3m直径钻孔灌注桩及水中承台施工技术.doc

3m直径钻孔灌注桩及水中承台施工技术【f)3m直径钻孔灌注桩及水中承台施工技术廛塑翰高国栋二J张家华(上海市基础工程公司2oo002)17,_一/,FJ【摘要l介绍3m超戈直径钻孔灌注嵌岩桂所用的设备.工艺.以魔术中承台j;套箱施工这一新貅施磅褊.孵【关键词l毡越.灌盆施工佯,搠.-C0nstructionTechnologyof3mdia.AbstractlThisarticledealswithequipmentsandtechniqueusedfor3mdia.boredpilefilledwithgravel,andnewtechnologyofcaissonconstructionforwaterplatform.keywordslbozedpile;platform:construction.1概况横琴犬桥跨越在珠海市的马骝洲水道上,南通横琴岛,北达洪湾和湾子镇,距下游澳门澳凼桥3.6km,水面宽500m,水深1llm,最大风速41.2m/s,最高通航水位+2.78m,潮差2m许,河床以下土层依次是河口相淤泥,滨海相淤泥,冲积亚粘土,淤泥质亚粘土,淤泥质含砾粗砂层,残积砾质亚粘土,再以下全,强,弱,微风化花岗岩图1横琴桥形大桥全长1425.24m,引桥分别为跨度20m和40m的简支钢筋混凝土”T型梁主桥为2x120m的单塔双索面,塔梁墩固结体系的预应力混凝土斜拉桥.主墩(塔)全高85.9m.位于河道中心,通航孔2290m,桥面宽35.4m,系梁板结构即其横断面由两侧的主梁,中闻两条小中梁及桥面板构成,横粱6m一道,坶为现浇50号混凝土,墩顶附近1节段长213,5m,标准段长6m,主梁高l996年第2期2.2m,中部梁宽1.8m.其余宽2.7m.横梁宽0.3m,小中梁宽0.2.梁底齐平.桥面系内设有纵横向预应力束.18对斜拉索呈扇形布置,梁上束距为6m,塔内张拉,田定端设于混凝土主梁底.拉索为热挤型PE护套大节距扭绞钢丝索(即N.PWS)-,系由西德泰森公司生产的1600MPaF7mm镀锌钢丝在上海加工而成,两端为冷铸墩头锚,最承载力为72000kN.使用荷载为27O00kN.本工程中桩径之大嵌岩之深,岩层强度之高,水中承台面积,体积之大,l寝水之深.桥面之宽在我国桥梁工程中实为少见2桩基摊工主墩由两只独立基础及系梁掏成,均为25号混凝土.单只不等边八角形承台平面尺寸1721m,4JSm,垫层腰1.2m,采用卫0号混凝土.系粱长14.178m,宽6m,厚3m.承台浸于水下近6m,为便于施工,全承台分三次浇制,先上游,次下游,后系梁.图2桥基示意桩基,台身施工方案综合考虑时曾拟定有钢板桩围堰吹砂筑岛,双壁钢壳井和钢平台+套箱等三种方案进行比较,由于长达20m的钢板桩难以解决,沉井费用又较昂贵,故选择第三方案.此工艺程序为:钢管桩施打平台搭设一平台开孔一放钢护筒一钻孔桩施工一平台拆豫一钢套箱安装垫层混凝土水下浇注一抽水一承台混凝土干施工.,2.1大钻机的选择鉴于横琴大桥桩基的超大直径以及桩长嵌岩深度及岩层的强度与硬度,必须用大扭矩的钻机.经多方比较,我们将成熟使用的Z一1型煤矿工程钻机引用到本工程中,该钻机主要技术性能如下:钻孔直径2.54.6m额定扭矩120kN.m钻头重26t钻孔深度200m设备总重130t门架轨距6m一大钩提升力500kN电机功率500kW门架轮距7m整个z一1型钻机即由龙门架,转台,孔口平车钻杆,钻头及空压机等六大部件组成.一162.2钢平台根据桩位布置和z一1型钻机的结构情况,本次施工用钢平台的平面尺寸6422m,标高为+4.6m,平台桩基采用6099mm螺旋钢管桩,单桩按300kN承载力设计,选择桩长为25m,A土深约12m,平台主梁用65号工字钢,最大跨距3.8m,钻机轨道在正上方,四条钢轨呈6m轨距布置,次梁用20号工宇银,面板甩厚为10mm的钢板管桩:呆用k柴油锤导管桩架施打,500kN履带.?吊车固定在600OkN方驳上,配合打桩,安装平台及日后施工用2.3钢护筒为降低成本,采用半护筒形式,护筒长25.2m,进入淤泥层下的亚粘土中23m,人土深度约12m.护筒内径33m,壁厚18mm,用宽1.8m的钢板卷管后,经半自动电渣焊焊成圆筒,为便于运输吊装,仅接成7.2m一段.在每二道接缝处及顶,底端各设一道t8012mm的加强圈.在经过平台测量定位,开孔后,用日产150kW振动锤施打,达到一节后再接高一节,除少数护筒因阻力过大,恐强震变形而决定停打外,其余均震打至预计标高.为保证垂直精度.施打时四周加设了导向装置,位置偏差控制在5cm内,垂直偏差控制在l争6范围内.2.4成孔每孔钻进工艺流程为:护筒内抓斗预取土钻机定位钻头在护筒口内就位一封口,平车就住转台就住一接钻杆,钻头下放一接长风管接四方形主钻杆一检查各运转系统一调整钻头中心位置送风开钻一排渣及泥浆循环一钻至设计标高一提钻一清孔一验孔一终孔一钻机移位.钻头定位是孔口十字线交点为准,钻机安装时,天轮中心,转盘中心及孔口中心三者在同一垂直线上.偏差控制在2cm内.三者相距10cm,则垂直度偏差为1/500,小于建筑旋工第18卷规范要求的1/100.根据地质剖面图中所提供的各种土层标高,选择钻压,进尺和转速,在软硬程度相差较大的交接地层中以倾斜岩面施工时.采用了轻压,慢钻的方式,以防孔斜我们在粘性很强的亚牯土中也采用了轻压慢钻或刮刀钻头.既提高了工效,又防止了糊钻.但在坚硬地层中及基岩中则宜重压慢钻.如24转/分,以提高破岩能力.横琴大桥基岩抗压强度达1ooMPa,每小时进尺仅11.5cm,一条长40余米的桩基成孔约需1215天,最快的一根仅7天.z一1型钻机钻头底部焊有28只刀架.架上装有直径及长度均约20余厘米的柱型或锥型滚刀”.通过钻头自重将滚刀表面的合金”牙齿楔进岩层中一定深度,钻头旋转后.该部岩层则被切削成碎块及石屑,然后随泥浆从内径32cm的钻杆中排出.横琴大桥主墩河床下的亚粘土层虽然不厚,但粘性很好,是一层良好的造浆土源,主墩的全部桩基基本上均是用该层粘土造浆护壁,有时补充用纯碱,陶土粉,CMC配制成的人工泥浆,以确保孔壁的稳定钻进过程中我们严格控制了泥浆水头,密度,含沙率,牯度及P.H值.泥浆采用气举反循环工艺,(由23台9m空压机供气).利用至少23只桩护筒(A,B)作沉淀池,每池容积近100m,相互间有钢槽相通.排出的含渣泥浆经A护筒上口漏斗状的筛网过滤流人A护筒,经沉淀后.再流经B护筒二次沉淀后,最后流回到正在钻进的C护筒l中.从施工实践中可以看出气举排渣效果很好.20x2228cm的大石块也曾从钻杆中排出.横琴桥风化岩层较厚,多达十余米,另外因桩长还要嵌人微尉化花岗岩中36m,而该层岩面起伏较大,倾角2045度不等,故各桩长不一岩石非常坚硬,有些地质孔报告表面为极坚硬.钻进时系根据泥浆中渣土并结合地质钻探报告来判别已钻至何种土(岩)层,当孔底已全断面进人微风化花岗岩并经监理确认后再继续钻进3m,此孔方为1996年第2期终孔.当各土(岩)层的实际标高与地质报告出入过大时.需由原勘探人员监理和施工单位会同商定全断成人岩的标高.钻孔灌注桩计有摩擦桩,柱桩和嵌岩桩三种,设计人员通常根据荷载的类别,大小以及基岩埋置深度来确定合理桩型.山上述可见嵌岩桩是一种施工技术最复杂的桩型.但也是沉降最小以及能承受水平荷载最大的一种桩型:2.5下放钢筋笼终孔后应立即下放钢筋笼.横琴桥主墩桩基系由6828mm,定尺tOm的钢筋焊成,接头按50%错开,主筋外的螺旋箍筋直径为10mm.钢筋笼内的加强圈为22mm钢筋,间距2m,因是嵌岩桩,亦即桩身将承受较大弯矩.故钢筋笼直放至桩底,笼底略呈锥形.以利下放和不致擦伤孔壁或将土带至孔底在钻孔口上方安放一只用9节军用导梁拼成的高约14m吊重为150kN的吊架,并配以三滚筒卷扬机一台,既作下放钢筋之用,又作灌注混凝土之用,钢筋笼接头按10d单面搭接焊焊接,68只接头约焊两小时,为缩短工时,制笼和接笼时曾用可调式锥螺纹套简连接技术.虽工效可提高一倍,但费用贵很多.为便于成桩后的检测,我们在钢筋笼内侧均布了四根西50mm声测管,直至孔底.2.6二次清孔因钢筋根数多达68根,直径又粗,需由4X集中施焊,所以全笼接长(含安放声测管)和下放时问长达8小时左右.此时问内泥浆中悬浮的石粉又在下沉,沉渣总厚远超过规范要求,故在钢筋笼下笼后,再用气举法进行二次清孔,直至沉渣小于5cm并经监理认可后即迅速灌注水下混凝土.2.7灌注水下混凝土采用钢性导管,内径有250和300mm两种,法兰+橡胶垫,螺栓连接.束节长8m,标准节长2m,用排球胆隔水.导管下口离孔底30cm一17桩的混凝土标号为25号.一根桩混凝土方量约350m.左右,桩位位于河道中央,船只极为频繁,既不能封航,又不能泵送,故仅能从陆上拌制再水运,混凝土斗计6只,每只容量为2m.每当有来往于港澳与斗门间的快船通过时,江中掀起轩然大波,混凝土驳运船上料斗中的混凝土受震动后下部密实,不易放出,上部离析,为此我们在混凝土中采用了掺SN一R(A)缓凝高效减水剂和级磨细粉煤灰双掺技术,使混凝土的初凝时间达19h,终凝为21h,和易性好.坍落度1822cm,不离析不泌水,也克服了船体震动,天气炎热,运输时间长,混凝土静置较久等不利因素,大大有利水下浇灌.对于直径不是太大的钻孔桩,首批混凝土灌注后一般保证导管埋人深度不小于1m,但横琴大桥主墩桩径过大.又处于江中,难以做到这点,我们就根据实际情况确定导管埋人深度,如首批灌量为6.4m,即保证埋深为0.6m,而在正常的灌注中埋人深度就控制在26m之间,孔口溢出的泥浆经孔径口泥浆槽流人其它护筒中作为下一根桩成孔时的护壁泥浆之用.主墩全部桩基均进行了无损超声波检测.结果表明在全长范围内无一处夹砂,桩体完整,全部合格两根桩的抽芯检测表明,混凝土平均抗压强度在30号以上(设计标号为25号)岩芯完整,连续,致密,匀质,与基岩结合牢固,不分离,接缝处无一丝一毫沉渣,被珠海市质监站评定为优良.3承台施工如前所述,横琴大桥主墩(塔)基础是按.钢平台十套箱这一施工方案进行的.其工艺程序及说明如下所述:桩基结束前需完成套箱设计和加工.设计时考虑了套箱整体沉放受力,封底混凝土浇注后的套箱受力及抽水后套箱的抗浮计算和侧模承受韵水压力计算及浇注承台混凝土时的套箱计算.套箱由带桩孔的底模和若干块侧(角,平)模.围成与平台同形状同尺寸开口的箱子,它既是挡水结构又是混凝土的侧模,施工中的浮力,压力以及混凝土的重量都是通过它传给已成的桩基它承受的荷载处在复杂变化过程中,时而承受水的浮力,时而承受混凝土的重量,(见图3).侧模与底模均是由面板,次骨材及强骨材三者焊成,底模在纵横向两个方向,侧模在垂直向与水平向分别设有强骨材套箱内孔最大尺寸17X2lm,呈八角形,模侧高6.6m,强骨材为高412mm的”T”形梁,腹板为一10x400mm,翼缘为一12x150mm,次,骨材为L70角钢,面板为6mm厚钢板,侧模外不再设围檩,铡模座在底模上,底模加工后割成6块.单块最重不超过8t,面积为7.5x6.6m,底模龙骨向上,侧模龙骨向外,桩孔四周底板上均布4只22x22cm的钢凳并与强骨材相连,高出底钢板0.98m,安装后其标高应为一2.22m.当桩基施工结束,平台拆除后,在水位以上护筒外壁均布焊有4只I20型钢小牛腿,49只牛腿顶面标高齐平,允差2mm.在水下一3.2m标高处的护筒外安装抱箍牛腿上拼焊套箱底板.侧底模问及侧模相互间均垫有厚10mm止水用的泡沫橡胶板,然后用M22螺栓紧固.侧底模间设有限位和紧固螺钉.套箱内侧接近顶部,在顺桥及横桥两个方向各加两组(每组两根)609x10mm的水平钢管支撑.护筒顶部四周分挂1只50kN手拉葫芦.套箱全重140t.由4x9只手拉葫芦承担.每一手拉葫芦由一人操作.4x9只手拉葫芦全部收紧后,割除临时小牛腿.此时统一指挥,同步放松手拉葫芦,并用经纬仪和水准仪监控,使套箱平稳缓慢地沉入水中,座落在抱箍顶面,然后,每只葫芦逐一用180x10mm钢管代之.其下端用60mm销子与钢凳顶面销座相连上端则焊在钢护筒外壁上.(见图3)因底板与护筒的连接处漏水,故底板上护筒四周的孔隙用10cm一袋装的干混凝土料进行水下围堵分舱进行垫层混凝建筑施工第l8卷土水下灌注,标号20号,顶标高为一2Om.养护5天后,抽水凿1王并以反牛腿代钢管,逐一代换.反牛腿系用4O号工字钢制作.一端焊在钢凳顶面.另一端焊在钢护筒外侧.送珠海市又无商品混凝土可供故只能分三次即分层灌注,混凝土由水上及陆上搅拌站共同供应第一层混凝土厚1.2m.浇注完毕后冷却水开始流通.养生7天后,再爱装散热管并浇灌第二层混凝土,厚2.4m,浇注完毕后.冷却冰开始流通.养生7天后绑扎墩身插筋及面层钢筋以及散热管再浇灌最后一层厚1.4m:l混凝土,完毕后开始冷却水循环.养生3天后.拆除侧模.然后继续养护为便于混凝土施工,缩短浇筑时间及防止混凝土开裂.我们在大体积承台施工中采取了下列技术措施:a,混凝中采用双掺技术,并使初凝时间延到12tJ时b,混凝土坍落度控制在1012cm.c,埋设直径25mm,间距1m的网状钢水管,混凝土浇筑后开始通水冷却直至混凝土心部温度与大气压差小于20.c止.d,采用低热矿渣硅酸盐水泥.在采取上述措施后,