某大桥水中墩施工技术方案选择

PAGE某大桥水中墩施工技术方案选择工程概况某大桥位于京珠高速公路XXX湖上，全长2586米，为86×30米预应力简支T梁桥，桥面宽28米，双线四车道，设计时速120公里/小时，大桥共有87个墩台，φ1.5米钻孔桩基础356根，平均桩长30米，承台174个，墩柱340根平均高13米左右，0号、86号台位于陆上，1号~85号墩位于水中，水中施工长度为2520米。桥址区地层从上至下分为三层：①湖底淤泥层厚3米。②硬塑状黄色粘土层，不透水。③0号台至38号墩是微风化石英砂岩，39号墩至86号台是灰岩，溶洞发育。湖区6月份至10月份汛期最高水位时水深2.5~4.0米；11月份至第二年5月份枯水季节水深0.5~2米。水中钻孔桩基础技术方案选择2.1选择筑岛施工方案，变水上施工为陆上施工该桥有85个墩340根钻孔桩位于水中，2000年2月开工后，业主要求年底完成全部356根桩基，要完成桩基年度计划，平均每月需完成钻孔桩36根，时间紧，任务重，常规水上钻孔桩施工是搭设水上钢管桩平台，这样水上平台投入相当大，为了减少成本投入，加快施工进度，根据大桥水文情况，2月份至5月份是枯水季节，1号墩~9号墩因枯水季节水位下降而成为浅滩，因此选择1号~9号墩采用粘土筑岛施工，51墩~85号墩同样位于湖边浅滩，水位最深1米，有利于筑岛施工，选择筑岛施工方案，还可利用路基施工清表土筑岛，减少弃方运输和征地以及借土筑岛土方数量，这样安排就可将42个墩168根钻孔桩由水中施工变为陆上施工，有利于多上钻机，全面铺开钻孔桩施工，加快施工进度，节约了搭设水中平台的费用，减少了成本投入。从施工技术考虑，51号墩至86号台位于溶岩地层，溶洞最深达35米，并且桩与桩、墩与墩间溶洞相互联通，施工相当困难，筑岛施工后有利于对钻孔桩溶洞的处理，降低桩基施工难度。2.2选择水中钢管桩钻孔平台方案，施工深水溶洞地区钻孔桩39号墩至51号墩位于深水区，汛期水深2.5米~4米左右，枯水期水深2米左右，不利于采用筑岛施工，选择搭设13个水中钢管桩平台施工方案。2.2.1水上钻孔桩平台施工方案采用直径φ60厘米的钢管桩，每根长9米，每个平台10根钢管桩，横向间距5.425米，纵向间距6.5米，横向采用I45a工字钢联接，其上纵向铺设长8米Ⅰ30a工字钢，间距2.4米，（平台骨架采用焊接，左右幅为可分离式）平台面板满铺20×15×300厘米方木，每个平台上交错安设两台简易钻机施钻，每个平台造价9.7万元。2.2.2优化水上钻孔桩平台施工方案上述水上钻孔桩平台施工方案设计10根φ60厘米钢管桩、4根孔径φ1.7米钢护筒，在搭设时均需用浮吊定位CZ-90型振动锤振动下沉钢管桩穿过淤泥层，进入粘土层2米以上，才能保证平台有足够的稳定性，在施工中因淤泥层厚达3米，钢管桩和钢护筒在振动下沉中，因淤泥层太厚，经常偏位，需要反复校核定位振动下沉，搭设比较困难，需要时间较长，影响施工进度，每个平台需φ60厘米钢管桩10根，每根长度按穿过淤泥层3米，进入粘土层2米，水中3米，水面以上1米，共计9米，这样每个水中平台需要90米钢管桩，材料消耗较大，造价较高，为此项目部组织有关人员针对以上问题开展QC活动，进行技术攻关，对上述钢管桩平台方案进行优化，通过一个试验平台的搭设和使用，形成了优化后的钢管桩平台施工方案，将原10根φ60厘米钢管桩改成4根，在孔桩φ1.7米钢护筒上用厚8毫米废钢板焊牛腿和φ60厘米钢管共同支撑平台横梁I45a工字钢，采用优化后的水上钢管桩平台施工方案，每个平台可节约钢管桩6根计54米，10个平台节约钢管桩540米，还加快了平台搭设进度，为水上钻孔桩按期完成提供了保证。2.3选择水中挖孔桩施工方案，施工水中砂岩地层钻孔桩根据地质钻探资料揭示，10号墩到38号墩地质上层为淤泥层、下层为不透水粘土地层、再下层为砂岩地层，如果将孔桩φ1.7米钢护筒打入粘土层2米以上并能使其不漏水，在钢护筒下再采用混凝土护壁，人工挖孔简易吊架出碴方案变水中钻孔桩为水中挖孔桩成功的话，10号墩到38号墩共计112根桩，就可以全面展开施工，既能加快施工进度，又能节约水上钢管桩平台投入，基于这种考虑，项目部决定在12号墩试验上述施工方案，通过1个月努力，12号墩4根钻孔桩改挖孔桩顺利成孔。水中挖孔桩施工方案被运用于10号墩至38号墩，大部份孔桩均能顺利成孔成桩，其中34号、35号、36号、37号、38号墩处于地质断裂带，砂岩地质与灰岩地质同时存在，灰岩地层孔内渗水严重，抽水机无法抽干，部份桩基中途而停止开挖，改用搭设水上钢管桩平台施工方案采用钻孔成桩。大桥桩基通过业主逐桩采用超声波无破损检测，Ⅰ类桩347根，Ⅱ类桩9根，优良率为97.5%，达到《湖北省京珠高速公路争创精品工程工作大纲》精品工程标准。水中承台施工技术方案选择3.1水中承台施工技术方案选择原则2001年1月大桥钻孔桩全部成桩，业主要求在6月份斧头湖湖水上涨前完成全部承台，陆上筑岛施工部份承台可采用机械配合人工开挖，对实现承台目标工期没有影响，但10号墩至50号墩共计80个承台均处于水中，选择什么样的施工方案，才能保证实现承台目标工期，又能节约投入，保证质量，就成了方案选择的基本原则3.2方案选择3.2.1无底钢套箱施工方案考虑采用8毫米厚钢板，I20工字钢作为钢板加劲肋，按照比承台平面几何尺寸大0.8米的原则，在加工房内加工成几大块，用铁船散运至墩位处，在用油筒竹跳板绑扎而成的简易浮式平台上拼装成形，再用浮吊整体吊起放入墩位水中、利用无底钢套箱自身的重量、插入湖底淤泥层中，形成钢板围堰，再抽水、清基、立模、绑扎钢筋、灌注承台混凝土，这就是无底钢套箱承台施工方案的整体构思，如果采用此方案需加工10个钢板无底钢套箱倒用，钢材投入太大，加工需要较长时间，还要长期占用浮吊、铁船等水上设备，影响墩柱等其它工序施工，因此此方案被否定。3.2.2在孔桩钢护筒上设牛脚托架，支承承台底模施工方案。考虑在孔桩钢护筒上挂用I20工字钢加工的牛脚，牛脚上用Ⅰ45a工字钢作横梁，横梁上铺设方木，方木上设承台底模，承台边模采用大板钢模加工、安装时设止水胶带并加固牢固，抽干模型内水，清理桩头，绑扎钢筋施工方案施工承台，该方案要求承台底没入水中不能太深，否则，栓连接托架拆除困难，承台底应位于水中并悬空，才能使用该方案，但是10号墩至50号墩桩基有的采用挖孔桩方案施工桩基，有的采用钻孔桩方案施工桩基，孔内挖出的土石和钻孔钻渣均弃于孔桩钢护筒外，这样就抬高了湖底标高，使承台底不能在水中悬空，该方案也被否定。3.3草袋围堰施工方案为了实现2001年6月底前完成全部承台施工任务，水中80个承台必须全面铺开作业，保证每月完成20个以上承台，还要在保证质量的前提下最大限度的减少成本投入，在枯水季节桥址水位在2米以下的情况下，采用草袋围堰施工水中承台，是比较合适的选择，但2米左右水深采用草袋围堰工程量较大，挖孔桩挖出的土石和钻孔钻碴，因设计承台底在湖底下1米左右，还要被清出，困难较多，为了实现这一方案施工水中承台，项目部向高级监理办公室，总监理办公室提出申请要求加长桩基1.5米，抬高承台底标高1.5米，使承台没入水中1米左右，得到认可，这样就可以利用挖孔时挖出的土石和钻孔时清出的钻渣，经清理整平后，作为承台底，顺利实现草袋围堰施工水中承台方案，该方案在10号墩至50号墩实施，2001年4月80个水中承台的提前2个月完工，得到湖北省京珠高速公路建设指挥部特别奖劢80万元，因全部桩基加长1.5米，又为整个工程增加了600多万元的造价，在保证安全、质量、进度的前提下，取得了较大的经济效益。水中墩混凝土施工技术方案选择4.1选择水上拌合站施工水中墩混凝土技术方案斧头湖涨水期水深在2.5米~4米左右，原投标施组安排水中墩砼采用水上拌合站施工，并得到业主认可，项目部2000年4月份购置了加工拼装水上拌合站所需的浮箱、拌合机等设备，2000年5月加工拼装完成等待水位上涨，用于施工水中桩基，2000年因湖北省汛期干旱，湖水到9月份才上涨，因此5、6、7、8月份水上拌合站施工方案未能实施，9月、10月、11月湖水上涨才使用，水上拌合站能否正常使用除了受水位限制外，还受天气、风力的影响，同时需大马力牵引船配合作业，大量的水中墩采用此方案施工显得很不合适，施工进度也较慢，因此2001年3月份水上拌合站施工水中墩混凝土方案被停止使用。4.2选择铁船运输混凝土施工水中墩技术方案斧头湖枯水期水深0.5~2米，水上拌合站装砂石料后，吃水深度1.4米，因此枯水期水深不能满足水上拌合站正常吃水深度要求，水上拌合站在枯水期不能正常使用，经项目部反复研究论证和实验，决定选择采用已有的两艘40T铁船，每船上设一个能装6立方米的混凝土的大型料斗，水上运输混凝土到水中墩位，再利用水上浮吊吊起混凝土料斗灌注孔桩和承台，灌注水上墩柱时改用每船装2个小料斗，陆上混凝土由拌合站拌好后灌车运到栈桥码头装船，形成铁船运输混凝土施工水中墩方案，该方案灵活、简单，能利用现有的设备，不受水位、风力影响，可全天24小时作业，大桥水中10号至50号墩只有少量桩基、承台使用了水上拌合站，其余桩基、承台和全部墩柱、盖梁都采用了该方案灌注混凝土，为实现湖北省京珠高速公路建设指挥部要求大桥2001年底全桥架通半幅通车的阶段性生产任务目标提供了有力的保证。水中墩柱、盖梁施工技术方案选择墩柱和盖梁施工涉及到钢筋和模型两个施工方案，这两个施工方案应与现有水上施工设备和水上混凝土灌注方案相适应，同时水中墩柱、盖梁数量较多，方案选择还要满足能使施工形成规模，达到快速施工的要求，该桥水中墩平均高13米左右，有利于将钢筋和模型加工成整体，用水上浮吊作为起吊设备进行水中施工作业，因此项目部决定将钢筋笼在陆上整体加工成型，点焊牢固，用铁船运到水中墩位处，与承台钢筋采用单面焊接。墩柱模型采用8毫米钢板在陆上分节成型，节与节间用螺栓连接，检查校正后将其分成两大块，施工时用铁船运到运到水中墩位处，再用浮吊吊起安装，一次安装两根墩柱模型，其上用I20工字钢加工的工作平台，铁船运输砼至水中墩位处，浮吊起吊船中装砼吊斗灌注墩柱混凝土。利用所有的水上设备，在2001年6月份斧头湖涨水前完成所有水上墩柱，减少汛期墩柱施工再大量围堰筑岛，因盖梁施工不受水位影响，选择待墩柱施工完后，再施工水上盖梁，盖梁钢筋采用与墩柱钢筋加工同样的方法在陆上整体加工成型，用废油桶和竹跳板加工的简易浮式平台浮运到水中墩位处，再用水上浮吊吊装就位，模型采用自制大板钢模型，在浮