跨海大橋鉆孔灌注樁施工技術

跨海大橋鉆孔灌注樁施工技術1、工程概況XX跨海大橋建造在以錢江潮聞名于世的XX上，是XX工程的重中之重。該橋為世界第二、目前國內第一長的特大型跨海橋梁。XX跨海大橋工程北起XX北岸的鄭家埭村，跨越XX寬闊海面與南岸灘涂后，經(jīng)慈溪市已圍筑的十塘海堤，九塘、八塘后，止于水路灣，工程起點樁號為K49+000，終點樁號為K85+000，全長36km，其中大橋長35.673km，海上橋長約31.5km。標準采用高速公路6車道，設計行車速度100km/h。屆時，上海與寧波兩市之間陸路將縮短120km。我單位施工的第XX標段起止里程為K75+135至K81+385，全長6250m。共計1080根鉆孔樁，126個墩。F69-F120為單墩5根直徑1.5m鉆孔樁基礎、F121-F194為單墩4根直徑1.5m鉆孔樁基礎。本文以XX跨海大橋第XX標段鉆孔樁施工為例，著重闡述海上長大鉆孔樁施工的工藝及方法以及海上施工的注意事項。2、工程重難點2.1海水不得拌泥漿，因為海水對泥漿的性能會產(chǎn)生一定的影響，不利于鉆孔施工。如制備的泥漿的性能達不到指標，則在鉆進與清孔時孔內鉆渣就不能全部置換出來。2.2進行清孔、樁底注漿，由于跨海大橋鉆孔樁樁長均達到80-100m，樁底沉碴較多，在清孔、灌注海工砼后，對其樁底進行壓漿處理工藝。2.3選用氣舉式反循環(huán)鉆機進行鉆孔，將鉆進過程中的泥漿沉碴置換出來。2.4在富含淺層氣地段鉆孔樁開始施工前，在距樁基不小于30m附近，用地質鉆在專業(yè)人員的指導下做排氣實驗，探明淺層氣的情況，預防鉆孔過程發(fā)生事故。2.5采用海工混凝土，提高大橋抗蝕防腐能力。3、施工方案本標段的鉆孔樁均在固定式鉆孔平臺上進行施工。根據(jù)護筒的入土深度以及橋位處水位的不同，鉆孔樁施工平臺采用兩種形式：F69~F120號墩鉆孔工作平臺利用鋼護筒和部分鋼管樁搭設，采用履帶吊下沉鋼管樁和鋼護筒，考慮平臺拆除后墩身施工以及鋼板樁圍堰的拆除需要，在平臺的一側設置吊機走行道；F121~F194號墩利用貝雷梁和鋼管樁搭設鉆孔平臺，采用履帶吊下沉鋼管樁和鋼護筒，考慮平臺拆除后墩身施工以及鋼板樁圍堰的拆除需要，在平臺的一側設置吊機走行道。鉆機選用國內能鉆超長樁孔的氣舉反循環(huán)旋轉鉆機。樁身混凝土，采用海工混凝土，在南岸拌合站集中拌合，由混凝土罐車水平運輸，混凝土利用混凝土輸送泵澆注。4、施工方法4.1鉆孔平臺設計與施工4.1.1鉆孔平臺的設計從F69-F120號墩的鋼護筒直徑較大，入土較深，承載力較大，因此，鉆孔平臺搭設在鋼護筒上，由鋼護筒傳遞鉆機施工荷載。為保證鉆孔平臺的結構尺寸，除鋼護筒外，還要施打一些鋼管樁。鋼護筒間設有聯(lián)結系，聯(lián)結系上鋪設型鋼，形成31X18m的鉆孔平臺；從F121-F194號墩，護筒入土較淺，采用插打鋼管樁作為鉆孔平臺基礎，平臺上部采用貝雷梁搭設，平臺尺寸為27X18m。無論那種形式的鉆孔平臺，均將左右幅平臺聯(lián)成整體，并與棧橋聯(lián)結固定。鉆孔平臺結構詳見F121—F194號墩鉆孔樁施工平臺、F69—F120號墩鉆孔樁施工平臺結構設計圖，升降平臺結構詳見升降式工作平臺結構設計圖。4.1.2鉆孔平臺的施工F69-F120號墩鉆孔平臺結構設計圖F121-F194號墩鉆孔平臺結構設計圖F69-F120號墩鉆孔平臺結構設計圖（1）護筒及鋼管樁加工本標段鋼護筒分為兩種，一種直徑為1.8m，壁厚14mm，另一種直徑為1.7m，壁厚為12mm。在工廠用鋼板卷制成護筒，每節(jié)長度8~10m。鋼護筒的頂、底端外側各焊一道水平加勁肋，肋板厚大于20mm，以保證護筒的剛度；鋼護筒工地接長時，上、下護筒間加焊4～8條豎肋于護筒外側，以保證護筒的垂直度和連接質量。鋼管樁直徑為600X8mm，分段長度8~10m。F69-F120號墩鉆孔平臺結構設計圖F121-F194號墩鉆孔平臺結構設計圖F69-F120號墩鉆孔平臺結構設計圖（2）鉆孔平臺的搭設升降式工作平臺結構結構設計平面圖1.8m直徑的鋼護筒入土約25m左右，利用中—160型振動樁錘振動下沉。1.7m直徑的鋼護筒入土約6m左右，利用DZJ-60型振動樁錘振動下沉。升降式工作平臺結構結構設計平面圖①鋼護筒平臺的施工升降式工作平臺結構結構設計立面圖升降式工作平臺結構結構設計立面圖②鋼管樁平臺的施工利用50t履帶吊站在棧橋上插打半幅橋的鋼管樁，在鋼管樁上安裝分配梁，在分配梁上安裝貝雷梁，貝雷梁上鋪設I18的分配梁和8mm的花紋鋼板,形成鉆孔平臺，50t履帶吊站在已拼裝好的鉆孔平臺上，插打另一幅橋的平臺鋼管樁，拼裝另一幅橋的鉆孔平臺。利用鉆孔平臺上的導向架、DZJ-135型振動樁錘將護筒下沉直至設計深度。護筒下沉注意事項：護筒第一節(jié)下沉時，應選在平潮位，使護筒入土時準確就位。接樁時，將控制樁頂標高在潮水位以上。護筒的頂面應高出高潮水位加浪高以上1～2m，在淺層氣要適當加高。4.2鉆孔灌注樁施工4.2.1鉆機類型的選擇本標段的鉆孔樁為變直徑樁，分為兩種，一種直徑為2.0m，樁長105m，另一種直徑為1.5m，樁長86～95m。因樁長較長，要求鉆機不僅具有能鉆超長樁孔的鉆進能力，還要有良好的排渣性能，尤其是氣舉反循環(huán)的能力。比較國內鉆機的性能，選擇上海探機廠的GPS-20、GPS-25型、張家口探礦機械廠的GJD-2000型以及鄭州勘察機械廠的KP-200型鉆機作為鉆孔樁施工的主要機型。4.2.2鉆孔樁施工一個橋墩布置兩臺鉆機，分別安裝在左右幅墩位上同時鉆孔。先采用大直徑鉆頭，施工上段大直徑的鉆孔樁，當達到設計要求的標高后，換成小直徑鉆頭，施工下段鉆孔樁。（1）鉆孔:①正橋鉆孔樁鉆孔前，在離基礎約30m處進行地質鉆孔，在專業(yè)人員的指導下進行排氣實驗，確認基礎附近是否為淺層氣分布區(qū)，根據(jù)實驗情況確定施工措施。②鉆機就位前，應對主要機具及配套設備進行檢查維修之后開始組裝鉆機、安裝起吊系統(tǒng)，要求鉆機底盤在護筒頂部就位。鉆機的起吊滑輪線、鉆頭和樁孔中心三者應在同一鉛垂線上,其偏差不得大于2cm。③每個孔位應繪制鉆孔處地質剖面圖，針對不同地層選用不同的鉆頭、鉆進壓力、鉆進速度及泥漿稠度。開鉆前，應用淡水將護筒內滯留的海水置換。④經(jīng)常注意地層變化，在地層變化處均應撈取渣樣，判斷地質類別，記入記錄表中，并與設計院提供的地質剖面圖相對照。鉆渣樣應編號保存，以便分析備查。⑤在鉆孔過程中，始終保持鉆孔內水位和泥漿濃度，以防坍孔。⑥鉆孔作業(yè)必須連續(xù)進行，不得中斷。因特殊情況必須停鉆時，孔口應加護蓋，并嚴禁鉆頭留在孔內，以防埋鉆。應經(jīng)常對鉆孔泥漿進行試驗，不符合要求時隨時調整。⑦開始鉆進時，進尺須適當控制，使初成孔豎直、圓順，防止孔位偏心，孔口坍塌。⑧在鉆孔過程中，要注意鉆渣的排放，不要污染環(huán)境。⑨當鉆孔深度達到④1⑤1⑤3⑤4層時，加大泥漿的比重,提高護筒內的水頭高度，防止氣體外噴。當孔底標高達到設計要求時，應對孔深、孔徑、孔位和孔形等進行檢查，確認滿足設計要求后，立即填寫終孔檢查證，并經(jīng)駐地監(jiān)理工程師認可，方可進行孔底清理和灌注水下砼的準備工作。（2）清孔①鉆孔達到要求深度后，停止鉆進開始清孔，清孔應用提前制備的優(yōu)質泥漿，采用泥漿泵向孔內壓送優(yōu)質泥漿，正循環(huán)法清孔，將孔內含鉆渣泥漿全部置換出來。②清孔時注意事項：在清孔排渣前必須注意保持孔內水頭，防止坍孔。清孔后從孔口、孔中和孔底提取的泥漿比重的平均值，應符合質量標準要求，在灌注水下砼前，孔底沉淀厚度應控制在設計要求范圍內，應提前做好灌注水下砼準備工作，縮短清孔后至灌注水下砼的時間。③不得加深孔深來代替清孔。（3）吊裝鋼筋骨架鋼筋籠在鋼筋加工場制作，每段長度約10m左右。制成的鋼筋骨架必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，以便在運送、吊裝和澆筑砼時不致松散、移位、變形，壓漿管和檢測管應和鋼筋籠固定牢固。沿樁長每2m安裝一道混凝土墊塊，沿圓周等距離布置，不少于4個。鋼筋籠底面容許偏差為±50mm，當其達到設計標高后，固定于孔口。（4）安裝導管灌注水下砼，采用φ30cm大導管進行灌注。導管使用前應按規(guī)范要求進行必要的水密承壓試驗。上下成直線吊裝，位于井孔中央。（5）灌注水下砼①灌注砼是鉆孔樁施工的關鍵，在灌注前，應探測孔底沉淀厚度，必要時進行二次清孔。②砼由自動計量拌合站負責生產(chǎn)，嚴格控制坍落度。因采用泵送灌注，混凝土坍落度控制在18～22cm。③澆注首批砼時應注意：導管下口至孔底的距離一般為25～40cm；首批混凝土的數(shù)量應能滿足導管埋入砼的深度不小于2.0m。④砼的灌注應連續(xù)進行，不得中斷，在整個灌注過程中，導管底部埋入混凝土的深度不小于2m，但不得大于6m。當砼面接近鋼筋骨架時，宜使導管保持稍大的埋深，并放慢灌注速度，砼面進入鋼筋骨架一定深度后，應適當提升導管，使鋼筋骨架在導管下口有一定的深度。⑤混凝土灌注過程中，由專人記錄混凝土的數(shù)量，導管埋入混凝土的深度等情況。⑥在澆注過程中，應將孔內溢出的泥漿引流至泥漿船或泥漿池內處理后可重復使用，防止污染河流及周圍環(huán)境。（6）樁底壓漿①漿液的配置漿液由水泥、膨脹土、水、減水劑組成，其七天強度應大于5MPa，漿液應流動性好，壓力泌水小，漿液的配比通過實驗確定。②樁底壓漿當樁基混凝土施工完成后的24-48小時內，向壓漿孔內壓入高壓淡水，疏通壓漿管底部的注漿孔，當水壓降低，應立即停水。鉆孔樁混凝土灌注至少10天后，方可進行樁底壓漿。壓漿按照各回路分階段依次壓注。每次循環(huán)的劑量一般控制在50—100L，壓漿速度控制在10L/min，并維持壓力約10分鐘，為保證下一次的壓漿順利，每次壓漿后，應徹底沖洗管道，前后兩次壓漿循環(huán)的時間應不小于6小時。壓漿管的頂部管道應安裝壓力表，在壓漿過程中記錄好樁頂?shù)臉烁咦兓毫?、注漿量以及時間，當總壓漿量、壓漿管道的壓力、樁上浮值有一項達到設計要求后，終止壓漿。5、質量控制點5.1海上進行鉆孔樁施工，尤其是100m左右的超長鉆孔樁施工，是本標段的難點工程。本標段的鉆孔樁采用護筒上搭設鉆孔平臺，護筒間設有聯(lián)結系，將護筒聯(lián)成整體，形成牢固的平臺，避開了海上風浪的影響。為確保工期，共安排11個工作面22臺鉆機進行鉆孔施工，同時配6臺備用。5.2護筒的定位以及下沉深度，直接影響基樁的位置和鉆孔過程中孔壁的穩(wěn)定性，尤其是本標段要借助于護筒搭設鉆孔平臺。第一節(jié)護筒必須沿導向架下沉，導向架的定位要準確，應盡量選在低潮位時下沉，同時采用兩臺經(jīng)緯儀交叉精確定位，使護筒入土時的位置盡量準確。護筒應打入不透水層，這樣，才能保證孔壁的穩(wěn)定性。5.3護筒的頂面應高出高潮水位加浪高以上1-2m，在淺氣層要適當加高。5.4鉆孔泥漿的質量對非套管鉆機至關重要，泥漿性能直接影響孔壁的穩(wěn)定，影響鉆孔速度，同時影響成孔質量。所以，泥漿的制備和處理非常重要。為防止海水對鉆孔樁質量的影響，本標段不使用海水調制泥漿，開始鉆孔前將護筒內的海水排除，灌入已制備的泥漿，鉆孔通過富含淺層氣的地層時，加大泥漿比重，提高護筒內的水頭高度，防止淺層氣對鉆孔的影響。每臺鉆機都配有泥漿池或泥漿船，泥漿池擺放在鉆孔平臺上，鉆孔過程中，不斷清除已沉淀的鉆渣，采用稀釋鉆渣的方法將鉆渣泵送到指定地點，嚴禁排入海中。采用優(yōu)質泥漿清孔，清除懸浮的鉆渣顆粒，避免二次清孔。5.5在鉆孔樁開始施工前，在距樁基不小于30m附近，用地質鉆在專業(yè)人員的指導下做排氣實驗，探明淺層氣的情況，預防鉆孔過程發(fā)生事故。5.6鉆孔垂直度的控制規(guī)范要求鉆孔傾斜不大于1%，即樁底的偏差允許值為1m，若兩根樁相對傾斜，則樁底幾乎相交，故本標段鉆孔樁的垂直度要求應高于規(guī)范要求。具體措施如下：使用導向性能好的雙腰帶鉆頭，并焊接加勁板。鉆桿連接應在一條直線上，鉆進過程中鉆桿應始終保持垂直。鉆桿每隔20m左右設導向筒。始終保持減壓鉆進，并控制進尺速度。5.7鋼筋籠的施工鋼筋籠制作應在胎具上進行，每節(jié)鋼筋籠均要保持順直，每一節(jié)鋼筋籠長度應控制在10m左右，鋼筋籠采用錐形套筒聯(lián)結，由吊機下放，為防止鋼筋籠上浮，第一節(jié)鋼筋籠的底部應加設鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片起到保護壓漿管出口和防止上浮的作用。5.8混凝土灌注5.8.1安裝導管采用φ30cm大導管進行灌注，導管使用前應按規(guī)范要求進行必要的水密承壓試驗。上下成直線吊裝，位于井孔中央。5.8.2灌注水下砼灌注前，應探測孔底沉淀厚度，必要時進行二次清孔。澆注首批砼時應注意：導管下口至孔底的距離一般為25～40cm；首批混凝土的數(shù)量應能