深水桩基施工工法.docx
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深水桩基施工工法
深水桩基施工工法
天元建设集团有限公司
高丰裴兆波周先鹤吕凤勇陈国欣
1、前言
随着我国经济的快速发展,城市间的距离不断缩短,跨江跨河的公路桥梁越来越多,在这些工程中,水深一般比较大,通常的筑岛围堰已经不能满足施工的需要,且工程量大,费用高,于是钢管桩水中平台加钢板桩围堰的方案越来越受到业主及施工单位的青睐。
我公司施工的连云港市赣榆县青口河大桥水面宽度有600多米,平均水深达15米,在施工过程中,通过不断的总结提炼,形成了深水桩基施工工法。
本工法先后在东海县南辰大桥、204国道龙王河大桥、连云港市新沭河特大桥的桩基础施工中应用,加快了施工进度,降低了工程成本,保证了施工质量与安全,取得了非常好的效果。
2、工法特点
2.1、施工过程中平台与陆地之间的联系非常方便,顺利地解决了各种材料的水中运输问题,并且安全可靠。
2.2、钢板桩围堰封闭性比较好,打入、拔除操作简单、快捷。
有利于加快施工进度。
3、适用范围
本工法适用于水深在30米范围内跨越水库、河流、海湾的铁路、公路桥梁的深水基础施工。
4、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固定,作为导向框架,使用浮吊依靠导向船打入钢管桩,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,然后拔除施工平台,进行钢板桩围堰,钢板桩内边抽水边用工字钢作内支撑,抽干水后用混凝土封底,施工系梁及承台。
5、施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
钢板桩及钢护筒制作----浮箱拼装----浮吊拼装----搭设水中平台----埋设钢护筒----钻孔桩施工----清孔----混凝土灌注----平台拆除----打入钢板桩围堰----抽水清淤----凿除桩头----浇注混凝土封底----细梁或承台施工----拔除钢板桩围堰
5.2操作要点
5.2.1、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。
选用10mm~14mm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。
5.2.2、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3mm,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。
5.2.3、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,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。
5.2.4、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60m~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,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.钢管桩打入:
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。
见图1图1钢管桩施工示意图
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,依靠自重缓缓下沉,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。
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,采用36cm工字钢安设内支撑,按照平台设计进行搭建。
5.2.5、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,在护筒顶部加振动锤振动下沉,护筒反弹明显时持续5min后停止。
5.2.6、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。
5.2.7、混凝土灌注
钻孔桩所用混凝土在拌和场集中拌制,由混凝土罐车运到临时码头旁。
在临时码头处设置滑槽,混凝土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2~6米,以确保混凝土的密实度。
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。
5.2.8、平台拆除
桩基础施工完毕,由上至下拆除平台。
纵横梁、斜撑拆除后进行管桩拔除。
浮吊起吊振动锤直接夹住管壁,启动振动锤,边振动边缓缓起钩,可将管桩拔除。
5.2.9、钢板桩围堰
1.钢板桩围堰几何尺寸
围堰外形尺寸是根据系梁或承台的水平几何尺寸,各边再加上不小于0.5m的操作宽度,高度依据水深,并考虑0.5m的超高加入土深度来确定其几何尺寸。
2.钢板桩围堰的安装
钢板桩围堰在场外加工结束后,需进行现场吊装就位,就位之前要清除水下的建筑垃圾及其他杂物,整平地基槽,以利于围堰平稳均衡下沉,使承台四周的施工空间达到均衡。
插打顺序是先从上游开始,在下游合拢,每边由一角插至另一角,快合拢的几块板桩插打前,应先测量,若有较小的倾斜,可用铰链调整。
插打采用浮吊和振动锤配合进行,为使桩顶面不受到损伤,桩顶应设桩帽,并设硬木等缓冲材料,以承受较大的冲击力。
见图2、图3
3.围堰内的工程施工
围堰插打合拢后,要在其内填入一定高度的土料和滤层,填入的土料一般以粉质黏土为宜,它相对于黏土较易破碎,倒入水中后不会产生多少空隙,有条件的还可以对土略加夯实,这样有利于防渗,在土料填完平整后,在其上加20㎝厚的黄砂,最后填入20㎝厚的碎石。
土料填筑顶面的高程根据承台底立模的高度确定。
在填料过程中,若围堰内水位上升太高,应及时排除,以减少水位差,避免引起反穿孔。
在整个滤层填完后,才可降低堰内水位,否则也有可能引起穿孔。
在钢板桩围堰内抽水时,若有渗漏,以板条、棉絮等在板桩内侧嵌塞,边抽水边焊加内支撑。
围堰内水抽干后,在无水环境下开挖基坑,凿除桩头,浇筑封底混凝土。
混凝土达到一定强度后,绑扎钢筋、支设模板、浇注系梁及承台混凝土。
在系梁或承台的施工过程中,仍要配置水泵进行渗水排除,水泵的选择根据渗流量来决定。
4.钢围堰的拆除
承台浇筑后,根据气温使承台承载力达到承载自重,即可拆卸,拆卸时为减少摩擦力,先用高压泵将围堰内外侧土冲动,再用吊装工具,将围堰吊起,移出现场即可。
5.3劳动力组织
表5.3劳动力组织一览表
序号
专业
人数
工作内容
备注
1
打桩队
15人
钢管桩、钢板桩及钢护筒打设拆除
2
钻机队
20人
钻孔、清孔、灌注混凝土
3
电焊工
2人
电焊
4
电工
2人
负责现场安全用电
5
机修队
3人
铁件加工及机械维修
6
运输队
10人
材料设备的水上运输
7
机动舟司机
1人
按施工要求驾驶机动舟
8
机动舟指挥
1人
指挥机动舟完成既定任务
9
机动舟普工
5人
舟上人工任务
10
浮吊司机
1人
驾驶浮吊
11
浮吊指挥
1人
指挥浮吊完成既定任务
12
浮吊普工
8人
浮吊人工任务
6、材料与设备
现场施工材料设备根据施工进度随时调整,详见表6
表6材料与设备一览表
序号
机械设备或名称
规格型号
数量
作用
1
水上浮吊
20T
2台
钢管桩的插打,平台及护筒安设,钻机移位,钢筋笼吊放,砼的吊灌及其他水上吊装作业
2
运输船
—
2艘
水上设备材料的运输
3
导向船
—
2艘
插打钢管装时定位及作为施工平台
4
机动船
994型
1艘
水上动力设备
5
振动锤
60T
1套
下沉纲管及下沉护筒
6
发电机
75KW
1个
打桩时提供临时用电
7
锚碇设备
—
4个
水中船只锚碇
8
钢管桩
20米
8套
水中平台支撑
9
槽钢
6米
20根
钢管桩与平台加固
10
泥浆泵
50-100L
2个
桩基施工清孔
11
电焊机
30KVA
5台
钢筋笼、钢管焊接
12
冲击钻机
CZ-30
2台
桩基钻孔施工
13
发电机组
120KVA
1台
备用
14
钢板桩
20米
3套
围堰
15
工字钢
I36
24根
围堰内支撑
7、质量控制
7.1质量控制标准
7.1.1《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000。
7.1.2《公路全球定位系统(GPS)测量规范》JTJ/T066-98
7.1.3《公路工程检验评定标准》JTGF80/1-2004
7.1.3《水运工程混凝土施工规范》JTJ268
7.1.4《水运工程混凝土质量控制标准》JTJ269-96
7.2质量控制措施
7.2.1严格按照设计文件及施工组织设计施工,记好各项施工检查记录,填写隐蔽工程检查验收记录,并在施工前做好技术交底。
7.2.2加强加强材料管理,所有进场材料要严格把关,做到不合格的材料不进场,无合格证材料不准使用,使施工全过程的工程质量处于受控状态。
7.2.3钢管桩施工平台质量要求:
1.钢管桩倾斜率应控制在1%以内,位置偏差应控制在300mm以内;
2.平台必须平整,各联接处要牢固,钢管桩周围需要抛砂包,并定期测量钢管桩周围河床面标高,冲刷是否超过允许程度;
3.夜间开启平台首尾示警灯,设置救生圈以保证人身安全。
7.2.4护筒设置
1.护筒内径宜比桩径大200~400mm
2.护筒设置,应严格注意平面位置、竖向倾斜和两节护筒的连接质量均应符合规范要求
3.护筒高度宜高出水面1.0~2.0m
7.2.5灌注水下混凝土的技术要求。
1.首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部的需要。
2.混凝土拌和物运至灌注地点时,应检查其均匀性和坍落度等,如不符合要求,应进行第二次拌和,二次拌和后仍不符合要求时,不得使用。
3.首批混凝土拌和物下落后,混凝土应连续灌注。
4.在灌注过程中,特别是潮汐地区和有承压力地下水地区,应注意保持孔内水头。
5.在灌注过程中,导管的埋置深度宜控制在2~6m。
6.在灌注过程中,应经常测探井孔内混凝土面的位置,及时地调整导管埋深。
7.为防止钢筋骨架上浮,当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时,应降低混凝土的灌注速度。
当混凝土拌和物上升到骨架底口4m以上时,提升导管,使其底口高于骨架底部2m以上,即可恢复正常灌注速度。
8.灌注的桩顶标高应比设计高出0.5~1.0m,多余部分接桩前必须凿除,残余桩头应无松散层,保证混凝土强度。
9.在灌注将近结束时,应核对混凝土的灌入数量,以确定所测混凝土的灌注高度是否正确。
7.2.6钢板桩围堰
1.在拼接钢板桩时,两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊,要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm,断面上的错位不大于2mm,使用新钢板桩时,要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件,并详细丈量尺寸,检验其是否符合要求。
2.对组拼的钢板桩两端要平齐,误差不大于3mm,钢板桩组上下一致,误差不大于30mm,全部的锁口均要涂防水混合材料,使锁口嵌缝严密。
3.为保证插桩顺利合拢,要求桩身垂直,并且围堰周边的钢板数要均分。
为保证桩身垂直,于第一组钢板桩设固定于围堰支撑上的导向木,顺导向木下插,使第一组钢板桩桩身垂直,由于钢板桩组上下宽度不完全一致,锁口间隙也不完全一致,桩身仍有可能倾斜,在施工中加强测量工作,发现倾斜,及时调整,使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰,同时为了使围堰周边能为钢板桩数所均分,事先在围堰导梁上按钢板桩组的实际宽度画出各组钢板桩的位置,使宽度误差分散,并在插桩时,据此调整钢板桩的平面位置,使误差不大于±15mm,当仍有困难时,将合拢口两边各几组钢板桩不插到河床,在悬挂状态下进行调整。
在无法顺利合拢时,则根据合拢口的实际尺寸制造异形钢板桩合拢。
但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的2%。
4.在使用拼接接长的钢板桩时,钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上,而且相邻桩的接头上下错开至少2m,所以,在组拼钢板桩时要预先配桩,在运输、存放时,按插桩顺利堆码,插桩时按规定的顺序吊插。
5.在进行钢板桩的插打时,当钢板桩的垂直度较好,一次将桩打到要求深度,当垂直度较差时,要分两次进行施打,即先将所有的桩打入约一半深度后,再第二次打到要求的深度。
6.打桩时必须在桩顶安装桩帽,以免桩顶破坏,切忌锤击过猛,以免桩尖弯卷,造成拔桩困难。
7.钢板桩围堰在使用过程中,防止围堰内水位高于围堰外水位。
在低水位处设置连通管,到围堰内抽水时,再予封闭,当在围堰内抽水时,钢板桩锁口出现漏水现象,应在围堰外撒大量细煤渣、木屑、谷糠等细物,借漏水的吸力附于锁口内堵水,或者在围堰内用板条、棉絮等楔入锁口内嵌缝,撒煤渣等物堵漏时,要考虑水流方向并尽量接近漏缝,漏缝较深时,用袋装下放到漏缝附近处徐徐倒撒,同时当围堰内抽水至各层内支撑梁处时,应逐层将内支撑梁与钢板桩之间的缝隙用木楔楔紧,使内支撑梁受力均匀。
8.围堰使用完毕,拔除钢板桩时,首先将钢板桩与内支撑梁木板焊接物切除,然后在围堰内灌水至高出围堰外水位1~1.5m,平衡内外的水压力使其与封底砼脱离,再在下游选择一组或一块较易拔除的钢板桩,先略锤击振动后拔高1~2m,然后依次将所有钢板均拔高1~2m,使都松动后,再从下游开始分两侧向上游依次拔除。
8、安全措施
8.1、一切行动听指挥,听从统一安排。
施工人员坚守岗位,未经许可,不得擅自离开岗位,发现异常情况,立即报告现场指挥,指挥根据情况分析判断下达命令。
8.2、必须要遵守水上作业的基本要求,穿救生衣、防滑鞋。
8.3、浮吊起吊各种重物时,应先提升10~20cm,检查尾部浮箱配重合适,吃水在警戒线以下,其它各部分良好后,方可继续起吊,起吊杆件必须有固定的信号指挥,旗语准确,传闻迅速,吊件下严禁站人。
8.4、导向船与机动舟,导向船与浮吊,机动舟与浮吊,浮吊与运输船,以及机动舟,浮吊,运输船之间相互傍靠时,要用钢丝绳在船上绑好,确保工作人员上下安全,并使工作平台保证相对稳定,相互停靠时要避免引起碰撞,不可随意停靠。
8.5、施工用电安全
8.5.1施工用电前进行施工用电设计,采用三级配电二级保护方式。
8.5.2现场照明:
照明电线绝缘良好,导线不得随地拖拉或绑在脚手架上。
照明灯具的金属外壳必须接零。
8.5.3架空线:
架空线必须设在专用电杆(水泥杆、木杆)上,严禁架设在树或脚手架上,架空线装设横担和绝缘子。
架空线路设有短路保护和过载保护。
8.5.4用电管理:
安装、维修或拆除临时用电工程,必须由电工完成,电工必须持证上岗,实行定期检查制度,做好检查记录。
8.5.5严格按有关规定安装线路及设备,用电设备都要安装地线,不合格的电气器材严禁使用。
8.6机械设备安全
8.6.1、所有施工设备和机具在使用时均必须由专职人员负责进行检查,进行必要的试验和维修保养,确保状况良好。
各技术工种必须经过培训并经考核取得合格证,方可持证上岗操作,杜绝违章作业。
大型机械的保险、限位装置防护指示器等必须齐全可靠。
8.6.2、驾驶、指挥人员必须持证上岗,必须按规程要求进行操作,驾驶员应作好记录。
8.6.3、各类安全(包括制动)装置的防护罩、盖等要齐全可靠。
8.6.4、机械与输电线路(垂直、水平方向)须按规定保持距离。
8.6.5、作业时,机械停放稳固,臂杆幅度指示器灵敏可靠。
8.6.6、电缆线绝缘良好,不得有接头,不得乱拖乱拉。
8.6.7、各类机械配挂技术性能牌和上岗操作人员名单牌。
8.7钢板桩围堰安全
8.7.1对操作人员进行安全思想教育,提高安全意识,实行持证上岗制度,不经培训或无证者,不得进行上岗操作。
8.7.2用高架索道进行水平和垂直运输时,对两端的地垅埋设要牢固,同时对索道的起重能力进行实测,保证在运输时,索道有足够的承受能力。
8.7.3设专人负责日常检查和养护工作,在使用索道时设专人给信号,避免人多时乱指挥,出现安全事故。
8.7.4对打桩机主塔架,设浪风绳固定,防止风大时,桩架摇晃严重发现意外事故。
8.7.5打桩机在轨道上的轮子要经常检查不能有悬空的,如有时应调整轮子或塞垫等办法,使轮子压在轨道上。
8.7.6当人爬上打桩机塔架和走在临水的导向环上时,应戴好安全帽,系好安全带。
8.7.7拔桩时要先震动1~2分钟,再慢慢启动卷扬机拔桩。
在有松动后再边震边拔,防止蛮干。
8.7.8 对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查,特别是要注意滑轮的轴和钢丝绳磨损情况,危及安全的要及时维修、更换。
9.环保措施
9.1施工中执行的主要环境保护、法律法规:
9.1.1《建筑施工现场噪声限值》(GB12523);《建筑施工场界噪声测量方法》(GB12524)。
9.1.2《中华人民共和国水污染防治法》。
9.1.3《中华人民共和国固体废弃物污染防治法》。
9.2成立对应的施工环境管理机构,在工程施工中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章,加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生活垃圾和废渣的控制和治理,遵守防火及废弃物处理的规章制度,做好交通疏导,满足便民要求,随时接受相关单位的监督检查。
9.3将施工作业场地和办公生活区合理布置,规范施工围挡,做到各种标牌清楚、齐全,各种标识醒目,施工现场做到整洁文明。
9.4在施工现场设立专用导流沟、沉淀池,对废浆、污水进行集中,认真做好无害化处理,从根本上防止废水乱流;对于废渣定期进行清理,并按照当地环保要求的指定地点排放。
9.5优先选用先进的环保机械。
采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下,同时尽可能避免夜间施工。
9.6对施工场地道路进行硬化,并在晴天经常对道路进行洒水,防止尘土飞扬、污染环境。
10、效益分析
10.1经济效益:
公司承建的连云港市东海县南辰大桥工程,在水中桩基施工项目中采用了《深水桩基施工工法》,取得了良好的经济效益:
经综合参考类似工程和本工程实际情况。
我们采用了本工法,桩基工程从2007年8月2日开始,于2007年11月16日完成,比预定施工提前17天,桩基施工直接节省人工、机械设备及周材租赁费用9.8万元,由于提前交工,节约便道便桥费用约7.5万元,共计18.3万元。
10.2社会效益:
本项目所建的东海县南辰大桥是新沭河上撤渡建桥的项目之一,建成后,为当地的交通便利、经济发展提供了有力的条件。
本工法的实施,降低了施工难度,缩短了工期,降低了施工成本。
本工法的实施,使工程提前开放交通,也为当地单位及群众带来了极大的方便,促进了当地经济发展,社会效益较好。
11、工程实例
我公司采用该工法施工,顺利地解决了深水钻孔、混凝土运输与灌注、系梁及承台施工等技术问题,优质、安全、快速地完成了施工任务,取得了良好的经济效益和社会效益。
11.1、南辰大桥为新沭河上撤渡建桥的项目之一,项目位于东海县南辰乡石梁河水库附近,桥梁长度577.082m,总宽度为12米。
工程2007年8月开工,2008年10月竣工,通过本工法的实施,总工期提前了25天,保证了工程质量,受到业主及当地群众的好评。
11.2、龙王河大桥:
建设单位为赣榆县交通局,位于龙河上,龙河河口宽为213米,淡水季节水面宽度为160米,规划河口宽度300米。
桥梁全长484.097m,与东海县南辰大桥基本相同。
工程2008年3月开工,2009年4月竣工。
建设单位对本工程的施工技术给予了较高的评价,工程顺利验收,一次验收合格率100%。
11.3、204国道新沭河特大桥建设工程:
建设单位为连云港市公路管理处,项目起点位于罗阳镇小河口村,路线向南跨越新沭河后,与310国道相交并终于该平交处,路线全长2.563公里,其中,新沭河特大桥桥梁全长1593m,水面宽度680米,平均水深12米,有20排桩基需采用深水桩基施工。
该工程现在正在进行下部结构施工,深水中桩基已施工完毕,工程施工顺利,未发生任何质量、安全问题,经常受到业主的表扬。
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