方桩基础施工方案.docx

方 桩 基 础 施 工 技 术1.工程概况1.1工程简介 桥梁是民族文化的象征，也是国家交通和经济法发展的重要标志。近几年矮塔斜拉桥在桥梁设计中得到广泛应用。京承高速公路（高丽营-沙峪沟段）工程第18#标段位于北京市怀柔区杨宋镇耿辛庄东，潮白河河道内，工程起点桩号为K49+525，终点桩号为K49+909，潮白河大桥主桥为三矮塔斜拉桥，桥宽29.5m，跨径72m+120m+120m+72m384m，是全线重点工程。该工程为了赶工期，经过抓孔试验，由原设计沉井基础改为方桩基础。在一个中塔和两个边塔承台下各设3排方桩，每排4根，桩长为26 m，横桥向中心间距4 m，纵桥向中心间距4m，截面尺寸为2.5m1.0m，共计36根；两个边墩承台下各设2排方桩，每排2根，桩长为18 m，横桥向中心间距4 m，纵桥向中心间距4m，截面尺寸为2.5m1.0m，共计8根。全桥方桩共计44根。（见图1） 7轴（11轴） 8轴（10轴） 9轴 图1 桩位布置图1.2工程地质亚砂土填土层：褐黄色，稍湿，松散，含砖渣、树根，主要分布于东西两侧河堤。该层层底标高为39.9141.21m。卵石层：杂色，湿，稍密中密，一般粒径4060mm，最大粒径600mm，亚圆形，褐黄色中粗充填，粒径大于20mm的颗粒占总质量的65%。该层层底标高为23.1234.79m，整体厚度呈从河堤向河床加深趋势。卵石层：杂色，湿，中密密实，一般粒径4060mm，最大粒径450mm，亚圆形粒径大于20mm的颗粒占总质量的68.5%。褐黄色中粗充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。该层层底标高为20.8625.60m，整体厚度呈从河堤向河床减少趋势。亚粘土层：褐黄色，饱和，硬塑，局部软塑，含氧化铁、云母。该层层底标高为19.4023.40m。卵石层：杂色，饱和，密实，一般粒径6080mm，最大粒径150mm，亚圆形，粒径大于20mm的颗粒占总质量的68.7%，褐黄色中粗充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。该层层底标高为11.0818.87m。卵石层：杂色，饱和，密实，一般粒径4060mm，最大粒径140mm，亚圆形，粒径大于20mm的颗粒占总质量的83.5%，褐黄色中粗充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。该层层底标高为2.426.37m。卵石层：杂色，饱和，密实，一般粒径2050mm，最大粒径120mm，亚圆形，粒径大于20mm的颗粒占总质量的69%，褐黄色中粗充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。钻至标高-8.79m处仍为该层。2.施工方法2.1成孔2.1.1机械选择由于桩基形式限制我单位地下连续墙施工机械：意大利BH12液压抓斗。利用履带式60吨液压系统为动力的施工机械，并根据方桩的厚度，选配100厘米厚的斗体靠液压系统提升靠抓斗自身重量进入岩体斗体自重11000kg。液压抓斗成孔是靠斗体重量和液压闭斗，抓取土体提出地面而成孔，为保证垂直度，施工时随抓随测，并每抓23抓将斗体旋转180度（见图二） 图二意大利抓斗2.1.2导墙砌筑2.1.2.1导墙的作用：a、是保证方桩施工时平面位置的准确性；b、是分散和承受一部分施工机械的重力；c是防止地表土层的坍塌。方桩的导墙相当与圆桩的护桶，因此导墙的制作必须保证精度。根据现场实际情况，导墙采用砖混结构，底板及顶板采用20cm厚C20钢筋砼，中间砌筑37cm砖墙，两导墙内侧间距比方桩厚度大46cm，导墙深23m，以导墙底板座在原始地层为准。2.1.2.2导墙砌筑方法a、场地平整后，用经过标定的全站仪测设出桩位中心及轴线，报请监理工程师复测合格后，放出导墙开挖边线。b、导墙基坑开挖后，再精确测设出导墙内边线。c、导墙施工完毕后，在顶板上测设出桩位控制点及高程控制点，并以此控制桩基施工。导墙沟槽开挖后，重新精确测设出导墙边线，然后浇筑底板砼，待底板砼具有一定强度后，砌筑导墙竖墙，然后将导墙后用土分层夯填至原地面高度，浇筑顶板砼。(见图三) 50cm 104106cm 50cm 图三 导墙图2.1.2.3导墙的质量标准：导墙的内墙面应竖直，顶面应水平。两导墙内墙面间的距离允许偏差为5mm，导墙顶面高程允许偏差10 mm。2.2抓孔施工在开挖前我们认真研究方桩挖孔质量通病及并根据实际情况采取防治措施2.2.1方桩挖孔质量通病及预防措施2.2.1.1抓孔过程中坍孔原因：发生坍孔时，具体表现为孔内水位突然下降又回升，孔口冒细密水泡。坍孔多由泥浆性能不符合要求、孔内水头未能保证、机具碰撞孔壁等原因造成。预防措施：严格控制泥浆比重，确保水头高度，导墙埋至原状土层。处理方法：、查明坍孔位置后进行处理，坍孔不严重时，可回填土到坍孔位以上，并采取改善泥浆性能、加高水头、深埋护筒等措施，继续钻进。、严重时应立即将钻孔全部用砂类土或砾石土回填并应等待数日方可采取改善措施后 重钻。若坍孔部位不深时，可采用深埋护筒法，将护筒填土夯实，重新钻孔。2.2.1.1偏孔、扩孔、缩孔原因：偏孔多是由地质松软不均、岩面倾斜、机械位移、安装未平或遇探头石等原因造成。扩孔多系孔壁小坍塌或抓斗摆动过大造成，缩孔常因地层中含遇水能膨胀的软塑土或泥质页岩造成，抓斗磨损过甚，亦能使孔径稍小。预防措施：、抓孔过程中，要每抓35斗将抓斗旋转180度，再继续抓孔，同时严格控制抓斗提升及下落速度，减小抓斗摆动幅度，防止发生偏孔、扩孔，如出现偏孔，可在偏斜处用抓斗反复扫孔。偏斜、扩孔严重时，应回填粘质土到偏斜处顶面，待沉积密实后重新抓孔。、抓孔过程中，经常测量抓斗尺寸，磨损严重时及时焊补，遇到软塑土或泥质页岩时，应采用失水率小的优质泥浆护壁，防止发生缩孔。如发生时，可用抓斗上下反复扫孔，扩大孔径。根据以上预防措施及主桥桥位实际地质情况我们对泥浆的调制、机械选择等做了认真的部署。2.2.2调制护壁泥浆本工程中因为当地地质情况砂石料较多，没有粘土，所以泥浆采用购买膨润土泥浆。泥浆在泥浆池内配制，泥浆池设在9#墩上游桥梁红线以外，容积120m3，底部及四周铺设塑料薄膜，防止泥浆渗漏。膨润土泥浆的主要成分为：膨润土粉、水、纯碱(含在成品膨润土中)。2.2.2.1泥浆配比泥浆生产及使用是按照：拌和生产静置水化使用回收处理再使用废弃的顺序进行。本工程的地质条件以细砂、卵石为主，对泥浆影响较大，但配比正确的膨润土泥浆应可使用三到四次。 泥 浆 配 合 比材料名称单 位数 量水Kg/m3970膨润土（内含纯碱5 Kg/m3）Kg/m3752.2.2.2泥浆生产泥浆生产采用BE-10型立轴泥浆搅拌机，平均生产效率为10m3/h，生产时按水土。泥浆贮存采用泥浆池。为防止渗入地下及便于清渣，泥浆池要进行防渗处理，在泥浆池底部铺设塑料布。所生产的泥浆应达到以下标准：标 称数 值比重1.03-1.10粘度18-24Pa.s含砂量4%30分钟失水量98%2.2.2.3泥浆使用在成孔过程中，泥浆用泵送注入孔内, 随着土体的抓进，槽孔内补入泥浆保证孔内稳定，在钻进过程中要保证浆面高度，防止槽孔坍塌并随时检查孔的垂直度。维持孔稳定,悬浮钻屑。在浇注混凝土的同时对泥浆进行回收，底层与淤积物接触并受混凝土污染的泥浆则废弃。2.2.3挖孔过程出现的问题及解决方法、进度问题我们一开始租用的第一台抓斗，该抓斗是意大利进口原装机械，但该机械不能冲击（即自由落体下放）。在河道西侧曾经用可以冲击的组合抓斗进行试桩小时可以钻进21米，其开挖速度可达。由于河道地质情况复杂，在实际钻进过程中，意大利抓斗平均每抓一斗用时15分钟。一小时可以抓土4次，意大利抓斗需旋转90度后放废碴再用装载机把废碴铲掉。这样很难达到试桩钻进速度，尤其在标高19-14m以及9 至-0.5m段 挖孔速度达到0.51m/h，甚至达到0.。按照前四棵（，）方桩挖孔速度每棵平均需59个小时由此计算44棵方桩全部施工完毕需要107天，工期延后67天。面对紧张工期我们对此种机械进行研究，对其斗体进行改进，根据斗体靠自身重量伸入土体，我们技术部对其斗牙角度进行改进，使斗牙由原来于地面不垂直改为与地面垂直。经过改进后开挖速度有所提高平均每棵桩用54小时减少工期延误时间天。但对于业主要求的工期还远远不够，因地质原因在开挖9m至-0.5m段时岩石极其坚硬，卵石基本被斗体抓碎，弃碴几乎没有完整的卵石，专家称之为卵石成板结。抓斗的出碴量很小，为了解决此问题我们经研究讨论决定用旋挖钻配合抓斗，旋挖钻机配直径0.8m的螺旋钻头对卵石层进行翻松，每次翻松厚度约0.5m，提出钻头后，用液压抓斗将已翻松的卵石挖出；液压抓斗将翻松的卵石挖出后，再用旋挖钻机翻松，然后液压抓斗再向外挖卵石，如此交替进行，直到预定的孔深；（见图二）第一次没有卸下旋挖钻取料斗，取出原状土样证明该段是由黄土卵石构成极其密实岩石土。由于方桩尺寸为2.5*1.0米不能对其再次钻孔形成空洞反影响挖孔速度。所以我们决定只用旋挖钻钻头进行翻松，每翻松一次（包括定位、翻松、退位）需用4分钟，每翻松一次深度可达到米。平均到每次抓土两分钟。但通过翻松后每次提斗时间为9分钟比没翻松节约分钟，每米可节约时间2分钟。每棵桩可以节约时间小时，每棵装还需小时，按剩余棵桩计算工期还延后天B、坍孔问题在钻进时由于前三棵桩时泥浆的循环使用，泥浆池内沙子沉淀太厚，虽然泥浆配合比可以达到标准但在钻进至21.9（标高8.85米）时水位下降很快，造成塌孔。原因此处有一强透水层泥浆不能形成泥皮。解决方法：发现水位下降后，现场技术员及时值挥装载机将附近砂石料回填至水位不再下降为止，又经过11天再次开挖，开挖时重新搅浆，加高浆面水位保证与导墙顶一平。我们吸取了这次教训，严格控制泥浆质量，每一池泥浆只许供三个方桩开挖，不和格的泥浆坚决不用，在每次开挖之前都在附近备一车红土以备坍孔时回填，从此再没有发生坍孔现象。C、漏浆问题 在7#-1开挖至22.3米（标高10.687米）、8#-1开挖至23.1米（标高10.437米）8#-5开挖至26米（标高7.532米）、10#-5开挖至20.2米（标高13.43米）、10#11开挖至20.3米（标高13.324米）、10#-12开挖至19.5（标高14.101米）共计六棵桩发生漏浆现象。 在漏浆过程中我们沿用防治坍孔方法，保证水头压力，回填部分粘土用斗体在孔内造浆，再用抓斗抓出粘土，如水位下降再回填粘土造浆，反复几次在漏浆处形成厚层泥皮直至水位保存不动方可继续开挖。（见图四）图四旋挖钻配合抓斗虽然这样大大加快了挖孔速度，但这样仍然不能满足工期要求，我们采取了加大了投入的办法我们最多时租赁三台抓斗，其中令外两台都是由抓斗和80吨液压系统组装（包括试桩抓斗），其提升系统与闭斗系统分离（见图五）。该种机械可以使斗体自由落体下放这样即节约了提落时间也节约了抓土时间其出碴是由装载机接料不用转动因此大大加快了开挖速度每抓一斗用时分钟。比意大利抓斗节约分钟但由于后两台机械上场时间比较晚我们仍没按计划工期完工，整个桩基施工完毕共计天平均桩图五冲击抓斗成孔质量标准项 目允许偏差孔的中心位置（mm）100孔径（mm）不小于设计桩径（25001000）倾斜度小于1孔深不小于设计规定（26m）槽孔抓到设计孔深后，停滞1小时，待泥浆中的悬浮物沉入到孔底后，用抓斗把孔内淤积清出，达到规范要求。砼浇筑之前，一定要保证泥浆的主要性能指标参数符合要求，孔底淤积物厚度应小于设计要求（20cm）。在钢筋笼下放后如果孔内泥浆及沉淀层超标，采取反循环泥浆泵排浆法进行二次清孔，即将反循环泥浆泵连接到导管上，将孔内沉渣吸出。清孔后质量要求项目允许偏差沉淀层厚度（mm）20清孔后泥浆指标相当密度1.031.10；粘度1720Pa.s；含砂率983.2.3.3地质情况统计在钻进过程中及时对地层变化情况进行记录，并取具有代表性的土样按顺序放至取样盒内，标明每段样品所代表地层的起始、终止标高和最大砾径。成孔后绘制实际地质柱状图（见图六），并与设计地质柱状图进行比较，确认地层变化情况，并报请设计代表及监理确认桩基承载力是否满足设计要求。如不满足及时采取处理措施。 图六 地址评价图2.3钢筋笼加工及定位钢筋笼采用整体加工，整体下笼。钢筋笼加工采取在桩位附近就近加工，场地平整碾压后，铺设一层碎石，用方木搭设加工平台，钢筋下料及焊接均在平台上进行。2.3.1钢筋笼变更由于方桩基础钢筋笼N4筋间距仅为30cm左右，无法采用导管法灌注水下砼，经项目公司技术部、设计代表、总监办、驻地办、施工单位现场协商，钢筋笼中间N4筋间距调整为82cm，将N4筋位置做相应调整，根数不变，层于层之间交替布置。其钢筋布置详（见图七）。 图七 钢筋笼变更2.3.2钢筋笼下设2.3.2.1起吊本工程中方桩钢筋笼重67吨，长1622米。施工中采用履带吊车起吊，钢筋笼吊放采用双绳起吊，单绳入槽的方法。在吊放过程中平稳起降，避免变形，确保顺利入槽。（见图八） 图八 钢筋笼起吊2.3.2.2定位下钢筋笼高程中，通过导墙上的控制点严格控制钢筋笼位置，确保中心位置及保护层符合设计及规范要求。在实际施工过程中因斗体扭动造成孔口不正，我们采取在设计桩顶标高处绑扎木方以矫正钢筋笼位置。经过多余桩头凿除后检查，此办法可以达到矫正钢筋笼位置的要求。（见图九） 图九 钢筋笼定位2.3.2.3安设吊筋将提前计算好长度的吊筋焊在钢筋笼上，焊接长度要满足规范要求，然后用方钢穿入吊环内，将钢筋笼悬挂在导墙上，保证钢筋笼顶面标高符合要求，同时，为防止钢筋笼上浮，在方钢上要压重。 2.4浇注水下砼水下砼采用导管法灌注，砼采用商品砼，搅拌运输车入斗，吊车提斗，浇注工作必须连续进行。砼浇筑程序为：2.4.1导管安装2.4.1.1配制导管A、导管长度计算导管长度=孔深导管架高度导管底距孔底高度 其中：孔深导墙顶标高孔底标高B、导管排序根据导管长度配置导管根数，底节长度为4m，其它节采用0.52.5m节搭配使用，并按拼装顺序编号记录，以便计算拆管长度时使用。C、导管连接导管采用内直径30cm的钢管，用丝扣连接，连接处加密封胶垫，导管连接要顺直、严密，接口无磨损。并在导管使用前做闭水试验。1、试验压力的确定：根据公路桥涵施工技术规范规定，水密试验的水压不应小于导管壁可能承受灌注砼时最大内压力P的1.3倍。本桥8#墩导墙至桩底最深，导管的内压力也最大，因此取8#墩的导管内压力P作为代表值。P按下式计算：PchcwHw式中：P导管可能受到的最大内压力（kPa）； c砼拌和物的重量（取24kN/m3）hc导管内砼柱最大高度（m）以预计最大高度计，为7.5m；w井孔内泥浆的重量（取1.03kN/m3）；Hw -井孔内泥浆的深度（m），为34.36m。则：P=247.5-1.0334.36=144.61 kPa 试验压力1.3P=1.3144.61=187.99kPa取试验压力P0.2Mpa2、试验方法：将导管拼装，两端封闭，注满水，用手压泵进行加压，当压力表读数达到试验压力时，持压10分钟，然后撤压，在按试验压力加压、持压、撤压，反复加压3次，如导管接头无漏水，则证明此导管合格。（见图十） 图十 导管闭水试验D、导管安设导管拼装完毕后，用吊车将导管下入孔中，导管底口距孔底3050CM，料斗底部设致塞板，塞板上设钢筋吊环，保证料斗中储存一定量的砼。导管支撑在导管架上，导管架用槽钢制成，导管架支撑在导墙上。2.4.3浇筑水下砼我们在方桩灌注前对在灌注过程中容易发生的质量通病进行分析措施并制定预防措施。2.4.3.1方桩在灌注过程中质量通病及预防措施A、灌注过程中坍孔产生原因是：导墙底漏水；未保持所需水头；地下水压超过原承压力；孔内泥浆相对密度、粘度过低；孔口周围堆放重物或机械振动。预防措施：灌注过程中要控制水头高度及泥浆比重，成孔后应立即下钢筋笼及灌注水下砼。处理方法：1、坍孔数量不大时采取措施后可用吸泥机吸出砼表面坍塌的泥土，如不继续坍孔，可恢复正常灌注。2、如坍孔仍不停止，且有扩大之势，应将导管和钢筋骨架拔出，将孔内用粘土或掺58的水泥填满，待数日后孔位周围地层已稳定时，再钻孔施工。B、钢筋笼上升原因：主要是由于砼冲出导管底口后向上的顶托力造成的，预防措施：利用粗钢筋将钢筋骨笼挂在导墙上，并压重，同时，当砼灌注至距钢筋笼底部1m时，放慢灌注速度，直至砼上升至钢筋笼底口4m以上时，提升导管，使导管底口高于钢筋笼底口2m以上，恢复灌注速度。C、短桩原因：桩头高程低于设计高程，多由灌注过程中，孔壁断续发生小坍方，施工人员未发觉，未处理，测探锤达不到砼表面造成。预防措施：在灌注将近结束时，应核对砼的灌入数量，以确定所测砼的灌注高度是否正确。处理方法：可依据处理埋管的办法，插入一直径稍小的护筒，深入到原灌砼内，用吸泥机吸出坍方和沉淀土，拔出小护筒，重新下导管灌注，此桩灌注完成后，上下断层间应予以补强。超灌0.51.0m，确保桩头质量。D、夹层原因：由于灌注过程中放生坍孔或首批砼封底失败造成。 预防措施：灌注过程中要控制水头高度及泥浆比重，成孔后应立即下钢筋笼及灌注水下砼，严格控制首批砼数量及初凝时间。E、砼严重离析原因：多由导管漏水引起水浸、地下水渗流等造成。预防措施：除灌注的砼拌合物符合规定要求外，灌注前应严格检验导管的水密性，灌注中应注意防止导管内发生高压气囊。2.4.3.2首批砼用量计算及实际用量A、计算首批砼用量灌注前首先计算首批砼用量，确保封底成功。首批灌注混凝土得数量应满足导管首次埋置深度（1.0m）和填充导管底部的需要，本工程中8#墩首批砼用量最大，故按8#墩首批砼用量来控制。首批所需混凝土数量可按下面公式计算： VAB（H1H2）d2h14V-灌注首批混凝土所需数量（m3）；A-桩截面长度（m），为2.5m；B-桩截面宽度（m），为1.0m；H1 -桩孔底至导管底间距（m），取0.40m；H2-导管初次埋置深度（m），取2m；d-导管直径（m），为0.26m；h1-桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外泥浆压力所需的高度（m）。 h1wHw/c1.0332.063/241.38m 则：首批砼用量V2.51.0（0.42.0）3.140.2621.384 6.07m3 各部尺寸见图十一。图十一 首批砼确定B、实际首批砼用量本工程水下砼灌注计划采用吊车提斗、砼搅拌运输车直接送砼入料斗的方法施工，首先用砼搅拌运输车向料斗内放砼，当料斗储满砼时，吊车提起塞板，同时，砼搅拌运输车加大油门继续向料斗内输送砼，确保料斗内始终储满砼，这样就等于加大了料斗的容量，因此，实际首批砼的用量料斗储存量砼搅拌运输车储存量本工程采用的料斗容量为1.2 m3，砼运输车的容量为810m3，因此实际首批砼用量为810m3，大于理论首批砼用量6.07 m3，满足封底要求。2.4.3.3灌注水下砼注意事项：A、首批砼落下后，应连续灌注，灌注时间不得长于首批砼的初凝时间。每车砼灌注前必须检查坍落度，不合格不允许施工，砼坍落度应控制在18cm22cm。B、砼灌注过程中，要经常测探孔内砼面的位置，计算导管埋深，导管在砼中埋深应控制在26M。为防止钢筋笼上浮，当砼顶面距钢筋笼底面1m左右时，应降低砼灌注速度，当砼面上升至钢筋笼底面4m以上时，提升导管，使其底口高于钢筋笼底面2m以上，方可恢复灌注速度，直至砼浇筑到设计高程。C、考虑到上层浮浆问题，为保证桩头砼质量，一般砼要超浇50100cm，以保证混凝土强度，多余部分在承台施工前必须凿除，桩头应密实、无松散层。D、灌桩将近结束时，应核对混凝土的灌入数量，以确保混凝土的灌注高度是否正确。（见图十二） 图十二 水下砼灌注 2.4.3.5方桩检测待基坑开挖后，按设计桩顶标高凿除多余桩头，确保桩顶平整、密实、无松散，全线44棵桩通过无损检测检查桩基质量全部合格。但因方桩桩形限制在水下砼灌注完毕后由与导管灌注，其桩四交角处砼上反力最小以致不能推动砼面沉淀泥砂导致凿除多余桩头后部份桩头保护层没有，角处砂浆较多，粗骨料较少。在9#-5桩头检查时发现有一20*20*30的砂浆柱，经分析钢筋笼保护层太小,方桩钢筋笼钢筋箍筋设计位置太密致使砼翻不上来。3、结束语 潮白河大桥主桥44棵方桩在81天内成功的施工完毕，经检测全部达到类桩标准。实践证明以上施工方法和工艺科学合理，在类似工程中具有一定的参考价值。附：方桩基础施工工艺流程图。（见图十三）方桩施工工艺流程图平整场地导墙施工钻机成孔终孔验收清孔验收下放钢筋笼下导管浇注砼桩基检测钢筋笼验收钢筋笼制作钢筋下料搭设平台 图十三 方桩基础施工工艺流程图