某跨海公铁两用桥号号墩钻孔灌注桩施工工艺

PAGE某跨海公铁两用桥1号、2号墩钻孔灌注桩施工工艺一、施工工艺编制依据本桥为公铁两用桥，处在沿海地区，其基础钻孔灌注桩的施工及工艺编制的依据为：交通部颁发的《港口工程规范》（1987）第七篇。铁道部颁发的：《铁路桥涵施工规范》TBJ203-96，《铁路混凝土及砌石工程施工规范》TBJ210-86，《铁路特大桥工程质量评定验收标准TBJ416-87》。二、概述某跨海公铁两用桥1号墩、2号墩，是该桥正桥123.6m+170m+123.6m预应力混凝土连续刚构主墩。其基础为钻孔灌注桩，1号墩16根，2号墩12根。钻孔桩直径2.5m，将穿过岩面风化带2.7~8.0m。桩位布置及桩基主要参数如下图表：墩号桩号桩项标号（m）河床面标（m）钢护筒底标高（m）微风化岩面最高点标高（m）微风化岩面最低低点标高（m）桩底标高（m）桩长（m）1号墩2号墩12345678910111213141516123456789101112-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-180-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-1.80-180-1.80-1.80-180-1.80-1.80-1.80-1.80-31.20-31.0-30.3-31.80-31.0-30.80-31.10-31.10-31.30-31.30-31.20-31.40-31.20-31.30-31.10-31.50-25.1-25.1-25.4-24.7-24.4-24.4-23.8-24.2-23.2-24.3-24.8-24.2-32.5032.50-32.5032.50-32.50-33.50-32.50-32.50-33.50-33.50-33.50-33.50-33.50-33.50-33.50-33.50-27.0-28.5-29.5-29.3-27.0-28.5-27.0-29.0-28.0-27.5-28.5-30.0-37.0-36.8-34.7-38.4-41.8-40.0-37.3-38.8-37.8-37.0-38.8-39.2-38.0-36.0-37.6-41.2-27.5-29.2-29.5-29.5-27.1-30.0-27.6-30.5-28.4-27.5-30.3-30.8-43.2-39.0-38.0-41.6-44.7-43.0-40.1-40.4-41.0-41.0-42.0-43.0-42.1-38.8-39.5-45.7-28.3-29.8-2936-30.-27.1-30.7-28.8-30.5-29.4-28.4-31.4-30.8-47.5-46.0-46.0-46.0-48.0-46.0-44.0-47.0-46.0-46.0-46.0-48.5-46.0-46.0-48.0-480-31.5-32.5-32.5-33.5-31.0-33.5-34.0-33.0-34.5-33.0-34.0-33.545.744.244.244.246.244.242.245.244.244.244.246.744.244.246.246.729.730.730.731.729.231.732.231.232.731.232.231.7三、水文、地质：1、水文本桥桥址区水域受海洋潮汐的影响，年最高潮位2.82m(黄海高程、下同)，最低潮位-2.13m；历年最大涨潮差3.61m，历年最大落潮差3.29m；最大涨潮表面流速2.27m/S，最大落潮表面流速3.33m/S；计算涨潮时断面平均流速1.39m/S，计算落潮断面平均流速2.21m/S；涨潮流向与桥轴法线交角14度左右，落潮时基本正交，且桥位处回流区较多。桥址处的波浪受到金塘岛的屏障作用，风区长度受到限制，波浪高度似不大于1.2m。根据“穿山验潮站”1960~1983年最高潮位频率统计，推算出桥位百年一遇设计水位为6.10m，一百昕一遇设计潮差为3.66m。黄峙江上、下游与大海相连通。江水对混凝土有弱晶性侵蚀或弱硫酸侵蚀或中等硫酸盐结晶侵蚀。桥址两岸覆盖导地下水和基岩裂缝水对混凝土无侵蚀性。2、工程地质桥址区为低山丘陵地带，两岸地形起伏较大。黄峙江由北西流向南东，桥位处河面宽约575m，河床呈宽缓U型状，主河槽偏向XX岛侧，最大水深约40m，宁波岸侧有近200m的浅水区域。1号主墩处水深约32m，2号主墩处水深约27m。XX岛岸为淤积平原区，地面平坦，覆盖层厚约20~30m，上部主要为Q4淤泥质粘土，下部显Q3中密~密实状砂粘土。宁波岸为低山丘陵区，地形高差大，大部分区段基岩裸露，仅在局部沟谷地段具有覆盖层，厚约10~14m，上部为Q4软~硬塑砂粘土和流塑状淤泥质砂粘土，下部主要为Q3硬塑状砂粘土和半干硬状砂粘土。河槽部分北侧覆盖层较厚，约26m，向南岸至河槽中心处逐渐减薄，河槽南侧基本无覆盖层。本桥开工后，宁波岸侧人工回填开工塘碴到0号墩。桥址区域基岩为燕山期上侏罗系地层，以紫灰色流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩、灰~深灰色流纹质晶屑熔结凝灰岩为主，局部夹紫红~灰紫色沉凝灰岩透镜体，岩质坚硬，抗风化能力较强。受构造运动影响，岩体中断裂构造发育，部分断裂中有中性和酸性岩脉侵入。基岩风化带差异较大。桥址地质构造以断裂为主，穿越桥中线的断裂主要为XX裂F1、大岙——涨岗咀断裂F4及大桥钻探所揭露的f1~f4四条陷状断裂破碎带。其在f2断裂从3号墩处通过，走向北西西、倾向北北东，倾角75~85度，破碎带宽2.5~4.0m，主要由碎裂岩及构造透镜体组成。岩体中高角度裂隙发育，大多密闭无充填物，部分微张裂隙被方解石充填，少数压扭裂隙内类有碎粉及糜棱状泥质物。构造透镜体及断裂两侧岩体较破碎。1号主墩偏主槽南侧，水深29~33m，墩位处河床高程-31.8~-29.6m，复盖层为单一的松散角砾土，最厚约2m，评分分丰在墩位右半部（面向上游而言，下同）。岩面高程-32.85m~-29.95m，向江中微倾；基岩为晶屑熔结凝灰岩，墩位右下角穿插窄小的绿岩脉。强风化带厚度为2.90~12.80m不等，局部沿裂隙密集带深切；弱风化带厚度一般0.5~1.5m，局部因岩脉侵入或裂隙密集风化加深，最厚约5.6m；基岩微风化带顶面高程-45.74~-32.85m，最高处位于墩位左侧DZ1-27孔处，最深处位于穿过墩中心、走向近南北向的风化深槽内。从总体上看，斜贯全墩的风化深槽以右的微风化岩体的完整性普遍差，岩体基本为碎石状镶嵌结构，完整性系数Cm=0.39~0.54；风化深槽左侧的微风化岩体除DZ1-12孔一带较破碎外，其余均较完整（Cm=0.63~0.83），岩体以块石碎石状镶嵌结色为主，墩位左上角为块状砌体结构。岩石单轴饱和极限抗压强度Rj=30.30~302.0Mpa。2号主墩偏主槽北侧，墩位处水深20~26m，河床标高一般为-25~-21m，向江心缓倾。覆盖层厚0.4~5.0m，主要为新近沉积的粘性土，底部断续分布上更新编统坡、洪积粘土和砾质粘土。其岩为晶屑熔结凝灰岩，穿插数条辉绿岩脉，岩面高程一般为-29.05~-25.3m，全风化带氛失，强风化带厚度0.4~4.7m不等，最薄处位于墩位左侧，最厚处位于位右下角；弱风化带厚度一般1m左右，最厚约3m。基岩微风化带项面面高程-032~-027m，变化较和缓；岩体完整性较好（CM=0.56~0.81），大部分为块（石）碎（石）状镶嵌结构，墩位上游边缘一带为块状砌体结构。从总体上看，墩位上游半部岩体完整笥优于下游半部、右下角相对最差，岩体中节理，裂隙多为60度以上高角度，属密闭~微张型，且多被方解石充真；岩脉与围岩呈急变过渡关系，无明显烘烤带或软弱带、岩质坚硬。岩石饱和单轴极限抗压强度Rj=31.1~258.6mMPa。四、施工方案1号墩基础施工，采用浮桥、水上施工平台方案；2号墩采用双侧栈桥、施工平台方案。施工平台以φ1.2m钢管桩作为基桩。1号墩施工平台，由于该处无覆盖层，基桩入土较浅，为增强其抗台风能力，设置锚定系统将施工平台予以锚碇，2号墩施工平台与双侧栈桥连接成整体。在施工平台上，拼装一台起重为45t的龙门吊，承担钻孔灌注桩施工期间的起吊工作，用KP-3500及KPG-3000型钻机钻岩造孔，其后完成桩身混凝土灌注。1号墩的施工机具、设备和材料用船经水运至墩旁，浮吊配合施工；混凝土供应，由宁波岸上混凝土工厂拌制，用混凝土泵经南侧浮桥送至墩上。墩旁北侧设靠帮船，其上设置压缩空气站，以满足气举反循环的需要。2号墩的施工机具、材料、设备，通过XX岸栈桥运送。压缩空气站设在岸上，经栈桥上的风管路输送到墩位。混凝土在岸上拌制，由混凝土泵或用罐装经平板车送至灌注地。在双侧栈桥上安装一台起重量为20t的跨桥龙门吊，可供2号墩、3号墩下部建筑施工共同使用。基础施工布置详见施工组织设计图。钻孔灌注桩的施工顺序：首先完成4根角桩的钻孔桩，再进行其余各桩的施工。并将已完成桩的钢护筒与施工平台相连，以增强施工平台的整体刚度。1号墩、2号墩先各安排一台钻机钻孔，在2号墩的12根钻孔桩完成后，将钻机调至1号墩，由两台钻机共同完成1号墩16根桩的钻孔。五、钻岩造孔孔口护筒主墩位于深水区（1号墩处水深约32m，2号墩处水深约27m），钢护筒，直径2.8m，顶面标高大于最高潮位2.0m。护筒打入覆盖层进入强风化岩层内，以能支承本身自重和水流冲击以及施工中可能遇到的各种荷载，以确保护筒的稳定。尽管该处地层钻孔时不易坍孔，但因水位受潮汐影响，潮差最大达3.6m，为确保强、弱风化层段孔壁的稳定，孔内的水位应高于高潮位2米。为保证护筒的垂直度和位置准确，在护筒下沉前，先按“XX设-049”图下沉钢护筒导向笼。1号墩导向笼由3节10m和1节5m段组成，全长36m（含底节1m刃脚段）；2号墩导向笼由2节10m段和2节5m段组成，全长31m。导向笼下沉前应试拼，保证其自身有顺直度。在下沉时，利用平潮期着河床，再用160t打桩机振打到稳定深度。导向笼的位置偏移不大于5cm，倾斜度不大于1%。钢护筒分节制造，在导向笼内对焊接长，并按设计补焊加强板，用龙门吊起吊对位着床，使用160t振动打桩机施打到设计标高。由于1号墩的钢护筒自由长度大，在水流和风浪以及施工中水平荷载的作用下，其晃动较大，为保证护筒底口孔壁的稳定，在钻孔施工过程中，可根据具体情况，将护筒适当跟进。钻孔机械根据地质情况，主墩基桩的钻孔使用KP3500型和KPG3000型钻机。KP3500型钻机为四泵双马达组成的恒功率全液压驱动的回转式钻机。该机以气举反循环为主。也可采用泵吸反循环等方法施工，配有大通径反循环钻具系统。水龙头通孔直径为275mm。其主要技术参数如下：钻孔直径：岩石3.5m，一般土层8m，钻孔深度：120m转盘转速：0~24r/min（无级变速）最大扭矩：210KN.m提升能力：1000KN，加压力：600KN主油泵功率：4×30KW回转马达额定输出扭矩14.847KN.m外形尺寸：（长×宽×高）7.1×6.4×8.7(m)重量：46.7tKPG-3000型钻机为全液压轨道式旋转钻机。主要技术性能如下：钻孔直径：一般土层1.5m~6.0m，岩层（≤80Mpa）1.5~3.0m；钻孔深度：130m排碴方式：空气反循环转盘转速及r/min0~3.50~7.00~14相应扭矩KN-m200100/20080~100转盘通孔直径：750mm水龙头提升能力：1200KN卷扬机牵引力：112KN钻杆规格：全主动钻杆、法兰盘连接，φ351×25×5000mm，或φ351×25×3000mm；封口平车最大承载负荷：800KN钻架后倾角度：0~15°钻杆起吊回转最大负荷：20KN钻机总功率：110×2+18KW钻机外形尺寸（长×宽×高）：7600×4450×13892(mm)钻机重（不含钻具）：55t钻孔钻头主墩占孔灌注桩直径2500mm，采取全断面钻进一次成孔，钻头直径2460mm。在覆盖层和强风化岩中钻孔时用刮刀钻头，在弱风化带及以下岩层钻孔使用滚刀钻头。对于该地的硬质岩层宜使用球齿滚刀，介考虑到现有条件，可利用武汉长江公路桥钻孔曾使用的楔形焊齿滚刀。滚刀覆盖系数取1.2~1.3。在钻孔施工中，应成立专门小组进行钻头的加工、维修和技改，以保证钻头的加工质量，延长使用寿命，提高钻孔效率。钻孔循环方式墩位处水深、河床低，开孔即可用气举反循环清水钻进。为保证循环液的供给，设置沉碴桶。循环液从孔底携带钻碴经钻杆、水龙头进入沉碴桶。在沉碴筒内净化后回流到钻孔护筒内。施工中应保持钻孔内水头稳定。压缩空气供应1号墩靠帮船上设2台20m3/min压风机，并配备储风筒和分配阀。2号墩钻孔的压缩空气由岸上压缩空气站经风管路送至墩旁储风筒。原则上一台钻机配置1台20m3/min压风机，确保钻孔施工需要。钻压及配重钻压是钻孔的重要参数，它是由所钻岩层的硬度决定的，钻压与钻进速度成线性关系，钻压愈大，破岩能力愈强，钻进速度愈快。但钻压也不能过大，当钻压太大，超过其临界钻压后，刀刃嵌入岩层太深，将使钻机扭矩增大，钻具易损坏，钻孔容易产生歪斜。加在岩面的有效钻压为钻刀破岩的长度与破岩比压（或叫线压强度）的乘积。而比压与岩面强度有关，不同硬度的岩层采用不同的比压。比压的确定尚无明确规定，现根据以往的经验采用并估算各地层的所需的有效钻压如下：地层名称比压有效钻压（Kg/cm2）(t)覆盖层40~806~12强风化层弱风化层100~15015~22.5微风化层200~30030~45为了保证钻孔的垂直度，钻具的总重扣去浮力的减载一般应为有效钻压的1.5~1.65倍。为了维持正常的钻进，应尽量将配重加到35~40t，使钻具总重在60t左右。否则，进入微风化带以下的钻进就十分困难。在覆盖层和强、弱风化岩带钻进过程中，必须采取减压钻进，以保证孔的垂直度；当进入强度较高的微风化带后，由于配重不足，为满足破岩要求，可采用全压钻进，在配重上方须设置扶正圈（稳定器）以防止孔斜。钻孔转速KP3500钻机转备转速可在0~24r/min范围六级变速。在不同的地层中钻进，应采用不同的转速；在覆盖层和强风化带宜采用6~10r/min，在弱风化带和微风化带宜采用4~7r/min。钻孔操作技术钻孔操作技术钻孔施工人员必须仔细阅读钻机使用说明书。按说明要求安装和调试钻机，按说明要求正确使用和保养钻机。钻机操作人员必须经过培训，熟悉钻机结构、使用要求、操作和保养注意事项，熟练掌握操作程序。合理使用钻压，采用“少吃多餐”的钻进技术，即少量给进、勤给进的方法，达到提高钻进速度的目的。钻机上应安装电子称，有条件时最好安装钻井仪，以便直接了解和有效控制孔底钻压。钻孔须采用减压钻进，使钻杆保持受拉状态。不得随意加压，防止钻杆弯曲和孔斜。当接近终孔标高的最后阶段，岩石坚硬，而钻压又不足的情况下方可使用全压钻进。为满足气举反循环的条件和提高出碴效果，配置钻具时，2号墩钻孔时，气室应接在钻头与配重之间；1号墩钻孔时，气室可接在配重上方。六、钢筋的制造与安装主墩基础钻孔灌注桩为嵌岩桩，钢筋笼伸至孔底。钢筋笼下部主筋为双层，进入钢主墩基护筒4m后变为单层，其外层主筋中至中直径由2300m按1:10的斜率变为2600mm，伸入承台内1.4m，钢筋笼顶面高程为-0.6m，钢筋笼内壁设有4根探测管，按园周等间距布置。1号墩桩身钢筋笼长43.4m~47.9m，平均每个钢筋笼重30.33t；2号墩桩身钢筋龙长30.4m~33.9m，平均每个钢筋笼重20.37t。对钢筋的检验、加工、接头和安装的要求按《港口工程技术规范》（1987）第七篇第二册的第七章、第三册的第三章的有关条款以及公铁路桥涵规范有关要求执行。钢筋笼在车间分节制造，安装时采用双帮双面焊对接长。分节长度按起吊、运送条件而定，应充分利用供料原长，节省钢料，减少接头数量。在钢筋笼的变直径段应避开接头。相邻两根主筋的接头位置应错开30d（d为主筋直径）。钢筋笼安装对接时，必须保持轴线一致，焊接质量必须符合规范要求，经检查合格后才能放入孔内。钢筋笼的外侧应安装“耳环”以保证桩身有80mm的净保护层。钢筋笼在孔内下放时，应对准孔中心，平稳地缓慢下放，避免碰撞孔壁。七、桩身混凝土灌注桩身混凝土为水下300号。1号墩总灌注量约4166m3，其中最长的16号桩约270m3；2号墩总灌注量约2232m3，其中最长的9号墩桩约191m3。水下混凝土灌注采用垂直导管法，混凝土由岸上搅拌站拌制，经混凝土泵输送到孔位上方总槽内，由总槽流入导管进行灌注。混凝土总槽容量须大于6m3，导管腚用φ325扣接式导管。每根桩身混凝土的灌注应在首批灌注的混凝土终