曹妃甸港區(qū)京唐成品碼頭樁基工程施工流程研究與施工工藝比選

1、曹妃甸港區(qū)首鋼京唐成品碼頭樁基工程施工工藝比選與施工流程研究一 樁基工程施工概述京唐成品碼頭結(jié)構(gòu)形式為地連墻深水遮簾式板樁結(jié)構(gòu)。樁基工程在京唐成品碼頭的施工中主要有地連墻、錨碇墻、灌注樁、遮簾樁四種。地連墻深水遮簾式板樁結(jié)構(gòu)碼頭中的樁基工程由于結(jié)構(gòu)重要性以及占據(jù)整個(gè)工程量約70%的關(guān)系，是整個(gè)碼頭施工的重中之重。樁基工程與上部結(jié)構(gòu)施工有著親密的聯(lián)系，樁基工程施工的進(jìn)度質(zhì)量相當(dāng)程度地影響整個(gè)碼頭后續(xù)施工。因此在工期和技術(shù)質(zhì)量要求下，必須以明確和合理的施工流程為指導(dǎo)，并選用合適的施工工藝進(jìn)行組織完成好樁基工程才能為整個(gè)碼頭成功實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)。二 樁基工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與分析1、京唐成品碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖

2、2、樁基工程結(jié)構(gòu)分析1）地連墻結(jié)構(gòu)地連墻結(jié)構(gòu)是樁基工程施工中最為重要的核心。地連墻與胸墻一同構(gòu)成碼頭前沿板樁墻結(jié)構(gòu)，起著整個(gè)碼頭擋土、防滲防漏砂以及保證岸坡穩(wěn)定的作用。地連墻由于是連續(xù)的條狀基礎(chǔ)，施工工藝較一般樁基工程要復(fù)雜。地連墻施工的特點(diǎn)是：施工工期長(zhǎng)，是整個(gè)樁基工程生產(chǎn)組織的關(guān)鍵線路；施工技術(shù)質(zhì)量要求高，特別是碼頭臨水面要求極高，是碼頭樁基施工中最重要的結(jié)構(gòu)。2）遮簾樁結(jié)構(gòu)遮簾樁顧名思義是起遮簾擋土效應(yīng)的樁，通俗講就是矩形截面的灌注樁。地連墻深水遮簾式板樁碼頭要通過(guò)以遮簾樁為核心的遮簾結(jié)構(gòu)大大降低前板樁墻的墻后主動(dòng)土壓力，充分發(fā)揮前墻抗彎功能，因此遮簾樁施工質(zhì)量要求高。遮簾樁的數(shù)量是樁基

3、工程中最多的，占到將近50% ；遮簾樁的施工還直接影響胸墻的施工；因此遮簾樁也是樁基工程施工的核心之一。3）錨碇墻結(jié)構(gòu)錨碇墻結(jié)構(gòu)是整個(gè)地連墻深水遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)的重要一環(huán)。錨碇墻與上部的錨碇墻導(dǎo)梁構(gòu)成整個(gè)碼頭的錨碇結(jié)構(gòu)，錨碇結(jié)構(gòu)通過(guò)拉桿傳力到前墻和胸墻，因此錨碇墻也是樁基施工的重點(diǎn)。4）灌注樁結(jié)構(gòu)灌注樁結(jié)構(gòu)是支撐門(mén)機(jī)軌道梁的基礎(chǔ)。由于采用單排樁加樁帽和四跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，因此灌注樁的本身質(zhì)量與位置對(duì)碼頭設(shè)備的使用息息相關(guān)，但灌注樁結(jié)構(gòu)與整個(gè)地連墻深水遮簾式板樁碼頭主要受力體系無(wú)關(guān)。3、樁基工程中不同樁基施工的相互影響地連墻與遮簾樁中心距離3m，不能同作業(yè)面同時(shí)施工，相互影響較大；灌注樁位于遮簾樁

4、施工區(qū)域，對(duì)遮簾樁的施工有比較大的影響，需要交錯(cuò)施工。4、樁基工程施工地質(zhì)條件施工原始場(chǎng)地標(biāo)高+5m左右。-1.0m以上為新近一兩年的吹填砂，厚度在56m左右。在進(jìn)行樁基施工前進(jìn)行了高能量的強(qiáng)夯地基加固處理，增強(qiáng)了回填砂的密實(shí)度，穩(wěn)定性大大提高。-18m以上基本為砂性土質(zhì)，砂的細(xì)度模數(shù)較小，基本為細(xì)砂和粉細(xì)砂，遇水靈敏度較高。-18m以下分層分布著粉質(zhì)粘土和砂性土。-33m為樁基施工的最低標(biāo)高。從地質(zhì)條件分析可以得出樁基工程施工最需要注意的地質(zhì)情況主要有兩個(gè)：1）新近吹填砂雖然經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理，但局部部位易存在薄弱環(huán)節(jié)，此處施工樁基容易造成坍孔與縮徑；2）另一方面就是土層軟硬變化較大，樁基工程成槽

5、施工中要注意土層強(qiáng)度變化，防止成槽垂直度偏差太大，影響后續(xù)工序施工。三、樁基工程常見(jiàn)的施工工法特點(diǎn)分析樁基工程的施工工藝流程基本上是：成槽下鋼筋籠澆灌混凝土。不同的樁基形式增加不同的工序。如地連墻增加了下放鎖口管，拔鎖口管兩個(gè)流程。樁基工程施工的核心是成槽工法的選擇，成槽工法的選擇除了要適應(yīng)地質(zhì)條件還要根據(jù)工程的進(jìn)度、樁基的組合進(jìn)行互補(bǔ)的組合。樁基工程根據(jù)京唐成品碼頭的地質(zhì)條件可選用的成槽工法主要有：沖擊鉆進(jìn)工法、回旋鉆進(jìn)工法和抓斗挖槽工法。1、沖擊鉆進(jìn)工法簡(jiǎn)介: 沖擊鉆機(jī)利用鋼絲繩懸吊鉆頭，上下運(yùn)動(dòng)來(lái)沖擊破碎地層。采用曲柄連桿結(jié)構(gòu)將回旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)提升和下落鉆具，利用鉆具提升后自由下

6、落的重力沖擊孔底，使巖石破碎而進(jìn)行鉆進(jìn)的。它對(duì)各種土、砂層、礫石、卵石、漂石、軟巖、硬巖都能使用。沖擊鉆機(jī)在沖擊孔底時(shí)，對(duì)孔壁四周的土層有一定的擠壓密實(shí)作用?？椎椎你@渣逐漸增大。鉆頭受到的阻力加大，很難沖擊底部原巖土，此時(shí)應(yīng)停止鉆，取出鉆頭，放入抽筒。把孔底的淤積物和比重很大的稠泥漿掏出孔外，直到孔底淤積基本清完泥漿的比重變小為止再放入鉆頭重新造孔。沖擊鉆機(jī) 正循環(huán)回旋鉆進(jìn)設(shè)備2、回旋鉆進(jìn)工法簡(jiǎn)介:回旋鉆進(jìn)工法又叫垂直回旋鉆進(jìn)工法，是圍繞著鉆桿軸線旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的一種鉆孔方式。根據(jù)渣土出渣的方式可分為正循環(huán)和反循環(huán)和不循環(huán)三種。1）正循環(huán)：正循環(huán)回旋鉆進(jìn)工法在鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆具的同時(shí)利用泥漿泵通過(guò)水龍頭鉆

7、桿內(nèi)孔向孔底輸入泥漿沖洗孔底。攜帶巖土屑的泥漿沿鉆桿和孔壁之間的外環(huán)空間上升，從孔口流向沉淀池，形成正循環(huán)排渣體系。2）反循環(huán)：反循環(huán)回旋鉆進(jìn)工法主要有泵吸反循環(huán)、射流反循環(huán)和氣舉反循環(huán)三種?？諝鈮嚎s機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣通過(guò)送風(fēng)管經(jīng)液氣混合管送到清孔出水管內(nèi)與孔內(nèi)泥漿混合，使出水管內(nèi)的泥漿形成氣液混合體。氣液混合體重度遠(yuǎn)小于泥漿重度。這樣在出水管內(nèi)外的泥漿壓力差作用下，管內(nèi)氣液混合體沿出水管上升流動(dòng)，孔內(nèi)泥漿從出水管底口進(jìn)入出水管并順管流出槽位，將鉆渣排出，同時(shí)不斷補(bǔ)充重度小的泥漿保持壓差形成不斷流動(dòng)達(dá)到鉆進(jìn)成槽。反循環(huán)回旋鉆進(jìn)設(shè)備 不循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備3）不循環(huán)：不循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工法（旋挖鉆鉆進(jìn)工法）

8、：通過(guò)專(zhuān)用的鉆架和動(dòng)力盤(pán)來(lái)驅(qū)動(dòng)各種鉆具挖槽，使用履帶式起重機(jī)移動(dòng)與定位。所使用泥漿不循環(huán)使用的是干取土成槽的作業(yè)方式，泥漿主要的作用是固壁與冷卻鉆具。3、抓斗挖槽工法：這里主要介紹液壓抓斗挖槽工法。液壓抓斗主要依靠帶有液壓源的專(zhuān)用抓斗主機(jī)配合相應(yīng)的抓斗來(lái)完成對(duì)巖土層的抓取與卸料。抓斗采用油缸的往返運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)料斗開(kāi)閉以完成取料與卸料的任務(wù)。當(dāng)抓斗工作時(shí)由主機(jī)的吊繩將抓斗提起，此時(shí)料斗受抓斗自重作用張開(kāi)。待抓斗下落至開(kāi)挖的位置時(shí)，利用自重挖入巖土，然后推動(dòng)油缸活塞桿，抓斗逐漸閉合，將巖土料挖入料斗內(nèi)，此時(shí)主機(jī)釣鉤將抓斗提取，即完成一次取料工作。專(zhuān)用抓斗主機(jī)回旋操作將抓斗轉(zhuǎn)入卸料位置，回收油缸的活塞桿

9、即將料斗打開(kāi)。完成卸料工作，液壓抓斗工法也是一種泥漿不循環(huán)干取土的成槽工法。液壓抓斗1 液壓抓斗2四、樁基工程各種結(jié)構(gòu)與工法的適應(yīng)性分析1、地連墻：地連墻厚度1.1米，單幅長(zhǎng)度4.8米，底標(biāo)高-30.0米，高度為30.4m。液壓抓斗工法由于成槽可以成型矩形不需進(jìn)行修槽有明顯的進(jìn)度和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)；沖擊鉆進(jìn)工法和旋挖回旋鉆進(jìn)工法可以排樁施工(間隔跳躍施工)，但工效太低；正循環(huán)由于排渣能力有限，在地連墻施工中已經(jīng)不適用；氣舉反循環(huán)多頭鉆工法成槽效率較高，但需要修槽和大量的清漿置換，可以采用。綜合考慮地連墻的結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件可以采用液壓抓斗法和氣舉反循環(huán)多頭鉆工法為主的工法進(jìn)行成槽施工。遇到異常情況如土質(zhì)中

10、含有硬土或地連墻漏漿跑灰可以采用沖擊鉆工法或旋挖鉆回旋鉆進(jìn)工法進(jìn)行處理。2、遮簾樁:遮簾樁斷面尺寸1.0m×1.7m，底標(biāo)高-33米，高度為33.4m。遮簾樁可以理解為矩形的灌注樁。采用液壓抓斗法、氣舉反循環(huán)多頭鉆工法以及回旋鉆進(jìn)工法均可成槽施工。3、錨碇墻:錨碇墻厚度1.2米，單幅長(zhǎng)度4.4米，底標(biāo)高-14.0米，是不連續(xù)的地連墻又是長(zhǎng)寬比更大的矩形灌注樁。地質(zhì)條件為回填粉細(xì)砂和粉細(xì)砂。綜合考慮錨碇墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和地質(zhì)條件可選用液壓抓斗、氣舉反循環(huán)多頭鉆為主的工法進(jìn)行施工。為了充分發(fā)揮液壓抓斗工效可以與回旋鉆進(jìn)工法相結(jié)合；氣舉反循環(huán)多頭鉆工法由于要施工引導(dǎo)管可采用各種回旋鉆進(jìn)工法施工。

11、4、灌注樁:灌注樁孔徑1.2米,樁長(zhǎng)45米50米，常規(guī)的灌注樁成槽工法均能適用。五、樁基工程成槽工法組合的確定綜合考慮四種樁基結(jié)構(gòu)型式，有如下幾種施工工法組合模式:1、組合一地連墻:液壓抓斗直抓成槽。首開(kāi)段三抓成槽；標(biāo)準(zhǔn)段兩抓成槽；閉合段三抓成槽。錨碇墻:液壓抓斗旋挖鉆，一鉆兩抓成槽。遮簾樁: 氣舉反循環(huán)多頭鉆工法成槽，旋挖鉆引孔施工。灌注樁:旋挖鉆工法施工。組合一主要考慮了發(fā)揮液壓抓斗干取土、成槽規(guī)則的優(yōu)勢(shì)，輔以旋挖鉆在做灌注樁為主的前提下參與錨碇墻以及遮簾樁引導(dǎo)孔施工的組合效應(yīng)。其中旋挖鉆機(jī)還可以在地連墻漏漿、跑灰的早期進(jìn)行挖孔處理。2、組合二地連墻: 氣舉反循環(huán)多頭鉆工法成槽為主,液壓抓

12、斗配合。錨碇墻:液壓抓斗旋挖鉆，一鉆兩抓成槽。遮簾樁: 氣舉反循環(huán)多頭鉆工法成槽，旋挖鉆引孔施工。灌注樁:旋挖鉆工法施工。組合二主要考慮了充分發(fā)揮氣舉反循環(huán)多頭鉆施工荷載小、連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，輔以抓斗和旋挖鉆組合施工發(fā)揮氣舉反循環(huán)多頭鉆更大效能。3、組合三地連墻:液壓抓斗直抓成槽。錨碇墻:液壓抓斗旋挖鉆，一鉆兩抓成槽。遮簾樁: 液壓抓斗工法成槽。灌注樁:旋挖鉆工法施工。該模式主要發(fā)揮液壓抓斗多點(diǎn)同時(shí)施工的優(yōu)勢(shì), 輔以旋挖鉆工法加快施工效率。實(shí)際施工中上海港務(wù)工程公司采用互補(bǔ)性更強(qiáng)的組合一進(jìn)行施工。深基公司由于氣舉反循環(huán)多頭鉆為自有設(shè)備選用了組合二。一航五公司由于抓斗資源豐富選用了組合三。4、應(yīng)用

13、情況根據(jù)應(yīng)用情況看,由于深基公司在遮簾樁施工中采用了成修槽一體的氣舉反循環(huán)多頭鉆工法提高了工效走在了另外兩家施工單位的前面。上海港務(wù)工程公司選用的模式互補(bǔ)性強(qiáng)，施工應(yīng)急和質(zhì)量保證方面安全系數(shù)大，整個(gè)工效排在第二。一航五公司施工相互影響較大.互補(bǔ)性不強(qiáng)排到最后。六、樁基工程施工總體流程的確定和施工總平面布置1、樁基施工總體流程：采用組合一，從各類(lèi)樁基的數(shù)量、各種成槽工法的施工準(zhǔn)備時(shí)間、各種成槽工法單位成槽工效以及與上部結(jié)構(gòu)流水施工的關(guān)聯(lián)確定樁基工程施工總體流程如下：先施工錨碇墻和灌注樁,再施工不同作業(yè)面的遮簾樁和地連墻。施工中灌注樁先行施工給遮簾樁創(chuàng)造工作面；地連墻多作業(yè)面同時(shí)施工抓住這條關(guān)鍵線路。通過(guò)