严寒地区桥梁混凝土钻孔灌注桩基础施工技术的研究与实践.pdf

2 0 1 5年第 2期( 总 2 0 2期 ) 安徽建筑 l_ = = IIl II 岩 土 工 程 与 基 础 处 理 安 徽 建 筑 l DOI ： 1 0 1 6 3 3 c n k i 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 5 0 2 0 2 9 严寒地区桥梁混凝土钻孔灌注桩基础 Re s e a r c h a n d P r a c t i c e o n Co n s t r u c t io n T e c h n o l o g y 施工技术的研究与实践 f o r Dr i l l - Ho l i n g Pi l e o f Br i d g e Co n c r e t e i n Co l d Ar e a 杨 江 朋 ( 陕 西 铁 路 工 程 职 业 技 术 学 院， 陕 西 渭 南 7 1 4 0 0 0 ) 摘要： 严寒地区由于温度低、 施工条件恶劣， 混凝土结构施工质量很 难保障。 一直是困扰着工程技术人员的一项难题。文章以松花江大桥 的钻孔灌 注桩施 工为例 ， 对施 工过程 中各 关键技 术环 节的温度控制进 行了详细介绍 ， 重点分析了施工要点和相关措施， 可为严寒地区桩基 础施工和设计提供理论依据。 关键词 ： 严寒； 混凝土； 钻孔桩； 施工 中图分类号 ： U4 4 3 1 5 * 4 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 6 8 0 3 1 工程概况 松花江大桥工程项目为哈尔滨绕城公路东北段( 秦家至东 风) 的 主要控 制工 程 ， 全长 2 3 2 4 9 2 m， 主桥 为 3 X 1 3 8 m + 9 0 5 m 的大跨度预应力混凝土连续梁结构， 下部结构采用上 、 下行分 离式钢筋混凝土实体墩。主桥墩承台为整体式 ， 平面形状为六 边形， 长为 2 9 5 m， 宽为 1 2 6 m。 设计厚度为4 m。 承台下设 1 6根 直径为 2 m的钻孔灌注桩。梅花分布， 桩径 2 0 m， 间距 5 2 m， 水 中墩桩长 ? 7 m， 陆地主桥桩长 ? 0 m 桩顶标高为 一 1 7 8 5 m， 桩底 标高为 _ 9 5 0 m。该地区属于大陆季风性气候， 为北寒带气候条 件 ， 冬季漫长达 5个月之久 ， 年平均气温 3 63 8 ， 最大冻结 深度 1 ? S m 2 0 5 m， 地面稳定冻结期为 1 1月下旬 ， 地面稳定 解冻期为4月中旬。 地质构造为细砂、 中砂、 粗砂、 砾石、 亚粘土 及粘土分层堆积层 ， 桥梁基础均穿越上述各堆积层后 ， 桩底座 落于全风化或微风化砂岩或泥岩。 根据钻孔桩施工进度安排 ， 3 4 、 3 5 、 3 6 、 3 7 、 3 8 主墩钻孔 桩部分桩要在 1 1 月 l 2月之间施工，而在 1 2月份本地区最 低温度在 2 0 3 0 之间，规范要求在室外 日平均气温连 续 5 d稳定低于 5 C 时须进行冬季施工。 2 严寒地 区桩基施工存在 的主要 问题 桥梁桩基础是桥梁的重要组成部分， 它的质量好坏直接影 响到整座桥梁的工程质量和列车的运行安全。 由于桥梁桩基础 施工的隐蔽性，在施工过程中存在不可预见性的因素较多， 即 使在常温情况下施工， 也经常会出现一些不可避免的问题 ， 如 果这些问题不能够在施工中提前采取措施予以处理， 将直接影 基金项 目： 陕西铁路 工程职业技术 学院科研研究课题 ( 编号 ： 2 0 1 2 2 4 ) 作者简介： 扬江朋( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 陕西合阳人 ， 毕业于兰州铁遘学院， 讲 师 。 响到桩基础的工程质量， 可能会给整个工程造成巨大损失。在 严寒地区，桥梁桩基础除了遇到通常容易出现的问题之外 ， 还 会遇到因天气寒冷而出现的其他大量问题。 如机械设备不能正 常使用 、 泥浆受冻析水、 因温差过大钢筋焊接质量不易保证、 混 凝土拌合料温度过低 、 水下混凝土防冻等。 因此， 在严寒地区桥 梁桩基础的施工中， 要积极采取有效措施 ， 克服由于气候原因 给桩基础施工带来的各种不利影 响 ， 确保桩基础施工的各项指 标达到规范要求。松花江大桥所在地区为北寒带气候条件 ， 冬 季漫长， 年平均气温低， 主桥桩基础施工正好处于一年中最冷 的时间 ， 给桩基 础的施工带来诸多困难 。 3 严寒地区钻孔桩施工的关键技术 以松花江大桥工程项 目主墩钻孔桩施工为例进行说明。 3 1操作系统 的加热保温 为了创造良好的冬期施工环境 ， 保证机械的正常运行及钻 孔成桩的质量， 在钻孔桩处将型钢与钻机支架结合 ， 搭设保温 大棚 ， 用棉毡围裹 ， 内设煤炉或碳火盆。 将钻机等机械设备置于 保温大棚之中， 使棚内温度维持在 O 一 1 0 之间， 以便于生 产人员的操作和机械的正常运转， 也便于保证灌注混凝土的入 孔温度不低于 5 。【 ” 3 2泥浆处理 在冬期施工，对泥浆在低温下容易析水问题应予以重视。 经试验发现膨胀土泥浆受冻后容易析水 ，使用粘土应掺加 C MC ( 羚基纤维素) 和纯碱( N a 2 C O ) ， 务必使泥浆在冬期的各项指 标满足规范要求 。为了保证泥浆的拌制、 储存、 输送、 浮渣 、 循 环的正常进行， 应采取如下的加热保温措施。 拌制泥浆用的粘土均使用暖土，在进入冰冻前即将粘 土运输到现场， 集大堆存放 ， 并用棉帐篷覆盖， 以防止冻结 ， 如 发生粘土冻结， 则需打成碎块。 泥浆拌制池、 贮浆池、 沉淀池均罩以暖棚 ， 桩池四周外层 用装满河砂的草袋围挡， 内层填珍珠岩、 炉渣或暖土保温。 在池 与池之间设火炉加温。 泥浆循环管路均用防寒毡裹。 每台钻机另设一套备用管 路， 一旦受冻可及时将备用的管路换上。 对于钻孔保温大棚到 泥浆溜槽也要设置暖棚， 防止泥浆受冻后影响各项技术指标。 泥浆配 比采用膨润土 ： 水 ： 纯碱 = 2 0 0 k g：l O 0 0 k g： 4 k g 的比例进行配置 ， 可根据现场施工要求对比例参数进行适当调 整， 必要时， 加入一定量的纤维素来改善泥浆性能。 对于泥浆的 安徽建筑 2 0 1 5年第 2期( 总 2 0 2期 ) 性能指标， 根据地层条件控制， 主要指标包括比重、 粘度 、 砂率 三项， 比重控制在 1 0 61 1 0之间 ， 粘度 1 72 0 S ， 砂率小于 4 。 除保证泥浆的各项技术指标( 主要是相对密度、 粘度、 含砂 率等) 外， 为了防止泥浆受冻， 应每隔 34 h对粘土、 搅拌池、 沉 淀池、 泥浆槽 、 护筒内泥浆及作业棚、 泥浆棚的温度测定一次 ， 发现温度异常及 时采取加热措施 。 3 3钻孔与清孔 水中墩钻机设立在施工平台上 ， 钻机采用反循环旋转钻机 进行钻孔。 在严寒的冬季钻孔， 首先应考虑钻机的防寒问题， 宜 选择电力为动力源， 同时在孔位和钻机周围搭设暖棚 ， 保证孔 位处温度符合要求。 终孑 L 检查后 ， 应迅速清孔， 不得停歇过久使泥浆、 钻渣沉淀 增多， 造成清孔工作困难， 清孔完毕后在最短时间内灌注混凝 土。 使用反循环回转钻机钻孔时， 可在终孔后停止进尺， 利用钻 机的反循环系统的泥石泵持续吸渣 5 m i ni 5 mi n左右， 使孔底 钻渣清除干净。孔底沉淀土厚度不大于设计规定的量值时， 即 可终止清孔。在灌注混凝土之前要进行二次孔深检测， 如果沉 淀层超过设计允许范 围 3 0 e m， 应进行二次清孔 。 3 4钢筋骨架加工制作 冬期钻孔桩施工的钢筋骨架加工制作与常温施工大体相 同， 但应注意焊接钢筋全部在现场搭建的暖棚内进行 ， 当必须 在室外进行时 ， 最低温度不宜低于一2 0 ， 并采取防雪挡风措 施， 减少焊件温度差， 焊接后的接头严禁立刻接触冰雪。 3 5水下混凝土的施工 水下混凝土的冬期施工时 ， 需根据钻孔桩施工配合 比经热 工计算确定各拌合料的加热温度。p 塔 骨料不加热， 按照 0 计 算， 水加热至 5 0 C时， 搅拌后温度可以达到 1 1 6 4 ； 当骨料温 度为 0 C 时，水加热至 7 0 时，混凝土搅拌后温度可以达到 1 6 1 8 ( 3 ； 当砂加热到 2 0 E， 水加热至 7 0 C 时， 混凝土搅拌后温 度可以达到 2 2 4 5 。见表 1 。， 混凝土搅拌后温度对比衰 表 1 备注 ： 、 、 t 水泥、 砂、 石、 水装入搅拌机 时的温度 ； 混凝 土合成后 的温度( ) 。 验证表 1 所列混凝土拌和后温度是否可行， 见表 2 。 混凝土搅拌后温度对比表 表 2 备注 ： 一混凝 土拌 和物在 搅拌过 程中的热量损 失 ； 卜混凝 土运 输至成型的温度损失( ) ； 混凝土开始养护时所需温度， 此处取 1 0 ( 2 。 因此 ， 在气温 O C以上水可加热到 7 0 ； 气温在 O C以下 时， 则需对骨料进行加热。 为了提高各种材料的拌和前温度， 拌 和站可采用型钢架设支架， 用棉制盖布围裹起来 ， 必要时内设 火炉 ， 使混凝土的拌和始终在不低于 I O C的条件下进行。运输 罐车棉毡围护覆盖以减少与环境的热交换， 到达现场后对混凝 土进行温度抽检，人模温度不得小于 5 C。当气温 0 C 及以下 时， 可在待灌注的孑 L 口搭设移动式保温大棚并视混凝土温度情 况考虑炉火加温。 同时， 要随时做好拌和水、 砂 、 石温度， 混凝土 的出罐温度及灌注温度测定 ， 集料的含水量测定 ， 混凝土坍落 度测定等工作。 3 6骨料 的保温加热 当室外温度高于 O C时， 骨料只需要覆盖保温， 采用大块 棉制盖布将骨料全面覆盖， 以防止骨料温度散失。料场的覆盖 物可根据当日粗细骨料的用量进行后移， 对于局部结块的砂子 应进行破碎。当室外温度低于O C 时， 则需对细骨料进行加热， 粗骨料继续采用覆盖保温。嘲 在细骨料堆放场地旁边硬化一块 6 ml O m的场地，并用 砖砌一座 3 5 m高的简易砖房， 用于对细骨料进行加热， 加热方 式采用蒸汽法， 细骨料的进出加热房均采用传送带运输。在硬 化地面采用一寸半钢管布设蒸汽管道，管道上每间距 l O c m打 2 个孔 ， 以便向外排放蒸汽。另外在墙壁上也同样布设管道并 打孑 L 。 并使加热房内管道与 2 t 锅炉形成循环。 管道布置如图 1 。 I I - 一 l = = = 一 土 工 程 与 基 础 处 理 采用二次搅拌 ， 即先将加热的拌和水 、 砂和石料投人搅拌机内 高( 2 D左右为宜) ， 因温度愈高、 温差愈大、 湿度愈小， 混凝土的 下混凝土的养护。 施工实践证明， 水下混凝土一经入孔， 即处在 地温蓄热养护之中。但是在地层冰冻线以上部分的桩身混凝 徽 配入外掺剂， 以促进强度增长至不受冻害的限度。 t a T 0经常 心 技术 加 1 9 7 足 ) _ 技 术 要 求 ，并 能 合 理 地 利 用 能 源 ； _ 安徽建筑 2 0 1 5年第 2期( 总 2 0 2期 ) 的典型事故及教-V I I ； 本岗位的施工生产程序及工作特点 、 安全 体一线工人安全生产文化素质不可忽视的重要一环。 广泛深入 注意事项和安全操作规程等。其次， 要对特种作业人员必须进 和经常不断地进行“ 生产必须安全 、 安全为了生产” 的宣传教 行安全技术理论学习和实际操作训练。经培训考核合格， 取得 育， 使劳动在生产过程中的安全和健康得到保护。随着建筑业 特种作业操作资格证后， 才能上岗作业。另外外包人员入场作 、 一步步迈入高科技、 现代化 ， 新形势下安全生产如何搞 ， 仅靠良 业前必须接受入场安全教育， 安全教育内容主要包括本单位施 好的愿望和花钱强化设施是远远不够的。 只有真正提高工人的 工生产特点、 入场须知、 所从事工作的性质 、 注意事项和事故训 安全文化素质， 才能驾驭安全生产向着更高的目标奋进。 练等， 并经考核合格后方可入场作业。 “ 以人为本 、 安全第一” 。这就要求我们每个人都要对安全 2 4加强施工现场的安全监督 生产承担责任 ， 不论领导和职工 ， 都要树立安全意识、 责任意 加强建筑工程的监督管理工作， 尤其是加强建筑现场的安 识、 生命意识 、 社会意识和家庭意识， 要本着对社会与家庭高度 全监控 ， 是每项建筑工程建设的重点 ， 一旦工程中出现安全出 负责的精神， 时刻注意安全生产。 现了问题， 将会使国家和群众损失严重。 所以， 在建筑工程建设 中应该首先充分认识到项目施工安全生产的重要性和作用， 并 3 结 语 给予一定的重视和支持。在施工过程中， 现场容易出现设备事 故、 伤亡事故 ， 针对这种情况， 建设 、 施工单位应该定期对施工 建设工程安全生产不仅直接关系到建筑企业自身的发展 现场进行巡查。 检查的内容要细致、 到位， 不可走形式主义。 在 和利益， 更是直接关系到人民群众包括生命健康在内的根本利 检查过程中， 如果发现安全隐患或是操作不得当等情况， 应要 益 。针对安全监督管理问题， 建设单位需要进行科学有效的监 求施工人员立即整改， 情况较严重的还可以勒令停工整改。 督管理工作 ，从而整顿建筑市场的监督管理秩序， 保证建筑的 2 5提高职工队伍的安全文化素质 安全可靠性 ，从而推动我国建筑事业的进一步发展。 建筑业的伤亡事故绝大多数发生在工地上 ， 而伤亡 的往往 是一线生产工人。因此， 仅有领导和安全生产管理人员安全素 参考文献 质的提高是不够的， 还必须采取有效措施 ， 促进全员安全文化 【 1 】 曾广识 浅谈加强建筑工程安全监督的重要性及对策 J 理论探讨， 素质的提高。随着社会主义市场经济的逐步建立 ， 用工制度的 ， 进一步改革， 有的未经培训教育的人员 ， 尤其是被补充到建筑 【 2 】谭雄涛 浅 谈建筑 工程质 量安 全与建筑 成本 的关系 J 】 现代 物业 ， 队伍中的农民工， 对他们上岗前一定要进行法规 、 纪律及安全 ， n 1 1 生产知识培训。还要抓好对特殊工种人员的专业培训， 使持证 3 1 张仕成 浅 谈建筑工程施工现场安全监督管理【 J 】 建筑监督硷测与 上岗率达到 1 0 0 。 坚持每天生产交底时的安全教育， 是提高全 造价， 2 0 1 0 ( 6 ) 盛 j- j j j j jI j j jl 夸l j j； k jI 夸 夸 夸占 j 业 j I - j ( 上接 第 6 9页 ) 适当地延长混凝土的搅拌时间， 并采用掺入温水的热拌 监控单位、 驻地监理的跟踪检算、 监控， 每根钻孔桩的所有检测 工艺 ， 提高其灌注时的温度与和易性； 项 目均在设计允许范围内。经检桩部门及质检站抽检， 所有钻 混凝土拌和时首先加入水( 已加热) 、 砂、 碎石 ， 待搅拌均 孔桩的检测结果均为 A桩。 松花江大桥钻孔桩在严寒情况下的 匀后再加入水泥和外加剂； 成功灌注， 证明所采用的施工方法及工艺是科学合理的， 在严 提前检查水管的保温措施情况 ， 及时进行保温， 建好拌 寒地区的类似工程中具有一定的参考价值。 合站保温棚 ， 包括加温锅炉的试运行 ， 砂、 石料加热平台的试运 行， 在混凝土拌合机及构筑物处搭建保温 棚， 安装锅炉， 保证混 参考文献 凝土搅拌 、 浇筑、 养生时温度要求 ； 1 1顾红新东北地区高速铁路路基及桥梁冬季施工技术 J J 国防交通 做好热工计算 ，材料加热首先考虑施工用水的加热， 如 工程与技术， 2 0 1 1 ( 2 ) 需要可考虑加热砂 、 石， 严禁加热水泥 ， 施工时加强对混凝土施 【 2 】 姜卫华 严寒地区桥梁灌注桩施工工艺研究 J 】 交通标准化，2 0 1 3 工各阶段的温度测量， 掌握混凝土搅拌时的温度、 入模温度及 ( 7 ) 养护温度， 使各阶段的温度均符合设计和规范要求； 3 1李 志 荣青藏 铁 路 高 原 严 寒 多 年 冻土 区 桥 梁 施 工 技 术【J 】工 程 地 质 严格控制混凝土的配合 比和坍落度， 搅拌时， 投料先投 学报， 0 0 4 ( 1 2 ) 入骨料和水， 搅拌后再投入水泥搅拌， 搅拌时间延长 5 0 。 【 4 】何勇 严寒地区桥梁混凝土工程施工NNN J Ig l 川林勘设计， 2 0 0 0 ( 2 ) 1 5 】 廖友根 严 寒地区强风低温环境下桥梁 墩身施工控制 技术 J 】 铁 道 4 结 语 建 筑 技 术 ，2 o 1 2 ( 8 ) 6 温树林， 周建庭， 宋军， 陈悦 提高严寒地区桥梁混凝土结构耐久性 松花江大桥工程项 目主桥钻孔桩按期完成，经设计代表、 的施工与养护技术【 J 】 公路 2 0 1 3 ( 1 1 ) l I I 一 言= - 建 筑 经 济 与 管 理 安 徽 建 筑 _