曹妃甸港区京唐成品码头桩基工程施工流程研究与施工工艺比选

1、曹妃甸港区首钢京唐成品码头桩基工程施工工艺比选与施工流程研究一 桩基工程施工概述京唐成品码头结构形式为地连墙深水遮帘式板桩结构。桩基工程在京唐成品码头的施工中主要有地连墙、锚碇墙、灌注桩、遮帘桩四种。地连墙深水遮帘式板桩结构码头中的桩基工程由于结构重要性以及占据整个工程量约70%的关系，是整个码头施工的重中之重。桩基工程与上部结构施工有着亲密的联系，桩基工程施工的进度质量相当程度地影响整个码头后续施工。因此在工期和技术质量要求下，必须以明确和合理的施工流程为指导，并选用合适的施工工艺进行组织完成好桩基工程才能为整个码头成功实施奠定良好的基础。二 桩基工程结构特点与分析1、京唐成品码头结构断面图

2、2、桩基工程结构分析1）地连墙结构地连墙结构是桩基工程施工中最为重要的核心。地连墙与胸墙一同构成码头前沿板桩墙结构，起着整个码头挡土、防渗防漏砂以及保证岸坡稳定的作用。地连墙由于是连续的条状基础，施工工艺较一般桩基工程要复杂。地连墙施工的特点是：施工工期长，是整个桩基工程生产组织的关键线路；施工技术质量要求高，特别是码头临水面要求极高，是码头桩基施工中最重要的结构。2）遮帘桩结构遮帘桩顾名思义是起遮帘挡土效应的桩，通俗讲就是矩形截面的灌注桩。地连墙深水遮帘式板桩码头要通过以遮帘桩为核心的遮帘结构大大降低前板桩墙的墙后主动土压力，充分发挥前墙抗弯功能，因此遮帘桩施工质量要求高。遮帘桩的数量是桩基

3、工程中最多的，占到将近50% ；遮帘桩的施工还直接影响胸墙的施工；因此遮帘桩也是桩基工程施工的核心之一。3）锚碇墙结构锚碇墙结构是整个地连墙深水遮帘式板桩码头结构的重要一环。锚碇墙与上部的锚碇墙导梁构成整个码头的锚碇结构，锚碇结构通过拉杆传力到前墙和胸墙，因此锚碇墙也是桩基施工的重点。4）灌注桩结构灌注桩结构是支撑门机轨道梁的基础。由于采用单排桩加桩帽和四跨连续梁结构，因此灌注桩的本身质量与位置对码头设备的使用息息相关，但灌注桩结构与整个地连墙深水遮帘式板桩码头主要受力体系无关。3、桩基工程中不同桩基施工的相互影响地连墙与遮帘桩中心距离3m，不能同作业面同时施工，相互影响较大；灌注桩位于遮帘桩

4、施工区域，对遮帘桩的施工有比较大的影响，需要交错施工。4、桩基工程施工地质条件施工原始场地标高+5m左右。-1.0m以上为新近一两年的吹填砂，厚度在56m左右。在进行桩基施工前进行了高能量的强夯地基加固处理，增强了回填砂的密实度，稳定性大大提高。-18m以上基本为砂性土质，砂的细度模数较小，基本为细砂和粉细砂，遇水灵敏度较高。-18m以下分层分布着粉质粘土和砂性土。-33m为桩基施工的最低标高。从地质条件分析可以得出桩基工程施工最需要注意的地质情况主要有两个：1）新近吹填砂虽然经过强夯处理，但局部部位易存在薄弱环节，此处施工桩基容易造成坍孔与缩径；2）另一方面就是土层软硬变化较大，桩基工程成槽

5、施工中要注意土层强度变化，防止成槽垂直度偏差太大，影响后续工序施工。三、桩基工程常见的施工工法特点分析桩基工程的施工工艺流程基本上是：成槽下钢筋笼浇灌混凝土。不同的桩基形式增加不同的工序。如地连墙增加了下放锁口管，拔锁口管两个流程。桩基工程施工的核心是成槽工法的选择，成槽工法的选择除了要适应地质条件还要根据工程的进度、桩基的组合进行互补的组合。桩基工程根据京唐成品码头的地质条件可选用的成槽工法主要有：冲击钻进工法、回旋钻进工法和抓斗挖槽工法。1、冲击钻进工法简介: 冲击钻机利用钢丝绳悬吊钻头，上下运动来冲击破碎地层。采用曲柄连杆结构将回旋运动转变为往复运动来提升和下落钻具，利用钻具提升后自由下

6、落的重力冲击孔底，使岩石破碎而进行钻进的。它对各种土、砂层、砾石、卵石、漂石、软岩、硬岩都能使用。冲击钻机在冲击孔底时，对孔壁四周的土层有一定的挤压密实作用。孔底的钻渣逐渐增大。钻头受到的阻力加大，很难冲击底部原岩土，此时应停止钻，取出钻头，放入抽筒。把孔底的淤积物和比重很大的稠泥浆掏出孔外，直到孔底淤积基本清完泥浆的比重变小为止再放入钻头重新造孔。冲击钻机 正循环回旋钻进设备2、回旋钻进工法简介:回旋钻进工法又叫垂直回旋钻进工法，是围绕着钻杆轴线旋转钻进的一种钻孔方式。根据渣土出渣的方式可分为正循环和反循环和不循环三种。1）正循环：正循环回旋钻进工法在钻机驱动钻具的同时利用泥浆泵通过水龙头钻

7、杆内孔向孔底输入泥浆冲洗孔底。携带岩土屑的泥浆沿钻杆和孔壁之间的外环空间上升，从孔口流向沉淀池，形成正循环排渣体系。2）反循环：反循环回旋钻进工法主要有泵吸反循环、射流反循环和气举反循环三种。空气压缩机产生压缩空气通过送风管经液气混合管送到清孔出水管内与孔内泥浆混合，使出水管内的泥浆形成气液混合体。气液混合体重度远小于泥浆重度。这样在出水管内外的泥浆压力差作用下，管内气液混合体沿出水管上升流动，孔内泥浆从出水管底口进入出水管并顺管流出槽位，将钻渣排出，同时不断补充重度小的泥浆保持压差形成不断流动达到钻进成槽。反循环回旋钻进设备 不循环回转钻进设备3）不循环：不循环回转钻进工法（旋挖钻钻进工法）

8、：通过专用的钻架和动力盘来驱动各种钻具挖槽，使用履带式起重机移动与定位。所使用泥浆不循环使用的是干取土成槽的作业方式，泥浆主要的作用是固壁与冷却钻具。3、抓斗挖槽工法：这里主要介绍液压抓斗挖槽工法。液压抓斗主要依靠带有液压源的专用抓斗主机配合相应的抓斗来完成对岩土层的抓取与卸料。抓斗采用油缸的往返运动实现料斗开闭以完成取料与卸料的任务。当抓斗工作时由主机的吊绳将抓斗提起，此时料斗受抓斗自重作用张开。待抓斗下落至开挖的位置时，利用自重挖入岩土，然后推动油缸活塞杆，抓斗逐渐闭合，将岩土料挖入料斗内，此时主机钓钩将抓斗提取，即完成一次取料工作。专用抓斗主机回旋操作将抓斗转入卸料位置，回收油缸的活塞杆

9、即将料斗打开。完成卸料工作，液压抓斗工法也是一种泥浆不循环干取土的成槽工法。液压抓斗1 液压抓斗2四、桩基工程各种结构与工法的适应性分析1、地连墙：地连墙厚度1.1米，单幅长度4.8米，底标高-30.0米，高度为30.4m。液压抓斗工法由于成槽可以成型矩形不需进行修槽有明显的进度和质量优势；冲击钻进工法和旋挖回旋钻进工法可以排桩施工(间隔跳跃施工)，但工效太低；正循环由于排渣能力有限，在地连墙施工中已经不适用；气举反循环多头钻工法成槽效率较高，但需要修槽和大量的清浆置换，可以采用。综合考虑地连墙的结构和地质条件可以采用液压抓斗法和气举反循环多头钻工法为主的工法进行成槽施工。遇到异常情况如土质中

10、含有硬土或地连墙漏浆跑灰可以采用冲击钻工法或旋挖钻回旋钻进工法进行处理。2、遮帘桩:遮帘桩断面尺寸1.0m1.7m，底标高-33米，高度为33.4m。遮帘桩可以理解为矩形的灌注桩。采用液压抓斗法、气举反循环多头钻工法以及回旋钻进工法均可成槽施工。3、锚碇墙:锚碇墙厚度1.2米，单幅长度4.4米，底标高-14.0米，是不连续的地连墙又是长宽比更大的矩形灌注桩。地质条件为回填粉细砂和粉细砂。综合考虑锚碇墙结构特点和地质条件可选用液压抓斗、气举反循环多头钻为主的工法进行施工。为了充分发挥液压抓斗工效可以与回旋钻进工法相结合；气举反循环多头钻工法由于要施工引导管可采用各种回旋钻进工法施工。4、灌注桩:

11、灌注桩孔径1.2米,桩长45米50米，常规的灌注桩成槽工法均能适用。五、桩基工程成槽工法组合的确定综合考虑四种桩基结构型式，有如下几种施工工法组合模式:1、组合一地连墙:液压抓斗直抓成槽。首开段三抓成槽；标准段两抓成槽；闭合段三抓成槽。锚碇墙:液压抓斗旋挖钻，一钻两抓成槽。遮帘桩: 气举反循环多头钻工法成槽，旋挖钻引孔施工。灌注桩:旋挖钻工法施工。组合一主要考虑了发挥液压抓斗干取土、成槽规则的优势，辅以旋挖钻在做灌注桩为主的前提下参与锚碇墙以及遮帘桩引导孔施工的组合效应。其中旋挖钻机还可以在地连墙漏浆、跑灰的早期进行挖孔处理。2、组合二地连墙: 气举反循环多头钻工法成槽为主,液压抓斗配合。锚碇

12、墙:液压抓斗旋挖钻，一钻两抓成槽。遮帘桩: 气举反循环多头钻工法成槽，旋挖钻引孔施工。灌注桩:旋挖钻工法施工。组合二主要考虑了充分发挥气举反循环多头钻施工荷载小、连续性强的特点，辅以抓斗和旋挖钻组合施工发挥气举反循环多头钻更大效能。3、组合三地连墙:液压抓斗直抓成槽。锚碇墙:液压抓斗旋挖钻，一钻两抓成槽。遮帘桩: 液压抓斗工法成槽。灌注桩:旋挖钻工法施工。该模式主要发挥液压抓斗多点同时施工的优势, 辅以旋挖钻工法加快施工效率。实际施工中上海港务工程公司采用互补性更强的组合一进行施工。深基公司由于气举反循环多头钻为自有设备选用了组合二。一航五公司由于抓斗资源丰富选用了组合三。4、应用情况根据应用情况看,由于深基公司在遮帘桩施工中采用了成修槽一体的气举反循环多头钻工法提高了工效走在了另外两家施工单位的前面。上海港务工程公司选用的模式互补性强，施工应急和质量保证方面安全系数大，整个工效排在第二。一航五公司施工相互影响较大.互补性不强排到最后。六、桩基工程施工总体流程的确定和施工总平面布置1、桩基施工总体流程：采用组合一，从各类桩基的数量、各种成槽工法的施工准备时间、各种成槽工法单位成槽工效以及与上部结构流水施工的关联确定桩基工程施工总体流程如下：先施工锚碇墙和灌注桩,再施工不同作业面的遮帘桩和地连墙。施工中灌注桩先行施工给遮帘桩创造工作面；地连墙多作业面同时施工抓住这条关键线路。通过这