桥大直径灌注桩施工技术样本.doc

冶河大桥大直径灌注桩施工技术摘要：采取上部无水地带人工挖孔，下部富水地带机械成孔相结合施工方案，既避免了全部用人工挖孔无法全部挖到位、进度慢、危险性大缺点，又避免了全部用机械成孔速度慢、成本高缺点，显著提升了工程进度，并大幅降低了工程成本。经综合测算，有效缩短工期1个月以上，节省投资12万元。 关键词：大桥 大直径桩 施工技术 1 工程概况冶河大桥在河北省井陉县境内，是连接井陉县东西两大动脉307国道和石太高速公路连接线完善工程。全长550米，宽18米，双向四车道。线路起点在县城微矿路上，和307国道形成菱形立交，然后跨越307国道、冶河、石铁分局井陉铁路货场及石太铁路正线，终点和石太高速公路连接。全桥设计为直线，15墩2台，基础为1.8m和1.5m桩基础，上部采取装配式预应力砼简支梁，桥跨部署为1*30m1*40m9*30m3*40m+150m140m，累计16孔128片梁。1#15#墩采取1.8m端承桩35根计604延米，0#、16#桥台采取1.5m端承桩16根计320延米。桩端支承于破碎弱风化白云质灰岩层上，桩底嵌入岩层深度大于1.7m以上，桩身为C25一般硅酸岩混凝土。桥址处地层关键为填土、卵石及奥陶系中统白云质灰岩。自上而下分为3层，分别以下：a 素填土：褐黄色，稍湿湿，稍密密实。土质不均，成份以粉土为主，夹粉质粘土薄层。该层在河槽地段缺失，在307国道周围厚23m，在5#、6#孔地带厚7m左右，层底标高209.91213.18m。b 卵石：杂色，中密密实。卵石成份以灰岩、砂岩为主，通常粒径515cm，局部含大量漂石，充填物为砾石、砂粒及粘粒土，层厚11.6016.20m，层底标高195.45199.70m，许可承载力=400600kPa。c 弱风化白云质灰岩：灰色，隐晶质结构，中厚层状结构。岩石不完整，有溶蚀迹象，规模较小，裂隙发育，其间局部充填粘性土，岩溶发育厚度通常在基岩面下2.003.00m，许可承载力=15002500kPa。2 施工方案选择因为地质情况复杂，且冶河为季节性河流，依据地质勘察汇报，自然地表下810m以下富含地下水，且裂隙贯通，渗透速度较快，其上均为砂卵石层，干燥无水，易坍塌。依据现场实际情况，整体河床干涸，仅10#、11#墩在主河槽处有少许流水。经过多个方案经济分析比较，决定采取人工挖孔和冲击钻成孔相结合施工方案。即从自然地坪开始优异行人工挖孔作业(混凝土护壁)，至810m左右(地下水位线处)，然后采取冲击钻进行泥浆护壁机械成孔。桩身砼采取导管水下灌注。3 关键技术3.1 人工挖孔依据桩直径大，土质较松散，为冲积卵石土层，地表以下810m内无水(地质勘测汇报)，上部采取人工挖孔方法施工。：3.1.1 平整场地、定桩位在施工现场控制网及高程复测完成以后，利用各控制点首先放出桥中心线及桥中心控制桩；然后利用桥中心控制桩为控制点用经纬仪及测距仪正确定出各桩位中心桩，并对已定桩位采取钉围板或砖砌方法精心保护。开挖前在桩孔周围钉钢筋头将中心桩引出桩孔外，待挖至1m深浇注护壁砼后再将其引至护壁上，同时在护壁上打出控制标高对挖深及桩长进行控制。3.1.2 安装提升系统提升架采取三角辘轳，将其置于桩孔之上，并将脚架三条腿埋入土中不得少于30cm，以确保在使用过程中架子不会倾覆，埋完后在支腿周围压上重物。3.1.3 桩孔挖土1m深并清底中心桩位引护完成后，用人工从上至下逐层开挖。孔内挖土人工用锹、镐进行，首先用镐对土进行松动，然后用锹将土翻起。如遇卵石及大量漂石时，用凿石机将其松动破碎后再挖。当挖至1m深时对桩底进行清理，将松动土全部铲起放入桶中，经过提升辘轳将余土提出桩孔外直至清完。3.1.4 绑扎一节钢筋孔底清理洁净并将余土运出后，开始绑扎护壁钢筋。先在桩孔壁上划出加强钢筋位置，然后打入对应数量钢筋头并将横向加强筋固定其上；加强筋固定后，开始绑扎竖向筋，钢筋设置为8200，采取铁丝梅花绑扎法进行。3.1.5 支一节模板模板采取一节组合工具内定型钢模板，用尺寸350900mm弧形钢模及拼装板组成，用U形卡连接，上下各设一道两半圆8号槽钢内箍顶紧，不另设支撑，方便井下作业，拆上节支下节，如此循环。3.1.6 浇一节护壁砼护壁厚15cm(许可误差30mm)，采取C20砼，砼护壁纵向搭接10cm。为确保接缝严密，砼在浇注过程中振捣密实，上部100mm高浇灌口浇注完成后用砼堵塞，预防有地下水冲坏土壁。砼浇注过程中，随时用小锤敲击模板外侧以检验砼是否浇注到位。3.2 机械成孔依据现场地质情况，为克服大粒径卵石、漂石层钻孔困难，选择CZ-30型冲击钻机。对于1.5m桩采取外径1.5m十字型冲锤一次成孔，1.8m桩采取二次成孔工艺，即先用外径1.5m十字型实心冲锤冲击成孔，再用外径1.8m圆筒空心冲锤扩孔到设计孔底，用圆形掏渣筒掏渣，并选择合理钻进参数。3.2.1 护壁技术(1)泥浆配制 因为地下水位下砂卵石层较厚且含大量漂石，造成冲孔困难且孔壁易坍塌，泥浆易漏失，所以制备高质量泥浆显得尤为关键。本工程采取优质粘土造浆，另外掺入孔中泥浆量0.1%0.4%纯碱，它能够有效提升泥浆性能指标，使粘土颗粒进行分散而不易凝结，为粘土吸收外界正离子颗粒提供了条件，并可增加水化膜厚度，提升泥浆胶体率和稳定性，降低失水率。(2)设置泥浆循环系统 依据工程实际，本工程设置沉淀池及泥浆池，以使掏渣筒排渣后泥浆中钻渣可充足沉淀。泥浆能够回流循环使用。并配置BW-160型泥浆泵一台，方便立即补浆并随钻进要求改善泥浆性能。3.2.2 施工过程控制(1)钻机定位时利用人工挖孔施工所形成上部钢筋砼护壁替换钢表1 泥浆性能技术指标相对密度粘度(s)含砂率(%)胶体率(%)稳定性(g/cm)1.31.526284950.03护筒进行定位导向，并保持泥浆面。冲击成孔过程中采取分离桩位、交错部署，以预防冲击振动使邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注砼凝固，相邻孔冲击施工时必需待邻孔砼灌注完成24h或砼壁强度达成2.5MPa后，方可开钻。(2)开钻前在孔内投入粘土，并加适量粒径小于15cm小片石，顶部抛平，用小冲程1m冲砸，泥浆比重1.2-1.5，钻进0.5-1.0m再回填粘土，继续以小冲程冲砸，如此反复二、三次，必需时多反复几次。(3)在砂卵石层中冲孔时，采取中、高冲程2-4m冲砸，泥浆比重1.3左右，并立即掏渣。进入基岩后，采取低锤冲击或间断冲击，当发觉偏孔时应回填片石至偏孔上方300mm-500mm处，然后重新矫正冲孔。(4)冲击过程中碰到探头石，采取十字形钻头(焊接合金钢)低锤密击间断冲击措施，清除障碍，同时严禁冲锤重击，预防出现坍孔。(5)钻进过程中要常常检验并立即调整泥浆性能。如泥浆稠度太大则因为阻力作用影响钻头进尺速度，且易发生桩孔偏移；泥浆稠度太小，则钻渣难以充足悬浮，造成掏渣困难，且难以起到护壁作用。(6)冲孔时仔细查看钢丝绳回弹和回转情况。耳听冲击声音，借以判别孔底情况。钻进时伴随进尺快慢立即放松主钢丝绳，预防打空锤现象。钻机正常工作时，每冲击1次，冲击梁上缓冲弹簧响1声，假如出现2次响声，即为打空锤，此种现象轻易损坏机具，故冲孔过程中必需随时检验。(7)当孔内泥浆含渣量增大时，将钻速减慢，并立即抽渣，抽渣时可采取以下方法：a抽渣筒放到孔底后，要在孔底上下提放几次，使多进些钻渣，然后提出。b采取孔口放细筛子或承渣盘等方法，使过筛后泥浆流回孔内。(8)为确保孔型正直，每钻进4-5m深度检孔一次。检孔器用钢筋制成，其高度为钻孔直径4倍，直径和钻头直径相同。更换钻头前，先经过检孔，并要将检孔器检到孔底方可投入新钻头。(9)根据设计要求，桩端入岩深度必需在1.7m以上，为确保入岩深度，确保桩端承载力，进入基岩后每钻进100-500mm清孔取样一次(非桩端持力层为300-500mm；桩端持力层为100300mm)以备终孔验收。3.3 清孔及钢筋笼就位本工程大直径桩均为嵌岩桩，必需清除孔底沉渣才能确保单桩承载力，所以本工程采取了二次清孔工艺。3.3.1 首次清孔 桩身成孔后经验收合格，首先用冲击钻头泛浆，掏渣筒清孔，直到孔内泥浆比重控制在1.11.2之间，沉渣厚度小于5cm。3.3.2 钢筋笼就位(1)将验收合格钢筋笼运至孔口，运输过程中要预防变形；(2)采取16T吊车吊装钢筋笼入孔。吊装钢筋笼采取专用钢丝绳并带16扁担，吊装时要对称吊点，吊点处加强，吊钩垂直于笼子中心，确保钢筋笼垂直下入孔内。(3)因为本工程钢筋笼顶标高均在自然地面下，深度各桩不一样，依据情况笼顶设置吊筋将钢筋笼悬挂于孔口16槽钢横担上并用钢管在孔口固定定位，以预防其偏位并发生浮笼现象。 3.3.3 二次清孔本桥采取抽浆法进行二次清孔，能够有效地清除孔底沉渣。用空气吸泥机清孔注意事项：(1)高压风管沉入导管内入水深度应大于钻孔内水头到出浆口高度1.5倍，通常不宜小于15m，但无须沉至导管底部周围。钢筋骨架须在导管吊入之前先放入。(2)开始工作时应先向孔内供水，然后送风清孔。停止清孔时应先关气后断水，以防水头降低造成坍孔。(3)送风量大小和钻孔深度及导管内径相关。本工程导管内径为25cm，送风量需20m3/min，风压(MPa)可按公式H/100+0.05计算，H为风管口入水深度(m)。(4)当孔底沉淀较厚且坚实时，可合适加大送风量(送风量大则沉渣上升速度也大，沉渣易被吸上)，并摇动导管，改变导管在孔底位置。(5)清孔过程中必需一直保持孔内原有水头。如孔较深，则中途宜停顿片刻，待孔内上部悬浮钻渣均匀沉淀后，再送风清孔一次。当风管口设置很低，在清孔过程中不能保持孔口水头时，不可立即停止送风，先将风管或导管提升一定高度才停止送风，以免稠浆渣将风管口堵塞。3.4 水下砼灌注清孔完成应立即进行水下灌注桩身混凝土，利用清孔用导管安装初灌斗直接灌注，可缩短灌注时间。3.4.1 混凝土配合比设计水下砼施工必需进行专门配合比设计。本工程采取C25一般硅酸盐砼，掺入适量DH4B缓凝高效减水剂。其配合比如表2所表示。表2 C25水下一般硅酸盐砼配合比材料名称水泥(32.5级)砂子石子水DH4B缓凝高效减水剂坍落度(mm)材料用量(kg/m3)45071010651903.62003.4.2 准备工作及浇注(1)本工程采取内径250mm导管浇注水下砼，接头采取丝扣连接，用“O”形橡胶圈密封，严防漏水。下导管前进行水密性检验，检验水压为0.61.0MPa，不漏水为合格。(2)首盘砼用量经计算为4.4m3，灌注前先配制0.3 m3水泥砂浆放入初灌斗，并用隔水塞(用砂球制成，外径比导管内径小23cm，铁丝绑扎牢靠)封住初灌斗底，备足初灌砼，剪断铁丝使砼靠自重流入孔底。(3)首盘砼灌注埋管深度不得小于1m，浇注过程中导管在砼中埋深控制在24m。灌注中常常见测锤探测砼面上升高度，并适时提升，逐层拆卸导管，保持导管合理埋深。(4)遇尤其情况(局部严重超径、缩径、漏失层位和灌注量尤其大桩孔等)增加探测次数，同时观察返水情况，以正确分析和判定孔内情况。(5)浇注水下砼最终砼面高程高出设计高程80100cm，以确保凿除桩顶砼浮渣后满足设计要求，确保桩身砼顶质量。(6)砼浇注过程中，立即统计每桩砼浇注量，并计算桩身砼充盈系数，每根桩作砼试块23组，专员填写水下砼灌注统计。3.5 桩基检测3.5.1本工程对所施工桩基采取低应变方法100%检测，并依据设计院要求对10号b孔及11号b孔进行现场高应变检测，对施工3号a孔及9号a孔桩身进行了钻探取芯检验。(1)低应变检测委托河北大地土木工程进行，所施工30根桩，依据检测汇报显示整体桩身质量比较完整，除5号b桩为类桩外，其它29根均为类桩，类桩达96.7%。(2)桩身高应变检测委托河北省建筑工程质量检测中心地基检测所进行，对所检测10号b 实测单桩极限承载力值25405KN，11号b实测单桩极限承载力值26152KN。高应变检测完成后将实测数据交设计院复核验算均符合设计要求。(3)桩身钻探取芯检验委托河北地矿建设集团二分工司进行，对所检测3号a桩及9号a桩结果为：岩芯混凝土级配良好，外观良好，岩芯采取率98%，破碎带取出了代表性岩芯。 3.5.2 C25一般硅酸盐砼试块90组，经石家庄交通局质监站检验评定，均达成设计要求。4 经济分析比较采取上部无水地带人工挖孔，下部富水地带机械成孔相结合施工方案，既避免了全部用人工挖孔无法全部挖到位、进度慢、危险性大缺点，又避免了全部用机械成孔速度慢、成本高缺点，显著提升了工程进度，并大幅降低了工程成本。经综合测算，有效缩短工期1个月以上，节省投资12万元。