桥梁深水基础施工方案及施工工艺

桥梁深水基础施工方案及施工工艺.某桥梁深水基础施工方案及施工工艺.1.概况大桥位于巴中侵蚀低山区，在曾口场下游约3km跨越某河，桥位处航道等级为Ⅶ级，航道尺度（航深×航宽××12×249m，桥位处河面宽约110m。本桥采用大跨混凝土连续梁桥，中心里程为D1K24+610，桥跨布置：8×32+（48+80+48）+7×3。桥位处轨底至河底高50m。两座桥梁下部结构均采用T形桥台，圆端形桥墩及圆端形空心墩，基础采用钻（挖）孔桩基础。水中墩基础采用双壁钢围堰施工，需搭设水中栈桥及钻孔平台。.2.施工方案见“表-1”.3.施工方法及工艺本桥陆地桩基、浅水桩基、墩台、现浇连续梁施工法同“3.5.桥梁工程”，不再详述。重点主要是深水基础施工，施工方法及措施如下：表-1深水基础施工方案表水上运输、砼供应、保证通航方案采用通岸短栈桥和驳船运输相结合的水上运输方案，通岸短栈桥仅用于岸边浅水区墩的施工，并可用作辅助码头。在岸上设置砼拌和站，用于桥梁下部及上部砼的施工，砼水平运采用砼运输、运输船运送，垂直运输采用泵送。本方案不影响航道的正常通航，为了保证通航的安全，在江上设置航标、导航塔等设施，并安排专人昼夜值班。钻孔桩基础施工方案陆地钻孔桩在桩基施工作业场地范围内用推土机平整碾压，采用钢护筒进行孔口段护壁，挖埋法埋入护筒，根据地质情况选用冲击钻机、循环钻成孔，泥浆护壁，桩体砼采用导管法进行水下砼灌注。浅水中钻孔桩采用草袋围堰然后填土（抽水）筑岛作为钻孔桩施工平台，桥两端搭设通岸栈桥，利用吊车安装钻机，采用冲击钻、循环钻成孔。深水中钻孔桩深水中利用浮运双壁钢围堰搭设钻孔平台，利用浮吊安装钻机，采用冲击钻、循环钻成孔。承台施工方案陆地承台开挖采用明挖，并采取支护措施确保坑壁成型，绑扎钢筋，立模后按常规法浇注砼。水深3m左右的水中承台采用钢板桩围堰进行围护挡水。深水承台利用双壁钢围堰，在双壁钢围堰内进行承台开挖和模筑施工。墩台施工方案墩台身采用大块整体钢模板拼装组合，起重机吊装就位；钢筋集中制作现场整体吊装；砼泵送入模，人工振捣。15m以下的墩一次浇筑，15m以上的墩分多次浇筑。连续梁悬灌施工方案先施工0#梁段，根据具体情况选择落地支架或墩顶托架进行施工，落地支架采用钢管或制式器材搭设，托架采用制式杆件或型钢，立模、布设钢筋、钢绞线，泵送砼一次浇筑成型，张拉、压浆完成后，在0#块上安装挂蓝。悬灌采用对称、同步浇筑施工。边跨直线段，采用支架法现浇。合拢时，先合拢边跨合拢段，拆除临时支墩进行第一次体系转换，然后合拢中跨合拢段。合拢时采取临时固结刚性锁定，两端进行均衡压重。悬灌梁的标高、线形控制采用铁科院开发的软件随时进行信息反馈和调整。简支T梁施工方案采用预制架设法施工，T梁在制梁场预制，架桥机逐孔架设。.施工栈桥施工分别从两岸浅水区修建便道，再分别搭设栈桥，栈桥宽6m，栈桥为15m一跨，每个临时墩布置3根Φ80cm钢管桩、桩间设置横向剪刀撑连接系，桩顶设置钢结构分配梁，栈桥梁部采用贝雷梁拼装、铺设桥面板，栈桥与桥墩基础施工平台连接，以保证吊机到墩位作业。具体见施工栈桥示意图-1。栈桥基础采用打入钢管桩，钢管桩顶部设型钢承台，承台上设钢支座，沿线路纵向架设贝雷梁，贝雷梁上部沿栈桥横纵向架设工字钢作桥面分配梁，与贝雷梁之间联结采用勾头螺栓连接，上部铺设钢板，与工字梁焊接。贝雷梁横向之间设剪刀撑，确保施工栈桥整体稳定。钢管桩直径采用Φ60cm，钢板壁厚12mm，长度根据设计荷载及地质状况综合考虑布设要求经计算确定。(1)钢管桩施工履带吊停放在已施工完成的施工便道，吊装悬臂导向定位支架，悬臂导向定位支架精确就位后，运输钢管桩就位。履带吊机起吊底节钢管桩吊至设计桩位并插桩，让钢管桩自沉入土，待一组全部钢管桩就位后，用履带吊将振动锤与液压夹钳吊至钢管桩顶口，用液压夹钳将钢管桩顶口夹住检查桩的垂直度满足要求后，开动振动锤振动，每次振动持续时间不宜超过10～15min，过长则振动锤易遭到破坏，太短则难以下沉。每根桩的的下沉一气呵成，不可中途停顿或较长时间的间隙，以免桩周土恢复造成继续下沉困难。单根桩节按起吊高度和重量控制最大为15m，单根桩长超过15m分为2节，底节钢管桩入土至导向架施工平台上～1.0m高度时，移去振动锤进行接桩。用履带吊将顶节钢管桩就位后，逐根就位，钢管桩就位后进行两节桩的焊接，同时履带吊换上桩锤和液压夹钳。桩与桩之间焊接质量经检查合格后重新进行打桩，直至将桩打到设计深度。图-1施工栈桥结构示意图沉桩导向架设计：栈桥设计跨度为等跨15m，定位的思路考虑利用架桥机的原理，采用贝雷桁架与型钢加工形成一整体悬臂导向架，贝雷桁架长13m，导向架末端与已经铺设完成的栈桥前端贝雷梁销接，导向架前端按设计的桩位预留孔位并设置导向系统。先利用已经形成的栈桥作为待施工钢管桩的粗定位导向，再利用前端导向架上的微调系统完成钢管桩的精确定位。通过此导向架系统可以将水上定位转变为陆上定位，避免由于水流对定位的影响。施工中将导向架加工为整体结构。施工完一跨栈桥后，利用履带吊将导向架整体吊装与栈桥主梁连接，精确放出桩位，调整导向轮位置控制桩位后，履带吊配合振动锤沿测定孔位打桩。一排钢管桩振打完毕将导向架移开，铺设分配梁、主梁及桥面系，然后转入下一孔便桥施工。(2)栈桥架设打桩施工完成后，检查桩的偏斜及入土深度与设计无误后，在钢管桩之间安设型钢剪刀撑使其形成整体。同时在桩顶按设计尺寸气割槽口，并保证底面平整；标准跨先吊放2根Ⅰ32a横向型钢分配梁，与钢管桩焊接固定；每联接头桩位置先吊装纵向分配梁，并与钢管桩焊接固定，在其上再吊放横向分配梁。钢管桩施工完成以后，施工栈桥采用履带吊机架设贝雷桁架主桁纵梁，贝雷桁架在拼梁场分组拼装，汽车运至铺设位置，吊机起吊安装成主桁整体，并与分配梁连结。施工栈桥钢梁架设详见图-2。桥面施工：在已架设好的贝雷桁架纵梁上安装桥面系，其中Ⅰ22a横梁与贝雷桁架纵梁的连接采用骑马螺栓连接，Ⅰ面板纵肋满焊在Ⅰ22a面板横肋上。标准化模块间设置1cm的缝隙，用于防止因温度变化而引起的桥面板翘曲起伏。栈桥栏杆立杆及横杆均采用Φ48×普通钢管制作。栏杆采用在岸上加工区统一制作连接成片，运至栈桥吊装焊接。栈桥两侧均设置栏杆，在每联接头处断开。栏杆按设计图纸设置立柱，焊接在桥面系横梁上。栈桥栏杆通过粉刷不同颜色油漆以区分禁吊区和非禁吊区，并在栈桥上设置警示灯和夜间照明设施。图-2施工栈桥钢梁架设图.3.2.深水桩基施工钻孔桩施工工艺流程：钻孔施工平台建立→插打钢护筒→安装钻机、钻孔→一次清孔→拆除钻具→检孔→安装钢筋笼、导管→二次清孔→浇筑水下混凝土→桩身混凝土质量检查。(1)主要施工设备及机具①水上浮吊水上高架浮吊主要由六七式铁路战备舟桥器材的标准舟节、分水节、公路栈桥箱形梁、托架、电动锚机及动臂吊机组成的水上起重设备，岸上到水中及水中的所有起重吊装作业全部由浮吊来完成。浮吊的性能：最大起重20吨，最大起重高度30米，起重幅度6—18米，起重臂旋转角度220度。其拼组形式见图-3图-3浮吊拼组形式图②运输船运输船由标准舟节、公路栈桥梁、电动锚机等拼组而成，由机动舟顶推，运送成孔钻机、钢护筒、钢筋笼、钢模板、混凝土或其它材料；根据现场施工的实际需要，可调整标准舟节的数量来改善运输能力，其拼组形式见图-4。③浮运龙门船浮运龙门船由中—60浮箱、六五式军用墩和六四式军用梁、天车等拼组而成，在浮运船上设立两组龙门吊。④钢围堰拼组浮平台钢围堰拼组浮平台由中—60浮箱、箱形栈桥梁、电动锚机等组成，用于双壁钢围堰底节部分拼组时的作业平台。⑤机动舟机动舟（300马力）是水上运输的主要动力设备，用来顶推浮吊、浮运龙门船、浮平台及运输船到位作业。图-4运输船拼组形式图⑥钻机钻孔采用ZSD2500型气举反循环旋转钻机(每个主墩上二台)，在砂性土及淤泥层采用三翼钻头钻进，在基岩中换成牙轮钻头钻进。⑦泥浆机每台钻机配置ZX-500型泥浆制备分离系统一套，并将护筒间用泥浆槽(用钢板焊接而成)连接用于泥浆循环，墩旁配备泥浆船，满足钻孔废浆、废渣排放需要，采用膨润土按比例掺入CMC、PHP、Na2CO3配制的优质泥浆。(2)钻孔平台深水中各墩桩基础均采用固定式水上平台法进行钻孔施工，栈桥施工完毕后，然后将履带吊机移动并固定在栈桥端头，同时用浮箱拼装水上导向架平台，定位。利用拼装吊机及60T电动振动锤插打平台支撑钢管桩和拼装钻孔平台，配合导向架插打钢护筒。平台以打入Φ600mm钢管作支撑，平台顶面标高高于施工水位以上，平台由钢管桩、工字钢梁、牛腿及木板组成。各桩位置除了考虑工字钢梁的受力外，也要考虑到下护筒、钢套箱时方便导向、定位等因素。为防止涨退潮对钢管桩的冲击，需加大钢管桩的壁厚及增加钢管桩之间的横向连接系。经初步计算，钢管桩单根承载力按20t考虑，打入深度视不同位置的地质情况以满足承载力要求经计算确定。为了保证平台基础钢管桩的垂直度，避免基础钢管桩侵入桥墩桩基后造成后续施工困难，平台钢管桩施工前采用全站仪进行精确定位，施工过程中采用2台经纬仪来控制钢管桩的倾斜度。位于主航道上的桥墩基础，运输、拼组、布设双壁钢围堰作业，主要由水上施工设备来完成。(3)钻孔①钢护筒制作桩护筒采用厚度12mm的钢板螺旋形卷制而成，在工厂整体加工焊接好后运至工地，直径误差一般小于1cm，所有焊缝要求采用坡口双面焊，钢护筒进场后有专人检查焊缝以保证不漏水。②护筒埋设平台搭设时将钢护筒的位置预留出来，护筒埋设前在平台上精确测放出钢护筒的中心十字线，并安装导向框架。导向框架用工字钢焊接而成，平台顶面以上,平台以下，高度3m，平台以下用导链拉结固定于钢管桩基础上，框架与平台工字钢焊接为整体，钢护筒采用浮吊、吊车起吊，靠自重自然下沉至河床面，然后用DZ90振动锤振动下沉，边振打边采用经纬仪纠偏，直至达到要求的护筒底标高。护筒埋设垂直度要求小于0.5%,平面中心偏差±2cm。护筒击打到位后，采用角钢与平台钢管焊接成为整体，以防止水流冲击倾斜和增加平台的稳定和抗扭能力。③泥浆拌制、泥浆循环及排渣主墩钻进时主要利用相邻的3～4个护筒和平台上的滤渣筒作为泥浆循环用。泥浆拌制是本桥桩基施工的重点之一，钻进速度和成孔质量与泥浆及泥浆循环系统有密切关系。钻孔时由相邻的几个护筒相通并和泥浆船、泥浆净化器构成循环系统，钻孔前运浆船将岸上拌制的泥浆运到墩位，由输送管将泥浆泵送供应到各钻孔桩护筒内。钻进过程中泥浆及钻渣的混合物进入泥浆净化器，进行泥浆净化，分离出的钻渣用运渣船运到岸上处理，净化后的泥浆再输送回各钻孔护筒内使用。泥浆按墩位处地质情况进行反复试配，钻孔泥浆选用优质粘土或膨润土，经试验室配比试验确定，在生产区用拌浆机拌制。钻孔时泥浆比重选～左右，清孔时选左右，粘度22s，新制泥浆含砂率小于3%，胶体率大于95%，PH值大于。④钻孔顺序由于承台下桩基数量较多，间距较小，为防止两相邻钻机作业时由于振动或相互间水头作用影响，使下部的地层因扰动而发生塌孔乃至串孔，按隔桩钻进的原则施工，严禁相邻两根桩同时开钻；对已灌混凝土的桩基至少静置24h后周围桩才可开钻。⑤成桩施工钢筋笼在岸上集中加工并按要求设声测管，通过栈桥、运输船运送至墩旁，吊机配合安装。混凝土由两岸混凝土拌合站生产，通过栈桥上输送泵管道输送至桩位漏斗，导管法浇筑水下混凝土。(4)双壁钢围堰施工钻孔桩完毕后双壁钢围堰下沉封底进行承台及墩身桩施工，承台、墩身施工施工完毕后拆除钢围堰。双壁钢围堰施工工艺见图-5。钢围堰结构设计、工厂加工、运输钢围堰结构设计、工厂加工、运输施工准备，水位、水下地质调查测量放样逐节下沉钢围堰就位后清基、纠偏、堵漏围堰内灌注混凝土封底承台、墩身施工围堰内抽水双壁钢围堰组拼混凝土搅拌，运输壁内底部灌注砼、上部注水，吸泥下沉清洗钢围堰箱壁、钢护筒壁周双壁钢围堰拆除双壁钢围堰运至墩位图-5双壁钢围堰施工工艺流程图①双壁钢围堰结构设计综合考虑加工制作、运输方式、起重能力、下沉工艺等均应满足施工要求，将钢套箱平面分为10块。钢围堰高度以高出最高水位确定，竖向分为节制作安装。双壁钢围堰采用无底矩形双钢壳隔仓式结构，壁厚120cm，钢套箱设刃脚，刃脚高度60cm，底宽10cm，刃脚用100#角钢加强，内部结构净空比承台每边尺寸大出100cm。围堰结构采用角钢焊接成矩形框架，框架内外焊接钢板作内外壁，形成大断面矩形双壁钢围堰。为减少拼装焊接工作量，加快进度，同时考虑运输和现场拼装起吊能力，双壁钢围堰高度适当分节。围堰刃脚在刃尖部分约高度范围内，内外壁板加厚至14㎜。对应竖向加劲肋位置匀布高度的竖向三角板，并用细石混凝土将刃尖填实。双壁钢壳结构均由内、外壁板，竖向肋骨、竖向加劲肋、水平桁架、竖向桁架组成。钢套箱总体结构布置平面示意见图-6所示。A、B为承台长宽尺寸，单位：cm图-6双壁钢围堰结构平面示意图②钢围堰的制造和拼装A、钢围堰的加工双壁钢围堰钢壳块件由工厂在胎具中按设计图纸要求施焊成形，到工地拼焊成层，经逐层检查拼焊质量并做水密试验，直至拼焊成整体。出厂前内外壁板及隔舱板的焊缝，应进行抗渗试验，在对接焊缝正面刷上煤油，对焊缝进行煤油渗漏试验，若反面出现渗油痕迹则必须进行补焊处理。对于钢壳几何尺寸的检查以骨架为准。围堰加工要遵守《建筑钢结构焊接规程》、《钢结构工程施工及验收规范》、《铁路桥梁施工及验收规范》的要求。制作工艺流程：按设计图下料→压制平刃脚防水板和水平桁架角钢→按划分单元分榀制作水平桁架→按单元组拼骨架(隔舱板组焊于其上)→按节组拼骨架→检查、校正骨架→围焊内、外壁板→水密试验、检查焊缝质量并补焊→焊制吊耳、锚环、划高度标尺→成品检查验收→吊运接高。B、拼装前钢围堰块件的验收出厂的钢围堰块件按图纸要求需对结构焊缝进行检查，内、外壁板对接焊缝须通过煤油渗透试验，即在对接焊缝正面刷上煤油，反面不允许有渗油痕迹，否则渗漏处必须补焊。块件边缘有壁板悬出，运输存放时难免变形，检查几何尺寸时应以骨架为准，分块的上下桁架平均长和理论值误差要求在设计容许的±10mm之内。C、现场拼焊施工及质量控制钢围堰现场拼焊施工是在钻孔平台上完成的，利用栈桥上的履带吊机将块件吊到拼装平台上后，进行钢围堰拼装。位于航道上的钢围堰现场拼焊施工是由水上浮吊和汽车吊配合在浮平台上完成的，由机动舟推到墩位处，利用龙门吊将其吊起，然后退出浮平台，进行下一围堰的拼装。现场拼焊围堰钢壳质量控制方法如下：a.测量放线及检查。底节围堰钢壳拼装时通过刃脚底口中心与刃脚平面的垂线作为中心线，控制钢壳上口半径。以后分层接高皆以此中心线投点在内脚手架上进行放样和校核。b拼装要求。各相邻水平加劲肋和支撑桁架要对齐，上、下竖肋允许不对准，但必须和水平加劲肋焊牢。内、外壁钢板拼缝不能对焊时，允许采用搭接焊或贴板焊接，但必须满焊，并保证水密。c.焊缝检查。所有壁板和隔仓的焊缝，必须做煤油渗透试验检查，并对不合格的焊缝要求修补。双壁钢围堰拼装允许偏差和检验方法应符合表-2之规定。表-2双壁钢围堰拼装允许偏差和检验方法表序号项目允许偏差检验方法1井箱平面直径±d/800尺量检查不少于5处2顶平面相对高差井箱相邻点高差10mm尺量检查全节围堰最大高差20mm注：d为直径，单位为mm。③钢围堰浮运、接高一般先将龙门吊泊于墩位处，然后锚绳一端拴在龙门吊平台的电动卷扬机上，另一端与混凝土锚（用水上浮吊预先将锚抛好）拴牢，然后通过4台3T电动锚机分4个方向将锚绳拉紧，进行龙门吊平台的就位，形成锚碇系统。平台的偏位调整通过调节锚绳的松紧程度来实现。为了加快施工进度，形成流水作业，施工时先将导向船（龙门浮吊）就位于墩位处锚牢固，将浮平台泊于岸边，并进行临时锚碇，在浮平台上分节拼装围堰，待底节围堰拼装完毕后，吊起上节围堰块件进行接高，先将上下节点焊，待所有块件点焊完毕后，再进行满焊，直至焊接完毕形成整体。拼装完毕后利用2艘机动舟将浮平台推拉至龙门吊下的作业区内，由于围堰本身较高，在浮运过程中应注意将围堰与平台利用型钢牢固的连接在一起，同时注意运输速度和避免有风天气，利用龙门吊通过4个吊点将围堰吊起（吊环采用2cm厚的钢板切割而成），撤走平台。④钢围堰着床、下沉着床：首先灌水调平围堰，使围堰处于设计位置上；其次向各舱内均匀注水，使围堰逐渐下沉，注水时要注意使钢围堰各舱内水头差及舱内外水头差不能超过设计允许值，继续注水直至刃脚座落在河床上。下沉：在双壁钢围堰就位下沉前，首先将墩位处河床表面进行清理整平，利用吸砂泵将河床表面高处的砂吸走，同时在低处抛填一定量的砂石，使河床表面平整，再由潜水员下到双壁钢围堰内，清除下面的孤石，将双壁钢围堰刃脚处河床基底平整，保证双壁钢围堰的垂直度。采用6吋的真空吸泥泵，由吊车配合潜水员水下吸泥作业。吸泥过程中应进行测量，防止超欠挖。围堰下沉到位后，在封底前，为防止围堰迎水面因冲刷而掏空，在围堰前端迎水面抛填草袋进行防护，必要时采用片石围笼防护。钢围堰下沉的技术标准：双壁钢围堰就位允许偏差和检验方法应符合表-3的规定。表-3双壁钢围堰就位允许偏差和检验方法表序号项目允许偏差检验方法1围堰倾斜度h/50测量检查2围堰顶、底面中心位移h/50+250mm3平面扭角2°注：h为围堰高度,单位为mm。双壁钢围堰入水后分层接高，同时在井壁内分舱灌水，保持拼接面在水位以上2～4m,直至钢壳刃脚与河床最高点仅相距～0.5m时，通过对钢壳位置进行调整，使钢壳精确定位、稳固落底。然后再井壁间灌水或水下混凝土配重，并通过施工检算，以克服下沉摩阻力，使钢围堰沉至设计标高。⑤钢围堰的封底在基底清理完成后，按每根导管流动半径6m计算，布置6～8根Φ30cm的导管进行围堰内水下混凝土封底，封底混凝土采用C20，封底厚度约。封底前根据河床的冲刷程度，由潜水员用砂浆袋封堵钢围堰刃脚下的缝隙以免封底混凝土流出。导管在工作平台上预先分段拼装，吊放时再逐渐接长，下放时保持轴线顺直。导管口下沉至岩面后提升至距岩面20～40cm，然后用倒链固定在工作平台上。封底导管的布置要特别注意使混凝土在钢护筒周围和围堰内的流动顺畅。封底前后设置测点进行测点标高的测定，确保封底厚度基本一致。封底混凝土遵循“由低往高、由边往中”的原则，在工艺上要求“保证不间断供料，埋管足够，逐管压注，专人检测堰内水泥面标高，并及时报告。封底混凝土为水下不分散混凝土，所配制的混凝土缓凝时间为48h，坍落度为18～22cm。为保证封底混凝土的质量，必须连续供应并在尽可能短的时间内完成灌注。.3.3.承台、墩身施工(1)承台、墩身施工方法承台施工：封底7～8天后，封底混凝土强度达到要求后，抽干套箱内的水，并同时将套箱内部适当加强，割除多余的钢护筒，凿除桩头，对桩基进行无损检测。桩基监测合格后，绑扎钢筋，支立模板，灌筑混凝土。模板采用大块钢模板，混凝土用搅拌车运输，泵送入模。由于承台混凝土方量较大，属于大体积混凝土施工，施工过程中内部水化热温升偏高，内表温差和降温速率不易控制，为了使