金鼓江大桥桩基施工要点与质量控制.docx
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金鼓江大桥桩基施工要点与质量控制
金鼓江大桥桩基施工要点与质量控制
[摘要]文章通过工程实例,介绍在跨海大桥桩基施工过程中桩基工程施工要点,只要严格控制搭设施工平台、钻孔定位与护筒埋设、嵌岩深度、泥浆性能、清孔、混凝土灌注等施工质量,就能确保大桥桩基施工质量目标的实现。
[关键词]金鼓江大桥;桩基施工;质量控制
[作者简介]周光俊,广西地矿建设工程发展中心工程师,研究方向:
岩土工程勘察与施工技术,广西 南宁,530023
[中图分类号]U442.2
[文献标识码]A
[文章编号]1007-7723(2007)08―0170-0003
一、工程概况
金鼓江大桥位于广西钦州港,跨越金鼓江海港。
大桥为双向四车道,宽度25.50m,桥长603m,属特大桥。
桥跨组合为7×20+7×20+5×30+8×20m合27孔,分四联。
该桥下部结构:
采用桩柱式桥墩、变载面预应力混凝土盖梁、钻孔桩基础。
大桥共有84条桩基,桩径¢1500mm,桩长按施工实际嵌岩深度计算,保证桩底标高进入完整弱风化岩内不少于3.50m。
上部结构为预应力钢筋混凝土梁,其中20m梁352榀,30m梁50榀,为先简支后连续式桥。
二、场地工程地质条件
根据广西交通勘察综合设计院提供的详勘地质资料,查明场地桥位地下埋深50m范围内,上覆第四系全新统海相沉积,下伏志留系地层。
地段内地层稳定,岩性简单,工程地质条件满足建桥需要。
其地层岩性自上而下分为:
第一层(mQ34)灰黄色角砾,局部夹中砂,成分为石英,石英砂岩,稍密一密实,级配一般,呈棱角状,厚度0.70~5.90m。
第二层(mQ24)灰色细砂混淤泥,松散一稍密,厚度3.35~7.85m。
第三层(mQ14)灰色淤泥,局部为淤泥质黏土,多混细砂,局部含砂量较大,呈软塑状,厚0.80~8.55m,以下伏层和透镜体的形态出现。
第四层(slle)含砂泥质砂岩,含泥质粉砂岩,局部夹泥岩,炭质泥层的风化强度分为强风化层、强―弱风化层,弱风化层。
大桥桩基以弱风化层为持力层。
强风化层:
为黄色、灰黄及灰红色,岩性以含砾泥质砂岩为主,夹泥岩、胶结弱、结构松散,岩性软,岩体破碎,表面局部呈软―可塑黏土状,泡水易软化。
强―弱风化层:
呈灰色,岩性为含砾泥质砂岩夹砂岩、石英脉,所含砾石成分为石英,胶结弱,结构疏松,岩性软,岩体较破碎,岩芯呈角砾碎石状,钻进速度相对强风化较慢。
该层与强风化层分界不明显,属于强与弱风化的过渡层。
弱风化层:
以深灰色为主,岩性为砂岩,含泥质,局部夹含砾泥质砂岩、泥岩、炭质泥岩及石英脉。
岩体完整,局部破碎,陡倾角裂隙较发育,层理清晰,沿层理面易机械破碎,岩芯多呈针柱一碎块状。
根据勘察试验报告,各地层的物理力学性质指标建议值如表1所示。
三、桩基施工设备、工艺流程
(一)施工设备选择
由于桥位地层岩性――砂岩属软质岩,岩石界于较硬一软之间。
在桩基施工时,根据多年来在该地区的工作实践,按桥桩基的设计深度、桩径及桩嵌岩深度的要求,均属于一般常规性设计,对设备选型及工艺无特殊要求。
故对桩基施工经技术、经济充分地比较论证,采用XJD-5型冲击钻机,锤重:
3.50t。
(二)施工工艺流程
施工前准备→测量放桩、搭设施工平台→钻孔定位、安设钢护筒→钻机就位、校中→冲孔、排渣验孔→第→次清孔→吊安钢筋笼→第二次清孔检验沉渣、合格→灌注水下混凝土→移机。
四、桩基施工要点与质量控制
(一)搭设施工平台
由于大桥桥位处于海汊施工,水位较深,且受海水潮汐作用的影响,因此,施工平台搭设为关键点。
经研究在桩基施工不受影响的前提下,搭设的施工平台台顶高出最高潮水位1.00m,把每个桥墩的三条桩作为一组联体施工平台。
于是,每个联体施工平台由8根8mm钢板卷制直径为1.00m圆管辅助桩(中间充填海沙)与工字钢、槽钢及三角钢焊接而成。
搭设施工平台整体强度经验算后,满足冲孔钻进施工要求。
(二)护筒埋设
桥位处水深最大达13.00m,且受涨落潮的影.响较大。
钦州港为不规则的日双潮,涨潮流速小于退潮,退潮流速最快达3.00w/s,最大潮差4.30m.水文条件复杂。
因此,在进行水下桩基施工时,护筒埋设问题是施工中的难点。
为了准确地进行护筒埋设,使桩位偏差在允许范围之内,施工中采用了导向固定法,即在搭设好的临时施工平台上用全站仪放出孔位四个轴点,用油漆作好标志。
用工字钢在平台上焊接井字框架。
然后在乎台下部横联架上,根据平台上的点吊线转移四个轴线点,经全站仪复核确认,采用槽钢焊接定位,作为第二层井字型定位导向装置。
为保证上下两层井字导向装置位置尽量大,在第二层井字定位导向装置施工时,选择在低潮位时施工。
当两层井字型定位导向装置焊接完成后,为避免护筒受水流冲击影响,特别是保持吊机船的稳定性,使在吊护筒时不会晃动,对施工平台也不造成影响,选择在退潮的最低潮位时段进行。
并在两台全站仪的监测下,吊船将护筒沿井字架下入。
在振动锤的振冲下,保证护筒完全进入基岩强风化岩层,确保护筒埋设稳固。
(三)嵌岩深度确定
桩基嵌岩深度是根据桥位工程地质勘察资料设计的,保证桩底标高进入完整弱风化岩内不小于3.50m。
因为桥位区岩性较复杂,岩层产状较陡,岩石强度差异性大,对确定桩端是否完全嵌入设计要求的持力层(弱风化岩层)是保证桩基承载力的关键。
在桩基施工中,由于桥位地层强―弱风化岩层与弱风化岩层没有明显的分界线,只能按照勘察资料提供的等高线图标高和冲孔钻进过程中进度变化和返渣携带的渣样对持力层描述进行判定。
一般进入完整的弱风化岩层后,冲孔进度较慢。
由于地层岩性为含泥质砂岩,黏质成分较少,成孔过程自然造浆能力差,无法靠泥浆中的胶体自然形成护壁泥皮及将成孔渣屑带出孔外,需采用膨润土人工造浆。
因此当冲孔钻进入设计标高并需人工造浆施工后,继续冲钻3.00m左右,就能达到桩端嵌入完整岩层面深度的设计要求。
(四)泥浆性能控制
大桥桩位地层上部以黏性土为主,在冲孔施工时会形成较高胶体率,黏度较大的泥浆,此时泥浆性能指标与膨润土配制的泥浆相近,故可利用此浆液进行成孔施工。
但是,为了保证在冲孔钻进过程中孔壁的稳定性和防止坍孔,尤其当桩基冲孔至弱风泥质砂岩后,因本身层位无法自然造浆,浆液经过循环后会失去黏度,性能变差。
因此,这时要经常使用添加膨润土来配制泥浆,并用泥浆比重计、黏度计、含砂量测量仪来检测控制、调整泥浆性能,保证泥浆质量,确保冲孔顺利。
(五)清孔方法
清孔是冲孔灌柱桩一项极为重要的工序,孔底的沉渣是嵌岩桩质量控制的重要指标。
清孔质量好坏,直接影响水下混凝土灌注施工、桩身质量和基础的承载力。
金鼓江大桥桩基由于是大直径嵌岩桩,桩径大、桩孔较深,沉渣厚度要达到规范要求一般比较难,为保证清孔质量,采用两次正循环清孔。
第一次清孔是在成孔结束时进行。
把调制性能好的泥浆替换孔内泥浆,在循环时能有效地将岩屑、渣粒携带到地面清除,时间不少于1小时,清孔后泥浆比重、黏度性能达到最优状态。
使浆液中的胶体量得到保证,孔内岩屑和渣粒能与胶体结合呈悬浮状,防止岩屑和渣粒沉入孔底,从而造成孔底沉渣超标。
第二次清孔是在下好钢筋笼和导管后利用导管进行。
清孔时经常上下窜动导管,以便能使孔底周围沉渣与泥皮清除干净。
当二次清孔后,测定泥浆比重一般保持在1.3以内,黏度在25~30S之间,含砂率在10%左右。
为避免片面追求泥浆的某一性能指标以达到最优而耗费时间进行长时间冲孔,造成坍孔隐患,在清孔时技术人员和监理沟通,并在现场进行实际监测,符合要求后,尽快灌注混凝土,使孔底无沉渣形成的时间条件,能有效地将岩屑和渣粒清除孔外,达到目的。
(六)混凝土灌注
混凝土灌注是桩基施工中的最后一道工序,也是确保成桩质量的关键工艺。
金鼓江大桥桩基的混凝土施工,从机械设备的选配、配合比确定及其灌注时可能出现的问题等从人员配备、技术方案等都作了应急预案,采取了预控措施。
1、确保参与灌注桩的机械设备能正常使用。
检查全自动拌和机装置系统和输送泵设备,保证性能良好。
选用的¢250mm导管标准节长度2.50m,作气密性经0.6MPa压力检验后使用。
使机械设备从开始至终结一直处于受控状态。
2、严格按确定的混凝土配合比下料。
桩基使用的是高性能中等强度等级的(c40)混凝土。
选用P.042.5普通硅酸盐水泥,掺和了粉煤灰和微硅粉,添加高效缓凝减水剂,坍落度为180~220mm。
混凝土具良好的和易性、流动性和自密实性。
3、保证首批混凝土的数量。
导管一次埋人混凝土面深度≥1.00m,初灌量达到3.00~4.00m3,并连续灌注,使导管内混凝土柱和管外泥浆柱压力平衡。
在混凝土灌注过程中,导管的深度应始终埋在混凝土2.00~6.00m,并用重锤测绳测量混凝土面位置,根据混凝土灌注时的现场记录绘制混凝土灌注图来确定拆卸导管。
在拔管时应缓慢起拔,并适量反插逐渐提升导管,使桩身混凝土密实和桩周的混凝土饱满。
当混凝土灌柱达到设计桩顶标高时,应继续灌注一定的超灌高度,排出浮浆,以保证设计桩顶标高以下的混凝土质量符合设计要求。
五、桩基质量检测结果
工程质量检测是委托广西交通工程质量检测中心进行检测。
按照规范要求检测试验在桩基施工结束21d以后进行。
对桩基质量检测采用了两种方法:
其一使用RSM-SY5型的声波检测仪,一发双收增压式柱状换能器,对84根桩进行100%检测。
根据声波透射法声学参数PSD值在某一深度处的突变异常,结合声速、波幅变化,检测基桩桩身缺陷及位置,判定桩身结构完整性。
经检测桩基均匀性等级均达到A级标准,Ⅰ类桩78根、Ⅱ类桩6根。
其二在桩基中选定了ZK4-中、ZK15-右的两根桩采用钻取芯样法进行检测。
经检测桩身混凝土完整、胶结密实、岩芯呈长柱状,岩芯采取率达98%,混凝土灌柱控制良好,桩基深度与设计一致。
经评定,桩基分部工程质量为优良。
六、结语
金鼓江大桥桩基工程的实践在于通过对大桥桩基施工几个要点的掌握,采取了有效的控制方法和应对措施,取得了较好的施工经验和技巧。
为今后在相同地区的桩基施工又积累了一些宝贵的资料,可供借鉴。
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