東海大橋IV標試樁成孔工作總結.doc

東海大橋標海 上 鉆 孔 灌 注 樁試樁工藝總結報告路 橋 建 設 東 海 大 橋 項 目 總 經(jīng) 理 部二OO三年三月22一、工程概況東海大橋工程是上海國際航運中心的集裝箱深水港必不可少的配套工程，直接為港區(qū)大量集裝箱陸路集運和港區(qū)供水、供電、通訊等工程服務。東海大橋起始于上海市南匯縣蘆潮港鎮(zhèn)客運碼頭往東約4km南匯咀處，跨越杭州灣北部海域，直達浙江省嵊泗縣崎嶇列島的小洋山島，長約32.7km，經(jīng)小烏龜、大烏龜、顆珠山和小洋山等島嶼。蘆潮港鎮(zhèn)位于南匯縣東南，南蘆公路直達，交通方便。小烏龜小洋山諸島嶼位于舟山群島西北部的崎嶇列島，長江口和杭州灣的匯合處，行政區(qū)劃隸屬于浙江省舟山市嵊泗縣，地理概略位置為東經(jīng)12158061220923，北緯303352304942，南距寧波北侖港約90km，北距長江口燈船約65km。東海大橋海上段橋梁設通航孔橋四座，其中：一個主通航孔，主跨為420m，上部結構采用鋼和混凝土結合梁斜拉橋，三座輔通航孔，主跨分別為120m、140m、160m，上部結構采用預應力混凝土連續(xù)梁。主、輔通航孔屬于特大跨徑橋梁，主墩基礎采用2.5m大直徑鉆孔灌注樁，樁長約110m。由于本工程位于杭州灣海域，風、浪、流等自然條件十分復雜，給海上鉆孔灌注樁的施工帶來較多困難，且海上大直徑鉆孔灌注樁的設計及施工經(jīng)驗很少，因此有必要對通航孔鉆孔灌注樁進行試驗。二、試樁目的1、通過本次試驗提出樁側的分層極限摩阻力和樁端極限承載力，驗證地質報告提出的相關數(shù)據(jù)。經(jīng)分析后，確定2.5m鉆孔灌注樁在注漿前后的單樁極限承載力，為驗證、優(yōu)化大直徑鉆孔灌注樁的設計提供重要參數(shù)。2、通過本次試驗對海上鉆孔灌注樁的淡水泥漿配比；水下混凝土配比；成孔、成樁（清孔、下鋼筋籠、二次清孔、灌注混凝土）、后注漿等施工工藝進行專題研究及科學試驗與檢測分析。為確定合適的施工機具設備，確定鉆孔灌注樁的施工工藝等提供重要的參數(shù)。三、試樁位置及相關資料1、本標段試樁樁位選擇在K12橋PM241墩，如下圖：2、試樁設計樁徑為250cm，設計樁頂標高為+0.15，樁底標高為-110.0m四、試樁地質條件根據(jù)東海大橋通航（蘆潮港側500t、1000t）段橋梁工程地質勘察報告，本橋位區(qū)域地層分布如下：層灰褐色淤泥：海底淤積物，夾較多的粉性土，鉆具自沉，無結構，高壓縮性，分布于表面厚約5.57.0m?；疑倌噘|粘土：夾少量簿層粉砂，含云母及貝殼屑。流塑狀，高壓縮性。層面標高-16.0(-17.0)24.5(-29.0)m，厚度為8.013.0m。層灰色粉質粘土：含少量腐植質及鈣質結核，夾薄層粉砂。軟塑狀，高壓縮性。層面標高-24.5（-29.0）-28.0(-31.0)m，厚度為23.5m灰綠色粉質粘土：含氧化鐵斑點及少量灰色條紋?？伤苡菜軤?，中等壓縮性。層面標高-28.0(-31.0)-33.6(-34.0)m，厚度為35.6m。1層草黃色砂質粉土：含氧化鐵斑點、云母等，夾簿層粘性土。中密狀，中等壓縮性。層面標高-33.6(-34.0)-41.5m，厚度為7.57.9m。2-1層草黃灰黃色粉砂：含氧化鐵斑點、云母。局部含少量粘性土，為砂質粉土。密實狀，低壓縮性。層面標高-41.5-54.0m，厚度為13.5。2-2灰黃色粉砂：含氧化鐵斑點、云母。局部砂性較純，顆粒較細，以細砂為主。密實狀，低壓縮性。層面標高-54.0-72.0m，厚度為18m。3層灰色粉砂：含云母，土質不太均勻，局部夾薄層粘性土較多，密實狀，低壓縮性。層面標高-72.0-81.5(-85.5)m，厚度為9.513.5m。層灰色含礫粉細砂：含云母及礫石。砂顆粒較粗，以粉細砂為主，夾較多的中粗砂及礫石，局部以中粗砂為主。密實狀，低壓縮性。層面標高-81.5(-85.5)-120.0m。蘭灰草黃色粘土：含鐵錳質結構和鈣質膠結物。硬塑狀，中等低壓縮性。五、試樁施工工藝（一）、設備的配備1、施工鉆具及主要工藝的選擇根據(jù)試樁樁徑大，鉆孔深及鉆孔內地質情況特點，我們選擇中升ZSD300/210型全液壓鉆機，并配英格索蘭VHP750E空氣壓縮機，雙腰帶籠式鉆機。中升ZSD300/210型全液壓鉆機是國內目前最先進鉆孔灌注樁成孔設備，一經(jīng)就位平整固定后，具有相對平穩(wěn)性，這樣保證了在鉆進過程中不產生移位現(xiàn)象，確保樁的中心位置不發(fā)生偏位和鉆孔的傾斜，在雙腰帶籠式鉆上鑲焊眾多高強度硬質合金塊，有利于在鉆進過程中鉆頭不被磨損變小，并設置雙腰外徑為2520mm，確保樁徑滿足設計樁徑要求。采用氣舉反循環(huán)法、泥漿護壁成孔。2、其他機械配備試樁主要機械設備(施工機械)表名稱型號數(shù)量用途履帶吊50T1協(xié)助鉆機就位，轉運和下放鋼筋籠、導管等浮吊200T1將鉆機設備、施工材料等從船上轉至平臺上泥漿泵4PN2用于鉆孔泥漿循環(huán)系統(tǒng)旋流除渣器108m3/h2用于將反循環(huán)生成的泥漿進行渣漿分離處理拌合船120M3/H1提供樁基砼泥駁250M32將鉆渣、廢泥漿轉運至指定地點排放供水船1000T1為配制泥漿提供淡水泵車100M3/H1輸送砼拖輪2640P1拖運船舶貨駁1000T1轉運施工用材高壓注漿泵1用于壓注C30號水泥漿（二）施工用電PM241墩上配備了1280Kw的發(fā)電機組，依靠自發(fā)電滿足試樁施工。（三）施工平面布置圖（四）、試樁施工工藝流程根據(jù)鉆孔灌注樁常規(guī)施工工藝與本標段施工特點相結合，擬定試樁施工藝流程如下：（五）、泥漿的配制 泥漿是鉆孔灌注樁的“血液”，它有兩個作用：1、保護孔壁；2、通過泥漿循環(huán)排除鉆渣，科學地配制優(yōu)質泥漿，對于樁徑大、鉆孔深、含砂量大的樁孔至關重要，由于橋區(qū)位于海域中，海水中CL-含量高，對樁基鋼筋有腐蝕作用，因此，在成孔的全過程使用淡水，利用淡水泥漿循環(huán)排渣和清孔，設計泥漿的配合比如下：泥 漿 配 合 比淡水（kg）膨潤土（kg）聚丙烯酸銨（kg）純堿（kg）10080.0030.03實際操作時，我們按每加長一根鉆桿（2.4m），配制一次泥漿，實際需泥漿配制如下表：淡水（t）膨潤土（t）聚丙烯酸銨（kg）純堿（kg）91.50.65.5 泥漿的配制由跟班技術員配制，并檢測泥漿指標，每2小時測一次泥漿指標，確保優(yōu)質泥漿。（六）制備泥漿所需主要原材料的供給及相關處理淡水考慮到自然因素對船運的影響，試樁施工時，儲水池統(tǒng)一采用平臺上的護筒，單根護筒（未澆注砼且未開鉆的孔）儲水量為3.14(2.92/4)(7+8)=100m3，護筒在儲存淡水之前護筒內的海水都被抽盡。試樁所需淡水由1000t的水船運送，在鉆進的過程中，選擇天氣好的時候，及時補給淡水。膨潤土用貨駁分兩次將膨潤土轉運至平臺(堆放位置見施工平面布置圖)。試樁過程中制備泥漿的原材料的使用情況如表1： 表1日期淡水（T）膨潤土（T）聚丙烯酸胺（Kg）純堿（Kg）2003.2.172522003.2.18544.51.2112003.2.19275226.871.52003.2.203831.716.52003.2.2112810.53.6332003.2.2219415.56.256.52003.2.23181.51.2112003.2.24544.51.2112003.2.25907.5327.52003.2.2619415.56.256.52003.2.27180306552003.2.28112152.433合計1362140.539.3382.5（七）泥漿的循環(huán)和鉆渣的排除 泥漿的循環(huán)排渣系統(tǒng)由空壓機、泥漿池、沉淀池、過濾網(wǎng)、旋流器等組成，由于橋區(qū)地質情況的特殊性，層以上是淤泥質粘土，采用正循環(huán)方式；層以下是粉砂，細砂有含礫粉細砂，采用反循環(huán)方式，施工時，先用泥漿泵將鉆孔內的海水、淤泥抽凈，然后在鉆孔內加入一定量淡水、膨潤土、聚丙烯酸銨及純堿進行造漿不加尺，當泥漿數(shù)量及各項指標經(jīng)檢測達到技術要求時開始鉆進。與此同時，在泥漿池內按泥漿配合比加入淡水、膨潤土、聚丙烯酸銨及純堿制漿，以補充泥漿循環(huán)過程中泥漿損失，并確保泥漿面始終高于海水面1.52m以上，保護孔壁，防止坍孔。 正循環(huán)鉆進時，通過泥漿泵將泥漿抽往鉆孔內，再通過鉆桿到鉆頭，泥漿再從鉆孔中返出，經(jīng)泥漿管流回泥漿池，形成循環(huán)。 氣舉反循環(huán)鉆進時，利用空壓機將壓縮空氣經(jīng)氣管，將泥漿及鉆渣從孔底，通過鉆頭、鉆桿、高壓泥漿管排到過濾網(wǎng)到達沉淀池，經(jīng)泥漿泵、旋流器、泥漿池返回鉆孔形成循環(huán)，在泥漿循環(huán)過程中，一方面沉淀池將泥漿中大顆粒鉆渣過濾出來，另一方面，經(jīng)旋流除渣器將鉆渣分離并排放到泥駁上，這樣，保證了泥漿質量，提高了鉆進效率,經(jīng)現(xiàn)場實測，泥漿經(jīng)旋流除渣器處理后，其比重下降0.06左右，粘度下降1s左右，含砂率下降2；后期加大旋流除渣器的除渣口直徑，泥漿經(jīng)旋流除渣器處理后，其比重下降0.1左右，粘度下降3s左右，含砂率下降4，但存在泥漿中膨潤土流失嚴重的現(xiàn)象。（八）鉆進操作鉆孔作業(yè)時采用減壓鉆進，根據(jù)不同土層選擇與之相適應的進尺和轉速。對于淤泥質土層，采用低檔慢速、大泵量、稠泥漿鉆進，以免發(fā)生先擴孔后縮孔現(xiàn)象；對于亞粘土層，采用低檔慢速、優(yōu)質泥漿、大泵量鉆進的方法鉆進；對于粘土層采用中等鉆速大泵量、稀泥漿鉆進；對于砂層，采用輕壓、低檔慢速、大泵量、稠泥漿鉆進，以免孔壁不穩(wěn)定，發(fā)生局部擴孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋鉆現(xiàn)象；對砂礫層，采用輕壓、低檔慢速、優(yōu)質濃泥漿鉆進，確保護壁厚度以及充分浮渣；護筒底口和不同地層交接處附近，采用低檔慢速、小進尺鉆進，防止擴孔、塌孔和偏斜孔。鉆孔過程中，及時填寫鉆孔施工記錄，交接班時由當班鉆機班長交待接班鉆機班長鉆進情況及下一班應注意事項，鉆進時間分析表2。表2日期鉆進時間（分鐘）加鉆桿時間（分鐘）2003.2.170180 2.18930340 2.1938050 2.20710130 2.21950380 2.22765275 2.2315060 2.24645125 2.25880125 2.26895225合計63052070根據(jù)上表可知：加一根鉆桿所需時間為：20704843分鐘每小時的進尺：118.75(837560)0.85米水中基樁鉆孔施工由于受潮水漲落影響，在鉆孔的過程中始終保持孔內泥漿面任何時候均應高于海水面1.5m2m以上。鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進行；經(jīng)常對鉆孔泥漿進行試驗，不合要求時，及時調整；隨時撈取渣樣，檢查土層是否有變化，當土層變化時及時報監(jiān)理工程師并記入記錄表中，且與地質剖面圖核對,具體的鉆孔地質柱狀圖。（九）清孔 鉆孔到位后，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后，進行第一次清孔，采用氣舉法反循環(huán)換漿清孔，利用優(yōu)質泥漿，經(jīng)過35小時（2月26日23：302月28日10：30），充分將孔內懸浮的鉆渣轉換出來，經(jīng)旋流器分離排放到泥駁上，最后孔內泥漿比重為1.13，粘度為21s，含砂率2%，已滿足下水混凝土灌注需要，這時，停止清孔，提鉆桿進行鋼筋籠的安裝。鋼筋籠安裝到位后，進行二次清孔，二次清孔采用水下砼灌注的導管配5cm直徑的無縫鋼管為高壓氣管，通過空壓機輸送壓縮空氣氣舉法，排除孔底高濃度泥漿及安裝鋼筋籠時掉脫泥皮，沖散孔底沉淀層，使之呈懸浮狀態(tài)，保證沉淀層小于20cm厚，滿足鉆孔技術要求及水下灌注砼的需要。該孔經(jīng)過第一次清孔, 孔內泥漿比重為1.1，粘度為21s，含砂率1%。（十）成孔質量 根據(jù)檢測結果，各項指標均滿足設計技術要求。 1、樁孔深度：118.75m（設計孔深：118.7m）； 2、樁徑2500mm（設計樁徑：2500mm）； 3、孔斜率：0.65%（設計孔斜率1%）;4、樁中心平面位置偏差為：小于5cm（設計5cm）；(十一) 鋼筋籠的制作及安裝1、鋼筋籠的的制作 本橋樁基類型設計為摩擦樁，樁底標高均為-110.00m，樁頂標高+0.15m，錨固筋長度2.061m，鋼筋籠底部懸空0.3m，樁頭嵌入承臺0.15m，故試樁鋼筋籠采取定尺陸地加工場內進行制作加工。根據(jù)本橋樁基鋼筋籠較長，受施工環(huán)境影響較大，每節(jié)鋼筋籠長度不宜過長的情況，遂將鋼筋籠加工共十二節(jié)（每節(jié)長度見表3），經(jīng)反復研究、對比選擇了滾軋直螺紋連接接長工藝，通過對鋼筋滾軋成型，現(xiàn)場加工成籠，并且在鋼筋成型過程中，始終將前一段作為下段成型的模型，這樣保證了單根鋼筋接長的絲口對接長度精度，同時也確保了每段間所有接頭的對接精度。為了驗證其可行性，本著實事求是的原則，于2003年2月6日下午，在經(jīng)理部加工場地內模擬現(xiàn)場對接施工情況進行對接施工，試驗證明：該施工工藝操作可行，并且其施工進度得到了大大提高，12人僅用25min完成了104根（32；52根；28；52根）接頭的對接施工。 表3鋼筋籠編號鋼筋籠長度（m）主筋數(shù)量第一節(jié)11.9104第二節(jié)9.0104第三節(jié)9.0104第四節(jié)11.452第五節(jié)9.052第六節(jié)11.552第七節(jié)9.013第八節(jié)7.4113第九節(jié)10.2313第十節(jié)9.013第十一節(jié)9.013第十二節(jié)9.013 結合試驗情況對存在的問題進行了改進后，遂對PM241-2-3樁基鋼筋籠進行制作加工，加工方法是：先加工樁頂?shù)牡谝还?jié)，類推為第二第十二節(jié)，由于樁頂部近37m設計為雙肢并排的，故考慮接頭數(shù)量多的先加工，接頭數(shù)量少的后加工，有利于提高鋼筋籠的加工精度，加工過程中，除了按要求掛好標識牌外，還將每加工的一段籠上對應上節(jié)籠尚未分離時，用油漆作好醒目的標志，以利于現(xiàn)場對接施工直接對準。鋼筋籠每段基于上段加工成型后，在進行第三段加工時，即將每一段起吊移走，存放于指定地點，鋼筋籠的存放必須確保其不變形，防銹蝕及油污，并保護好其標識牌。 試樁鋼筋籠除了常規(guī)的4根60mm聲測管外，還增設了8根25mm黑鐵管與4根聲測管形成六組聯(lián)通管作為樁底增強壓漿管，同時，在距樁底近38m位置處加設了230cm高30cm的樁基承載力檢測用的荷載箱，荷載箱上通過管中管外引出樁頂作為位移測試管等附屬結構物，該類附屬結構物的安裝定位大大增加了鋼筋籠的制作難度，同時當運輸及安裝帶來了諸多不便，并影響了安裝的進度.2、鋼筋籠的運輸 鋼筋籠制作加工完成后，經(jīng)過各級檢驗程序，履行完成檢驗手續(xù)后，遂進行鋼筋籠的運輸，首先在場地內利用汽車吊平吊鋼筋籠至掛車上，掛車運輸至客運碼頭，再用汽車吊平吊上貨駁，通過貨駁運輸至K12橋PM241墩，再利用浙三駁101（浮吊）平吊上平臺，用平臺上的50t履帶吊轉吊堆放，全過程中，都確保了鋼筋籠的水平起吊及水平堆放，鋼筋籠沒有出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。但通過試樁鋼筋的運輸可以發(fā)現(xiàn)，在加工場地內加工鋼筋籠，勢必受場地空間影響，施工進度無法滿足現(xiàn)場施工需要，同時，鋼筋籠的運輸耗時費力，不利于節(jié)約成本也不利于全面施工進度的需要。 3、鋼筋籠的安裝本橋樁基鋼筋籠總重近40t，故結合現(xiàn)場施工起重機械的起吊能力，考慮最后四段鋼筋下放時，采用50t履帶吊起吊對接，2臺5T卷揚機各倒6線后吊裝、下放的辦法進行鋼筋籠的安裝。技術要求：鋼筋連接符合技術規(guī)范要求； 砼保護層墊塊抗壓強度大于30Mpa； 砼保護層墊塊尺寸誤差允許范圍：0+5mm； 鋼筋骨架底面高程誤差允許范圍：-5cm+5cm。鋼筋籠安放施工如下： 荷載箱與鋼筋籠的連接、注漿管、超聲波管、應變片等的安裝均東南大學的技術人員的指導下進行。在鋼筋籠四周安設控制鋼筋骨架與孔壁凈距的墊塊，墊塊以等距離綁在鋼筋骨架周徑上，其沿樁長的間距小于2m，橫向圓周布置4處，超聲波檢測管縱向每4.0m與鋼筋籠焊接固定。在鋼筋籠的接長、安放過程中，始終保持骨架垂直；鋼筋籠接長采用機械接頭(擠壓套筒或等強直螺紋接頭)，每節(jié)接長保證順直度滿足要求，接頭牢固可靠，同一斷面接頭數(shù)量不超過總根數(shù)的二分之一。鋼筋籠接好后嚴格檢查接頭質量，并邊下沉時解除內支撐。鋼筋籠正式起吊安裝于2003年3月1日23:10開始起吊第十二節(jié)，該樁基鋼筋籠安裝其歷時105小時25分，純用時42小時53分鐘，具體時間見表4。表4鋼筋籠編號起吊時間對接套筒對接、施焊管道割除支撐、安裝螺旋筋及保護墊塊鋼筋籠下放到位12151515111315511191015153510109153035402581515304030710202525156152540301054540303515434415090903358011530145230125355515516515550120225合計307561450501754在鋼筋籠的起吊時，由于200T浮吊受風浪大無法協(xié)助起吊鋼筋，遂僅用平臺上的50T履帶吊吊點起吊，懸出平臺近3m豎轉起吊。由于200T浮吊不但受風浪無法作業(yè)，同時其起吊能力也無法滿足鋼筋籠的豎直下放，故現(xiàn)場采用2臺5T卷揚機各倒6線下放之。（十二）混凝土的灌注1、導管及料斗的安裝砼灌注導管采用內徑308mm型卡口管，按公路橋涵施工技術規(guī)范要求，在砼灌注前進行水密承壓和接頭抗拉試驗、長度測量標碼等工作，并經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后下放導管，導管架卡在導管架上，如下圖。 導管架示意圖導管底口至樁孔底端的間距控制在0.4m左右，砼儲料斗設計為大小兩個，總容積為：13.5m3，滿足導管初次埋置深度為2.0m，大料斗安裝在孔位旁邊，小料斗直接安裝在導管頂口。在灌注砼前再次檢查孔底沉渣厚度大于規(guī)范要求，這時利用導管進行二次清孔，經(jīng)過3個小時的二次清孔，泥漿指標及沉渣厚度均達到規(guī)范及設計要求。2、混凝土灌注（1） 配比設計海水環(huán)境下施工鉆孔灌注樁有其特殊性，除使用淡水泥漿循環(huán)外，為確保鉆孔灌注樁施工質量，防止鋼筋銹蝕，采用高抗?jié)B砼，摻硅灰、粉煤灰、礦渣等超細礦物摻合料，并與適當?shù)耐饧觿┫嘟Y合，最大限度地提高砼的密實性。由于我標段拌和船沒有及時進場，試樁混凝土采用建工的商品混凝土，其配合比見表5。 表5配合比原材料水水泥砂石子摻和料礦粉外加劑重量比0.881.03.094.550.410.680.5坍落度210mm原材料來源1 水泥：普通硅酸鹽42.5 嘉新京陽水泥廠2 砂： 中砂 福建閩砂3 石子：525mm碎石 湖州新開元4 摻和料：常熟5 礦 粉：寶田6 外加劑：建工麥斯特7 水： 自來水（2） 原材料的準備按1.5倍左右澆筑樁身砼體積備齊砂、石、水泥、外加劑等原材料。（3） 混凝土拌和采用建工的建基5001拌和船拌和，其混凝土供應能力為70m3h。（4） 混凝土灌注加強現(xiàn)場管理，定期校驗混凝土攪拌站計量系統(tǒng)，嚴格控制攪拌時間，及時檢測，保證砼具有良好和易性。雨后灌注水下混凝土時，及時實測粗細骨料含水率，并根據(jù)測試結果及時調整混凝土配合比，確?；炷涟韬腺|量滿足要求?；炷翆Ч苁褂们耙呀?jīng)進行了水密及氣密試驗，從而確保其有良好的密封性。灌注砼時，導管底端距離孔底0.4m左右。首盤混凝土灌入量為13.5m3，保證了砼導管埋入砼中具有足夠的深度。砼灌注過程中，保持孔內的靜壓水頭不少于2.0m，同時及時測量砼面的高度及上升速度，埋管深度控制在26m，導管拔出荷載箱時，放慢操作速度，以防導管掛荷載箱，從試樁結果來看，整個施工過程十分順利，未發(fā)生導管掛鋼筋籠和荷載箱及無法拔出的問題。嚴格控制拔管和埋管深度，設專人測量砼面深度，做到先測后拔，密切觀察灌注情況，在灌注的過程中嚴格控制混凝土的坍落度并定時檢測，測試數(shù)據(jù)見表6。 表6序號灌注時間數(shù)量（m3）坍落度要求值坍落度實測值（mm）12003.3.8.18：5017180210mm200219：5590180210mm200321：40165180210mm190422：40230180210mm195523：50300180210mm20062003.3.9.4m19075：50430180210mm20587：30550180210mm