6桥梁基础钻孔桩施工工法1.docx
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6桥梁基础钻孔桩施工工法1
桥梁基础钻孔桩基施工工法
1前言
桥梁钻孔桩工艺于40年代初期在欧洲开始使用,50年代末开始运用于我国的桥梁基础中,其原理是在泥浆护壁条件下,利用机械钻进形成桩孔,将钢筋骨架吊入桩孔中,再采用导管灌注水下混凝土的施工方法。
钻孔桩基础施工简便、操作易掌握,施工速度快,受气候环境影响小,因而,无论在铁路、公路、水利水电等大型建设,还是在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛应用,在我国钻孔桩设计及施工水平也得到了长足的发展。
我公司在承建的宁安城际铁路NASZ-4标工程施工中,摸索出一套桥梁桩基的快速施工工法,现加以总结,形成本工法。
2工法特点
2.1施工时振动小、噪声小、无地面隆起或侧移,对环境和周边建筑物危害小;
2.2大直径的钻孔桩直径大、入土深;
2.3对于桩穿透的土层可作原位测试,以检测土层的性质;
2.4扩底钻孔桩能更好地发挥桩端承载力;
2.5可以穿透各种土层,可以嵌入基岩;
2.6施工设备简单轻便,能在较低的净空条件下设桩。
3适用范围
适用于国内在建或新建高速铁路的桥梁基础钻孔桩工程,公路、水利水电和城市建筑等其他领域的钻孔桩基础施工也可参照使用。
4工艺原理
钻孔灌注桩是采用机械钻孔,成孔机械主要有螺旋钻机、冲抓锥、冲击钻、正循环回转钻机、反循环回转钻机、旋挖钻机等,在本工法中采用冲击钻成孔。
使用卷扬机起吊锥头到一定高度时,放开锥头,锥头依靠自然下落产生的冲击力使岩土破碎,在地层中按要求形成一定形状(断面)的井孔,达到设计高程后,将钢筋骨架吊入井孔中,再灌注水下混凝土成为桩基础。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
桥梁基础钻孔桩施工工艺流程见图5.1-1。
图5.1-1钻孔桩施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1施工准备
1、开工前应具备场地工程的地质资料和必要的水文地质资料,桩基工程施工图及图纸会审纪要。
施工前根据地形、水文、地质条件及机具、设备、材料运输情况,规划施工场地,合理布置临时设施。
2、做好施工现场环境和邻近区域内的地上地下管线(高压线、管道、电缆)、地下构筑物、危险建筑等的调查资料,确保不影响现场的施钻工作。
3、对主要施工机械及其配套设备进行报验,对操作人员进行岗前培训,持证上岗,做好钢筋、砂石骨料、外加剂等各种原材料的检验,根据设计文件和规范要求完成混凝土配合比设计工作。
4、施工前应进行工艺性试桩,通过试桩对设计勘察地质条件下所拟定的施工方案的可行性及施工机具设备的适用性进行检验,选定合理的成桩施工工艺。
5.2.2护筒埋设
护筒采用6~12mm的钢板制作,内径比桩径大约20cm,埋深为护筒外径的1.0~1.5倍,但不得小于1.0m。
护筒采用挖坑法埋设,四周用粘土填充并夯实,保证护筒底部不漏水。
护筒顶面中心与设计桩位允许偏差不大于5cm,倾斜度不大于1%,顶部高出施工水位或地下水位2m,并高出施工地面0.5m。
5.2.3钻孔施工
1、泥浆制作前,先把粘土尽量打碎,使其在搅拌中容易成浆,缩短成浆时间,提高泥浆质量。
制浆时,将打碎的粘土直接投入护筒内,使用钻头冲击制浆,待粘土已冲搅成泥浆时,即可进行钻孔。
多余的泥浆用管子导入钻孔外泥浆池贮存,以便随时补充孔内泥浆。
2、冲击钻开孔过程中,应按照“小冲程、勤松绳”原则进行,初始应低锤密击,当钻进深度超过钻头全高加正常冲程后,方可进行正常的冲击钻孔。
钻进过程中,应勤松绳、适量松绳,每次松绳量应根据地质情况、钻头形式和钻头重量决定,不得打空锤;应勤抽渣,使钻头经常冲击新鲜地层。
3、钻孔作业应分班连续进行,经常对钻孔泥浆性能指标进行检验,不符合要求时要及时调整;经常检查并记录土层变化情况,并与地质图核对。
4、在不同的地层中,采用不同的冲程:
粘性土、风化岩、砂砾石及含砂量较多的卵石层,宜用中低冲程,简易钻机冲程1-2m。
砂卵石层,宜用中等冲程,简易钻机冲程2-3m。
基岩、漂石和坚硬密实的卵石层,宜用高冲程,简易钻机冲程3-5m,最高不得超过6m。
流砂和淤泥层,及时投入粘土和小片石。
低冲程冲进,必要时反复冲砸。
砂砾层与岩层变化处,为防止偏孔,用低冲程。
抽渣或停钻后,再钻时,简易钻机应低冲程逐渐加高到正常冲程。
5、钻头直径磨损不能超过1.5cm,应经常检查,及时用耐磨焊条补焊。
并常备两个钻头轮换使用、修补。
为防止卡钻,一次补焊不易过多,且补焊后在原孔使用时,宜先用低冲程冲击一段时间,方可用较高冲程钻进。
6、钻进中钻头起吊应平稳,不得撞击孔壁和护筒,起吊过程中孔口严禁站人。
7、冲击钻使用实心钻头,孔底泥浆比重不宜大于:
砂粘土1.3;大漂石、卵石1.4;岩石1.2。
8、为防止冲击振动使相邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇筑的混凝土强度,应待邻孔混凝土强度达到5MPa后方可施钻。
5.2.4一次清孔
采用掏渣法进行一次清孔。
钻至设计孔深后,旋挖筒取渣时间相对延长,但不加压,即保证取尽钻渣,又避免超钻。
如泥浆相对密度过大,采用高压水管插入孔底射水,直到泥浆性能指标满足要求为止。
一次清孔泥浆性能指标要求比重不大于1.1,含砂率小于2%,黏度17~20s,沉渣厚度要求柱桩不大于50mm,摩擦桩不大于200mm。
严禁采用超钻代替清孔。
5.2.5成孔检验
钻孔完成后,及时对孔深、孔径、孔位、倾斜度进行检查。
1、孔位检查
利用护桩检查钻杆中心是否与桩位一致。
2、孔深检查
采用测锤法检测。
测锤的形状采用锥形,锤底直径13~15cm,高20~22cm,重4~6Kg,绳具采用标准测绳,测绳每次使用前均用钢尺进行标定。
3、孔径、倾斜度的检测
采用自制探孔器进行检测。
探孔器采用Φ20钢筋制作,外径等于桩径,1m直径桩基探孔器长度取6m。
检测时,将探孔器吊起,孔的中心与起吊钢丝绳保持一致,对准钻孔中心慢慢放入孔内,上下通畅无阻表明孔径、倾斜度满足质量要求。
5.2.6钢筋笼制作安装
1、钢筋笼制作
钢筋笼主筋采用闪光对焊,两结合钢筋轴线保持一致;同一截面内接头数量不得超过钢筋总数量的50%。
钢筋笼上每隔2m对称设置4块混凝土保护层垫块。
钢筋笼存放的场地必须保证平整、干燥。
存放时,宜每隔2m设置衬垫,使钢筋笼高于地面不小于5cm,并应加盖防雨布。
2、钢筋笼安装
钢筋笼采用运输车运输时要保证在每个加强箍筋处设支承点,各支承点高度相等,保证钢筋笼不变形。
钢筋笼宜整体吊装入孔,吊装过程中应严防孔壁坍塌。
钢筋笼入孔后,应准确牢固定位,防止混凝土浇筑过程中钢筋骨架上浮或下沉。
5.2.7导管安装
导管采用内径20~30cm的钢导管,中间节长度宜为2m等长,底节为4m,漏斗下宜用1m长导管。
使用前对试拼试压,不得漏水。
导管使用前按顺序编号,在每节上按自下而上标示尺度,导管组装后轴线偏差不宜大于孔深的0.5%,亦不大于10cm。
每次使用时都应对法兰盘、橡胶圈、连接螺栓做认真检查。
导管底端距孔底的距离,应能保证隔水球塞或其他隔水物沿导管下落至导管底口后,能顺利排除管外。
5.2.8二次清孔
导管下放到位后,检查泥浆性能指标及孔底沉渣厚度是否满足混凝土灌注要求,若不满足要求,进行二次清孔。
二次清孔采用换浆法。
先在导管上口连接好管头,管头与导管采用螺栓连接,然后将高压泵与管头连接好,向孔内注入符合清孔后泥浆性能指标的新泥浆,清孔时,勤摇动导管,改变导管在孔底的位置,保证沉渣置换彻底。
当泥浆各项指标满足要求后停止清孔,进行水下混凝土灌注。
5.2.9水下混凝土灌注
1、采用直升导管法进行水下混凝土的灌注。
混凝土灌注期间用吊车吊放拆卸导管。
2、水下混凝土施工采用混凝土灌车运输。
灌注前应检测混凝土入孔温度、含气量、坍落度等指标,符合要求后灌注。
混凝土灌注工作要在首批混凝土初凝以前的时间内完成。
3、水下灌注时先灌入的首批混凝土,其数量必须经过计算,使其有一定的冲击能量,能把泥浆从导管中排出,并保证把导管下口埋入混凝土的深度不小于1m且不宜大于3m,采用储料斗灌注。
首批灌注混凝土的数量采用如下公式计算:
式中:
V—灌注首批混凝土所需要数量(m³);
D—实钻桩孔直径(m);
H1—桩孔底至导管底端间距,一般为0.4m;
H2—导管初次埋置深度(m);
d—导管内径(m);
h1—桩孔内混凝土达到埋置深度H2时,导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m),即h1=Hwγw/γc。
Hw—桩孔内混凝土面至桩孔内泥浆顶面高度;
γw—泥浆比重;
γc—混凝土比重。
4、使用拔球法灌注第一批混凝土。
灌注开始后,应紧凑、连续地进行,严禁中途停工。
在整个灌注过程中,导管埋入混凝土的深度一般控制在2m~6m以内。
严格控制导管埋深,防止导管提漏或埋管过深拔不出而出现断桩。
导管埋深要考虑混凝土表面的浮渣厚度。
灌筑混凝土过程中要做好记录。
5、灌注水下混凝土时,随时探测钢护筒顶面以下的孔深,并计算所灌注的混凝土面高度,以控制导管埋入深度和桩顶标高。
6、在混凝土灌注过程中,要防止混凝土拌和物从漏斗溢出或从漏斗外掉入孔底,使泥浆内含有水泥而变稠凝固,致使测深不准。
同时应设专人注意观察导管内混凝土下降和井孔水位上升,及时测量复核孔内混凝土面高度及导管埋入混凝土的深度,做好详细的混凝土施工灌注记录,正确指挥导管的提升和拆除。
探测时必须仔细,同时以灌入的混凝土数量校对,防止错误。
7、施工中导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升。
加快拆除导管动作,拆装一次时间一般不宜超过15min。
要防止工具掉入孔中,已拆下的导管要立即清洗干净,堆放整齐。
8、混凝土灌筑顶面要高出设计桩顶约0.5~1m,在浇筑完7~10天后将混凝土凿除至设计标高。
6材料与设备
6.1材料
项目
材料名称
规格型号
单位
备注
水下钻孔灌注桩
混凝土
C40
m³
位于二氧化碳侵蚀环境的桩基采用C40混凝土,其余采用C30混凝土
HRB235螺纹筋
φ20或φ16
t
连续梁主墩桩基主筋为φ20
φ16和φ8
t
箍筋
6.2设备
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
冲击钻
JK6
台
11
2
冲击钻
ZZ-5
台
11
3
挖掘机
SR200C
台
1
4
装载机
ZL50
台
1
5
25t汽车吊
QY-25C
台
1
6
泥浆车
10t
台
2
7
混凝土运输车
8m3
台
6
8
混凝土输送泵
HBT60
台
1
9
钢筋笼成型机
JL-1
台
1
10
钢筋切断机
CQ-40
台
1
11
钢筋弯曲机
GJ2-40
台
1
12
钢筋调直机
GT4-8
台
1
13
电焊机
AXC-400-1
台
5
14
全站仪
托普康GTS-102N
台
1
15
高精度水准仪
CST32X
台
1
7质量控制
钻孔桩是一种深入地下的隐蔽工程,其质量不能直接进行外观检查,在施工全过程中,钻孔桩质量主要靠中间工序的质量控制,严格施工过程中质量控制是保证工程质量最有效的手段,严格要求每个孔、每一层、每一段的过程质量控制。
施工前,根据工程实际情况,组织技术人员反复认真讨论研究,结合以往钻孔桩施工经验,确立一套适用于本工程地质条件的技术措施和工艺流程,从造孔到下设钢筋笼,再到最后的混凝土浇注等,细化到每一个环节,都制定相应的技术质量控制和检查验收标准,从技术上对工程施工质量作出保证。
表7-1质量标准和要求
序号
质量控制项目
质量标准和要求
施工单位
检验方法
监理检验方法
备注
1
测量
放样
桩位放样误差:
要求中心位置≤5mm;
全站仪测量
检查测量资料
2
护筒
埋设
护筒严密不漏水,回填密实,埋深满足施工要求,顶面位置≤50mm;倾斜度≤1%;孔内水位宜高于护筒底脚0.5m以上。
观察、测量检查
观察
3
钻机
就位
有防止钻机下沉和位移的措施,钻头或钻杆中心与桩位中心偏差不大于5cm;钻头直径满足成孔孔径要求;
观察、水准仪抄平、尺量
尺量
4
开钻钻进
泥浆指标根据钻孔机具和地质条件确定。
针对卵石层情况,新制泥浆比重指标控制在1.1~1.3为宜,钻孔过程中做好钻孔记录,进入岩层或卵石层技术干部现场核实。
泥浆指标测试、抽渣取样,尺量
见证检验
5
终孔
检查
孔深≥设计孔深、孔径≥设计桩径、倾斜度<1%。
测量检查和检孔器或成孔检测仪器检查
全部
见证
6
钢筋笼加工
单面焊≥8d;双面焊≥4d;焊缝厚度≥0.3d;焊缝宽度≥0.8d;主筋间距≤±0.5d;箍筋间距≤±20mm
尺量检查不少于5处
尺量
7
钢筋笼入孔及焊接
声测管接头严密不漏水,绑扎牢固,间距均匀;保护层误差不小于设计值;接头箍筋绑扎满足设计和验标要求;控制吊筋位置和长度来控制笼顶标高和位置,钢筋笼平面位置偏差≤10cm,底面高程偏差≤±10cm;。
观察和尺量
见证检查、隐蔽工程验收
8
下导管
导管接头牢固,严密不漏水;控制导管长度和导管节数,导管下口距孔底控制在40cm左右;
观察、尺量
检查原始记录
9
二清
泥浆指标≤1.1,含砂率≤2%,黏度17~20s,孔深≥设计桩长;沉渣厚度:
柱桩≤5cm;摩擦桩≤20cm。
泥浆指标测试仪,测绳量测
见证
检测
10
混凝土浇注
混凝土坍落度控制在18~22cm,首罐混凝土导管埋深1~3m,控制拨管长度,导管埋深控制在2~6m;在灌注过程中,混凝土连续浇注,每根桩的灌注时间宜在混凝土的初凝时间内完成,混凝土浇注高度高出设计桩顶0.5~1m。
坍落度筒、测绳量测和混凝土反算相校核,做好灌桩记录
旁站
监理
11
混凝土强度
≥设计强度的1.15倍
标准养护试件抗压试验
见证检测
12
桩身完整性
Ⅰ类桩≥90%,无Ⅲ类桩
全部检测
全部见证检测
8安全措施
8.1施工前对所有施工人员进行安全教育和安全交底,增强全员的安全生产意识,牢固树立“安全第一,预防为主”的观念,明确安全生产目标。
8.2在施工现场悬挂安全标志牌,以引起现场的人员对安全隐患的注意,非工作人员进入现场进行必要的安全指导和宣传。
8.3建立安全检查制度:
指定的专职安全员必须持证上岗,并保证人员落实,跟班上岗。
对机械设备、操作工序进行定期或不定期检查的项目、内容、标准应作出规定,对限期整改的安全隐患,要及时反馈信息,坚决落实。
强调和规定施工机组进行安全自检。
8.4如遇大雨、雪、雾和六级以上大风等恶劣气候,应停止作业。
风力超过七级或有强台风警报时,应将钻机顺风向停置,并将立柱下降至地面,动力头降至最底点,雷电天气,人员要远离钻机。
8.5钻孔桩施工时必须对桩位进行探桩,探测地下有无高压线,此外,现场施工用电必须接触电保护器。
8.6钻机移位时,观察道路情况,及时采取加固措施,防止碰撞结构物、翻车等事故发生。
8.7钻机就位后,对钻机及配套设施进行全面安全检查。
8.8钻机钻进时紧密监视钻进情况,观察孔内有无异常情况、钻架是否倾斜、各连接部位是否松动、是否有塌孔征兆,有情况立即纠正。
8.9灌注混凝土时,漏斗的掉具、漏斗、串角挂钩和吊环均要稳固可靠。
泵送混凝土时,管道支撑确保牢固并搭设专用支架,严禁捆绑在其他支架上,管道上不准悬挂重物。
9环保措施
9.1严格遵守国家及当地政府、环保部门有关环境保护及文明施工的法律、法规及有关规定,遵守工程的有关规定和发包方的规划。
9.2成立环境保护领导机构,全面负责该工程施工期间的环境保护工作,实现标准化文明施工工地。
9.3施工产生的废弃土、砂石料、废弃泥浆等,在施工期间和施工结束后要即时清理,妥善处理,不能乱倒乱弃,不得影响排灌系统和农田水利设施,减少对环境的污染,防止对河道、溪流造成淤积。
9.4施工期间,要保护埴被和动物,不得乱砍乱伐,不得捕杀任何鸟类和动物。
9.5若在居民集中区等环境敏感区施工,要严格控制噪声,合理安排作业时间、有条件时可采取隔声罩、声屏障等临时降噪措施。
9.6为减少施工作业产生的扬尘,根据实际情况,应采取道路硬化、洒水措施;运输细料和松散料,运输过程和堆放时均要采取遮盖措施。
10效益分析
10.1合理的资源配置:
根据工程总工期要求,按照先桥台、连续梁桩基施工的原则,编制合理的桩基础施工计划,再根据桩基施工进度安排,编制合理的劳动力进场计划、材料进场计划、机械设备进场计划及资金使用计划,充分利用资源,控制成本投入。
10.2施工准备工作:
根据桩基施工安排,提前做好钻孔平台的搭设、钢护筒的埋设及泥浆池的布置,保证钻机就位后立刻投入施工。
10.3强化工序控制:
施工现场配备素质高、能力强、有丰富经验的管理人员,加强施工过程中质量监督检查,确保各道工序一次顺利完成,减少返工、窝工造成的时间浪费。
10.4调度指挥系统:
工程调度室根据施工生产计划和安排,对施工生产活动进行调控和指挥,做好对内对外的协调工作,对施工过程中出现的问题及时传达给有关部门和人员,确保施工生产各环节、各专业、各工种之间的平衡与协调,确保施工按进度计划顺利实施。
11应用实例
新建南京至安庆铁路黄梅山特大桥位于安徽马鞍山境内,桥梁全长2097.77m,起讫里程为DK50+384.110~DK52+481.880。
地貌上属于长江沉积平原区,地形较为平坦开阔,河渠纵横错,房子及道路众多,该桥区内断裂不发育,没有区域性断裂通过桥位区。
主要岩性为种植土、粉质黏土、闪长岩、凝灰岩。
本桥共有63个墩和两个桥台(南京台和安庆台),桥梁基础全部采用钻孔灌注桩基础,共565根,总长16314.5m,C40混凝土13177m³。
最长桩基位于35号墩,桩长37.00m,最短桩位于1号墩和63号墩,桩长20.00m。
黄梅山特大桥在组织大面积冲击钻展开施工前,于2010年7月15日取不同桩基(柱桩和摩擦桩)进行工艺性试桩,确定施工参数和最佳机具设备配置。
之后根据施工计划先桥台、连续梁桩基施工,后其余桩基施工。
施工中按照施工计划安排,做好施工准备、工序衔接,现场干部值班,严格控制每道工序质量,统筹协调施工中遇到的问题,确保一次成优。
本桥桩基与2011年3月28日完成,所有桩基经第三方检测,桩身完整,全部达到I类桩要求。
桥梁基础钻孔桩基施工工法图片资料
1、钻孔平台搭设
2、钻机就位
3、钻孔
(一)
4、钻孔
(二)
5、探孔器检测
6、钢筋笼加工
7、钢筋笼安装
(一)
8、钢筋笼安装
(二)
9、混凝土灌注
(一)
10、混凝土灌注
(二)
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