長江大橋深水基礎(chǔ)雙壁吊箱鋼圍堰施工技術(shù)[全面]

1、2002五公司技術(shù)交流會,歡迎各位專家點(diǎn)評指導(dǎo),渝懷線長壽長江大橋項(xiàng)目經(jīng)理部 發(fā)表人：盛焰華,重慶長壽長江大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù),2002五公司技術(shù)交流會,【摘要】利用雙壁吊箱鋼圍堰進(jìn)行水上基礎(chǔ)施工是一種縮短工期的有效方法,本文介紹了長壽長江大橋深水基礎(chǔ)雙壁吊箱鋼圍堰施工方法,施工過程及施工特點(diǎn)；大直徑鉆孔樁施工工藝、施工機(jī)具和主要施工過程；水下封底混凝土施工的成功經(jīng)驗(yàn). 【關(guān)鍵詞】深水基礎(chǔ),大直徑鉆孔樁,鋼護(hù)筒,雙壁吊箱鋼圍堰,水下混凝土灌注,水下封底,施工工藝,2002五公司技術(shù)交流會,工程概況,長壽長江特大橋是渝懷鐵路唯一跨越長江的一座雙線特大橋,也是渝懷線的重點(diǎn)控制性工程.橋位處于長江上

2、游重慶市長壽區(qū)境內(nèi).橋跨布置為2x24m+332m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁+(144+2192+144)m下承式連續(xù)鋼梁+232m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁.主橋6#、7#墩位于國家級主航道內(nèi),枯水期水深32m和20m,洪水期最大水深65m.水深流急,水上航運(yùn)業(yè)務(wù)繁忙,基礎(chǔ)均為10根直徑3.0m鉆孔樁基礎(chǔ),高樁承臺.水下封底厚度2.5m,混凝土灌注量約975m3 .雙壁吊箱鋼圍堰水下封底混凝土施工是深水基礎(chǔ)施工的一道極為重要的工序,也是整個(gè)長江大橋施工的關(guān)鍵. 地質(zhì)情況：河床覆蓋層為卵（漂）石,河床底部有89m卵石土.其中漂石含量約為5075%,粒徑200450mm,個(gè)別大于500mm,甚至有粒徑超過100

3、0mm的.卵石含量約20%,粒徑一般50200mm,下伏巖為泥巖,極限抗壓強(qiáng)度分別為13Mpa.,2002五公司技術(shù)交流會,關(guān)鍵工序施工,2.1導(dǎo)向船浮運(yùn)、定位及 鋼圍堰浮運(yùn)、精確定位,2.1.1,導(dǎo)向船在岸邊拼裝到位后,拖輪將其浮運(yùn)到上游定位船后方.導(dǎo)向船用6根43mm鋼絲繩作拉纜,系在定位船上.系好拉纜后,使導(dǎo)向船順長江水流下放,進(jìn)行導(dǎo)向船墩位處初定位,然后通過拋邊錨和尾錨加上測量組配合進(jìn)行定位.,2002五公司技術(shù)交流會,2.1.2,雙壁吊箱鋼圍堰平面尺寸33.2m20m,高12.5m,自重600t.用兩艘5000匹馬力的拖輪夾持著這個(gè)龐然大物從橋址下游10公里處浮運(yùn)到墩位處,在長江上游

4、如此大型浮運(yùn)尚屬首次.圍堰拖運(yùn)到導(dǎo)向船尾部后,立即將圍堰、定位船、導(dǎo)向船用兜攬連接,并設(shè)置拉纜從兩邊將鋼圍堰喂入導(dǎo)向船內(nèi)設(shè)計(jì)位置處.圍堰喂入后,隨即安裝牛腿將圍堰與導(dǎo)向船連接成一剛性整體（水平方向）,在垂直方向設(shè)置4個(gè)導(dǎo)向架以便圍堰能在水流浮力作用下上下自由浮動(dòng).并通過調(diào)節(jié)邊錨和尾錨及定位船拉纜與測量組配合進(jìn)行圍堰精確定位.,2002五公司技術(shù)交流會,600噸巨型鋼圍堰浮運(yùn),2.2 鋼護(hù)筒插打,2.2.1,由于長江上游水流速度大,水位不穩(wěn)定,加上是深水基礎(chǔ).必須設(shè)置6根定位樁,護(hù)筒長度約43m.每根鋼護(hù)筒要求進(jìn)入河床深度約13m,直至進(jìn)入泥巖層.鋼護(hù)筒利用自重和中-250t振拔機(jī)將其打入覆蓋層

5、.插打期間采用420mm吸泥機(jī)進(jìn)行高壓射水吸泥,吸泥后繼續(xù)用振拔機(jī)振打護(hù)筒.如此反復(fù)操作直至鋼護(hù)筒下沉至基巖面.,2002五公司技術(shù)交流會,2.2.2,鋼護(hù)筒采用厚度20mm的A3鋼板制作,直徑為3.3m.護(hù)筒直徑偏差應(yīng)在3mm以內(nèi),軸線偏差應(yīng)在5mm以下.護(hù)筒縱向焊縫在任一橫截面內(nèi)僅允許采用一條焊縫,組拼護(hù)筒時(shí),相鄰管節(jié)的縱縫相距約1500mm.鋼護(hù)筒采用多層焊接,焊完每層焊縫后及時(shí)清除焊渣,全部焊完后用超聲波探傷儀器檢查焊縫內(nèi)部質(zhì)量,不得有裂紋、氣泡、夾渣等缺陷.,2.2.3 插打鋼護(hù)筒時(shí)注意事項(xiàng),鋼護(hù)筒插打前,當(dāng)護(hù)筒吊入導(dǎo)環(huán)時(shí),保證護(hù)筒平面位置偏差3cm內(nèi),垂直度偏差小于5使其順利穿過下

6、導(dǎo)環(huán).護(hù)筒對接時(shí),應(yīng)調(diào)整好護(hù)筒垂直度,保證對接時(shí)接縫上下兩節(jié)鋼護(hù)筒折角誤差控制在0.5mm以內(nèi).,2002五公司技術(shù)交流會,2.2.4,鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉?xí)r,避免下沉過快,振拔機(jī)采用點(diǎn)動(dòng)的方式,振動(dòng)效果不理想時(shí),就輔以吸泥再振打使護(hù)筒下沉.此時(shí)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行各樁位的精確定位.當(dāng)定位樁插打入巖面后,割除多余的護(hù)筒,并焊接牛腿使護(hù)筒與上導(dǎo)環(huán)進(jìn)行鎖定,各定位樁與下導(dǎo)環(huán)用鐵鍥鍥緊.定位樁全部插打完畢后,進(jìn)行全面鎖定,并解除圍堰牛腿,這樣整個(gè)圍堰就掛在6根定位樁上.非定位樁繼續(xù)插打,這樣就使雙壁吊箱鋼圍堰即做圍堰由做施工平臺的水上定位完成.,2002五公司技術(shù)交流會,利用中-250噸振樁機(jī)振打鋼護(hù)筒,2.3 鉆

7、孔樁施工,鉆孔樁平臺布置圖,2002五公司技術(shù)交流會,圖,2.3.1 施工平臺布置及施工設(shè)備,鉆孔樁施工是在雙壁吊箱鋼圍堰與鋼護(hù)筒鎖定成的施工平臺上進(jìn)行.雙壁側(cè)板間隔1.2m,側(cè)板由20mmA3鋼板組成,隔艙內(nèi)有水平支撐和斜撐.圍堰內(nèi)由內(nèi)支撐架（吊桿）、上、下導(dǎo)環(huán)和底板構(gòu)成.平臺兩側(cè)安裝了一臺QLY50/16全液壓吊機(jī)和一臺20t桅桿吊機(jī).平臺上設(shè)沖擊鉆兩臺,KPG-3000型液壓旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)和KTY-3000全液壓旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)各一臺.平臺由56工字鋼與上導(dǎo)環(huán)分配梁連接成一剛性整體.表面鋪設(shè)5cm厚腳手板.,2.3.1.1 平臺布置,2002五公司技術(shù)交流會,2.3.1.2 施工設(shè)備,由于河床巖層高差

8、大,6#墩還有大孤石,鋼護(hù)筒很難一次插打到位.先用沖擊鉆機(jī)將卵石層鉆完,再用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行反循環(huán)清水鉆孔,最終鉆進(jìn)成孔.沖擊鉆頭直徑2.96m,自重11t.KPG-3000型液壓鉆機(jī)額定最大扭矩200kN.m,轉(zhuǎn)速014r/min,水龍頭提升能力1200kN,鉆桿內(nèi)徑為351mm,鉆頭采用鍥齒滾刀鉆頭,外徑3.0m,自重8t,包括配重,鉆具總重55t,并采用空氣反循環(huán)排渣.KTY-3000型全液壓鉆機(jī)額定最大扭矩200kN.m,轉(zhuǎn)速08r/min,動(dòng)力頭提升能力1200kN,鉆桿內(nèi)徑為351mm,鉆頭采用鍥齒滾刀鉆頭,外徑3.0m,自重8t,包括配重,鉆具總重64t.供風(fēng)采用電動(dòng)壓風(fēng)機(jī),最大風(fēng)壓

9、8MPa,風(fēng)量40 m3 /min. 起重吊機(jī)采用蕪湖長江大橋QLY50/16全液壓架梁吊機(jī)和另一臺20t桅桿吊機(jī).分別布置在南北方向?qū)虼B接梁的上下游,主要功能是吊放鋼護(hù)筒、鉆具、及拆裝鉆桿、鉆頭、吊放鋼筋籠,灌注水下混凝土?xí)r吊放及提升導(dǎo)管用.,2002五公司技術(shù)交流會,直徑為3.0m旋轉(zhuǎn)鉆鉆頭,2.3.2 鉆孔樁主要施工工藝,因樁身較長,且樁徑大,考慮到如采取泥漿反循環(huán)工藝成孔,鉆渣多,難以及時(shí)排出,即影響工期又非常不經(jīng)濟(jì).經(jīng)研究決定采用清水反循環(huán)方案最為適宜.但鋼護(hù)筒必須全部插打進(jìn)巖面是這一鉆孔方案的必要條件.由于卵石過大過硬大部分樁位處鋼護(hù)筒沒能完全打進(jìn)巖面,因此開始進(jìn)行沖擊鉆鉆孔.

10、沖擊鉆孔時(shí),有必要投入適量的粘土和堿,造漿浮渣,選擇時(shí)機(jī)用150mm吸泥管快速將鉆渣吸掉后,繼續(xù)鉆孔,直至中-250t振樁機(jī)能將鋼護(hù)筒完全插打入巖面才停止沖擊鉆鉆孔.,2.3.2.1沖擊鉆鉆孔,2002五公司技術(shù)交流會,2.3.2.2 旋轉(zhuǎn)鉆成孔,根據(jù)鉆孔樁為柱樁和6#、7#墩特定的地質(zhì)情況,故在同一根樁施工時(shí),選用沖擊鉆和旋轉(zhuǎn)鉆2種鉆機(jī)鉆孔,充分發(fā)揮了不同鉆機(jī)的功能,加快施工進(jìn)度.當(dāng)沖擊鉆停鉆（鋼護(hù)筒插打入巖面后）,立即安裝KPG3000旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)或KTY3000旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行清水反循環(huán)鉆孔.正常情況下,泥巖24h可鉆進(jìn)3.04.0m；砂巖24h可鉆進(jìn)1.62.0m.鉆進(jìn)過程中,根據(jù)巖面強(qiáng)度調(diào)整

11、配重,調(diào)節(jié)鉆壓鉆進(jìn).當(dāng)然為保證成孔質(zhì)量,最好采用減壓鉆進(jìn),避免坍孔事故的發(fā)生.在施工期間,由于地質(zhì)資料的出入,不能確保鋼護(hù)筒已全部插打入巖面,這時(shí)鉆孔稍有不慎都有可能發(fā)生坍孔現(xiàn)象.如確認(rèn)已經(jīng)開始坍孔,必須在還有進(jìn)尺時(shí)盡量鉆進(jìn),確實(shí)鉆不下去時(shí),停鉆拆除鉆機(jī),接長護(hù)筒,再次用中-250t振拔機(jī)將護(hù)筒全面打入巖面.又重新安裝旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)繼續(xù)鉆孔,至成孔為止.當(dāng)鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),不要立即停下鉆機(jī),應(yīng)空鉆30min并清孔后才停機(jī),2h后再次利用鉆桿清孔后才能拆除鉆機(jī),以保證灌注水下混凝土前沉淀厚度能滿足要求.,2002五公司技術(shù)交流會,動(dòng)力頭鉆機(jī)正在鉆孔,2.3.2.3 成樁,吊放鋼筋籠后,在孔中先下放導(dǎo)管,

12、 下至距離孔底30cm左右.導(dǎo)管必須經(jīng)過 逐節(jié)承壓,水密檢測合格后方可使用.首批 混凝土拔球時(shí),應(yīng)保證導(dǎo)管埋深在1.52.0m 之間.埋深過淺易發(fā)生斷樁事故.灌注過程中 應(yīng)勤測埋深,隨時(shí)掌握灌注情況. 混凝土樁頭預(yù)留50cm.,2002五公司技術(shù)交流會,2.3.2.4 質(zhì)量檢測,因各孔深在護(hù)筒底以下12m左右,制作一與鋼筋籠同直徑大小,長度12m的檢孔器來檢查孔深和孔徑及傾斜度,并用標(biāo)準(zhǔn)測砣掛在檢孔器中予以配合,檢查結(jié)果比較準(zhǔn)確. 灌注前需對沉淀厚度進(jìn)行檢查.沉淀厚度的測定可采用一根測砣和另一根尖頭測鉛同時(shí)放入孔中,其差值即為沉淀厚度.沉渣厚度小于5cm,才能灌注水下混凝土. 6#、7#墩20

13、根3.0m鉆孔樁混凝土質(zhì)量檢查分別采用超聲波無損檢測和低應(yīng)變動(dòng)力檢測.顯示檢測結(jié)果,6#、7#墩20根樁均為一類樁.超聲波檢測方法是在鋼筋籠內(nèi)預(yù)先安裝四根65mm的聲測管,均勻分布在同一截面四分點(diǎn)處.,2002五公司技術(shù)交流會,2.4.1.1施工準(zhǔn)備,10根直徑3.0m鉆孔灌注樁施工完畢后,將鋼護(hù)筒與圍堰上導(dǎo)環(huán)鎖定,下導(dǎo)環(huán)用鐵鍥鍥緊.隨即圍堰開始清基,為徹底清除圍堰底板處淤泥和淤砂,采用150mm吸泥管下口接一根150cm左右的軟管后,潛水工在水下進(jìn)行吸泥工作. 此時(shí)特別注意各鋼護(hù)筒周圍底板淤泥必須清除干凈,再用鋼絲刷進(jìn)行護(hù)筒外壁封底高度范圍內(nèi)的鐵銹和青苔清除,確保封底混凝土與鋼護(hù)筒的有效粘結(jié)

14、力,最后做好80100cm長,內(nèi)徑68cm的水泥砂漿腸袋,潛水工下水進(jìn)行鋼護(hù)筒與下導(dǎo)環(huán)間的縫隙堵漏,防止?jié)沧⒒炷習(xí)r混凝土流失而導(dǎo)致失敗.,2.4.1 施工方法,2.4 吸泥、清基、水下封底,2002五公司技術(shù)交流會,潛水工進(jìn)行圍堰底板吸泥堵漏,利用鉆孔樁鋼護(hù)筒和圍堰內(nèi)吊桿桁架作為封底混凝土施工工作平臺.根據(jù)水下混凝土最大流動(dòng)半徑和現(xiàn)場實(shí)際情況,為確保封底混凝土盡量流到位,而又不至于過多浪費(fèi).導(dǎo)管布置9個(gè)點(diǎn)（見下圖）,灌注時(shí)應(yīng)勤測量,并根據(jù)實(shí)測情況確定導(dǎo)管拔球先后順序,在中間7#樁位置布置容量約15 m3 的中心出料斗.每個(gè)導(dǎo)管頂端安裝一個(gè)1.0 m3 的鋼漏斗,并利用一對3t導(dǎo)鏈懸掛在2m2

15、m的支架上.導(dǎo)管底口距底板距離控制在0.1m左右.為隨時(shí)控制封底混凝土標(biāo)高和封底混凝土的灌注情況,在平臺上布設(shè)14個(gè)測深點(diǎn).,2002五公司技術(shù)交流會,導(dǎo)管及測點(diǎn)布置圖,2002五公司技術(shù)交流會,圖,2.4.1.2 混凝土配合比,封底混凝土采用水下C25級混凝土.其配合比為 水泥：中砂：卵石：水：外加劑=100：236.3：263.7：45：1.16.為增加混凝土的和易性,摻加一定量的粉煤灰,摻量為95kg/m3.坍落度初始值控制在不小于20cm,初凝時(shí)間1820h.混凝土流動(dòng)半徑不小于5m.,2002五公司技術(shù)交流會,2.4.1.3 水下封底混凝土灌注,混凝土先澆注圍堰底板中部區(qū)域,根據(jù)兩臺

16、水上吊機(jī)的吊距實(shí)際情況來調(diào)整灌注上下游的先后順序,最后依次灌注上、下游圓端隔艙區(qū)域混凝土.具體灌注由導(dǎo)管開始,基本可按 1 1 1 順序灌注.灌注時(shí),必須嚴(yán)格控制好第一斗混凝土的量（15 m3）.保證導(dǎo)管埋在混凝土中的深度不小于0.5m.施工過程中,通過支架上兩個(gè)3噸導(dǎo)鏈來提拔導(dǎo)管,每隔30min對各測點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測量并作好原始記錄和分析.以便隨時(shí)掌握水下混凝土的灌注情況,并以此來調(diào)整施工順序.已拔球?qū)Ч苷９嘧r(shí)導(dǎo)管埋深宜控制在0.5m1.0m左右.未拔球?qū)Ч軕?yīng)根據(jù)封底混凝土面上升高度的測量資料,隨時(shí)將導(dǎo)管提升至混凝土面上一定高度,以防止混凝土進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi).當(dāng)導(dǎo)管提出混凝土面以上12cm時(shí),才可

17、以開始拔球灌注.,2002五公司技術(shù)交流會,2.4.2 水下封底注意事項(xiàng),當(dāng)導(dǎo)管與測點(diǎn)中間部分混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高而測點(diǎn)處 （混凝土流動(dòng)半徑的邊緣點(diǎn)）未達(dá)到標(biāo)高時(shí), 可用振動(dòng)棒進(jìn)行輕微振搗使混凝土流向測點(diǎn)方向, 保證整個(gè)封底混凝土表面盡可能保持平整.,灌注過程中,要隨時(shí)提拔導(dǎo)管防止混凝土出現(xiàn)初凝以致 導(dǎo)管拔不動(dòng),但要注意導(dǎo)管底口不能拔離混凝土面.,灌注時(shí),應(yīng)將圍堰四個(gè)連通器打開,使圍堰內(nèi)外水位一致.,在混凝土中摻加粉煤灰,以提高泵送效果.,2002五公司技術(shù)交流會,2.5 承臺施工,當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以上后,可進(jìn)行圍堰隔艙加水（與長江水位平齊）,圍堰內(nèi)抽水.當(dāng)抽到吊桿底面節(jié)點(diǎn)露出后,為保

18、證圍堰的整體抗浮穩(wěn)定性,要及時(shí)拆除吊桿螺栓,并進(jìn)行吊桿拆除.圍堰內(nèi)水抽干后,鑿除樁頭、割除鋼護(hù)筒、清淤、立模、扎鋼筋進(jìn)行大體積混凝土承臺施工.承臺施工完畢,才可以解除圍堰兜攬.,2002五公司技術(shù)交流會,雙壁吊箱鋼圍堰施工總結(jié),3.1,在長江上游,水流湍急的深水基礎(chǔ)施工中,選擇雙壁吊箱鋼圍堰是成功的.一、工程進(jìn)度快,為保證總工期奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；二、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,吊箱圍堰適用于深水基礎(chǔ)施工.三、綜合了雙壁鋼圍堰和吊箱圍堰的施工特點(diǎn),提高了技術(shù)含量.,2002五公司技術(shù)交流會,為保證整個(gè)施工期間圍堰的安全性,圍堰兜攬要在第一次 承臺施工才解除.,雙壁吊箱鋼圍堰施工注意事項(xiàng)：,3.2,鉆孔樁施工期間,因沖擊鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)等施