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深水钢管桩施工工艺流程详解

401 2020-08-20 08:57:51


 

微信公众号:东南岩土

一、前言

深水中修建桥梁等其他建筑物时,为了确保施工安全,使基础施工方便易行,减少施工干扰,降低工程成本,可采取钢管桩水中平台方案施工水中钻孔桩的施工。


二、工法特点

1、施工过程中陆地之间的联系非常方便,顺利地解决了水中运输问题,并且安全可靠。

2、平台搭设方法简单,并且施工过程中处处有平台,即使毫无水上生活经验,工人也可顺利施工而不会造成晕船现象。


三、适用范围

1、水深在30米范围的深水基础施工,

2、跨越水库、河流、海湾的铁路公路桥梁深水基础。


四、施工工艺


工艺原理

将浮箱、工字钢、桁架、卷扬机、卷扬机带动的旋转底座和起重机大臂等拼装组成浮吊,利用浮吊将浮箱和工字钢组成的导向船为导向框架,使用浮吊依靠导向船打设钢管桩,搭设水中平台,以水中作业平台为依托,下设钢护筒、钻孔、下放钢筋笼、灌注混凝土。

工艺流程



施工方法要点

1、钢管桩及钢护筒的制作

钢管桩所用的钢管和钻孔的水中部分所用的钢护筒,均现场卷制。一般选用10~14㎜厚的钢板,卷成小节后,将小节焊接成大节。每节钢管之间采用内外周圈焊接,焊缝宽度不小于2cm。

2、浮箱拼装

浮箱是浮吊的基础,由若干个小钢箱组成。小钢箱外型为长方体底部周边为圆角,顶部为长方形,钢箱钢板厚度3㎜,内部有钢制中隔板,顶部焊有带螺栓眼和卡销眼的角钢及钢板,小钢箱之间通过螺栓和卡销来互相连接,顶部预留有锚栓孔,以连接固定锚机或其他需要固定的设备。

在岸边用汽车吊依次将小钢箱吊放下水,通过螺栓连接和卡销连接并用的方式拼装成一个大浮箱。

3、浮吊拼装

浮吊是水上作业的起吊设备,由浮箱及CWQ20型拆装式桅杆起重机组成,在远处看浮吊主体是三脚架,起重机结构由臂杆、立柱、斜撑、转盘底座及驾驶室组成。转盘底座基础基本呈正三角形,三台卷扬机在浮吊的尾部正中位置。详细结构见(图二):


4、搭设水中平台

(1)浮吊抛锚;首先使用浮吊将锚碇在距设计桩位60~100m处进行抛锚,并用浮筒做为标识。

(2)导向船固定:导向船定位时,用机动船将导向船推至设计桩位处加以锚定,然后利用导向船上的四台卷扬机(俗称锚机),在测量指挥下,通过伸缩锚机将导向船定位,在导向船上根据每根钢管桩的布设位置准确放出每根钢管桩的桩位,并依次安装定位框架。

(3)钢管桩下设:导向船定位后,机动舟将焊接好的钢管桩钢管通过运输船运至墩位处,并将浮吊傍靠。

起吊钢管桩钢管,在钢管上做好长度标记,从定位框架中插入,自重缓缓下沉,根据钢管上的长度标记确认入河床后再检查垂直度,作纠偏处理,起吊电动振动锤,放在钢管顶卡在钢板上,开动振动锤对钢管桩进行振动下锤,直至钢管反弹,方可认为已进入风化岩,可停止振动下沉。在打入过程中随时观测垂直度。

(4)施工平台的搭建完成:钢管桩打设完毕,按照平台设计进行平台的搭建完成。

5、埋设钢护筒

在平台上精确定出桩位,放置导向架。入河床的一节护筒在顶部外侧对称焊接卡板,浮吊提扁担梁起吊,护筒穿过导向架,靠自重缓缓下沉,卡板卡在导向架上,同样办法起吊下一节护筒,并与上一节护筒对接焊。护筒足够长以后,将会因自重下沉,待不再继续下沉,在护筒顶部焊接替打,加振动锤振动下沉,护筒反弹明显时持续5min后停止下沉。

6、钻孔桩施工

护筒埋设好后,吊装钻机就位进行钻孔施工。从护筒至泥浆池之间采用泥浆槽连接,放置在平台上。泥浆池是一个钢板加工成的钢箱,焊挂在平台上。

7、清孔

为了确保灌注成功,采用气举反循环法将孔内泥浆全部换为清水。气举反循环主要设备为9m³空压机一台,20cm出浆钢管一套及3cm射风软管一套、泥浆泵2台。在钢管上距钢管底口40cm处向上开一斜口,接射风软管,清孔时,将出浆钢管下至距孔底40cm,两台水泵往孔内不停送清水,启动空压机,利用反循环原理从出碴钢管上口喷出。施工过程中要保证孔内水头在河面水位以上1.5~2.0m,以减小护筒壁所受外压力。清孔应认真操作,钻孔底沉淀物厚度不得大于5cm。在灌注前(导管安装完毕后)检查孔内沉淀情况,如果大于设计要求,可按相同办法进行二次清孔,确保沉淀厚度小于规范要求值。

8、混凝土灌注

钻孔桩所用混凝土在拌和场集中拌制,由砼罐车运到临时码头旁。在临时码头处设置滑槽,砼由滑槽滑至运输船上的料斗内,由运输船将料斗拖至墩旁,浮吊吊灌。导管一般埋深为4~5米,以确保砼的密实度。必须保证每趟运输时间不能超过40分钟,保证混凝土坍落度。

9、平台拆除

桩基施工完毕,由上至下拆除平台。横纵梁、斜撑拆除后进行管桩拔除。浮吊起吊振动捶直接夹住管壁,启动振动捶,边振动边缓缓起钩,可将管桩拔除。因混凝土与基岩连接的管桩,潜水员下水割除。

五、工程实例

尤溪互通2#大桥位于尤溪县大排村,横跨尤溪水库,为左右幅分离式桥梁,左幅全长396米,右幅全长369米,左右幅各有6个墩落在深水中,水中基础为2.2m直径的钻孔桩,最大桩长49米。水库常水位87.00m,最大水深18米,水库正常时水面平稳,只有在大雨时水库放水方有不同程度的落差,最大落差3米。施工区域地层:为剥蚀丘陵夹溪谷地貌,上部为淤泥、砂质粘土、卵石层,下部为砂土状强风化砂岩、碎块状强风化砂岩、弱风化砂岩,其中淤泥、砂质粘土层较薄。

1、总体思路

本桥跨度小,墩柱分散,采用钢管桩水中平台方案施工,发挥浮吊和浮箱的作用,成本经济、方便易行。

2、施工平台

本桥右线桥幅宽12.0m,桩中心间距6.0m,左线桥自4#墩开始采用线性和非性加宽,基本幅宽12.0m,最宽16.0m,最宽处桩柱间距8.70m,每个水中墩要搭设一个15×8.0m的作业平台,管桩按14m*8m布置,根据不同桩间距调整内侧两排管桩间距,见示意图:


平台顶面高程为88.5m,相邻管桩用∠10*10角钢呈剪刀形式连接,如图。纵桥向每排钢管的外侧两根管桩顶面切割企口,安装I40a工字钢横梁,横桥向铺12m长桥面梁,长度不够焊接I40a工字钢,注意留出护筒空档,其余地方满铺5cm厚木板,周边设钢管桩栏杆。详细布置见(图三):


3、浮吊

CWQ20型起重机的主要技术性能为:臂长 20.5m 最大起重量20t 起重幅度范围 4.54~20.67m臂杆回转角度范围220度 臂杆变幅角度角度范围 6~78度 起升高度 17.63m根据浮吊的结构需要,选用13个9m×2.7m×1.65 m型号的小浮箱连接成浮吊平台,布置形式为5+5+3,总长27m,总宽13.5m,其中尾部3个小浮箱加水配重以满足起吊时吃水平衡。

4、钢管桩及钢护筒的制作

最大水深为18米,每根桩的护筒和钢管桩长度都在20m左右,所以一般护筒焊接成2大节,每大节长为9~11m,钢管一般焊接成16~23m一大节。每节钢管之间采用内外周圈焊接,焊缝宽度不小于2cm。

5、搭设水中平台

(1)浮吊抛锚;首先使用浮吊将锚碇在距设计桩位60~100m处进行抛锚(锚碇为一块4立方大小的混凝土预制块,重约10t),并用浮筒做为标识。

(2)导向船:导向船由4个9m×2.7m×1.65m型号的小钢箱组成。

(3)钢管桩下设:由于河床覆盖层较薄,其下为强风化砂岩,在施打过程中,管桩进入覆盖层时下沉速度较快,管桩进入强风化砂岩时表现为振动捶反弹强烈,DZ40振动捶振动荷载为230KN,远大于检算时的单桩承受荷载,故将管桩下沉速度作为停止施打打的依据,在持续振动5min后管桩下沉在2~3cm范围内时,既可作为停止施打,能够满足承载及稳定要求。左8-1平台钢管桩施打过程如下:导向船定位后,在大致管桩位置处测量水深为16m,通过预计钢管桩打入河床深度3m,焊接钢管桩总长为21m,钢管桩起吊就位后,通过自重进入河床0.8m,加振动锤振动,管桩继续下沉0.5m后,振动反弹强烈,确认已进入强风化层,继续打入河床至2.8m后,振动锤持续振动5分钟不见继续下沉后停止振动。正常情况下,整个过程为12分钟,平均入河床2.0m,入强风化岩1.0m。每根钢管桩施打时间在10-30分钟之间,在振动锤持续振动5-10分钟下沉量小于5cm左右停止。

(4)施工平台的搭建完成:12根钢管桩打设完毕,按照平台设计进行平台的搭建完成。

6、埋设钢护筒

在平台上精确定出桩位,放置导向架。导向架是高4米,平面2.6米见方的钢框架,中间有2.5米见方的空间。左8-1平台钢护筒施打过程如下:根据钢管桩施工的资料,此处软弱覆盖层约为1.5m,钢护筒预计打入2.5m,加工护筒总长为(1.8m×3+1.5m×3 ),(1.5m×7)两节,加焊缝总长20.54m。

在钻孔过程中,因地质情况较为复杂,钻头对地基的扰动影响较大,容易出现缝隙和松散层,且护筒内泥浆水头、比重都比护筒外侧大,因此容易出现漏浆现象。常用方法为在原护筒上接长护筒,继续打入的,直至穿过破碎层,使护筒入岩深度加长,堵住漏浆。左8-1在钻孔过程中,漏浆后,加振动锤将护筒又打入0.54m,前后共入覆盖层2.24m。

7、钻孔桩施工

就位钻机进行钻孔桩施工。

8、清孔

采用气举反循环法将孔内泥浆全部换为清水。孔底沉淀物厚度不得大于5cm。清孔彻底的标志是反复清孔,再无任何泥浆、石块喷出。根据孔深不同,一般3~5小时,可将孔内泥浆全部换完,达到沉淀要求。清孔完成后准确量测孔深,孔深应比设计超深不小于5cm。在灌注前(导管安装完毕后)检查孔内沉淀情况,如果大于设计要求,可按相同办法进行二次清孔,确保沉淀厚度小于规范要求值。

9、砼的运输及灌注

(1)钢筋笼施做:

钢筋笼在岸上进行加工,在成孔后用浮吊运至孔边,一般为15-18米为一节进行吊装,在第一次清孔结束后下钢筋笼,在钢筋笼焊接完毕后,注意钢筋的搭接长度,钢筋笼的垂直度,为防止钢筋笼偏位,在钢筋笼侧面加垫块。

(2)混凝土灌注

运输船上装有2.5m³料斗4个,砼由滑槽滑至运输船料斗内,由运输船将料斗拖至墩旁,浮吊吊灌。使用一艘运输船,在整个砼的浇筑过程中,基本能保证40~45分钟一个循环(每循环为运输船运一趟混凝土,每趟10m³)。

10、平台拆除

桩基施工完毕,由上至下拆除平台。


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来源:施工技术

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