株洲市湘江四桥主桥钻孔桩施工方案Word文档下载推荐.docx
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K1+024.8K1+029.2
-5.5
20.4
32
320
K1+164.8K1+169.2
-3.5
25.5
23
K1+241.96
14
40.5
43.5
79.5
2、工程地质条件
根据湖南省地质工程勘察院提供的《工程地质勘察报告》显示,本桥位未发现有不良地质存在,其区域地质稳定性与地基稳定性较好,桥位地基工程地质条件好,地质构造简单,河床与两岸第四系覆盖层厚度不大,下伏基岩风化层较薄,奠基持力层埋深适中,河槽基岩埋深浅,起伏小,有利于桥基施工,本桥位修建大桥完全适宜。
组成桥位的地层岩性为:
第四系全新统之填筑土、种植土、亚粘土、中砂、圆砾,第四系上更新冲积亚粘土、粉砂、圆砾、亚粘土及残积亚粘土、白垩系泥质粉砂岩、砂砾岩等。
桥位区地层时代较新,地质构造简单,未发现有断裂构造通过,区域稳定性好;
本桥位分布有厚度巨大且稳定的白垩系泥质粉砂岩或砂砾岩岩体,物理力学性质良好,桥位区未发现有活动性断裂、滑坡、岩溶等不良地质存在,地基稳定稳定好;
弱风化泥质粉砂岩或砂砾岩与微风化泥质粉砂岩或砂砾岩厚度巨大,承载力高,是良好的基础持力层。
微风化岩天然极限抗压强度大约在20Mpa左右。
汇总各地层的分布情况见表-2
表-2、主桥处岩土层主要分布及力学指标表
地层分类
地层标高(m)
层高(m)
地基土容许承载力σo(kPa)
桩周土的极限摩阻力τi(kPa)
中砂
21.0∽20.0
1.0
150
40
强风化泥质粉砂岩
20.0∽17.1
2.9
400
100
弱风化泥质粉砂岩
17.1∽0.2
16.9
1200
\
微风化泥质粉砂岩
0.2∽-17.4
17.6
1500
3、气象
株洲市地处亚热带季风湿润气候地区。
气候温暖,四季分明,雨水充沛,生长期长。
据株洲市气象站1954~2000年质料统计,多年平均降水量1410mm,最大年降水量1912.2mm(1954年),最小年降水量932.8mm(1986年)。
全年雨水集中在3~7月,汛期(4~9)降雨量占全年70%左右,梅雨季节4、5、6三个月,降雨量占全年40%以上,多年平均蒸发量在900mm以上。
多年平均气温17.4℃,多年极端最高气温40.4℃(1963年9月1日),多年极端最低气温40.4℃(1991年12月29日)。
株洲市区多年平均风速2.2m/s,风向冬季为西北风,夏季多为南风。
4、水文
湘江自南向北贯穿株洲市,较大支流的枫溪港、白石港迂回曲折于河东汇入湘江,水情较为复杂。
在市区内有株洲水文站,水文系列较长,湘江干流最高水位一般出现在4~7月,主要受洪水径流控制。
根据株洲水位站质料统计,多年平均水位30.61m(85黄海系统),历年最高水位实测最高值为42.59m(1994年6月18日,56黄海系统),实测最大流量20200m3/s(1964年6月);
实测最低水位27.51m(1998年11月13日),实测最小流量101m3/s(1966年9月)。
正常水位为29.44~31.96m。
年最高水位一般出现4~7月,年最低水位出现在12~2月。
2004年株洲船闸处平均水位(黄海高程)统计
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均水位(m)
29.8
30.21
31.03
32.52
34.3
32.41
32.16
31.71
31.24
29.94
30.56
30.1
最高水位(m)
30.22
30.5
33.55
34.38
39.0
37.7
35.08
34.93
32.81
30.17
32.12
30.78
出现最高水位日期
21日
10日
29日
14日
19日
23日
17日
2日
16日
15日
最底水位(m)
29.59
29.68
29.71
31.07
31.38
30.61
30.76
30.09
29.67
29.6
出现最底水位日期
13日
1日
7日
31日
24日
12日
二、钻孔桩施工工艺流程
三、钻孔桩施工测量
为了确保钻孔桩顺利施工,需在钻孔口设置钢护筒。
陆上埋设钢护筒,首先采用全站仪极坐标法放样桩位中心,打入标志木桩,然后根据桩位中心及钢护筒外半径画圆弧开挖泥土,埋设钢护筒。
埋设钢护筒过程中,桩位中心标志木桩不得破坏,否则重新放样桩位中心(水上钢护筒埋设定位采用经纬仪前方交会法)。
钢护筒埋设完成后,采用全站仪将桩位纵横轴线及钢护筒顶标高标示于钢护筒上。
钢护筒中心偏差测定以全站仪虚拟圆心法为主,以中心放样反算法作校核。
钢护筒垂直度测定采用垂球法测定。
钢护筒顶标高测定采用精密水准仪测量每一个钢护筒上游侧与下游侧的顶标高,用油漆标记两处(一处校核),以此作为钻孔桩施工及钻孔桩混凝土灌注的高程基准(定期校核每个钢护筒的顶标高)。
钻机就位,首先根据全站仪放样的桩位纵横轴线,初步就位钻机,然后采用全站仪测量钻机转盘对称点确定钻机钻杆中心,采用精密水准仪测量钻机转盘顶标高,检查钻机平台平整度,进行钻机精确定位。
钻孔过程中,经常检查钻机钻杆中心及转盘顶标高。
四、钻孔平台施工
根据2004年株洲船闸处高程统计数据,钢平台顶标高取为+38.0。
1、19#墩水上钻孔平台施工
1.1、钻孔平台设计
因只有三根钻孔桩,就上一台钻机。
钻机横桥向布置,根据这个要求进行平台结构设计。
平台采用φ800×
10钢管桩、□1000×
500钢箱梁、H450型钢、I22工字钢、δ10mm钢板等组成,平台结构见图1.1。
由《港口工程桩基规范》JTJ254-98得:
EP桩材料的弹性模量(kN/m2),取2.1×
108kN/m2
IP桩截面的惯性矩(m4),取I=1.9410-3m4
m桩侧地基土的水平抗力系数随深度增长的比例系数(kN/m4)取4000
b0桩的换算宽度(m),b0为2d,d为桩受力面的桩宽或桩径
取b0=2×
0.8=1.6
所以得出:
t=ηT=2.0×
2.3=4.6m
泥面标高为+23.5m
得出嵌固点标高为:
23.5-4.6=18.9m
钢管桩底标高取为+18.0m。
钢管桩采取DZ160VM4-10000AⅡ振动锤下沉,DZ160VM4-10000AⅡ振动锤性能见表1.1。
表1.1、DZ160VM4-10000AⅡ振动锤性能表
偏心力矩(kN.m)
最大激振力(kN)
最大上拔力(kN)
重量(kg)
液压夹头重量(kg)
600
1281.2
889.6
6545
700
表1.1’、19#墩土层主要分布及力学指标表
23.47∽22.17
1.3
22.17∽21.42
0.75
21.42∽1.42
20.0
利用19#墩土层分布对振动锤进行复核。
钢管桩外径0.8米,当入土至标高+18.0m时,液化后土层所产生的动摩阻力为:
412.5kN,计算式见表1.1”:
表1.1’、19#墩钢管桩施振时动摩阻力
液化系数
液化后摩阻力(kN)
0.35
45.7
66.0
21.42∽18.0
3.42
300.8
按其激振力P>土的动摩阻力R对DZ160VM4-10000AⅡ振动锤进行复核
DZ160VM4-10000AⅡ振动锤技术参数如下:
最大激振力:
1281.2kN
1281.2kN>412.5kN故DZ160VM4-10000AⅡ振动锤满足钢管桩施振到+18.0m要求。
图1.119#墩钻孔平台结构示意图
钻孔施工采取GF300钻机,钻机外型尺寸为8.7×
3.6×
13.4(长×
宽×
高),主机加钻具重约100吨,采取两根□800×
500钢箱梁作为钻机分配梁,分配梁支立于H450型钢顶。
□800×
500钢箱梁横桥向布置。
将横梁按单向受弯结构考虑,同时横梁截面在同一点上受到较大的弯应力和剪应力共同作用,按下式验算其折算应力:
为安全见,假定荷载作用点在横梁翼缘边,按公式
对横梁整体稳定性进行校核。
计算及校核结果见下表
符号
l1
h
rx
ψb
Wx
Wy
A
P
L'
Mx
My
δ
δeq
f
K
名称
支点间距
梁高
塑性发展系数
整体稳定系数
截面模量
截面积
荷载
偏离距离
弯矩
应力
设计应力
安全系数
单位
cm
cm3
cm2
kN
kN.m
N/mm2
2H45型钢数值
630
45
1.05
1.0
3000
2322
195
250
338
25
120
215
1.8
500箱梁数值
425
80
8035
5022
314
266
63
46
4.7
1.2、钢管桩下沉
钢管桩下沉采用35t全旋转浮吊配合DZ160VM4-10000AⅡ振动锤振动下沉,确保钢管桩中心轴线与振动锤中心轴线一致。
35t全旋转浮吊吊钢管桩于设计位置,测量定位后缓慢下放钢管桩,并在自重情况下入土稳定,观测垂直度,满足要求后低档振动下沉,待钢管桩入土一定深度后高档振动下沉,直接下沉至设计标高,下沉示意见图1.2。
图1.2钢管桩下沉示意图
35t全旋转浮吊和DZ160VM4-10000AⅡ振动锤性能分别见表1.2和表1.2’。
表1.2、35t全旋转浮吊性能表
最大起重量(t)
最大起重力矩(kN·
m)
主臂起升高度(m)
幅度范围
(m)
外形尺寸(m)
35
10500
10~30
40×
18×
3.0
表1.2’、DZ160VM4-10000AⅡ振动锤性能表
钢管桩施沉采用二台J2经纬仪前方交会法(60°
<γ<120°
),控制钢管桩偏位及垂直度,采用一台精密水准仪控制钢管桩顶高程。
沉桩质量要求:
平面位置偏差≯100mm,斜度<1%。
1.3、Φ420×
6平联、50×
100钢箱梁、H450型钢安装
钢管桩下沉到位后,割去桩头,吊安焊接桩帽、平联、钢箱梁、H450型钢,然后铺设、焊接固定Ⅰ22工字钢、δ10钢板形成钻孔平台。
钻机采取50×
80钢箱梁作为底座。
2、陆上钻孔平台
23#墩位于东边大堤上,回填砂土至标高+44.0m,铺设桁架梁形成钻机平台,平台顶标高+44.8m。
3、20#~22#三主墩平台施工
3.1、钻孔平台设计
三主墩钻孔桩均为10根桩,桩间距4.4m,采用布设两台钻机,根据施工荷载要求对平台进行结构设计。
平台采用Φ800×
10钢管桩、500×
1000钢箱梁、贝雷架、I22工字钢、钢板组成。
平台结构见图3.1、表3.1。
图3.1(20#~22#)钻孔平台结构示意图
表3.1、株洲湘江四桥主桥钢平台工程量汇总表
项目工程材料
19#墩
20#墩
单根长度(m)
数量
汇总长度(m)
单位重(kg/m)
四联贝雷架
15.0
5
75.0
400
30000
500×
1000钢箱梁
25.0
2
50.0
20000
23.8
47.6
19040
7.0
4
28.0
11200
φ800×
10钢管
19.6
8
156.4
195
30471
12
234.6
45706
24.2
96.8
18859
φ420×
6钢管
8.0
6
48.0
61
2940
11.8
70.8
4337
6.3
25.2
1544
4.4
10
44.0
2695
5.0
30.0
1838
H450型钢
6.8
81.6
77
6242
0.0
0
I22工字钢
24.0
24
575.8
33
19000
40
952.0
31416
168.0
5544
[18槽钢
200.0
23
4600
δ10∽20mm筋板
6800
12000
δ10mm面板/宽1.8m
14
95.2
141
13452
7
166.6
23541
3956
型材合计
100449
214733
21#墩
22#墩
5
15.6
186.6
36355
20.2
80.8
15742
202264
泥面标高为+22.0m(22#墩为+27.0m)
22.0-4.6=17.4m(22#墩为+22.4m)
钢管桩底标高取为+15.0m(22#墩为+20.0m)。
钻孔施工采取GF250钻机,钻机外型尺寸为8.2×
12.4(长×
高),主机加钻具重约93吨,采取两根□800×
500钢箱梁作为钻机分配梁,分配梁支立于贝雷架顶。
T
剪应力
四联贝雷架数值
1180
14280
465
1721
115
12
117
315
2.7
440
186
15
27
8.0
3.2、钢管桩下沉及平台搭设
钢管桩下沉及平台搭设见19#墩的施工方法。
五、钢护筒施工
1、19#~22#墩钢护筒施工
根据设计要求,水上护筒直径要求大于桩直径40cm,则19#墩护筒直径为340cm,20#、21#、22#墩护筒直径为260cm。
根据以往施工经验和桥址地质情况要进入强风化泥岩4米左右,确定19#墩护筒壁厚为18mm,20#、21#、22#墩护筒壁厚为16mm,且顶底口分别设置50cm长与护筒壁等厚的加强箍,下口设刃脚。
以DZ160柴油振动锤的极限性能,在满足钢护筒不会反穿孔的前提下,钢护筒能振深就振深。
19#∽22#墩钢护筒工程量见下表
项目
钢护筒内直径(mm)
护筒底标高(m)
护筒顶标高(m)
护筒长度(m)
底口包箍段长度(m)
钢护筒壁厚(mm)
单根护筒重量(kg)
总重(kg)
3400
19.0
38.0
0.5
18
29594.8
88784.5
2600
16.0
22.0
16
23231.5
232315.3
21.0
17.0
18070.4
180703.7
合计
33
734118.8
2、钢护筒制作与运输
每根钢护筒整节在工厂加工制作,水运运至施工现场,为避免钢护筒在起吊运输过程中变形,每节钢护筒端头用型钢各焊接一道“+”字形内撑,待起吊后割去内撑。
3、钢护筒下沉
采用35t全旋转浮吊配合DZ160振动锤施沉钢护筒。
如果钢护筒下沉困难,可用砂石泵清掉护筒内的泥砂,再次施振。
振动锤性能见表3.2。
3.1、导向架:
为确保钢护筒下沉时的平面位置和垂直度满足设计和施工规范要求,钻孔平台主桁上设置上下两层导向架,导
向架用型钢加工,必须有足够的刚度。
3.2、钢护筒下沉:
用35t浮吊将第一节钢护筒吊入导向架定位,经纬仪观测护筒的平面位置和垂直度,满足要求后下放着床,对接第二节钢护筒,吊安振动锤于护筒顶,振动锤中心线与护筒中心位置一致,上好液压夹具,
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