大孔径桩基施工方案.docx
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大孔径桩基施工方案.docx
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大孔径桩基施工方案
广州枢纽新广州站及相关工程 新广州站工程(XKZ-3)
新广州站站房桥梁7~9轴
大孔径桩基施工方案
中铁二十二局集团
广州新客站工程项目部四分部
2007年10月8日
一、编制依据
1、新广州站站房桥梁7-9轴部分桩基设计工程施工图,图号:
新广站房施-(桥)0201-09
2、《新建时速200~250公里客运专线铁路设计暂行规定》(铁建设[2005]140号
3、《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002)
4、《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》(TZ213-2005)
5、《铁路混凝土工程施工技术指南》(TZ21-2005)
6、《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)
二、工程概况及钻机设备的选用
广州新客站站房桥7-9轴上部构造为64mV构连续梁,下部构造为桩径2.5m、所有桩基按柱桩设计,设计桩长约30m的混凝土灌注桩群桩、承台、实心墩;根据地质资料显示桩基嵌入W2岩层(弱风化砂砾岩)不少于21m,简要地质资料为:
(1)、Q4m1人工填土层,呈灰黄色
(1),类等级;
(2)、Q4a1淤泥,流塑
(2),类等级,0=60Kpa;
(3)、Q4a1粉质黏土,软塑
(2)2,类等级,0=120Kpa;
(4)、Q4a1粉质黏土,硬塑(
(2)3,类等级,0=150Kpa
(5)、Q4a1粉细砂,松散、饱和
(2)4,类等级,0=100Kpa
(6)、Q4a1中砂,稍密,饱和
(2)5,类等级,0=150Kpa
(7)、Q4a1粗砂,稍密,饱和
(2)6,类等级,0=180Kpa
(8)、Q4e1粉质黏土,硬塑3,类等级,0=180Kpa
(9)、泥质粉砂、砂砾岩,全风化(4)1,类等级,0=200Kpa
(10)、泥质粉砂、砂砾岩,强风化(4)2,Ⅳ类等级,0=300Kpa
(11)、泥质粉砂、砂砾岩,弱风化(4)3,Ⅳ类等级,0=500Kpa
根据以上地质资料及现场施工条件,施工时选用10t冲击钻机,主机功率75kW,附机功率22kW,正转反转36m/min,频率每分钟7次,冲锤使用改装“五瓣”冲锤,重9.5t
三、钻孔桩施工工艺及施工方法
1、工艺流程
钻孔桩施工的工艺流程如下:
平整场地→桩位放样→护筒埋设→钻机就位→钻孔→终孔检查→一次清孔→安装钢筋笼、声测管、压浆管→二次清孔→灌注水下混凝土→拔除钢护筒→清理桩头→下一桩孔施工。
2、施工准备
利用导线控制网采用极坐标法定出基础中心位置,然后用全站仪定出各钻孔桩桩位。
清除桩位处杂物、弱土层,并整平夯实。
在孔口周围挖设排水沟,做好排水系统,合理布置好沉淀池和泥浆池,要求泥浆池容量随时达400m3以上,不满足要求时,需用泥浆运输车运至指定地点排放,不得随意排放,以免污染环境及河流。
3、护筒埋设
采用壁厚10mm的钢板卷制而成,并焊接成整体形式,直径2.8米,长度为2.5m,护筒顶部留有高60cm宽60cm出浆口,底节护筒下设刃脚。
钢护筒的埋设采用人工挖孔,然后利用打桩机架将护筒吊入护筒孔内(护筒吊入孔内时,用全站仪精确测量定位,并进行观测,确保护筒的垂直度及精确定位,保证其倾斜度、各孔口平面偏差小于规范允许值。
)再以粘土回填夯实护筒四周,护筒埋置深度不小于1.0m~1.5m,当桩身混凝土浇注完毕后,即可拔除护筒。
4、泥浆制备及处理
泥浆的护壁原理是通过孔内水位和泥浆浓度高于外部、产生正压力作用来实现的,泥浆中悬浮的阴性材料颗粒与孔壁土壤阳性颗粒发生离子交换,泥浆颗粒吸附在孔壁上形成泥膜护层,根据地质资料可知,本工程履盖层为人工填土层、淤泥、粉质粘土、砂层,密实度较好,钻进时将粘土投入孔内利用钻机直接造浆;泥浆沉淀池及储浆池设置在孔位旁边,由挖掘机开挖两个10m*10m*4m的池子,用钢管进行围蔽,钻进时带钻渣的泥浆从钢护筒开口处流出后通过泥浆沟流入沉淀池,沉淀完毕后流入储浆池,然后利用高压泥浆泵将储浆池内适当比重的泥浆送至孔底,以带动孔内钻碴从孔口流出并流回沉淀池,从而达到抽渣及清孔的目的;在桩基钻孔过程中,从孔内溢出的泥浆经沉淀池后流入泥浆池,桩基灌注时,泥浆一律用泥浆车运至指定地点排放,不得随意排放,以免污染环境及河流。
5、钻孔
钻孔桩成桩设备采用冲击钻,冲锤使用改装“五瓣”冲锤;为防止意外情况的发生,准备备用钻头1个。
根据不同地质情况,采取相应办法:
a.开孔前,用0.5米冲程低锤快打,保持泥浆稠度.
b.粘土层中,采用1米冲程,经常清理钻头上的泥块。
c.砂层,采用0.5-1米冲程,需抛粘土块,勤冲勤掏碴。
d.砂砾岩层,采用2米冲程,钻孔时需勤掏渣。
为准确提升冲锤的冲程,在钢丝绳上做上标志。
开冲前,应检查桩机安装就位是否准确无误,安放是否稳固,避免冲进中出现倾斜、沉陷和位移现象;冲孔时,应经常检查冲锤尺寸及钢丝绳磨损程度,当发现冲击钻锤磨损超过规范允许值后,应及时补焊,使用备用钻锤冲进,在使用补焊后的钻头冲进时,先不要冲到底,应慢慢往下反复修孔后才继续冲进,以防卡钻;当发现钢丝绳磨损严重时,应及时更换钢丝绳,以防止掉锤。
冲击钻成孔时,冲程不宜过小或过大,并应根据土层变化情况及时调整冲程大小;冲程太小,则冲锤刚提起便又落下,从而得不到足够的转动时间,改换不了冲击位置,形成梅花孔,甚至因梅花孔而卡钻,因此冲程不宜过小,当用低冲程时,隔一段时间要更换高一些的冲程,使冲锤有足够的转动时间;当出现梅花孔后,可用片石、混合粘土回填钻孔重新冲击;如因梅花孔卡钻,则可松一下钢丝绳,使冲锤转动一个角度有可能提出。
冲程过大时,冲击力过大,会造成卡钻、破坏孔壁或使孔壁不圆;冲进过程中每冲进4~6米或更换钻锤前用检孔器检测,以保证桩孔的垂直度和桩径。
钻进开始后应分班连续作业,各作业班组应详细作好钻孔记录,并根据地质变化,留取各地质层的土、岩样,如发现施工取样与地质资料有明显不符时,应及时向工程技术人员及有关监理工程师、设计单位汇报,以便及时处理。
当冲击至岩面时应请监理工程师确认岩面标高,冲孔至设计标高后,请监理工程师和设计方确认岩样及钻孔深度,并经监理工程师确认签证后方可终孔。
桩基钻孔应尽量跳开施工,且钻孔必须在邻孔混凝土浇注完毕并达到2.5MPa后才能开始。
钻孔中常见事故的预防及处理如下:
常见事故
产生原因
预防及处理措施
掉锤
由于卡锤时强提,操作不当,使钢丝绳超负荷或疲劳断裂;或钢丝绳与吊锤连接处钢丝绳的绳卡数量不足或松驰;或钢丝绳过度陈旧,断丝太多,未及时更换时易造成掉钻事故的发生。
为防止掉锤,应经常检查钢丝绳和联结装置,并在冲锤上预先焊打捞环。
一旦掉锤,应首先清孔,然后使用打捞工具进行打捞。
卡锤
由于钻孔形成梅花形,冲锤被狭窄部位卡住;或未及时焊补冲锤,钻孔直径逐渐变小,而焊补后的冲锤大了,又用高冲程猛击,卡住冲锤;或伸入孔内不大的探头石未被打碎,卡住锤脚或锤顶;或孔口掉下石块或其它物件,卡住冲锤;或在粘土层中冲击的冲程太高,泥浆太稠,以致冲锤被吸住;或大绳松放太多,冲锤倾倒,顶住孔壁等都易造成卡锤情况的发生。
当为梅花卡钻时,若锤头向下有活动余地,可使钻头向下活动并转动至孔径较大方向提起钻头。
也可松一下钢丝绳,使冲锤转动一个角度,有可能将冲锤提出。
卡钻不宜强提以防坍孔、埋钻。
宜用由下向上顶撞的办法,轻打卡点的石头,有时使钻头上下活动,也能脱离卡点或使掉入的石块落下。
用较粗的钢丝绳带打捞钩或打捞绳放进孔内,将冲锤勾住后,与大绳同时提动,或交替提动,并多次上下、左右摆动试探,有时能将冲锤提出。
在打捞过程中,要继续搅拌泥浆,防止沉淀埋钻。
用其他工具,如小的冲锤、小掏渣筒等下到孔内冲击,将卡锤的石块挤进孔壁,或把冲锤碰活动脱离卡点后,再将冲锤提出。
但要稳住大绳以免冲锤突然下落。
钻孔漏浆
由于护筒埋置太浅,回填土夯实不够;或护筒制作不良,接缝不严密;或水头过高,水柱压力过大等原因,都可能造成钻孔漏浆。
如接缝处漏浆不严重,可由潜水工用棉、絮堵塞,封闭接缝。
如漏水严重,应挖出护筒,修理完善后重新埋设。
偏钻
由于钻孔中遇有较大的孤石或探头石;或在有倾斜的软硬地层交界处,岩面倾斜处钻进;或者料径大小悬殊的砂卵石层中钻进,钻头受力不均;或钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移等都易造成偏钻现象。
安装钻机时要使底座水平,起重滑轮缘和护筒中心应在一条竖直线上,并经常检查较正。
在有倾斜的软、硬地层钻进时,应回填片、卵石冲平后再钻进。
用检孔器等查明钻孔偏斜的位置和偏斜的情况后,在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔,使钻孔正直。
偏斜严重时应回填砂粘土到偏斜处,待沉积密实再继续钻进。
坍孔
由于泥浆过稀,在松土层或砂层时冲程过大、过急
不严重时:
可加大泥浆相对密度,放慢
速度继续钻进,或将桩孔回填到坍
孔位置以上再继续钻进;较为严重
时,须在泥浆内加入水泥;很严重
时,需用砂(或砂砾)夹粘土,将钻
孔全部回填,待沉落密实后重新钻进。
6、抽渣
利用高压泥浆泵将储浆池内比重在1.2以下的泥浆送至孔底,带动孔内钻碴从孔口流出并流回泥浆池,从而达到抽渣的目的。
当孔底沉渣过多,冲孔进尺进度小于15cm/h时采用抽渣筒进行补充抽渣。
7、一次清孔
清孔的目的是抽换原钻孔内泥浆,降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标,满足施工规范要求、清除钻渣、减少孔底沉淀层厚度,防止桩底存留沉淀过厚而降低桩的承载力,同时为灌注水下砼创造良好条件,使测探准确灌注顺利。
施工中我们采用二次清孔法:
第一次清孔是在钻进达到设计孔深以后,将冲锤提出,利用空压机气举抽浆清孔,用泥浆泵抽低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆;一清时,泥浆浓度控制在1.2以内,粘度20s,含砂率控制在2%以内。
8、钢筋笼制作安装
(1)、7-9轴桩基础共有120根φ2.5m钻孔桩,30根φ1.8m钻孔桩,其中7E及7F号承台桩基最长,其桩长为35m,桩基钢筋笼主筋采用102根Φ28的螺纹钢筋,单根长为37.16m,桩基钢筋笼总重量达19.8t。
(2)、钢筋笼骨架采用在钢筋加工场加工成型,共分2节,其中伸入承台的钢筋笼长1.5m。
钢筋骨架加工时主筋连结采用双面焊,焊缝长度不小于5d,钢筋笼接驳时采用单面焊,焊缝长度不小10d。
每节钢筋骨架加工成型后按顺序排列在钢筋加工场内,在每节钢筋的骨架上挂好标志牌,注明墩号、桩号。
钢筋笼放置时,每个加劲筋与地面接触处都必须垫上等高的木方,以免粘上泥土。
钢筋笼骨架全部加工成型后,应检查钢筋笼是否顺直、中心是否一致,以保证所加工的钢筋笼骨架符合要求(钢筋骨架的制作和吊放的允许偏差为:
主筋间距±10mm;箍筋间距±20mm;骨架外径±10mm;骨架垂直度±1%;骨架中心平面位置20mm;骨架顶端高程±20mm)。
钢筋笼骨架加工成型经检查符合规范要求后,用自制平板车将钢筋笼从钢筋加工场运至桩基施工区域,然后利用50T汽车吊将钢筋笼吊至孔内进行下放。
为保证钢筋笼骨架不变形钢筋笼每隔2米增设加劲钢筋,加劲钢筋采用直径28mm螺纹钢筋。
(3)、制作安装声测管、压浆管
按设计图纸要求,7-9轴所有桩基检测采用超声波检测,且为了确保桩身质量,所有桩径2.5m的桩基需进行压浆外理,因此钢筋笼加工成型后需进行检测管及压浆管的安装,超声波检测管采用无缝钢管,内径Ф50mm,壁厚3.0mm。
测管沿桩身箍筋内侧等间距布设,并焊于加强骨架箍筋上,检测管下端距桩底5cm,伸入承台内1m,检测管的连接采用套管连接,4根声测管相邻管道在底部分别形成回路,待声测管完成超声波检测后作为注浆管使用;压浆管每根桩安放4根,和声测管交错均匀布置,伸至桩底,与主筋绑扎,采用33.5*3.25mm无缝钢管,4根压浆管分别形成两条回路,回路未端伸至距桩底5cm处,声测管及压浆管安放时需在回路管底开4个6mm小孔,用图钉堵住,并缠防水胶带封严,在桩基混凝土浇注完成后24~48h内,由压浆泵用清水将管底胶带压裂,弹出图钉,保证管路畅通。
(4)钢筋笼吊装
钢筋笼吊装前应先用检孔器检测桩孔,检孔器的长度为4~6倍桩径,检孔符合要求后再下放钢筋笼,钢筋笼采用自制平板车运至桩基施工孔位后,根据现场条件采用合理吨位的吊车吊装,因钢筋笼较重,达19.8T,因此要求采用不小于50吨的吊车吊装,特殊条件下需加大吊车吨位;在起吊过程中,须用三点吊,严禁一点吊,起吊时需由专人指挥。
由于焊接接头达128个,为缩短焊接时间,尽快吊放钢筋笼,因此施工时要求采用6台电焊机6支电焊枪,人员每30分钟一换,确保在最短时间内完成吊放钢筋笼工作,为防止坍孔等意外事故发生,要求每个钢筋笼接驳时间控制在6小时以内。
钢筋笼全部吊装就位后,在操作平台上安放两根平行的320工字钢,工字钢由安放在护筒外的枕木支撑,严禁架放于护筒上,工字钢穿过钢筋笼吊筋吊起钢筋笼的重量,同时在钢筋笼顶部与钢护筒四周焊接好定位钢筋,防止钢筋笼的上浮。
最后详细检测钢筋骨架的底面标高是否与设计相符,保证其偏差不得大于±20mm,钢筋笼安放时应严格控制其平面位置,偏差控制在20mm以内。
9、导管安装及二次清孔
钢筋笼安装完成后,需立即安装导管,导管采用300mm以上钢管,每节2~3m,配1~2节1~1.5m的短管,底管长5m。
安装前先试拼,接牢固、封闭严密、上下成直线吊装,位于井孔中央。
导管长度必须满足灌注要求,下部导管口距孔底应保持在400-600mm以内;导管使用前必须要进行密封水压实验(水密、承压、接头抗拉),实验合格的导管才可以使用,导管安装完成后进行二次清孔,二次清孔采用一台20m3/min空压机通过导管进行气举吹孔,用泥浆泵抽新低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆,直至合格.二次清孔应控制在以下标准内:
泥浆比重控制在1.1以内,含砂率控制在2%以内,孔底沉渣小于5cm;黏底18s,符合以上要求后,即可进行水下混凝土灌注.
10、水下混凝土灌注
钻孔桩水下混凝土采用拌和站集中拌制,利用混凝土输送泵直接泵送至漏斗,采用导管法进行灌注,灌注时导管居中稳步沉放、提升,不得触碰钢筋笼,以免导管在提升中将钢筋笼提起,导管吊挂在钻机顶部副机滑轮上;浇注首批混凝土时,要仔细计算贮料斗容积,保证首批灌注的混凝土量满足导管初次埋深不小于1.0m并不大于3m(首批砼需用量见下式)和填充导管底部间隙的要求;
首批砼需要量为:
V≥(лd2h1+лD2Hc)/4
式中:
V—首批砼所需数量(m3);
h1—γW井孔砼面达到HC,导管内砼柱体平衡导管外泥浆压力所需的高度,即h1≥HWγW/γC(m);
HC—灌注首批砼时所需井孔内砼面至孔底的高度,HC=h2+h3(m);
HW—井孔内砼面以上水或泥浆的深度(m);
d—导管直径,取d=0.30m;
D—桩孔直径(考虑1.1的扩孔系数)(m);
γW、γC—为水(或泥浆)、砼的容重,
取γW=11KN/m3,γCC=24KN/m3;
h2—导管初次埋置深度(h2≥1.0m),
h3—导管底间隙,约0.5m。
经计算首批混凝土需用量为9.8m3,因此需用两台混凝土运输车往混凝土输运车内输运混凝土,灌注时采用剪球法浇筑首批砼,首批砼灌入孔底后,立即探测孔内砼面高度,计算导管埋置深度,确信符合要求后即可正常灌注,混凝土灌注时间应控制在首批混凝土初凝时间内完成。
砼浇注过程应注意以下事项:
a、灌注开始后,要紧凑连续进行,并注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况,及时测量孔内砼面高度,正确指挥导管的提升和拆除。
导管在砼内埋深控制在2m~6m左右。
b、砼浇筑面上升到钢筋骨架下端时,为防止钢筋骨架被砼抬升,浇筑速度适当放缓,而当砼进入钢筋骨架3m以后,提升导管,使导管口离钢筋骨架的底部距离不小于1m。
c、砼灌注过程中,后续砼要沿导管壁徐徐灌入,以免在导管内形成高压气囊。
另外,为保证桩基础的密实,要及时抽插导管。
砼浇筑过程可能遇到的问题及其处理:
①、如首批砼灌注失败:
用带高压射水的Ф300mm吸泥机将已灌砼吸出,重新按要求浇筑。
②、导管进水:
如因导管埋深不足而进水,则将导管插入砼中,用小型潜水泵抽干导管内的积水,再开始灌注;如因导管自身漏水或接头不严而漏水,迅速更换已经拼接检查好的备用导管,然后按前面做法处理,如上述两种方法处理不能奏效,则应拆除灌注设备,用带高压射水的Ф300mm空气吸泥机将已灌注砼吸出,清孔后再重新浇筑砼。
③、卡管:
初灌时隔水栓卡管,或因砼自身卡管,可用长杆冲捣器使隔水栓下落。
如仍不能下落,则将导管连同其内砼提出钻孔,另下导管重新开灌。
如因机械发生故障或因其它原因使砼在导管内停留时间过大,孔内首批初凝,宜将导管拨出,用吸泥机将孔内表层砼和泥渣吸出,重下新导管灌注。
灌注结束后,此桩宜作断桩予以补强。
④、埋管:
若埋管事故已发生,初时可用链滑车、千斤顶试拨。
如仍拨不出,已灌表层砼尚未初凝时,可加下一根导管,按导管漏水事故处理后继续灌砼。
当灌注事故发生处距桩顶砼面小于3m时,可考虑终止灌注砼,待护筒内抽水后按施工缝处理,接长桩柱。
⑤、每根导管的水下混凝土浇注工作,在该导管首批混凝土初凝前完成,否则应掺入缓凝剂,推迟初凝时间。
⑥、混凝土的坍落度满足设计要求,混凝土浇注连续进行,为保证桩的质量,留比桩顶标高高出1.0M的桩头.
⑦、技术人员应对钻孔灌注桩各项原始记录及时进行整理、签认。
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