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一、工程概况
XX至XX跨江通道XX跨江大桥全长10.km,主要由(南北)陆地区引桥、(南北)水中区引桥和主航道桥组成。
为尽量减少对钱塘江河床断面的阻隔,水中区引桥下部结构均采用单桩独柱构造,即桩柱直接对接,不设承台过渡。
水中区引桥共设根Φ3.8m大直径超深钻孔桩基础。其中南岸水中区引桥(第Ⅱ合同段)由我局中标承建,含有20根Φ3.8m大直径超深钻孔桩。
南岸水中区引桥全长m,上部结构为三联连续刚构梁
桥跨布置为(7×70m)+(70m+m+70m)+(4×70m)
1.1、Φ3.8m钻孔桩设计情况
南岸水中区引桥范围墩号为N1#~N6#墩、N11#~N14#墩,下部结构采用单桩独柱结构型式,桩基为直径Φ3.8m的钻孔灌注桩,每墩2根,共20根桩。
1.2、水文、地质条件
1)水文条件:桥址区潮流为不规则半日浅海潮,涨潮流大于落潮流。根据短期观测资料,平均高潮位4.02m,平均潮差6.44m。07年9月实测垂线最大流速6.65m/s。桥位河床底质颗粒较细,起动流速低,易冲易淤,河床变化剧烈。经实测,桩位处河床面已由详勘时的0.0m冲刷至-10m,对钻孔平台设置有较大影响。
2)地质条件:桥址区地层上部为较厚的第四纪松散沉积物,下伏泥质粉砂岩、砂砾岩风化层。典型地层分布自上往下为粉土、粉砂、淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹砂、粉质粘土、中细砂、圆砾石。
工程地质纵断面图
1.3、施工特点及难点
1)桩基钢护筒长度45.0m,内径Φ4.1m,外形尺寸大,重量超过t,对运输及起重设备性能要求较高;就位精度控制平面偏差5cm、垂直度1/,对下沉工艺要求极高。
2)直径大,最大孔深达m,桩尖入砾砂岩超过10m,且需穿越厚20m以上的胶结状卵砾石层,对钻机系统性能要求极高。
3)桩基施工均为水上作业,根据现场情况适宜采用钢平台工艺,由于钻机荷载很大,而水文条件恶劣,钻孔平台的设计及施工控制点较多。
4)桩基采用海工高性能混凝土,技术要求高,单桩方量达m3,对混凝土生产供应系统及现场灌注工艺要求较高。
5)现场交通须通过栈桥,点多线长,受相邻标段施工干扰大,对施工组织要求极高。
二、主要施工技术方案
2.1、施工技术方案简述
1)钻孔平台施工:设置结构强大的钢平台,平台搭设依托栈桥采用钓鱼法施工。
2)钢护筒施工:考虑外形尺寸较大,运输不便,采用现场加工;沉放采用大型振动锤及履带吊施工,由于护筒超长超重,采用分节沉放、现场接长工艺。
3)成孔施工:选用大功率、大扭矩液压动力头回转钻机,气举反循环工艺成孔。
4)钢筋笼施工:采用长线台座法加工,分节运至现场,履带吊安装接长。
5)混凝土施工:选用额定生产能力m3/h的搅拌系统供料,输送车运至现场,泵送入仓,单导管灌注。
2.2、钻孔平台设计施工
1)平台设计
由于桥位区水文条件极其恶劣,设计抗风能力、抗流力、抗波浪力的大直径、高桩施工钢平台很有必要。
考虑施工方便,平台顶标选择与施工栈桥一致,即+10m。
平台上考虑1台钻机作业;考虑钢护筒下沉、钢筋龙安装、混凝土灌注设备布置;预留1台t.m固定式塔吊基础;考虑布置施工人员的临时办公与休息设施。
钻孔平台桩基采用Ф0×12的钢管,桩间平联采用Ф×10的钢管,斜撑采用Ф×8的钢管;桩顶横梁采用2HN×作,其上搁置梁采用HM×,分配梁采用I22b,面板采用10mm钢板。
2)平台施工
依托施工栈桥采用钓鱼法搭设钻孔平台;
沉桩设置导向架,振动锤选用DZ型,起重设备选用t履带吊;
沉桩安排在平潮时段施工,并及时焊安平联管及上部梁系。
2.3、钢护筒施工
1)钢护筒设计
钢护筒顶标高与平台一致,顶标高+10m,底标高设计-35m,总长度45m,内径4.10m,外径为4.m。下部12m范围壁厚为32mm,采用QC钢,其余壁厚为27mm,采用QC钢。
综合考虑运输及起吊工艺,钢护筒分2节进行沉放:底节长度23.0m,重约71.5t(含加劲箍);顶节长度22.0m,重约60.6t。
2)钢护筒加工
由于钢护筒外形尺寸过于庞大,公路运输通行困难,而水运则存在安全风险,经综合比选,钢护筒采用在后场专业钢结构厂房加工,焊缝采用直焊缝。
为减少钢护筒在运输和吊装过程中的局部变形,在钢护筒两端吊点位置及中间设置米字形内撑,采用工10型钢。
为确保钢护筒下沉过程中刃脚不变形,在护筒底部设置2道δ20mm的加劲箍,间距为1倍桩径,每道加劲箍宽度为50cm。
3)钢护筒运输
钢护筒采用平板车运输,为了确保运输途中钢护筒的稳固,车上设置圆弧形底托,并用钢丝绳固定。
运输至平台途中设专人负责指挥,并先行清障。
4)钢护筒沉放
采用t履带吊吊安钢护筒,并在护筒竖立过程中辅以t汽车吊抬吊。
通过对桩位处地层分析计算,选用2台ICEV液压振动锤施沉钢护筒。
为了保证钢护筒就位准确,设置整体式双层导向架,上下限位轮间距7m,导向架安装在钻孔平台上,每次下沉护筒前,由测量人员精确放样定位,并与平台焊接固定;护筒下沉过程中,测量人员通过仪器全过程监测,发现偏位及时通知现场指挥人员纠正。
钢护筒现场频接采用二氧化碳保护焊,焊接完成后经超声波检测合格后,方可下沉。
护筒上端措施部分材质和壁厚与永久护筒上端相同,沉设是可靠可行的,同时作为墩柱施工的挡水结构,完全满足其施工要求。护筒底口加劲箍设置方法,通过钻孔过程验证,应是合适的,护筒底口无卷边及变形情况。
钢护筒沉放采用高频液压振动锤,较适应本工程地质分布,最大激振力已经达到了5kN。
2.4、成孔施工
1)钻机选型
根据本工程特点,选择性能优越的大型动力头钻机:KTY-型钻机2台、ZDZ-型钻机1台、KT-型1台钻机。
为适应不同土层,每台钻机配置1个加强型刮刀钻头和1个滚刀钻头,配套直径大于mm高强度钻杆及配重块。
配置足够容量的供气系统及泥浆净化系统,每台钻机配备空压机应不小于20m3/min。
2)工艺平面布置
为了减少对栈桥的影响,合理进行工艺布置,充分利用平台空间。
钻机及泥浆选环系统靠平台一侧安放;钻头钻杆堆放区置于平台下游,远离栈桥;平台中间预留履带吊作业通道;靠近栈桥区域做为材料倒运及混凝土灌注设备驻位。
3)钻进成孔
采用淡水泥浆,优质触变泥浆土造浆,并添加纯碱和纤维素对泥浆性能进行调整,新搅拌泥浆指标要求为粘度>22s,PH值>9。
根据不同的地层选用不同的钻进参数,在淤泥质粘土层用小钻压、控制进尺;在粉质粘土和粘土层用中等钻压,控制进尺;在圆砾层、风化基岩中采用高钻压减压钻进工艺。
终孔后,将钻头提至离孔底一定高度处,空转清孔。当泥浆性能及沉淀厚度满足规定要求后,停止清孔。拆除钻具,移走钻机,钻孔施工结束。必要时进行二次清孔,采用混凝土灌注导管及特制风管进行反循环方法。
3)钻进成孔
由于地层复杂,部分土层胶结严重,所需钻压及扭矩较大,在各地层交界面上需要谨慎从严控制,确保孔壁的稳定和垂直度不超限;
不同土层选用合适钻头,覆盖层采用加强型刮刀钻头,到基岩换用滚刀钻头。部分孔根据实际情况,未采用滚刀钻,而是利用刮刀钻一次到位;
在砂层和卵石层钻进过程中,出渣量大,夹杂大粒径卵石,出现堵塞现象。后续在相同地层中钻进,调整了泥浆性能指标并提高泥浆循环除渣效率;
加强型刮刀钻合金钻齿焊接需要牢靠,每孔间隙修整一次,确保钻进效果;
钻机的维修保养需要跟进加强,现场增配维修人员及易损件,尽量减少非钻进时间,提高施工工效。
4)典型桩孔钻进参数一览表
5)成孔检测
2.5、钢筋笼施工
1)钢筋笼加工
钢筋笼在后场进行加工,采用长线台座法工艺。
钢筋笼标准节段长12m,共9节,采用12m定尺钢筋,以减少接头数量。
主筋接头采用镦粗直螺纹连接器。钢筋笼按加工顺序编号,以方便施工时钢筋笼对接。
钢筋笼采用型钢加强箍,每隔2m设置一道,加劲箍设六边形内支撑,以保证钢筋笼节段在存放及吊装时的刚度。
单节钢筋笼顶部设2层吊环(每层4个),一层用于起吊一层用于桩孔内临时固定;底部设1层2个吊环,用于抬吊翻身。
钢筋笼采用长线台座法加工,质量易控制,对接精度能保证。
采用12m定尺钢筋,分节相对较少,对提高下沉工效较有利。
加劲箍采用型钢,刚度大,有利于保证钢筋笼定形。前期采用角钢,弯制难度大,费工耗时,质量也不易保证,后改为槽钢,施工效果较好。
2)钢筋笼运输安装
钢筋笼采用平板车分节运输至现场。
钢筋笼采用t履带吊需要时辅以汽车吊。u按编号顺序分节吊装入孔,并用连接器连接接长。
由于钢筋笼设计顶标为-3m,距护筒顶有13m,需设置工具笼,以固定钢筋笼。
工具笼长度13米,长度较长,对接不方便;钢筋笼上口保护层22.5cm,导致吊笼挂钩下面吊筋易弯曲变形。后对工具笼进行了改进,主要是部分取消了加强箍,吊筋可分开连接,施工安全性及操作性得以较大改善。
2.6、混凝土灌注
桩基为C30海工高性能混凝土,为保证混凝土质量,优化配合比设计,采用双掺技术,在满足强度及耐久性要求同时具备良好的施工性能。
混凝土原材料按相关要求进场检测合格后投入使用,砂石料均采取遮阳棚进行遮盖。
混凝土由设在后场的3台m3/h混凝土拌合站进行生产,采用10辆8m3混凝土罐车运输混凝土至施工现场,布置3台80或型泵车进行灌注。
混凝土灌注采用单导管,管径mm,单节长度3m,快速接头。首封和正常灌注均采用30m3大料斗集中供料,确保混凝土泵送不间断,另设容积为2m3小料斗与导管连接。封孔采用提板砍球法。
考虑桩径很大,为确保混凝土面均匀上升,正常灌注阶段,导管埋深按3-8m进行控制,测深测点布置4处。
整个灌注阶段对施工栈桥进行交通管制。
混凝土配合比的设计是能满足施工需要的,强度、耐久性及施工性能均较好。Φ3.8m钻孔桩采用单导管进行混凝土灌注是可行的,通过在灌注过程中对混凝土面的监测,4点高差均小于50cm。
由于桩径较大,桩头处理工程量巨大,达13.2m3/m。混凝土灌注完毕后,须及时进行桩顶浮浆及超灌混凝土的清理,避免桩头混凝土凝固后的凿除难度。
三、现场施工情况
3.1、成桩工效分析
通过20根桩基的施工过程来看,总体实施过程比较顺利,经业主委托的第三方检测,均为Ⅰ类桩。可见施工技术方案、关键技术参数确定,关键施工设备选择、混凝土配合比设计及总体施工工艺是合适、可行的。
钢筋笼下放与混凝土灌注工效分析
由于钢筋笼较长,达多米,接头数量庞大,沉放历时长,首根桩达到了28小时,后采取了一系列措施,施工效率有所提高,基本能控制在20小时以内。
混凝土灌注时间基本在12小时左右,灌注强度m3/h,设备配置能满足施工修要。搅拌站效率发挥/=31%;混凝土输送车/10=11m3/h,每小时运送1.5车不到;泵车效率/=41%。
3.2、一点施工体会
大直径超长钻孔灌注(单)桩基础,在国内外建桥史上尚属首例,是今后桥梁建设的一个趋势,必将对钻孔灌注桩的桩径和桩长提出更高的要求。由于该工艺其施工组织难度和成孔成桩风险显著增加,在对河床断面压缩率不作要求的情况下宜谨慎选用。
(1)在强涌潮水域施工,对工况条件的选择至关重要。建议仔细研究,慎重选取合理的控制参数,规避极端工况条件,确保安全的前提下最大可能的优化施工措施结构;
(2)大直径钢护筒制作及运输难度较大,应根据工程特点选取合适工艺,在确保质量的前提下,以达到减小投入提高进度的目的;
(3)大直径钢护筒由于径厚比较大,振沉过程中极易变形,需要专题研究,确保理论指导实践;
(4)对钻机的扭矩和钻深要求极高,成孔周期长,孔壁稳定性难以保证;
(5)对混凝土的灌注系统和灌注工艺要求极高,连续灌注强度大,施工组织难度大。