橋梁工程管柱式基礎(chǔ)施工方法

1、橋梁工程管柱式基礎(chǔ)施工方法1、 概況管柱基礎(chǔ)適用于深水，有潮汐影響，巖石起伏不平，無覆蓋層或覆蓋層很深的河床，（不適用于有嚴(yán)重地質(zhì)缺陷的地區(qū)），水位的變化對管柱施工影響不大，如下沉管柱，鉆巖及灌注水下砼可不受水位限制，全年均能施工。管柱基礎(chǔ)形式，基本上分為兩類，一類是管柱下沉至堅硬的巖層，與巖層固接或鉸接，成為柱式管柱：另一類管柱下沉至密實的土層，藉柱底承壓力與柱周磨擦力共同受力，成為磨擦管柱。管柱有鋼筋砼管柱，預(yù)應(yīng)力砼管柱，及鋼管柱三種，前者適用于入土深度小于25M下沉振動力不大場所。管柱系裝配式構(gòu)件，管節(jié)由上、下法蘭盤通過螺栓連接，管柱的最底一節(jié)下邊帶有刃腳，刃腳的作用是使管柱穿越覆蓋層切

2、入基巖風(fēng)化層。其高度一般1.2-1.5m，管柱直徑有1.55m，3.0m，3.6m，5.0m，5.8m幾種，長度為310M不等。鋼管樁的管節(jié)其長度為1216M。管柱的現(xiàn)場存放用龍門吊機(jī)或現(xiàn)場用萬能桿件拼裝的龍門吊機(jī)起吊，軌道電動載運平車運輸。2、 下沉管柱的導(dǎo)向和定位設(shè)備1） 管柱下沉的導(dǎo)向設(shè)備一般分為兩類，一為淺水中采用的導(dǎo)向框架，見圖3-5-1，一為深水中采用的整體圍籠，見圖3-5-2。圍籠以圓形為主是管柱施工的主要施工設(shè)施。圍籠結(jié)構(gòu)主要由桁架（包括起吊主桁架，輔助吊籃桁架，平衡重桁架和側(cè)桁架）。托架（包括起吊托架，輔助托架），內(nèi)導(dǎo)環(huán)，外導(dǎo)環(huán)，吊籃（包括主吊籃，平衡重吊籃），錨柱，懸掛設(shè)備

3、，導(dǎo)向架和導(dǎo)向木等組成。圍籠結(jié)構(gòu)中幾個關(guān)鍵部件的作用和制造要點如下：a. 起吊托架：是起吊圍籠及圍籠下沉后將圍籠支承在導(dǎo)向船廠上的支點，由角鋼拼制而成。托架布置在垂直水流方向圍籠對稱中線兩側(cè)，其大樣見圖3-5-3。b. 內(nèi)，外導(dǎo)環(huán)：內(nèi)導(dǎo)環(huán)承受內(nèi)鋼板樁傳來的水壓力，并與外導(dǎo)環(huán)共同控制鋼板樁的位置。圖3-5-2圍籠結(jié)構(gòu)示意圖中，圍籠桁架外圈第I、IV、V層的內(nèi)導(dǎo)環(huán)為箱形截面，受力較大的第II、III層為I字形截面，外導(dǎo)環(huán)分布在第I、III、V層內(nèi)導(dǎo)環(huán)與外導(dǎo)環(huán)由槽鋼或由角鋼分后彎制。c. 錨柱：是連接圍籠與定位船鋼絲繩拉纜的系纜點，當(dāng)圍籠末掛在定位管柱前時，圍籠所受的水流沖擊力，由拉纜傳至定位船，固

4、定圍籠位置。錨柱由鋼板焊成，內(nèi)填C30砼。有潮水的河流，頂在圍籠的上、下游方向各設(shè)二個錨柱。其大樣見圖3-5-4。d. 平衡重吊點：是用以減少圍籠的起吊重量，其位置在圍籠上、下游各2個，每個吊點由上、下兩組四門滑車組成，上滑車是定滑車，固定在導(dǎo)向船的聯(lián)結(jié)梁上，下滑車是動滑車，安設(shè)在圍籠平衡重挑梁上，挑梁伸出端安裝滑車，伸出的距離使在下沉圍籠時起吊的鋼絲繩不與各層導(dǎo)環(huán)磨擦，其大樣見圖3-5-4。2） 圍籠拼裝結(jié)構(gòu)拼裝分一次拼裝及分層拼裝，按圍籠下沉重量及起吊設(shè)備能力而定，圍籠拼裝大致可分為以下幾個工序；鋪設(shè)工作臺及放樣>拼裝圍籠桁架>拼裝導(dǎo)環(huán)>拼裝托架>安裝導(dǎo)向木>

5、安設(shè)圍籠支座>鋪設(shè)頂面工作臺>檢查驗收。圖3-5-5為圍籠拼裝場地布置圖。3） 圍籠定位設(shè)備及其布置水上定位設(shè)備包括承托圍籠的導(dǎo)向船組，控制圍籠位置的定位船，以及錨，鏈，纜繩等錨碇裝備。其作用量保證圍籠的浮運就位，起吊下沉，定位和基礎(chǔ)、墩柱的施工。 a. 單向水流圍籠定位設(shè)備主要設(shè)置在上游，其圍籠定位總體布置如圖3-5-6。 b. 水流為雙向，其錨碇系統(tǒng)總體布置如圖3-5-7。名稱單位規(guī)格數(shù)量說明定位船艘80t，7m*26m2導(dǎo)向船艘300t，9m*30m2定位船主錨個3-5t鐵錨式鋼筋砼錨8導(dǎo)向船邊錨個3t鋼筋砼錨2基礎(chǔ)采用地籠2個定位船邊錨個2t鋼筋砼錨4基礎(chǔ)采用地籠4個主錨鏈

6、條75，28m8導(dǎo)向船邊錨鏈條40，28m2定位船邊錨鏈條55，28m4地龍錨鏈條3575，長1020m6主錨纜條37,長2503208導(dǎo)向船邊錨纜條37，長1502002定位船條28，長150m4導(dǎo)向船地龍纜條37，長200250m2定位船地龍纜條28，長200m4定位船拉導(dǎo)向船纜條37，長140m4定位船拉圍籠纜條37，長150m44） 圍籠起吊下沉 圍籠起吊下沉方法主要是根據(jù)圍籠重量及起吊設(shè)備能力而定，如起吊設(shè)備能力不足，還可以用浮箱充氣輔助，常用的方法有： 浮吊起吊下沉這種方法適用于浮吊起吊能力大于圍籠重量，僅須用兩艘浮吊即可起吊圍籠，不增加其他復(fù)雜的起吊設(shè)備，圍籠為一次下沉。如圖3-

7、5-8 浮吊及定量輔助吊架起吊下沉利用平衡重原理，在導(dǎo)向船的聯(lián)結(jié)梁上設(shè)吊架設(shè)4座，對稱吊著圍籠底層的平衡重下挑梁，吊架上挑梁的復(fù)式滑車組的鋼絲繩一端吊平衡重，另一端纏在5t的絞車上，用以輔助浮吊起重能力的不足。下沉步驟：（圖3-5-9）a 掛吊籃，并收緊吊鉤鋼絲繩，使浮吊處于開始受力狀態(tài)。b 將4個定量輔助吊架的絞車同時收緊，使平衡重處于將離船面情況。c 解松圍籠風(fēng)攬。d 浮吊及定量輔助吊架同時起吊，將圍籠吊離船面，隨著圍籠的升高，平衡重也相應(yīng)升高，但不得使圍籠升高而平衡重降低。e 拆除導(dǎo)向船與拼裝船之間的木撐架及聯(lián)結(jié)鋼絲繩等，順?biāo)鞣较虺烦銎囱b船。f 兩浮吊以相同速度下放圍籠，同時以相應(yīng)速度

8、放松定量輔助吊架滑車組鋼絲繩，控制平衡重高度。g 將圍籠下沉擱到導(dǎo)向船的圍籠支架上，并調(diào)整到正確位置。h 浮吊松鉤，并將定量輔助吊架絞車端鋼絲繩固定；使仍處于受力狀態(tài)，以輔助托架受力。i 在上、下游定位船上將圍籠繩收緊，使圍籠保持豎直狀態(tài)。j 注意事項：在有潮水雙流向河流中，當(dāng)流速小于1.7m/s時，可將浮吊橫停放，但須將浮吊尾部用鋼絲繩與上、下游定位船拉緊固定。四個平衡重不宜過早拆除，可以用以輔助托架受力。并可以調(diào)整圍籠的水平度，平衡重最好等到圍籠懸掛在定位管柱上后再行拆除。5） 圍籠定位圍籠下沉后，即開始定位工作，要日夜不間斷進(jìn)行，其定位的允許偏差若設(shè)計無明確規(guī)定時，不得大于H/100（H

9、為圍籠底到水位高度）。圍籠的平面位置是由導(dǎo)向船錨繩和定位船與導(dǎo)向船的聯(lián)接纜繩子來調(diào)整控制，為了避免圍籠傾斜，應(yīng)注意下沉定位管柱的次序，首先應(yīng)插下游12根管柱，再對稱下插圍籠直徑兩端其它的定位管柱。定位管柱應(yīng)沉到規(guī)定深度，避免圍籠掛上后下沉其它管柱時，引起個別定位管柱下沉，導(dǎo)致圍籠變形。3、 管柱下沉 管柱下沉的順序，首先是下沉定住管柱，將圍籠懸掛其上，然后下沉其余管柱，定位管柱的數(shù)量，單向水流采用155cm小直徑管柱8根，雙向水流時，為加快圍籠的懸掛可采用4根定位管柱，選擇其對應(yīng)的4根管柱為輔助受力管柱。1） 管柱下沉的方法和程序下沉方法：根據(jù)土層情況可采取以下不同的施工方法： 震動沉樁機(jī)震動

10、下沉 震動與管內(nèi)除土下沉 震動配合吸泥機(jī)下沉 震動配合高壓射水下沉 震動配合射水，射風(fēng)，吸泥下沉。下沉施工程序： 準(zhǔn)備工作：在管柱下端安裝鋼刃腳。 下沉作業(yè)：起吊管柱>在圍籠中插放管柱>順次接長管柱>安裝震動沉樁機(jī)>震動下沉>拆除震動沉樁機(jī)。（如采用射水，吸泥配合時，還包括射水管，吸泥管的安裝、接長、射水、吸泥作業(yè)和拆卸射水、吸泥管等）。附：各種震動力情況下不同土質(zhì)下沉管柱的經(jīng)驗資料表3-5-1項別123456781穿過地質(zhì)情況礫砂2-9m礫砂夾小卵石1.3m砂夾小礫石及小卵石2.3m粗砂夾小卵石4.9m人工堆土2.9m紅色粘土3.6m硬砂粘土1.4m粉砂5.0m

11、細(xì)砂10.0m中砂4.5m粉砂7.8m淤泥質(zhì)可塑粘土4.0細(xì)砂2.0m黃土質(zhì)砂粘土夾2.0卵石砂夾卵石0.7細(xì)砂3.2m黃土質(zhì)砂粘土7.7砂夾卵石0.52管柱直徑（m）5.805.805.005.003.603.603.603.603管柱長度（m）15.0015.0020.7520.7520.7520.754振動體系重量（t）106.001060072.0081.0090.0090.0090.0090.005入水深度（m）6.5+4.04.9+4.06.5019.5011.8012.2011.406應(yīng)扣浮力（KN）252.00222.00139.00294.00178.00184.00172.

12、007振動體系凈重（t）80.8083.8058.0081.0060.6072.2071.6072.808振動力（KN）25001950735/1470200025002500250025009入土深度（m）6.504.906.501.4019.5011.8012.2011.4010下沉方法不吸泥不射水振動下沉同左同左同左同左同左同左同左11刃腳下情況刃腳承支同左同左同左同左同左同左同左2） 下沉管柱主要機(jī)具和設(shè)備：表3-5-2順序名稱規(guī)格單位深水淺水說明1.55M3.6M3.6M5.8M1浮吊30T艘11起吊管柱、插射水管，裝吸泥機(jī)浮吊75T艘11起吊管柱2水上天車130T每臺走行天車附起重

13、小車二臺套1起吊管柱3龍門吊機(jī)45T裝5T電動絞車二臺臺1起吊管柱4吊機(jī)25-35T臺115振動打樁機(jī)90型臺1振動打樁機(jī)160型或420型臺22并聯(lián)使用振動打樁機(jī)中250型臺4每二臺并聯(lián)使用6空氣吸泥機(jī)150MM配吸泥管套2管長根據(jù)水深覆蓋層考慮空氣吸泥機(jī)250MM套221管長根據(jù)水深覆蓋考慮7空氣壓縮機(jī)9-23M3MIN配蓄風(fēng)筒、風(fēng)包、風(fēng)表等臺1432吸泥供氣8高壓水泵150MM6-10級配水包水表等臺2422二臺串聯(lián)，吸泥，補(bǔ)水用9低壓水泵150-250MM臺12抽水用10射水風(fēng)管路設(shè)備75MM包括分配閥15-25M射水嘴、風(fēng)嘴 套2221管長根據(jù)水深覆蓋考慮，管數(shù)，根據(jù)內(nèi)外射水及射風(fēng)考

14、慮11發(fā)電機(jī)320KVA臺2222水泵振動打樁機(jī)等用12電焊機(jī)交流臺141313氧氣切割機(jī)具121114樁帽符合振動打樁機(jī)底座個121115長樁設(shè)備分甲、乙、丙式套616夾樁箍套217吊具付221118卷揚機(jī)5-7.5T雙滾筒磨擦式臺41244抓泥，吸泥19手搖絞車5T66駁龍門架，拉地垅20抓泥斗0.4m3雙瓣式附抓泥架臺921水下切割器具1122潛水設(shè)備套1123水泵船400T鐵駁艘11113、 管柱基巖鉆孔及清孔適用于設(shè)計需要管柱嵌固于巖盤時，管柱的基巖鉆孔方法，一般采用沖擊鉆孔，也可采用旋轉(zhuǎn)牙輪鉆成孔。各型沖擊式鉆機(jī)技術(shù)規(guī)格 表3-5-3順序主要規(guī)格單位鉆機(jī)類型YKC-30型YKC-3

15、1型門式汽動一型臥式汽動二型1鉆頭最大重量Kg450050001000072002鉆頭鋼絲繩直徑Mm263239373鉆頭沖程最大Mm100090016001400最小Mm50070012004004鉆頭沖擊次數(shù)最多次/min50351822最小次/min40-1285鉆頭最大直徑Mm13001300300030006氣缸直徑Mm5005007氣缸壓力Mpa7050-708空氣消耗量M3/min30-4020-239 提升鉆頭電動卷揚機(jī)起重能力T107.5滾筒直徑Mm800400轉(zhuǎn)數(shù)R/min3.25.5卷揚速度M/min8.5-108.5-1010電動機(jī)型號AO-93/8型AM6117-6G

16、W型MT-42-8TZR型MT型功率W40115/40/16606011鉆機(jī)外形尺寸長度M5.009.107.205.50寬度M2.845.204.124.20高度M12.009.3011.2512.9012鉆機(jī)重量T11.1025.0013.5027.251) 沖擊鉆機(jī)鉆孔 如管柱鉆孔的基巖較堅硬時，除應(yīng)采用較重的沖擊鉆頭外，還需要配以能提升重的鉆頭及沖擊頻率高的鉆機(jī)以加速成鉆進(jìn)速度?？蛇x用表3-5-3所列各型沖擊式鉆機(jī)。 鉆孔前準(zhǔn)備工作a 清除管柱內(nèi)泥砂b 探測鉆孔深度和巖盤情況：為了測定巖面是否平整和管柱刃腳是否沉至巖盤，須用高壓射水（水壓1.5Mpa，射至巖面0.5Mpa，沖刷5分鐘）

17、多點控測巖面標(biāo)高，并記錄各點位置及巖面標(biāo)高。據(jù)以確定翻砂的措施。c 當(dāng)發(fā)現(xiàn)管柱刃腳局部支承在巖盤上時，需采取以下措施后方能鉆孔：方法一：粘泥片石封底，依據(jù)管柱刃腳與最低巖面之差先投以等量粘泥塊，其上再投片石和碎石，然后開動鉆機(jī)，進(jìn)行沖擊，使粘泥塊石堵塞漏縫。方法二：水下砼封底：用水砼填平巖盤起伏，使刃腳與巖盤接觸良好，此法比較可靠，但水下砼須經(jīng)3-4天養(yǎng)護(hù)凝固后方可鉆孔。 鉆孔中泥漿的使用 在鉆孔過程中隨時拋投粘土塊，由于鉆頭的連續(xù)沖擊作用，使鉆孔中形成泥漿及鉆渣的混合體，借以清除鉆孔內(nèi)的鉆渣。泥漿比重在1.1 1.5之間。 鉆孔施工方法及步驟a 在圍籠式管柱頂安設(shè)鉆機(jī)工作平臺，并拉好安全網(wǎng)。

18、b 安裝鉆機(jī)時應(yīng)使鉆頭中心對準(zhǔn)管柱中心。c 安裝鉆頭，鋼絲繩及風(fēng)管等，每臺鉆機(jī)應(yīng)配有備用鉆頭一個。d 吸盡管內(nèi)泥砂后立即投入粘土塊及片石，粘土用量為片石體積的3倍。e 放下鉆頭開鉆時，注意調(diào)節(jié)鋼絲繩長度，防止鉆頭打空。f 繼續(xù)鉆進(jìn)時，及時補(bǔ)投粘土塊，適時清渣。g 每鉆進(jìn)1M，即用鋼質(zhì)檢測器檢查圓孔質(zhì)量及深度。清除鉆渣時，先取出鉆頭，再以杯形取碴筒提出鉆渣。h 探測孔底標(biāo)高，進(jìn)行檢查，清理鉆孔，終孔。 管柱的清孔堵漏關(guān)系到封底水下砼能否與孔壁及鉆孔巖壁良好結(jié)合，一般成孔方法為：a 鉆機(jī)工作結(jié)束后，用空氣吸泥機(jī)輔以高壓射水吸出孔內(nèi)鉆渣泥漿，在吸泥過程中用低壓泵向管內(nèi)注水，保持管柱內(nèi)水位高于江面水位

19、。b 待孔內(nèi)鉆渣泥漿清除后，再用水與風(fēng)力同時作用的清孔器將孔壁沖洗干凈，連合孔底殘存泥漿一起清除。c 經(jīng)過清孔后提清孔器，檢查沉淀吊斗內(nèi)碴物的體積，若吊斗內(nèi)積存的渣物厚度不超過1cm，認(rèn)為合格。5 灌注管柱內(nèi)水下砼 管柱下達(dá)巖盤經(jīng)清孔堵漏，在管柱內(nèi)安放鋼盤骨架伸入鉆孔中后，即灌注水下砼。1） 灌注管柱水下砼施工程序 安放鋼筋籠>安放砼導(dǎo)管>安放砼工作架及漏斗、儲料槽>灌注管柱內(nèi)水下砼>灌注完畢后拆除灌注工作臺。2） 水下砼施工要點a 在開始灌注前，按例行規(guī)定全面檢查導(dǎo)管，并進(jìn)行升降試驗。b 導(dǎo)管口離鉆孔底的高度應(yīng)比導(dǎo)管內(nèi)徑大10cm，導(dǎo)管應(yīng)居中。c 開始生產(chǎn)砼后，應(yīng)及時

20、掌握送入儲料槽內(nèi)的砼數(shù)量，安裝好球塞，砼送入漏斗，開始射水，高壓射水時間10分鐘。d 砼儲備量達(dá)到要求后即停水，將射水管內(nèi)水排除，剪球。e 砼正常澆筑導(dǎo)管埋入砼內(nèi)深度不得小于1M，大于4M。f 做好砼試件及灌注記錄工作。g 澆筑過程中每間隔1530分釧應(yīng)測管內(nèi)水下砼標(biāo)高和導(dǎo)管底口標(biāo)高，及時調(diào)整導(dǎo)管埋深。6、 管柱基礎(chǔ)鋼板樁圍堰鋼板樁圍堰是管柱承臺及水下墩身部分施工時的防水圍堰，其主要作用是灌注封底砼的模板和封底砼共同起防水的作用。其高度應(yīng)高于施工水位1M。1） 鋼板的插打 在單向河流中安插鋼板樁，自圍籠上游的中心線上開始，由兩側(cè)對稱向中游依次插入，到下游合攏。在有潮水的河流上，為減少水流阻力，

21、采取從兩側(cè)面開始向上、下游插打，在另一側(cè)面合攏。如圖3-5-11。 鋼板樁插打作業(yè)步驟a 安插鋼板樁是使用浮吊的兩個吊鉤，將鋼板樁從駁船上吊起，然后用兩個吊鉤起吊和下放，使鋼板樁成垂直狀態(tài)，脫出小鉤移向安插位置，起吊前，鎖口內(nèi)嵌滿黃油瀝青混合料。b 鋼板樁就位下插，第一組鋼板樁系沿導(dǎo)木下插（在圍籠內(nèi)導(dǎo)環(huán)上設(shè)置導(dǎo)向木），是整個圍堰鋼板樁的基準(zhǔn)，要反復(fù)掛線檢查，使其方向垂直準(zhǔn)確，其余各樁組，以已插樁為準(zhǔn)，對稱鎖口后，利用自重下沉。c 每組鋼板樁插完之后，用短鋼筋頭點焊固定在圍籠頂層內(nèi)導(dǎo)環(huán)上。d 當(dāng)鋼板樁全部合攏后，用雙動汽錘由上游及合攏處向圍堰兩側(cè)逐次將鋼板樁打到設(shè)計標(biāo)高。e 每組鋼板樁必須按編號

22、插入正確的樁位，每組偏差應(yīng)小于+15MM。 鋼板樁圍攻堰的合攏措施鋼板樁圍攻堰在合攏時，兩側(cè)鎖口不一定平行，在一定范圍內(nèi)，可采用以下辦法進(jìn)行調(diào)整。A 在鋼板樁頂端使用千斤頂或復(fù)式滑車組調(diào)整上、下敞口平行，如圖3-15-12調(diào)整合攏的要點。 插打鋼板樁的主要機(jī)械設(shè)備例表序號名稱規(guī)格單位數(shù)量說明1吊船30噸艘2吊插樁用2鐵方舟80-400噸艘3運樁3拖輪120馬力艘1拖運鋼板樁4樁帽個2沉樁5沉樁錘臺1沉樁配全套附件6電焊機(jī)臺17乙炔切割器臺18鏈滑車3-5噸臺2-49滑車2噸只410潛水設(shè)備套1 圍堰內(nèi)吸泥清基鋼板樁圍堰內(nèi)清基工作，采用吸泥機(jī)進(jìn)行，每臺吸泥面積為1226M2，靠近鋼板樁附近的泥砂較難吸出，可用潛水工以射水管（0.3-0.5Mpa）的水壓將泥砂沖移至吸泥機(jī)附近。7、 圍堰內(nèi)水下砼封底及抽水一般水下砼施工，前面已多有敘述，此處著重介紹圍堰內(nèi)大面積水下砼封底有關(guān)問題：1） 依據(jù)封底砼需要量，配置相應(yīng)的水下砼拌和機(jī)械及起吊的吊斗，浮吊等設(shè)備。2） 搭制工作臺：灌注水下砼工作臺高度一般為8M，用萬能桿件拼成，其上設(shè)儲料槽，下料槽及漏斗等。3） 設(shè)置匯水井：水下砼封底面（達(dá)到一定強(qiáng)度），需進(jìn)行抽水清基，為匯集積水，須設(shè)置匯水井，可用汽油筒內(nèi)裝黃沙，密封下沉就位，筒頂略高出封底砼頂面，用鐵絲固定。4） 導(dǎo)管的布置 導(dǎo)管布置的原則是：a 流動半徑3.5-4