超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法.docx
- 文档编号:15704269
- 上传时间:2023-07-06
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:911.62KB
超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法.docx
《超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法.docx(21页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法
滩涂区超大混凝土钻孔灌注桩的施工工法
一、前言:
随着桥梁技术的飞速发展,桥梁基础的施工难度越来越大,工艺日趋复杂。
目前世界上最长的跨海大桥在中国杭州湾开工建设,其试验段工程已经结束,滩涂区完成32根工程桩和2根试验桩。
作为大桥建设的科研项目,中铁四局在完成钻孔桩施工后,组织技术力量对长大钻孔桩施工工艺进行认真总结,形成本工法。
二、工法特点:
2.1滩涂区长大钻孔桩快速成孔。
2.2特殊海洋地质条件下钻孔桩施工的泥浆配制。
2.4长大钻孔桩钢筋笼长线法制作;钢筋笼机械对接技术; 2.5桩底压浆工艺。
三、适用范围:
本工法适用于淤泥、软土、淤泥质亚粘土、砂土、粉砂土及细砂土等地基承载力较弱的地层及土层。
四、工艺原理:
混凝土钻孔灌注桩技术是通过工程钻机钻进成孔,下放钢筋笼,采用导管进行混凝土灌注,形成承载结构的钢筋混凝土钻孔桩基础,最后完成桩底压浆与周围地基土层密实地结合在一起形成统一整体,从而提高混凝土灌注桩桩身的摩擦和桩底的承载力。
五、工艺流程:
根据杭州湾跨海大桥滩涂区地质结构,结合长大钻孔桩施工的特殊要求,运用先进的施工技术确定钻孔桩施工工艺流程。
见(图一):
六、桩基施工方案:
杭州湾跨海大桥钻孔桩基础均属深长型钻孔桩,施工精度要求高,加之本工程监理均在海上进行搭设平台施工,施工过程受海潮、台风等不利施工条件影响。
因此,合理地选择钻孔桩施工方法和严密地施工组织是保证钻孔桩工程施工达到预期目标的关键。
针对钻孔桩的工程特点,从人、机、料、法、环五个施工生产要素着手,确定钻孔桩施工的总体方案如下:
七、长大钻孔桩施工工艺
7.1钻孔桩单桩循环时间估计
根据工艺流程安排每根桩工序的作业时间见下表。
7.2钻机选择
杭州湾大桥地质较为复杂,由上至下为松散~中密的亚砂土、淤泥质亚粘土、粘土、细砂土、粘土层,持力层为硬塑粘土。
由于多年沉积,结构紧密;设计桩长在86m以上,最大桩长达到105m,因此钻机选用目前国产较先进的工程钻机:
QJ250-1型、KPG-3000型,GW-30A型,每台钻机配备一台空压机,钻进采用气举反循环施工工艺,钻头选用双腰带梳齿式钻头,以适用于不同地层。
钻机主要技术参数见表7-2
7.3钻孔平台标高
杭州湾跨海大桥滩涂区由于受杭州湾潮位的影响,钻孔平台面搭设标高同栈桥桥面(+7.0)一致,以解决整个施工过程均不受最高潮位的影响,同时使交通方便,便于材料及机械设备运输。
7.4钻孔平台基础及上部结构
根据总体施工组织的要求,钻孔平台是实现主体工程施工的重要环节,其结构设计的合理性和可操作性直接影响主体工程施工进度和工程造价。
因此,钻孔平台的结构设计充分考虑了这两个方面。
首先,采用可拆卸式上部结构,平台纵、横梁均采用贝雷桁架,上铺I22工字钢及10mm厚钢板形成平台。
钻孔桩施工完成后,墩台基础以上部分的平台拆除,周转到其余墩位或栈桥使用,以减少材料占用,降低工程成本,钻孔平台的功能考虑除满足钻孔桩施工要求外,同时又作为机械、材料的运输堆放平台,平台平面尺寸为18×33m,留出6m宽的施工通道供承台施工所用。
其次,采用φ600mm的钢管桩基础,入土深度22.0m左右。
采用50T履带吊配合振动打桩锤施打。
施工方法与栈桥相同,简化了施工设备,满足施工进度要求
钻孔平台结构及平面布置见下图:
7.5.1泥浆制备
钻孔泥浆采用膨润土配置而成的高级泥浆。
膨润土优先使用钠质膨润土,用土量为水的8%,在粘土层中钻进时降低至4%;并加入外加剂进一步改善泥浆性能:
CMC羧基纤维素,降低失水量,掺入量为0.1%;碳酸钠,提高泥浆胶体率和稳定性掺入量为0.1~0.4%;铬铁木质素磺酸钠分散剂,使钻渣颗粒聚集沉淀,掺入量为0.1~0.3%。
用泥浆搅拌机在制浆池使用淡水调制泥浆,调制前必须经过试验验证泥浆性能满足施工要求,并经监理工程师批准。
7.5.2泥浆循环系统
泥浆制备及循环净化系统由泥浆循环槽、泥浆搅拌机、泥浆净化机、制浆池(30m3
×2)、贮浆池(250m3
)、沉淀池(230m3
)、泥浆沉淀处理器等组成。
泥浆循环池采用30m3
钢箱或将4~5个护筒用Φ300的钢管串联起来,作为泥浆循环系统一部分。
泥浆循环系统见下图
7.6钻进
在不同地层钻进时,根据进尺情况及时更换钻头。
粘土层中钻进,由于泥浆粘性大,钻锥所受的阻力也大,易糊钻,选用尖底钻锥,中等转速、大泵量、稀泥浆钻进;在砂土层和淤泥质粘土层钻进时,容易出现坍孔和缩孔现象,选用平底钻锥,控制进尺,采取低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进。
泥浆指标根据地质情况选择调配。
7-7清孔
当钻孔深度达到设计要求时,立即组织质检部门对孔深、孔径和孔形进行检查,确认满足设计要求后,报请监理工程师批准,监理工程师认可后,立即进行清孔。
清孔利用钻机的反循环系统,采用气举抽浆法进行换浆清孔。
清孔时,将附着于护筒壁的泥浆清洗干净,并将孔底钻渣及泥砂等沉淀物清除。
当抽出的泥浆与换入的泥浆指标相近,而且抽出的泥浆中固体颗粒的粒径小于0.5mm时可以认为清孔已满足要求,停止清孔。
监理工程师论坛
钢筋笼和导管安放完毕后,灌注水下混凝土前,测量出的沉渣厚度不得大于20cm。
若此时沉碴超标,要组织工程技术人员和有经验的钻工分析原因,对清孔的要求重新制订,并立即组织劳力和机具进行第二次清孔,第二次清孔利用导管安装风管,反循环清孔。
7.8钢筋笼施工工艺 7.1钢筋笼加工
钢筋笼加工采用长线法施工,为确保钢筋笼制作精度,保证接头质量,加快现场钢筋笼对接进度,以缩短成孔至成桩工序之间间隔时间,钢筋笼分5节加工制作,基本节长18米,最后一节为调整节。
根据加工场地布置可满足同时施工3根钻孔桩钢筋笼,每个加工台位分别就一根桩的钢筋笼进行加工。
为使钢筋笼有足够的刚度以保证在运输及吊装过程中不发生变形,每隔2米设置一道加强筋和Φ50钢管内撑架,安装钢筋笼时拆除内撑架。
螺旋箍筋与主筋的相交处梅花形点焊加强钢筋笼的强度,减小钢筋笼吊装时的整体变形。
声测管及压浆管的安装除在底节钢筋笼安装的同时焊接在钢筋笼上外,其余各节均预先绑扎在钢筋笼内,在安装钢筋笼的同时进行焊接对接。
7.2钢筋笼运输及吊放
钢筋笼成型后用专用托架通过栈桥运至现场,在孔口利用50t履带吊起吊,钢筋笼接头经优缺点比较后,采用套筒冷挤压连接,满足现场操作简单、施工速度较快的要求,其各种钢筋接头优缺点比较见表。
13
钢筋笼对接时必须按照编号顺序依次吊装,每一根钢筋接头位置也必须按照标识一一对应。
下放前检查钢筋笼垂直度,确保上、下节钢筋笼对接时上下节中心线保持一致。
钢筋笼安装到位后及时固定,防止脱落,将钢筋笼主筋与钢护筒焊接,防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上浮。
钢筋笼最上部1.5m范围内的箍筋待承台开挖破除桩头砼后再按设计要求绑扎就位。
钢筋骨架检查项目表
项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法 1 主筋间距 ±10mm 尺量 2 箍筋间距 ±20mm 尺量 3 骨架外径 ±10mm 尺量 4 骨架倾斜度 ±0.5% 经纬仪检查 5 骨架保护层厚度 ±20mm 尺量 6 骨架中心平面位置 ±20mm 经纬仪检查 7 骨架顶端高程 ±20mm 水平仪检查 8 钢筋骨架底面高程
+50mm
水平仪检查
7.3水下砼灌注
7.3.1导管
采用内径300mm的快速卡口导管,单节长3米,最下节长6米。
导管在使用前组装编号,并进行水密、承压、接头抗拉试验,确保导管的良好状态。
导管下放过程中保持位置居中,轴线顺直,徐徐下放,防止卡挂钢筋笼或碰撞孔壁。
并在施工中做好导管安装的长度复核和检验记录,以确保砼灌注顺利进行。
采用砍球法灌注水下砼的初盘需用量对于直径2.0m的钻孔桩为5.15 m3;对于直径1.5m的钻孔桩为4.2m3,因此导管顶部安6m3储料斗,以保证首批混凝土满足导管埋置深度大于1.0m的要求。
7.3.2混凝土灌注 砼灌注应连续进行。
灌注过程应经常用测锤探测孔内砼面的高度,及时调整导管埋深,同时指定专人填写水下砼灌注记录。
导管埋深控制在2~6米。
导管提升应缓慢,以避免导管挂撞钢筋笼。
为确保成桩质量,对于直径为1.5m的桩,砼面标高应超过设计桩顶0.5~1.0米;对于直径为2.0m的桩,砼面标高应超过设计桩顶1.0~1.2米,方可停止灌注水下混凝土。
钻孔桩水下混凝土灌注施工步骤图
八、桩基质量检测:
桩基采用超声波透射法检测,通过埋设在钻孔桩内的声测管来完成。
从桩底开始沿桩底每隔50cm分制进行六个剖面图高程对测,各测点发射与接收换能器积累相对高差不大于2cm,并随时校正。
对试验段工程完成的钻孔桩进行检测,结果表明桩身混凝土完整性好,桩身混凝土强度达到设计要求。
8.1桩底压浆
8.1.1工艺目的
(1)杭州湾大桥南岸滩涂区,地质条件较差,为满足承载力要求,有必要通过桩底压浆施工工艺确定桩基承载力,确定桩长。
(2)通过桩底压力灌浆使桩底土壤密实,从而达到减少沉降,提高承载力的目的。
(3)确定可靠的成熟的桩底压浆施工工艺,包括压浆管的设置安装、浆液配合比,压浆工艺流程及技术控制指标等。
(4)优化并确定压浆机械设备及出浆口密封材料。
8.2桩底压浆施工工艺流程图
8.3管路布置
(1)压浆管路
压浆管采用6根内径φ25mm、壁厚δ=2.5mm钢管,安装前要求清除钢管内锈渣等杂物,防止堵塞出浆孔。
底部用弯头及弯管将2根注浆管连接成回路,其中一根为进浆管,一根为溢浆管,在注浆管上端安装高压止浆阀,在溢浆管上安装溢浆安全阀。
每根钻孔桩共设3个压浆回路,每个压浆回路底部安装两个套筒部件,每个套筒内的钢管上有两个φ6mm被橡胶套筒紧密包裹的注浆孔,孔口朝下,压浆管顶部钢管接长至地面以上,便于压浆操作。
在钢筋笼底部设直径1.1m、厚5mm隔离铁板,隔离铁板与钢筋骨架焊接,底部压浆管固定在隔离铁板下,压浆管底部橡胶套筒在钢筋笼安装完毕后,使其与桩底沉渣紧密接触,防止被水下混凝土包裹,使注浆孔无法用高压水开裂。
压浆管接头处应密封不透水,防止泥浆或水泥浆漏入,避免堵塞压浆管路。
套管包裹材料采用自行车旧胎,外缠防水胶布,包裹前进行空压试验,确定破坏压力。
钢筋笼底部压浆管路的布置见图8.3.1
8.4注浆管定位
如何准确测量钢筋笼底口标高,是桩底压浆施工能否成功的关键。
如果安装10吨重的钢筋笼不到位,压浆管底部橡胶套筒没有触到孔底,那么橡胶套筒可能被水下混凝土包裹,导致注浆孔无法裂开。
如果钢筋笼下放过多,在其自重作用下,可能损坏底部压浆管路,导致无法进行桩底压浆。
为解决钢筋笼定位问题,在钢筋笼底部设置触底开关,导线沿钢筋笼引出桩顶连接指示灯,钢筋笼触底时接通开关,点亮指示灯显示钢筋笼到位,保证注浆管紧贴桩底沉渣。
8.5桩底压浆主要设备
注浆泵:
注浆泵采用3SNS型往复式三柱塞泵,主要技术参数如下:
转速91r/min,理论排量76L/min,压力12MPa,进道口径64mm,排道口径32mm,额定功率22kw,外形尺寸(长×宽×高)1800×945×705mm,整机重量930kg。
制浆机:
制浆机采用ZJ-400型涡流制浆机,主要技术参数如下:
公称容量400L,许用水灰比0.5:
1,制浆时间(水灰比0.5:
1)3分钟,额定功率7.5kw ,重量450kg,外形尺寸(长×宽×高)1350×1150×1460mm。
储浆箱:
为储存浆液并且便于测量注浆量,用薄钢板制作尺寸为1000*1000*1000mm的储浆箱。
开始压浆前,应制备足够的浆液存放在储浆箱内,在压浆过程中,用直尺测量储浆箱内浆液高度的变化,即可计算出每一次的注浆量。
基准梁:
在桩底压浆施工中,为监测桩的上浮情况,设置基准梁,用百分表进行监测。
基准梁采用型钢I40的型钢,与钻孔平台钢管桩连接。
其他配件:
压力表、球形阀、浆液分配器、溢流安全阀、高压软管、管路接头等配件应满足高压工作条件,要求有1.5倍的安全储备,并应在压浆前进行压力试验。
辅助设备:
有冲洗压浆管路的水泵;过滤浆液的滤网等。
8.6桩底压浆施工
(1)材料及设备的准备
压浆前检查确认制浆机、注浆泵、压力表、浆液分配器、溢流安全阀、球形阀、储浆箱、水泵等设备工作状态良好。
压浆管路按编号顺序与浆液分配器连接牢固,并挂牌标明压浆回路序号。
基准梁要有足够的竖向刚度和横向刚度,测量桩身上浮的百分表要安装牢固,测量面要求平滑。
水泥、膨润土、缓凝剂等准备充足,压浆前运抵现场。
(2)出浆口初裂
桩身混凝土灌注后24~48小时,开始压水,出浆管口出水后,关闭出浆阀,继续加压,使套筒包裹的注浆孔开裂,裂开压力为2~6Mpa。
(3)泥浆制备
压浆浆液由普通硅酸盐水泥、膨润土、水、缓凝剂组成,其7天最小抗压强度5MPa。
其配比为:
水泥:
水:
膨润土:
NF减水剂=1:
0.5:
0.1:
0.015,此外可适当添加缓凝剂,其7天最小抗压强度不小于5 MPa。
浆液要求流动性好,粘度为7~9秒,初凝时间约约2~3小时。
每一轮注浆取一组试件。
当浆液超过初凝时间,该浆液废弃不用。
(4)注浆
桩底压浆施工应在钻孔桩混凝土灌注2周后进行,浆液按剂量通过压浆回路轮流依次压注,每次循环每个回路的剂量不超过100L,所有回路应以规定的剂量轮流压注或达到压力为7 MPa的压力后维持10分钟,第一循环压注完成后不少于6小时开始下一轮的压注。
注浆前所有管路接头、压力表,阀门等应连接牢固、密封。
在一条回路中注浆时,其他回路的阀门应关紧,保持管中压力,防止浆液从桩底注浆孔进入其他回路造成堵塞。
注浆时浆液应通过滤网压入进浆管,管路中的水从出浆管排出,直到出浆管流出与进浆管相同浓度的浆液后关闭出浆管,然后匀速加压注浆,压注完成后缓慢减压。
每次压注后用清水彻底冲洗回路,从进浆管压入清水,并将出浆管排出的浆液回收到储浆箱,必须保持管路畅通,以便下次压注顺利进行。
完成一轮注浆后,立即用清水冲洗全部注浆管路。
为避免桩底浆液回流管中堵塞管路,派专人负责按时清洗全部管路,前三小时每半小时清洗一次,后三小时每一小时清洗一次。
最后一轮压浆完毕,经工程师认可后,压浆管路用浆液填充。
每轮压浆完成后应及时清理设备。
(5)压浆终止条件 压浆量≥1500L
压力达7 MPa并持荷10分钟 桩身上浮量≥5mm
满足以上任一指标即可终止压浆 九、成孔总结:
1、钻机选型比较合理。
根据杭州湾大桥试验段工程的地质状况,选用QJ250-1型、KPG-3000型,GW-30A型三种型号的钻机,能够胜任这种地质条件的钻孔桩施工。
2、钻进适当。
施工过程中,采用自动钻进,钻进速度控制良好,无出现异常情况。
3、泥浆配置优良。
采用优质膨润土造浆,根据试验数据合理调整泥浆性能各项指标,护壁成功,效果显著。
4、采用先进的ZX-250型泥浆净化器,将泥浆含砂率控制在4%范围内,清孔后始终保持在2%范围内。
泥浆的充分净化,有利于控制泥浆的性能指标,减少卡钻事故,提高成孔质量。
5、采用气举反循环系统清孔,清孔质量良好,沉渣厚度满足杭州湾大桥施工的特殊技术要求,小于20cm。
6、采用长线法工艺进行长大钢筋笼的加工制作。
确保钢筋笼对接的准确度,同时利用2台50t履带吊选择合理吊装点,对钢筋笼进行吊装,做到钢筋笼吊装时主筋及压浆探测管道不变形。
7、运用国内先进的独特钢丝快插连接装置对接导管,有效地缩短了导管对接时间,同时拆卸方便,工艺先进,体现业主要求的杭州湾大桥施工建设的先进性、高效性。
8、加工制作以对称性好,重量适当,流线型强的探孔器,既做到准确探测孔径的效果,同时防止损坏泥浆孔壁。
9、通过试验对比,科学合理进行配合比设计,坍落度控制良好,砼各项指标优良,施工中效果明显。
10、采用套管将探测管、压浆管连接密切,砼达到初凝后,用清水将高压出浆口打开,确保1周后压浆成功。
十、劳动组织:
10.1投入劳力
本工程正常施工投入各类人员326人,并随着工程进展情况及时调整,劳力配备及任务划分见下表:
十一、安全措施:
11.1桩基施工安全技术措施
①钻机、钻具和吊钻头的钢丝绳,均符合设计要求,使用时有专人检查维修。
②工作平台及钻机平台上满铺脚手板及设置栏杆、走道、并及时清除杂物。
③凡未施工的孔口,均加防护盖。
④钻机的钢丝绳在卷筒上排列整齐。
卷绕钢丝绳时,严禁工作人员在其上跨越。
卷筒上的钢丝绳不得放完,至少保留三圈,严禁人工缠绕钢丝绳。
⑤电动卷筒在工作中,如遇停电或停机检查保养时,将电源关闭。
工作停止后,亦将电源关闭,锁好开关箱。
⑥钻机钻进时,卷扬机变速器换挡事先停车,挂上挡后,方可开车。
⑦当拆钻杆为双层作业时,上下紧密联系,防止落物伤人。
严禁用机械动力拆接钻杆。
使用旋转钻机钻孔,当滑移钻机时,防止挤压电缆及风水管。
十二、质量要求:
1、健全安全保证体系,设专职安全员,加强员工的安全教育,强化安全意识。
2、现场作业人员必须按水上作业规定和条例进行施工操作,各工种必须遵守各岗位的安全操作规程,严禁违章作业。
3、加强气象收集及预报工作,确保施工安全。
4、配置足够数量的安全生产器材(救生圈、救生衣、绳等)。
5、加强施工测量复核工作,确保工程质量。
十三、效益分析:
采用本工法施工的混凝土钻孔灌注桩,能够保证桩的质量,而且不宜出现一些施工过程中不必要出现的质量问题。
按本工法施工的混凝土钻孔桩能够增加桩身的摩擦力并且能够使桩底的承载力提高40%。
同时也能合理安排施工工序,节约材料降低成本,有很好的经济效益。
十四、工程实例:
杭州湾跨海大桥试验段工程由中铁四局二公司承建,主要由4个墩的下部工程(32根桩、8座承台)和336米长栈桥组成。
总合同造价2600万元,合同工期6个月。
其中钻孔桩基础自2003年5月28日开工至2003年7月31日结束,提前21天完成钻孔任务。
本工法在该桥的运用较为成功,取得了较好的经济效益和社会效益。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 超大 混凝土 钻孔 灌注 施工