桥梁桩基施工常见方法:一、工程概况 火星北路浏阳河特大桥位于长沙市北部,自芙蓉区火星村跨越浏阳河至开福区鸭子铺。
主桥为中承式类双层钢箱拱桥,上部结构:主拱为悬链线钢箱拱肋无绞结构,通过64根柔性吊杆,每一吊点采用双杆自主拱吊住16道钢箱型横梁,横梁间设4道钢箱型纵梁,桥面荷载通过钢筋混凝土双肋板梁结构传递给钢横梁;下部结构:拱桥两侧主承台为两个42.4*26.04*4.5的大体积钢筋混凝土承台,基础为钻孔灌注桩基础。共有桩长为59m,桩径为2m的桩60根, 根据工程地质状况,决定采用φ200冲击钻机在枯水季节冲击成孔,钻孔过程中根据地质变化情况选择泥浆和冲程。
二、冲击钻机成孔施工工艺流程 该桥钻孔施工的工艺流程为:1.测量定位;2.加固钻机底座;3.埋设钢护筒;4. 冲击钻机安装就位;5. 冲击成孔;6.成孔检查;7.清孔;8.钢筋笼制作、吊装、就位;9.二次清孔;10.灌注混凝土;11.待砼终凝后拔出钢护筒。(一)测量定位 建立施工测量控制网,校核测量仪器,桩位放样座标、高程计算,根据测量控制网用全站仪定出桩位。
(二)加固钻机底座 桥位地势较平坦开阔,属冲积堆积区,砾岩裂隙较发育,局部溶蚀强烈,为岩溶发育区,由于地质情况复杂,因此在钻机就位前,对钻机底座进行支垫和加固,防止钻机在冲击成孔过程中下沉和倾斜。(三)埋设钢护筒 为固定桩位,保护孔口不坍塌,保持孔内水头以维护孔壁,用10t振动锤将钢护筒压入,入土深度根据河床土质情况来确定,一般应埋入河床冲刷线以下1.5m并穿过软土、粉沙层,钢护筒采用10mm厚的钢板卷制成筒状,直径为2.3m, 护筒保证有足够的强度和刚度且不漏水。
(四)冲击钻机安装就位 钻机就位时,垫平钻机,保持平稳,严防在冲击过程中移位、沉陷;钻机就位后,进行桩位校核,保证就位准确。孔前除保证“三通”外,应储备一定数量的粘土、片石,以备调配泥浆比重,处理斜孔和穿越溶洞时使用。
(五)冲击成孔 开孔一般投入大比例粘土,造浓浆(相对密度1.4~1.6),采用小冲程进行底打紧击造孔,以上述方式穿过覆盖层、粉沙层2~4m后,再按正常的冲击成孔工艺成孔,钻进过程中要严密观察护筒内的水头,保持比施工水位高出1.5~2m, 并派专人检查地质变化情况及泥浆指标。根据不同的地质状况调整不同指标的泥浆,当通过漂石层时,如表面不平整,应先投放粘土或小片石将表面垫平,再冲击钻进,防止发生斜孔、塌孔现象。
冲锤击穿溶洞顶板后,无论溶洞是否填充、半填充、未填充,也无论是否漏浆,均向孔内投入片石,同时视情况亦可加适量3~5cm的碎石、袋装粘土和水泥,然后采用小冲程冲击,如此反复操作,达到挤塞溶洞通道、加固孔壁,以便顺利通过溶洞。为防止钻架使用时间过长,可能会产生位移;孔内有探头石,会造成偏孔, 因此每个台班检查钻机不少于一次。
(六)成孔检查 当孔深达到设计要求后,应对孔深、孔径、垂直度进行终孔检查。检查方法是:用φ25的钢筋焊成直径为2m,长为9m的检孔器,吊入孔内直放到孔底检测,如检孔器放不到孔底,则说明桩孔有缩径或局部偏孔现象,在检孔器沉入孔底的过程中,根据悬挂着检孔器的钢丝绳的倾斜程度可判断孔壁是否倾斜:倾斜度用铅垂线、钢尺检测。
(七)清孔 当钻孔达到设计深度,经建设各责任主体方确认后,开始清孔。清孔采用换浆法进行,以已净化的、相对密度较低的泥浆压入,把相对密度较大的泥浆和悬浮钻渣换出孔外,保持孔内液面稳定,直到孔内泥浆的各项指标及沉渣厚度符合规范及设计要求为止。
(八)钢筋笼的制作、吊装、就位 钢筋笼就近成型。钢笼主筋搭接采用闪光对焊,箍筋与主筋采用点焊,主筋与加劲箍应100%焊接牢固。
由于钢筋笼直径比较大,采用在钢筋笼加劲箍内加焊三角形撑,以加强钢筋笼结构的整体性,防止钢筋笼在吊装过程中变形。钢筋笼制作时安装声测管,声测管上下管口用木塞封口。
在每个加劲箍外周焊接8个7cm厚钢筋笼保护层“耳环”,钢筋笼制作完成后,按程序通过验收后采用50T吊车吊放。钢筋笼采用分2段制作和吊装,两段钢筋笼的主筋错开搭接、焊接长度应符合设计、规范要求,三角形撑在钢筋笼下放过程中割除。
导管的安装:导管直径为φ300mm, 壁厚5mm,每节长2~5m, 另配1m长导管各一节,接头由丝扣连接,并用橡胶圈密封。导管使用前经过接头抗拉试验和不小于孔内水深1.3倍的水密承压试验。
混凝土灌注开始时,导管底部距孔底的距离约为40cm。(九)二次清孔 钢笼安放完毕后,孔内泥浆各项指标、孔内沉渣如超出要求,应采用二次清孔方法,直到泥浆各项指标、沉渣符合要求为止。
二次清孔后及时组织实施灌桩工作。(十)灌注水下混凝土 各项准备工作完备, 应及时组织实施灌桩工作,一般情况下, 导管及漏斗、储料斗安装完毕, 灌注工作随即开始, 它包括两个部分: 拌和及运输、现场浇注。
混凝土的拌和主要控制配合比、拌和时间、坍落度、和易性等几个指标。施工时要根据设计配合比, 材料当时的含水量调节成施工配合比, 并依此认真计量, 加强现场监督、现场检查并随机留取规。
1. 第一用钻机钻孔
第二下钢筋笼
第三灌注混凝土
第四破桩头
第五做承台
2. 桥梁桩基础最常用的是钻孔灌注桩,就是采用回旋钻机钻孔,吊装钢筋笼并浇筑混凝土。一般用于细粒土,粗粒土一般采用冲击钻。挖孔桩容易出现安全问题,现在很少用。设计方会对桩基施工工艺有要求。
3. 桩基按成桩方式分为以下三类:
1)非挤土桩:干作业法钻(挖)孔灌注桩,泥浆护壁法钻孔灌注桩,套管护壁法钻孔灌注桩。
2)部分挤土桩:冲孔灌注桩,挤扩孔灌注桩,预钻孔沉桩,敞口预应力混凝土灌注桩。
3)挤土桩:沉桩(锤击法、静压法、震动沉入等)。
对于桥梁桩基施工顺序如下: 1、测量放样(确定桩位中心); 2、搭设钻孔平台(如果桩在岸上,垫平,只要能承受钻机正常操作就可以了;深水中要首先打钢管桩支撑平台); 3、确定钢护筒安装位置,岸上采用将桩测量中心用“十”字线引到预计钢护筒边缘附近,而后再将十字线端头位置用木桩固定,再来安装钢护筒;水中在钢平台上采用同样方法,在钢护筒边缘确定好十字线的位置。
钢护筒安装就以十字线来精确定出钢护筒的中心; 4、安装钻机,将钻锤定位于钢护筒中心;测量护筒顶标高,记录; 5、准备好钻渣取样工具、钻芯放置盒、钻孔记录本等; 6、在岸上:安装好泥浆泵(泥浆池首先要挖好;泥浆池的体积一般为钻孔桩体积的1.5倍);在水中:有泥浆船的就应当停稳好泥浆船,做好钻孔泥浆循环准备,其他与在岸上的一样; 7、准备好测量绳,时刻准备测量钻孔深度;准备好泥浆检测器具; 8、准备好钻孔岩土取样工具,以便判断钻孔方法; 9、准备好钻孔桩出现的泥浆浓度不够、塌孔现象、出渣设备,如:化工原料(护壁原料、黄泥、膨润土、工业碱等); 10 、开始钻孔,记录钻孔开始时间、台班工作时间、台班钻孔深度、取岩土样品,标注岩样大概标高等; 11、判断岩样情况,时刻掌握好钻孔进度,发现不正常,要及时处理,不可等待; 12、掌握钻孔深度,不要超过设计深度5cm; 13、清孔,检测泥浆指标(比重、含砂率、沉淀层厚度); 14、检孔,用检孔器检验钻孔孔径、斜度、设计深度等; 15、待检孔验收合格后,安放钢筋笼;准备灌注混凝土的前期工作(导管压水、分节长度、漏斗导管配套、支架稳定、道路坚固畅通等); 16、开始灌注混凝土,这里最重要的是首盘混凝土,一般首盘混凝土含砂率比正常混凝土高,以便混凝土在导管中能很好地润滑;而且首盘混凝土的储量要在混凝土灌注后,保证埋导管深度不小于1米;混凝土灌注最好连续进行,中途拆导管的时间尽量短,不至使混凝土在导管的时间过长而产生初凝致堵管; 17、在浇灌混凝土的同时,不断用测量绳测量混凝土面的标高,以便掌握浇灌动态,判断是否浇灌正常,一旦发现混凝土不断浇灌,但混凝土面标高不增,就有可能有大面积塌孔,应当停止浇灌,待处理后再来; 18、当混凝土面上升到接近设计桩顶标高后,要注意浇灌速度,掌握预浇混凝土量要高出设计桩顶80cm左右(桩头处理高度); 19、当混凝土浇筑完毕,马上拔出钢护筒(岸上),水中的钢护筒只能留着,带混凝土达到使用强度后,再割去多余的部分; 20、桩头处理。由于桩头部分混凝土是在第一盘混凝土压水时,有很多杂质和水混合,不宜作为桩身的结构混凝土,必须要清除,所以在浇灌混凝土时要将浇灌超出桩顶设计标高80cm左右;现在要将这个80cm凿除。
桥梁桩基的施工工艺如下:(一)钻孔灌注桩 根据地质情况,本工程钻孔桩采用CZ30型冲击钻管锥分次成孔法钻进成孔,施工方法如下:1.测量定位 采用全站仪坐标法对钻孔桩桩位放样,埋好护筒后在护筒四周标记。
2.钻孔前准备 (1)平整场地,围堰筑岛 旱地岛面高于地面10~20cm,水中筑岛岛面标高应高于施工水位1.0~1.5m,筑岛顶面面积应满足钻机和吊机行走需要。(2)埋设护筒 护筒用6~10mm钢板卷制,护筒直径较钻孔直径大20~25cm,长度视地质条件不同而异,一般采用开挖埋设法,开挖直径应比护筒外径大80~100cm,吊装就位后,对中检查,平面中心位移不大于50cm,保持垂直,用粘土沿四周对称分层填压夯实,护筒的埋深旱地不少于1m,护筒顶面应高于岛面0.2~0.5m,并高于施工水位或地下水位1.5~2.0m,水中墩、护筒底应进入河床底不少于0.5m。
(3)粘土选备:钻孔前贮备足够数量的粘土,以满足造浆需要,粘土以造浆能力强,粘度大为好。(4)钻机就位 钻机就位对钻孔质量和能否顺利钻进关系重大,就位时应保证管锥中心对准桩位中心,并将钻机支垫牢固。
3.钻进 (1)泥浆配制 分次成孔工艺有自身造浆的功能,不需要在孔外先制备泥浆,可直接往孔内加粘土,通过管锥的冲压作用,自身造浆。施工中,每工班至少测定两次泥浆性能。
(2)开孔 为保证钻孔能顺利进行,须对护筒底孔壁进行处理,开孔时,不要急于进尺,在护筒底1m范围内,多填粘土,用直径50cm实心钻头反复冲挤以加固护筒底孔壁,护筒底孔壁加固好后,即可进行小管锥钻进。(3)小管锥钻进 护筒底孔壁加固处理完成后,即用小管锥(锥径0.46m)钻进,管锥边钻进边出碴,钻进时可一次钻至孔底,也可分段成孔。
(4)扩孔:当小管锥完成小孔钻进后,用与钻孔直径相匹配的管锥,逐级更换管锥,进行扩孔,直至TRANBBS设计孔径,扩孔时应按小管锥的钻进方式一次到底或分段钻进。(5)冲程选定 孔壁稳定、钻进正常时,一般选用0.6~1.0m,易塌孔地层或有塌孔迹象时选用0.35~0.6m。
(6)保持水头高度 由于分次成孔每次钻孔扩孔时都要将上次钻扩时护好的孔壁破坏,所以必须随时注意保护水头高度。水头高度应高于施工水位或地下水位1.5~1.8m,并不低于护筒上口10~20cm,掏碴时及时补水,通过透水性强的地层或有塌孔迹象时,可加大水头高度。
(7)粘土投入量 在需要泥浆护壁的地层,钻进时应经常向孔内投放粘土,以保证泥浆的质量。砂土、卵石土层直径为0.75~1.25m的孔,每延长米成孔投入粘土0.5~1.0m3;直径为1.5~2.0m的孔,每延米成孔投入粘土1.0~1.2m3。
4.清孔 成孔后,用管锥将钻碴基本掏净,然后按离子悬浮法进行清孔处理,即清孔前24h,按1(木屑):0.3(烧碱):1(水泥):30(粘土)适量水的比例配成膏状混合物,配制数量1m成孔体积,清孔时将膏状混合物,分三次抛入孔底,并用管锥冲砸5~10min,使膏状混合物均匀地溶于孔底泥浆中,用管锥掏渣,当捣至泥浆比重为1.03~1.06时,清孔终了。5.吊装钢筋笼 钢筋笼由钢筋班负责分段制作,用钻架或吊车安装,钢筋笼接长用2台电焊机焊接,逐段连接逐段下放。
钢筋笼定位后,及时浇注混凝土,以防止坍孔。6.灌注水下混凝土 采用导管法进行水下混凝土的灌注,导管直径为250mm,壁厚8mm,一般节长2.0m,另外配置1节长4m,2节长1m的导管,以方便调节导管长度。
导管接头处有胶圈密封防水,水下砼现场拌合,钻架起吊入仓。灌注首批混凝土其数量须经过计算,使其有一定的冲击能量,把泥浆从导管中排出,并能把导管下口埋入砼,其深度不少于1m。
当混凝土装满漏斗后,剪断隔水栓上的铁丝,混凝土即随隔水栓一起下入到孔底,排开泥浆。在整个浇注过程中,导管在混凝土中埋深2~6m,利用导管内混凝土的超压力使砼的浇注面逐渐上升,直至高于设计标高1m。
冲击钻施工工艺流程图《钻孔桩施工工艺流程图》。(二)墩台施工方法 岸上承台、系梁基坑采用挖机开挖,人工清理余土;一般水中墩采用草袋围堰施工系梁。
用风镐凿除桩头砼,修复桩基变形钢筋,并焊接立柱钢筋,按设计铺设垫层,绑扎承台、系梁钢筋,模板采用组合钢模。对本工程内圆柱式墩,根据其截面尺寸制作相应的定型钢模板,柱高小于10m的采用一模到顶,大于10m的采用两节整体钢模,模板拼好后三个方向用Ф8钢筋借助手拉葫芦定于地锚上,以便调整模板中心及垂直度,在得到监理工程师批准后一次浇筑成型。
对桥台台身采用涂塑竹胶板,内置Ф14拉模钢筋,砼一次浇注成型。盖梁支架双柱盖梁拟采用托架式,即在立柱内预留孔洞,插入Ф32精轧螺纹钢筋作支承,上置I36a工字钢,铺设方木和底模;对独柱盖梁,拟采用满堂支架,盖梁底模采用涂塑竹胶板,侧模采用大块钢模,上、下设Ф20体外拉模钢筋。
(三)盖梁及台帽施工 采用门式支架来进行盖梁和墩台帽的施工。门架搭设密度纵向间距1.0m,横向间距为1.5m,贝雷梁钢支墩设置于承台上,在贝雷梁与钢支墩间设砂板,以便脱模、落架。
1.地基处理 原地面用砂砾回填夯实、整平,场地四周设60cm*40cm深的排水沟,钢支墩置于承台上,门式支架基础。
场地回填土厚3.0~8.0米,夯击能量选用E=320T?m,锤重16吨,直径2.0米,落距20米,平均夯击能量为120T?m/m2,加固深度为8.0米。
2.夯点布置
根据土层情况和建筑物对地基要求,采用正三角形网格布置,三角形边长3.5米。
3.夯击点数和遍数
第一、二遍采用点夯,夯击分别为5击、4击,第三遍用低能100T?m全场地满夯。
4.间歇时间
每两遍间歇时间为7天。
二、强夯施工方法
强夯施工采用有自动脱钩装置的50吨履带式起重机,强夯施工步骤如下:
1.清理并平整场地。
2.标出第一遍夯点位置,起重机就位。
3.将锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由下落后,放下吊钩,若发现因坑底倾斜面造成夯锤歪斜时,应及时将坑底整平。
4.重复步骤3,完成第一遍全部夯点的夯击。
5.用推土机将夯坑推平。
6.7天后按上述步骤逐次完成全部夯遍数,最后用低能量满夯,将场地表层夯实。
7.测量夯后场地高程。
三、强夯施工质量控制
1.施工前检查锤重和落距,以确保单击夯击能量符合设计要求。
2.在每遍夯击前,应对夯点放线进行复核,夯完后检查夯坑位置,发现偏差或漏夯应及时纠正。
3.施工过程中记录每个夯点的夯沉量作为原始记录。
四、强夯质量检测
采用标准贯入试验、室内土工试验和地基土压板竖向静荷试验三种检测方法。
1.标准贯入检测点为43个,地基承载力平均为220KPa。
2.室内土工试验取6个钻孔土样,共计18组,经地矿部广东中心实验室进行土工试验,地基承载力平均为220KPa。
3.地基压板竖向静荷载试验点三个,委托广东省建筑工程质量检测中心站进行测试,结果满足设计要求。
桥梁基础的施工方法主要是根据基础类型、地质情况、具备的施工机具以及工期要求和成本造价等相关条件来决定的。
举个例子:设计为钻孔灌注桩基的这类基础主要有回旋钻进法、冲孔钻进法、人工挖孔法以及旋挖钻进法。而回旋钻进法又分为正循环回旋钻进与反循环回旋钻进,冲孔钻进又分为冲击锤和冲击爪,人工挖孔分为风炮机凿打法和爆破法以及水磨钻法等等。
当然这只是指一种类型的基础,还有其他很多类型的基础,施工方法就更多了,比如还有扩大基础、管桩基础、沉井基础、钢管桩基础等等。
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