无覆盖层河床双层钢护筒栽桩施工工法.docx
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无覆盖层河床双层钢护筒栽桩施工工法
无覆盖层河床双层钢护筒栽桩施工工法
1前言
随着中国经济水平的提高和桥梁理论的不断发展和完善,城市内部跨水域桥梁的修建日渐增多,无覆盖层水中基础施工也日渐普遍。
河床上覆盖层经常被流水冲刷,在这种无覆盖层的环境下进行桩基础施工,极易导致护筒无法打入、位置偏移、孔内涌沙或漏浆。
因岩层强度较高,钻孔施工效率低下,严重影响施工进度,为保证无覆盖层条件下,城市桥梁水下桩基安全施工,衡阳市东洲湘江大桥水下桩基施工时,通过解决施工过程的实际问题,摸索总结出了无覆盖层河床双层钢护筒栽桩施工工法。
该工法利用双层钢护筒套打的方式,有效解决了后续桩基冲孔过程中泥浆外漏、塌孔、卡钻等问题,确保了东洲湘江大桥水中墩桩基础施工的顺利完成。
该工法无需考虑河床顶面的凸凹不平情况,可广泛使用。
从而提高施工效率,缩短工期,降低施工成本,为完成总体工期计划打下了良好的基础。
此工法在类似无覆盖层河床桩基础施工中具有广阔的市场应用前景。
2工法特点
2.0.1缩短工期:
采用双层钢护筒套打的方式,实现无覆盖层河床水下桩基的定位、施工,节省工期。
2.0.2经济合理:
材料循环利用、优化工序,节省施工成本,提高工作效率。
2.0.3简单易行:
施工过程简单易行,对现场施工人员进行一些简单的技术、安全交底,即可顺利完成施工。
2.0.4安全可靠:
施工过程中不需要人工进行水下作业等危险作业,确保了施工人员的人身安全。
2.0.5文明环保:
引孔钻渣少许外漏,减少了对水体造成的污染。
3适用范围
本工法适用于各种类型跨江、渡河等(水深小于15m)水域无覆盖层下放钢护筒完成桩基施工的工程。
4工艺原理
结合地质条件和水文状况,下放引孔钢护筒,进行冲击钻引孔,引孔施工结束后下放主桩冲孔钢护筒,利用两钢护筒构建封底砼模板,向大、小钢护筒之间空隙内浇筑水下混凝土稳固钢护筒从而完成无覆盖层下放钢护筒的工艺。
本工艺利用封底砼及钢护筒双面焊接技术,最终使主桩护筒内形成一个封闭的冲孔环境,有效避免了主桩冲孔过程中出现漏浆现象,满足孔内水头要求和施工环保要求。
5工艺流程及操作方法
5.1施工工艺流程
具体施工流程如图5.1所示。
图5.1施工工艺流程图
5.2施工操作要点
5.2.1制作导向架
依托钻孔平台下方的临时施工操作平台安装导向架,导向架采用双“工”字钢(36b)、槽钢(16b)制作,设置导向架的主要目的是确保钢护筒的垂直度和定位。
如下图5.2.1所示。
图5.2.1钢护筒定位导向架示意图
5.2.2引孔钢护筒制作
引孔钢护筒长度应满足施工要求(即钢护筒顶端高出常水位3m以上)、直径(桩径+50cm)、壁厚10mm,通过卷板机加工焊接。
本工程为高流速水中墩无覆盖层施工,根据施工区域地质资料,需要对钢护筒底口进行补强。
为了避免钢护筒在施工过程中,钢护筒底口因应力集中而导致局部弯曲变形,因此在加工钢护筒时在底部直接焊接一圈厚度为10mm、长度30cm的加筋环撑。
同时,为了钢护筒施工顺利进行,将护筒刃脚部位加工成刃形,予以减小护筒与河床间的摩阻力。
为避免护筒在起吊运输过程中发生变形,在护筒内部每4m均匀设置“十字形”内支撑。
钢护筒外形如图5.2.2所示。
图5.2.2钢护筒外形示意图
5.2.3引孔钢护筒定位下沉
图5.2.3钢护筒下放示意图
钢护筒在起吊下放时采用扁担吊,既避免护筒发生形变又可以减小起吊绳索中的轴力,保证其安全性。
如图5.2.3所示。
利用定位导向架下放引孔钢护筒,着床后在平台柱梁板上安放两个20t手拉葫芦配合护筒下放后的微调,以保证钢护筒位置的精准性。
5.2.4冲击钻机就位
钻机设备拆分后用拖车运送至主墩钻孔平台,用汽车吊配合组装钻机。
在钢护筒上画出十字线,定出桩位中心。
调整钻机钻头对准桩中心,并准确调平,使得起吊滑轮缘、钻头中心、桩孔中心三者中心在同一条垂线上。
安装稳固,确保桩中心偏差不大于5cm。
最后焊接加固钻机底座,保证钻机在钻进过程中平稳。
如图5.2.4所示。
图5.2.4钻机布置示意图
5.2.5引孔节段钻进成孔
待桩机定位完成后开始引孔节段开孔钻进。
开钻时应采用小冲程缓慢钻进,并应使初成孔的孔壁竖直、圆顺,起到导向引孔作用。
为防止钻渣流入河流之中,在钻进过程中利用高压水泵抽取钻渣,利用运渣船运至指定的泥渣处理地点,起到保护水质环境的作用。
5.2.6引孔节段终孔与清孔
引孔钻进深度2.5m,终孔前准确测量孔径、孔深、孔位,要求孔径不小于设计桩径,孔深垂直允许最大偏差不大于1/100。
在孔深达到要求后采用高压水泵清孔,清孔完毕后使得孔底沉渣厚度不大于5cm,否则进行二次清孔直至钻渣厚度指标达到规范要求。
5.2.7下放桩基钢护筒
桩基钢护筒长度(钻孔平台以上0.3m到河床以下2.5m的距离)、直径(桩径+0.3m)、壁厚10mm,同引孔钢护筒加工补强及下放定位方式方法相同。
在上述引孔钢护筒施工完毕后,在其内部下放桩基钢护筒,待桩基钢护筒着床后,同样在平台柱梁板上安放两个20t手拉葫芦配合桩基护筒下放后的微调,以保证钢护筒位置的精准性。
5.2.8灌注护筒间封底砼
采用导管法及时向已下放完成的引孔钢护筒与主桩钢护筒间隔内浇筑有效深度为2.5m的C30水下混凝土,来稳固主桩钢护筒。
在灌注前需做导管试压实验,并且必须合格才能使用。
在每节导管接口处刷油并必须加套垫圈。
当导管内混凝土没有填满,含有空气时,后续混凝土要徐徐灌入,防止导管内形成高压气囊,破坏导管的密封性使导管漏水。
也必须要计算好首批混凝土的灌入量及导管埋深,以免出现封底混凝土断层现象。
同时防止混凝土拌合物从导管外掉入孔底,使泥浆内含水泥而变稠凝结,测深不准确。
在混凝土浇注过程中,将孔内泥渣抽至运渣船内,运送至指定位置处理,保护环境。
5.2.9拔出引孔钢护筒
待封底混凝土浇筑完成后即可将外侧引孔钢护筒拔出,随后开始桩基钻孔灌注桩施工。
5.3劳动力组织
劳动力组织见表5.3
表5.3劳动力组织情况表(单根桩基)
序号
人员组成
施工人数
职责及分工
1
钻孔班组
6
负责桩基钻孔施工
2
起重班
2
负责吊车及龙门吊
3
钢护筒加工班
5
负责钢护筒加工
4
泥工班
3
负责浇筑水下混凝土
6材料与设备
6.1材料
主要材料见表6.1
表6.1主要材料表(单根桩基)
序号
材料名称
型号
数量
备注
1
混凝土
C30
5.5m³
封底、护筒固定
2
钢板
10mm
26.0t
钢护筒制作
6.2设备
主要机械设备见表6.2
表6.1主要机械设备表(单根桩基)
序号
设备名称
型号
数量
用途
1
冲击钻
GKL8
1台
冲击引孔
2
吊车
QY25VF
2辆
钢护筒吊装
3
高压水泵
QBY3-65LF
2台
护筒内抽水
4
电焊机
BX1-500
5台
平台、护筒焊接
5
自卸汽车
东风6t
1辆
护筒、材料运输
6
运渣船
200t
1艘
机械、材料运输
7
龙门吊
MH10-16.5A3
1台
垂直运输
7质量控制
7.1应遵循的国家行业标准
7.1.1钢结构焊接规程GB50661-2011
7.1.2建筑桩基技术规范JGJ94-2008
7.1.3城市桥梁工程施工与质量验收规范CJJ2-2008
7.2质量控制要求
7.2.1钢护筒焊接要求
钢护筒竖向焊缝及管节拼接环缝焊接要求为二级焊缝,加劲箍焊接采用三级焊缝要求,焊接焊缝外观缺陷的允许范围和处理方法如表7.2.1所示。
表7.2.1焊接焊缝外观缺陷的允许范围和处理方法
缺陷名称
超过允许的处理办法
咬边
超过0.8mm深或者宽度小于深度的咬边采取补焊或者打磨进行修整
超高
进行修正
表面裂缝、未融合、未焊透
铲除缺陷后重新补焊
表面气孔、弧坑、夹渣
铲除缺陷后重新补焊
飞溅
用沙轮机磨钝
表面损伤
超过0.8mm的表面、坑点或裂纹均采用补焊或打磨进行修复
自由边
用砂轮机磨去锐边或其他边角,使其过渡圆滑,最小曲率半径为2mm,圆角不可处理
焊接弧
按“飞溅”和“表面损伤”处理
割边表面
打磨至凹凸度下雨1mm
7.2.2钢护筒加工精度及埋设要求
1管节外形尺寸的允许偏差(如表7.2.2所示)。
表7.2.2管节外形尺寸的允许偏差
偏差部位
允许偏差
备注
外周长
不大于10mm
测量外周长
管端椭圆度
不大于5mm
椭圆度指管端两相互垂直直径之差
管端平整度
2mm
管端平面倾斜
2mm
2管节对口拼接时,相邻管节管径差不大于3mm。
3管节对口拼接时,相邻管节对口的板边高差不大于3mm。
4钢护筒成品的纵轴线弯曲矢高的允许偏差不大于总长的0.05%,并不得大于20mm。
5.护筒埋设允许偏差:
顶面中心偏位宜为5cm。
护筒倾斜度宜为1%。
7.2.3钻进过程中的注意事项
在钻进过程中冲程大小按通过的地层的具体情况确定:
1基岩层时,最大冲程控制在2m~3m以内,破碎基岩。
最大冲程不宜超过3m,防止卡钻、冲坏孔壁。
2由于基岩较破碎,裂隙发育,为保证孔底基岩的完整性,在距离终孔标高50cm时,必须控制冲程,逐步减小,控制进尺。
3在掏渣后或因其它原因停钻后再次开钻时,由低冲程逐渐加大到正常冲程。
在钢丝绳上油漆长度标志保证正确提升钻锥的冲程。
7.2.4钻孔允许偏差控制
钻孔允许偏差控制见表7.2.3。
表7.2.3钻孔允许偏差控制值
项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
1
桩位(cm)
群桩
10
全站仪或经纬仪:
每桩检查
排架桩
5
2
孔径
不小于设计桩径
探孔器:
每桩测量
3
倾斜度
<1%桩长,且不大于500
钻钻垂线法:
每桩测量
4
孔深
摩擦桩
不小于设计规定
测绳量:
每桩测量
支承桩
比设计深度超深不小于5cm
5
沉淀厚度
摩擦桩
不大于设计规定
沉淀盒或标准测
支承桩
不大于设计规定
7.2.5灌注水下封底混凝土的要求
1.灌注水下混凝土之前,应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉渣厚度,如超出规定,应进行二次清孔,符合要求后方可灌注水下混凝土。
2.水下混凝土原材及配比必须满足规范要求。
3.浇筑水下混凝土的导管内壁应光滑顺直,使用前要进行试拼试压,导管埋深宜控制在2-6m。
8安全措施
8.0.1对现场施工人员进行培训,增强现场施工人员安全意识,能够应对突发状况并采取急救措施。
8.0.2对进场钻孔及其配套设备进行全面检修,保证机械的正常运转,钻孔及灌注过程做到随时检查。
8.0.3各种泥浆池边设置安全标志及防护网,防止人员落入其中。
8.0.4钻进及灌注过程中配备专职安全员,全程监控施工安全。
8.0.5规范现场施工用电,保证各种机械设备的用电安全,防止触电。
8.0.6汽车吊取得相应使用证,司机持证上岗,吊装时有持证信号工负责指挥。
8.0.7规范现场施工人员,做到施工人员持证上岗。
8.0.8高空人员应系安全带,水上施工人员穿救生衣,水上设备应做好带缆工作,加强雨季、汛期的防洪意识,并安排专人值班。
8.0.9施工车辆进入钢栈桥或施工作业平台,必须将车辆停放在指定的位置,不得超载进入和超度行驶,不得违规转弯、倒车等。
9环保措施
9.0.1认真调查周边环境,制定相应的环保措施,并遵照执行。
9.0.2施工中各种材料堆放整齐,必要时加盖保护,防止吹散污染环境。
9.0.3施工中多余的砼、杂物不准随意丢弃,应在指定的地点堆放,再将其转移到地面。
9.0.4施工过程中,加大管理力度,定期对施工人员进行培训,增强其环保意识。
9.0.5引孔钻进过程中,及时将泥渣抽至运渣船,避免泥渣直接流入河流中。
10效益分析
10.0.1施工过程中,无需引进新的设备,施工工期短,大大降低了工程造价,提高了效率,经济效益显著。
10.0.2水中墩无覆盖层下放钢护筒施工采用冲击钻机引孔,材料循环利用,钻进速度快,成孔质量高,减少了施工对河道航运的影响,安全环保,并可在类似桩基施工中广泛推广。
同时,取得了业主及社会各界人士的好评,具有很好的社会效益。
11应用实例
11.1工程概况
衡阳市二环东路工程东洲湘江大桥工程位于湖南省衡阳市,工程全长974.28m。
桥型为三塔四跨矮塔斜拉桥。
主桥段采用悬臂现浇法施工,是中建一局集团首次将此工艺应用在斜拉桥施工上,也是湖南省单箱梁体(宽38.5m)利用悬臂现浇法施工最宽的斜拉桥。
基础设计为钻孔灌注桩;主塔为独柱式钢筋混凝土结构,截面为八边形;主墩采用钢筋混凝土花瓶式桥墩;主梁为预应力混凝土结构,采用变高度斜腹板单箱三室断面;斜拉索为单索面双排索,布置在主梁的中央分隔带处。
主桥水中墩所在河床位置无覆盖层,每个塔柱承台下设15根直径2.5m的钻孔灌注桩,桩位处水深10m,桩长43.5~49m,桩径2.5m;12#墩原河床位置有小于50cm的极薄覆盖层,桩位处水深5m,桩长43.5~48.5m,桩径2.5m;无覆盖层河床双层钢护筒栽桩施工工法应用于该水中主墩桩基,在后期桩基施工过程中,护筒稳定性好,无漏浆现象。
满足了现场施工需求,保证了工程施工的质量、进度,有效降低了成本。
为整个工程的后续施工打下了坚实的基础。
11.2施工情况
东洲湘江大桥水中主墩桩位处水深10m,河床无覆盖层,河床以下地质情况为微风化砂岩与强风化砂岩。
施工采用无覆盖层河床双层钢护筒栽桩施工方法。
根据施工过程中的作业面大小,选用合理的材料构件,设计合理的平台尺寸,搭设钻孔施工平台。
放出桩位中心点,安装导向架后下放引孔钢护筒。
钢护筒着床后,用手拉葫芦进行钢护筒的位置、垂直度微调,直至达到准确无误。
准备工作完成后,开始引孔钻进。
钻孔完成后,进行清孔抽渣工作,清孔完毕后在引孔大护筒(内径3.2m)内下桩基小护筒(直径2.8m),小护筒下放完毕后,利用导管法在大小护筒间隙内浇筑水下混凝土。
浇筑完成后利用手拉葫芦进行小护筒的调整工作,调整完毕后拔出大护筒。
即此循环钢护筒施工完毕,开始下一循环工作。
具体如图11.2.1、11.2.2、11.2.3、11.2.4所示。
图11.2.1现场钻孔平台
图11.2.2安装导向架、下放钢护筒
图11.2.3冲击钻机定位、引孔钻进
11.2.4下放桩基钢护筒、浇筑水下封底混凝土、拔出引孔钢护筒
11.3工程效果
11.3.1使用本工法与其他常规施工方法相比,为东洲湘江大桥项目节约工期15天,成本降低了大约20万元。
11.3.2由于主桥水中主墩桩基处于无覆盖层的河床之上,应用此工法有效的避免了后续主桩桩基冲孔施工过程中泥浆外漏现象的发生,为后续桩基的施工提供了有力的保障。
11.3.3该施工过程中所用到的护筒材料为周转性材料,减少了材料浪费,大大降低了工程成本。
11.3.4本工法应用过程中,无需造浆,节约材料。
同时冲孔过程中在水上增加一艘运渣船,及时将泥渣运送到指定地点处理,有效的减少了大量泥渣直接流入水中对江水造成污染,保护环境。
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