据注浆压力来选择确定 59 四 主要研究内容 水上钻孔灌桩施工技术 桩基质量检测及质量控制措施技术 1 成孔质量检测 孔径 孔形 孔深 孔底沉渣及桩孔垂直度等的检测 2 成桩质量检测 桩身完整性检测 动测法 钻芯法 桩基承载力检测 3 桩基施工质量控制 60 桩基础施工期长 水上施工安全非常重要 通过制定严格的安全生产规定 加强宣传 教育 检查 制定安全紧急应急系统 确保发生情况时能及时处理 救护 水上桩基施工安全防护技术措施 61 水上施工期间设置施工警戒区和安全防护设施 除打桩船外 浮动式工作平台 方驳 泥浆船等均需悬挂抛球和慢速指示旗 在内河或海上航道一侧施工 要在施工上下水域300 500m处设置警戒船 悬挂监督和慢行指示 并配以高音喇叭指挥过往船舶慢行通过 避让施工船舶的锚缆 在锚位上设浮标 指示锚位和缆绳的位置和方向 工作平台的四侧 白天悬挂醒目的施工标志 晚上设红色灯光或反光标记警示 已沉好的平台支承桩或钢护筒在未搭设平台前 应使其上部露出水面一定的高度 涂以反光漆或设立红色灯光 使夜晚航行的船舶能及早避开 水上桩基施工安全防护技术措施 62 非通行航道水域施工 电缆宜从空中架设 电缆要跨越航道或深水区 水面宽阔区域 宜将电缆埋于水下河床中 并在水面作相应标志 电缆和平台上所有的电气设施都必须防水 防潮和绝缘 所有的电气开关均应安装漏电保护器 施工期间须经常检查接头 电缆等是否漏电或破损 确保用电安全 平台四周必须设置栏杆 平台上应备有救生圈和灭火器具 平台上施工人员必须穿救生衣 并有专人对平台上的各种安全设施进行检查 杜绝隐患 施工安全防护措施 水上钻孔灌桩施工技术 63 施工船舶包括平台与岸上的交通运输船只 必须遵守安全驾驶和航运的规定 上下平台的通道必须结实牢固 不打滑 上下船时 严禁从船上跳上跳下 以防人员落水 经常对全体人员进行水上施工的安全教育 牢固树立安全施工意识 手脚不便 反映迟钝的施工人员 不宜在水上平台工作 水上钻孔灌桩施工技术 施工安全防护措施 64 五 技术路线 水上钻孔灌桩施工技术 本项目拟通过理论分析 数值仿真和工程实践经验 并结合南阳宛平高速公路多座跨水 跨江 跨河或水库 大桥水上钻孔灌注桩工程 根据水上钻孔灌注桩施工特点 开展大口径水上钻孔灌注桩施工关键技术研究 建立并提出水上钻孔灌注桩施工工艺技术参数 为设计与施工提供技术参考 确保桩基工程质量及施工顺利进行 65 具体技术路线 水上钻孔灌桩施工技术 1 广泛调研 收集有关水上钻孔灌注桩施工技术的国内外相关文献资料 结合施工水域的水文条件 环境条件 工程地质条件及桩基设计要求 分析 整理 研究水上桩基施工安全防护技术措施 环境保护措施 桩基质量控制措施及质量检测技术措施 2 通过理论分析 室内试验和现场试验进行钻孔护壁泥浆的研究 测试护壁泥浆的各种性能参数 通过工程实践完善泥浆的护壁功能 3 根据工程设计要求 结合水文条件 工程地质条件及环保要求 研究水上钻探施工技术 水中灌注混凝土技术