超长、超大直径钻孔灌注桩施工工法一、前言钻孔灌注桩是桥梁建设上常用的一种深基础形式。
近年来我国桥梁事业发展迅速,新建桥梁的跨径越来越大、结构越来越复杂,钻孔灌注桩的长度也就越来越长、直径也就越来越大。
中港第二航务工程局承建的苏通大桥C1标主4号墩由131根钻孔灌注桩组成,桩长均为120m,桩径2.5~2.85m,为目前世界上最大的桥梁群桩基础。
为了促进该施工方法在我国类似桥梁工程项目中推广使用,根据苏通大桥施工经验与实践,特编制该工法。
该工法内容主要包括钻孔平台搭设、钻孔桩成孔工艺(钻机选型、泥浆的选用配置、成孔参数的选择)以及成桩工艺(水下砼的配制及浇注工艺),其中钻孔平台搭设工艺曾获2004年武汉市职工创新一等奖。
二、工法特点1、采用结构护筒直接作为钻孔平台的承重结构。
2、采用了振动锤以及移动式导向架打设钢护筒。
3、钻孔处多为粉沙、细沙、中粗沙及沙砾层等易坍孔地层,施工选用了大功率钻机成孔、优质PHP护壁泥浆。
4、钢筋笼采用镦粗直螺纹接头,并于后场同槽预制,采用大型浮吊大节段吊装。
5、桩基采用桩底后压浆技术。
三、使用范围适用于采用钻孔灌注桩(地质以砂层为主)为基础的特大桥桩基施工。
四、工艺原理钻孔桩施工工法主要分两部分:其一主要说明钻孔平台的搭设工法,其二介绍钻孔灌注桩的成孔、成桩以及桩底后压浆工艺。
五、施工工艺(一)、工艺流程1、传统钢管桩施工平台搭设工艺流程图5.1 传统钢管桩施工平台搭设工艺流程2、采用钢护筒作为承重结构的钻孔平台搭设工艺流程图5.2 采用钢护筒作为承重结构的钻孔平台搭设工艺流程3、钻孔灌注桩施工工艺流程图5.3 钻孔桩施工流程图4、桩底后压浆流程图5.4 桩底后压浆施工流程图(二)、施工要点1、传统钢管桩施工平台搭设施工要点①钢管桩施工a、钢管桩制作、运输钢管桩均按设计规格拼装成整桩,按沉放顺序分批加工制作,出厂检验合格后,用驳船运输至施工现场。
b、钢管桩沉设钢管桩沉设定位采用测量定位。
●确定沉桩顺序:根据各工程的施工特点确定沉桩顺序。
●打桩船抛锚定位:按照沉桩顺序进行打桩船的抛锚定位。
●钢管桩施沉前根据桩位图计算每一根桩中心的平面坐标。
直桩直接确定其桩中心坐标,斜桩通过确定一个断面标高后,再计算该标高处钢管桩的桩中心坐标。
●钢管桩平面位置及垂直度调整完成后,先自由落桩,再开始压锤,依靠钢管桩及打桩锤的重量将其压入土层,测量复测桩位和倾斜度,偏差满足设计要求后,开始锤击。
●钢管桩的最终桩尖标高由入土深度控制。
成桩由标高控制,以贯入度作为校核。
②平台搭设a、平联施工平联钢管采用哈佛板连接。
在前场施工中,首先将下好料的一端与钢管桩按设计位置对好位并调平平联焊接,然后用哈佛板将另一端与钢管桩焊接。
b、平台上部结构搭设逐一安装主承重梁、分配梁,铺设面板,安装栏杆,挂设安全网。
③、钢护筒施工a、导向架设计与制作根据水深、流速条件确定导向架设计高度及刚度。
本工程采用11.5m高的点接触式导向架,平台以下5.5m、平台以上6.0m。
导向架平面呈“开口式”,平台上下两层导向架之间用螺栓连接,以便于装拆。
导向架结构见图5。
图5.5 导向架结构示意图(单位:mm)b、钢护筒起吊、就位、施沉用起重船吊起钢护筒,使钢护筒垂直,选择在平潮或流速较小时将钢护筒缓慢下滑,直至入泥稳定,待钢护筒下沉稳定后才能脱钩。
2、采用钢护筒作为承重结构的钻孔平台搭设施工要点①、起始平台施工起始平台位于钻孔平台上游侧,其主要作用是为沉放钢护筒,安装悬臂式定位导向架,提供具有足够刚度的起始工作平台。
起始平台钢管桩施沉利用安装在定位船船艏的导向架定位,用起重船吊振动锤振动下沉。
a、起重设备配置:根据起始平台单根钢管桩的长度重量选择相应的起重设备。
b、振动锤配置:振动锤选择主要满足钢管桩施沉要求。
c、钢管桩沉放钢管桩的定位采用测量定位。
定位船在测量的指挥下移至桩位位置,运桩船停靠浮吊。
当钢管桩起吊竖直后,将钢管桩送进导向架内,由测量调整钢管桩的平面位置及倾斜度,当平面位置偏差及倾斜度满足设计要求后,下放钢管桩,浮吊脱钩,起吊液压振动锤就位,测量再次复核钢管桩的平面位置及倾斜度,合乎施工要求后,振动下沉到位。
下沉到位后,定位船移至下一根桩位。
第二根桩下沉到位后,及时连接两根桩之间的钢管水平联。
钢管平联采用哈扶板连接。
②、护筒区平台搭设a、钢护筒制作、运输钢护筒在钢结构公司厂内加工,分上、下两节制作。
然后装船运至施工现场。
b、钢护筒沉放b-1、振动锤选择:应根据护筒入土情况及地质情况选择振动锤。
b-2、悬臂式定位导向架:根据平台搭设特点,需选用悬臂式定位导向架。
本工程采用的悬臂式导向架其长度为16.125m,宽6m,用起重船吊装移位,并锚固在已完成的起始平台或已沉放的钢护筒顶口上,在导向架前端设置2层层距10.0m的上、下导向装置,导向装置内设置有供钢护筒定位、施沉过程中纠偏、调整的液压千斤顶和锁定装置。
b-3、钢护筒下沉:钢护筒下沉定位采用全站仪定位,同时用经纬仪进行校核。
Ⅰ、第一排钢护筒下沉吊装悬臂式导向架,进行初步定位及精确定位,并将悬臂式导向架固结在锚固梁上。
Ⅰ-1、起重船将第一节钢护筒吊入定位导向架的导向装置内,锁定上下龙口。
Ⅰ-2、利用龙口的调节装置,调整钢护筒的平面位置及垂直度,使平面位置、倾斜度满足设计要求。
起重船落钩,钢护筒沿导向架下至河底并入土,起重船脱钩。
Ⅰ-3、起重船吊安振动锤至钢护筒顶口,并再次校正钢护筒及振动锤的位置。
Ⅰ-4、起动振动锤,振护筒下沉。
同时,起重船移至另一位置进行下沉护筒有关工作。
Ⅰ-5、吊走振动锤,拆除导向架与锚固梁间的连接,将导向架移至另一护筒位定位,并重复以上工序。
Ⅰ-6、单根护筒下沉到位后,及时与起始平台及相邻钢护筒连接。
Ⅰ-7、该排护筒沉设完成后,前移进行下一排护筒沉放。
Ⅱ、第二排钢护筒沉放测量第一排钢护筒的位置,对焊接在钢护筒上的牛腿找平,将前锚固梁搁置至第一排钢护筒上,并与钢护筒上的牛腿焊接,将导向架整体吊装并锚固在前后锚固梁上;重复上述步骤下沉完本排钢护筒。
重复本步骤,完成所有钢护筒的下沉。
③、施工平台面层铺设本工程平台面层采用I25a作为分配梁,面板采用δ6的花纹钢板。
3、钻孔灌注桩施工要点钻孔施工采用了泥浆护壁、回旋钻机气举反循环的施工工艺,主要包括钻进成孔及清孔。
①、钻机选型根据钻孔深度及直径选择相应的钻机。
本工程钻孔灌注桩从平台到孔底深达130多米,对钻机的扭矩及钻杆质量要求较高。
选用技术性能先进,提升能力和配重较大的大型钻机投入主墩钻孔桩施工。
各钻机性能指标见表5.1。
钻机主要性能参数表表5.1②、泥浆制备及泥浆循环a、泥浆制备及性能指标护壁泥浆在钻孔中非常重要,尤其是对本工程大直径深孔,土层为砂层,造浆性能差,泥浆控制显得尤为重要。
施工采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。
泥浆的制备在平台泥浆制备区进行。
如果平台条件允许,可以采用集中供浆。
泥浆各施工阶段的性能指标要求(见表5.2):泥浆性能指标一览表表5.2b、泥浆循环泥浆经泥浆净化器使直径在0.074mm以上的土颗粒筛分到溜渣槽内,处理后的泥浆通过钢护筒之间的连通管流入钻孔孔内。
每台钻机配置一台泥浆净化器。
③、钻机安装、调试及移位根据平台上的钻机位置和钻孔顺序,安装并调平钻机,并固定牢靠。
④、钻进成孔a、钻进方法成孔过程划分为三个阶段:护筒内钻进阶段、土层内钻进阶段、第一次清孔阶段。
护筒内钻进阶段:采用直径匹配的刮刀钻头反循环加压清水钻进,每小时进尺控制在4~6m左右,孔内补充清水,混合泥浆经泥浆净化器处理后泥浆回流入护筒,钻渣转运至处理堆场处理。
土层内钻进阶段:护筒底口以上2m至孔底,调换直径匹配的改进型平底钻头,开钻时钻头反循环空转,启动泥浆循环系统,置换孔内泥浆,当孔内泥浆指标符合要求后,优质泥浆护壁反循环减压钻进,在护筒底口附近慢速钻进,形成稳定孔壁,每小时进尺控制在0.3~0.8m左右。
钻头出护筒5m后恢复正常钻进,根据不同土层的特点,在钻孔过程中及时调整护壁泥浆指标和钻进速度,孔内补充优质泥浆。
此阶段泥浆指标基本控制在了表5.3中的要求:表5.3终孔后,及时进行清孔。
清孔时将钻具提离孔底约30~50cm,缓慢旋转钻具,补充优质泥浆,进行反循环清孔,同时保持孔内水头,防止塌孔。
根据地层地质情况采用相应的钻进工艺参数(见表5.4)。
不同地层钻进参数表表5.4⑤、成桩施工a、钢筋笼制作钢筋笼在加工车间下料,分节同槽制作。
主筋间采用直螺纹连接,每个断面接头数量不大于50%,相临接头断面间距不小于1.5m。
压浆管与声测管在钢筋笼同槽加工时同槽安装,接头采用焊接并适当与钢筋接头错层,以便对接方便。
成孔检验合格后,下放接长钢筋笼。
为加快钢筋笼下放速度,可以根据施工条件将钢筋笼进行预接长。
钢筋笼安装下放后,将钢筋笼固定在护筒上,以承受钢筋笼自重和防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮。
b、二次清孔如钢筋笼下放完成后,沉渣厚度及泥浆指标超标,需进行二次清孔。
c、水下混凝土灌注水下砼浇注是钻孔灌注桩施工的主要工序,也是影响桩身质量的关键。
c-1、混凝土配合比设计混凝土配合比设计通过试配确定,砼除满足强度要求外,一般还须符合下列要求:粗集料采用级配良好的石灰岩或花岗岩碎石,粒径5~31.5mm;细集料宜采用级配良好的中砂,细度模数应控制在2.3~2.8;胶凝材料宜不小于380kg/m3,改善混凝土的和易性、流动性;混凝土初凝时间大于浇注能力;混凝土的坍落度控制在20~22cm,3h以后不小于16cm,流动度不小于50cm;混凝土具有良好的和易性、流动性、泵送性,可掺入适量的粉煤灰及外加剂;水泥中含碱量小于0.6%,骨料要求做碱骨料反应试验。
c-2、砼浇注=325mm的无缝钢管,连接为T型螺纹的水下砼浇注导管一般选用壁厚δ=12mm,φ外快速接头。
导管径水密试验不漏水,其容许最大内压力均大于孔内泥浆深度压力的1.3倍。
混凝土灌注封底采用拨球法。
封底成功后,随即转入正常灌注阶段。
混凝土经泵送,不断地通过集料斗、浇筑料斗及导管灌注至水下,直至完成整根桩的浇筑。
正常灌注阶段导管埋深控制在3~10m,且每20~30分钟测量一次砼面标高,测点不少于2个,当测点出现较大的高差时,应及时调整导管埋深,同时混凝土在护筒刃脚以下时保持护筒内泥浆面高于水位1.5m。
当混凝土灌注临近结束时,核对混凝土的灌入数量,以确定所测混凝土的高度是否准确,当确定混凝土的顶面标高到位后,停止灌注,及时拆除灌注导管。
灌注完成时,砼面应不小于设计桩顶标高0.5~0.8m,以保证桩头砼质量。
4、桩底后压浆施工要点为了改善桩底持力层的受力状况,提高基桩承载能力和基础的整体刚度,本工程主1~4#墩桩基均采用桩底后压浆。