人工挖孔-桩基础施工方案

第1页1工程概况铜黄高速公路TH-C02合同段共有桥梁1座(沮河特大桥)，全桥设计有桥台2个，墩身28个(全幅)，全部为桩基础。全桥桩基共210根，总长7572米，混凝土圬工量为19668.7m3。全桥的主墩有4＃、5＃、6＃、7＃桩基，直径君为2.0米的桩，最大桩长55米；引桥桩基直径分别为1.2米、1.5米、1.6米、2.1米的桩，桩长在16米至55米之间。根据地质断面图资料显示，本桥桩基础除0#、13#台桩基础为摩擦桩外，其他桩均为支承桩设计，桩顶一般位于中风化灰岩中，桩基上部一般位于黄土、粉质粘土中，基岩承载力在150～270kpa之间，部分位于密实卵石及强风化灰岩层，基岩承载力在700～1000kpa之间。部分位于强风化灰岩及中风化灰岩中，两岩承载力达到800～900kpa和1800～2000kpa。全桥桩基础入岩情况见下表。表1沮河特大桥桩基入岩情况一览表序号墩号桩径(m)桩长(m)数量(根)入岩长度(m)备注强风化灰岩[fα0]=800-900kpa中风化灰岩[fα0]=1800-2000kpa合计10#1.64062.002桥台21#2.155412.05.017.032#1.5491218.06.024.043#1.6511214.05.019.054#2.049243.07.010.0主墩65#2.025323.012.015.0主墩76#2.0253210.010.020.0主墩87#2.055246.07.013.0主墩98#1.6391215.06.021.0109#1.530125.05.010.01110#1.520127.06.013.01211#1.516128.05.013.01312#2.13446.04.010.01413#1.23512000桥台注：上表中桩基入岩长度为平均长度，由图纸纵断面图按比例计算。2施工方案选择从上表1中可以看出，除0#、13#台桩基础外，其余的12个墩台桩基入岩深度均在10米以上，并且岩石承载力较高。为了高效地完成桥梁桩基础施工，通常会采用旋挖钻机成孔。本桥桩基入岩以外的部分一般都为黄土，部分有粉质第2页粘土及卵石土，该部分若采用旋挖钻机成孔，成孔效率较高，成孔进度快。根据以往的施工经验，结合本桥地质资料，该部分一般在一天内即可完成单桩钻孔工作。但10米以上(最短10.0米，最长24.0米)的入岩部分，即使是比较先进的旋挖钻机进行施工，进度仍然非常缓慢，平均每天的施工进度一般都在1.0米以下。同时，由于旋挖钻机在施工时占用的施工场地较大，单个承台下的桩基础不能布置过多的钻机同时施工，每个承台的桩基础综合施工时间仍然较长。第二种方案是可以选择冲击钻机，与旋挖钻机比，每个承台下可以布置更多的钻机同时施工。但每个钻机成孔时间仍然较长，尤其是入岩后的施工进度非常缓慢。根据以往本地区的类似地质情况的施工经验，50米左右的桩成孔时间一般在30～40天之间。同时，由于冲击钻机在施工过程中的不确定因素过多，如容易出现的掉钻、卡钻等情况，处理起来相当浪费时间，桩基施工的工期无法保证。第三种方案就是采用人工挖孔桩施工。本桥桩基础设计为支承桩(0#、13#台桩基础除外)，根据设计思想，桩基础的承载力主要是靠桩基入岩后桩端承载，采用挖孔桩施工基本不会对桩基的承载力产生影响。人工挖孔桩的施工作业过程虽然没有机械作业程度高，耗用劳动力较多，作业人员劳动强度大，但需用的设备机具简单，桩身较易穿过各种复杂地质，孔底沉渣易清除，桩端嵌岩易实现，成孔直观，桩身混凝土质量容易保证，成本低，速度快，无公害，适应性强。此种方法施工的最大优点是单个承台可以多个工作面同时展开施工，在规范要求的桩间安全距离前提下，每个承台下的桩基础一般仅需要1～2个循环即可完成施工。虽然单根桩的施工时间较长，但其直观的成孔过程，多工作面能同时展开的优势，使得承台下桩基础的综合施工时间大大缩短，并且工期可控制在计划范围之内。综合上述各方案的比较，我公司拟选择人工挖孔桩方案施工本标桥梁桩基础工程。3施工顺序安排3.1总体施工顺序本桥各墩墩身高度差别较大，挖孔桩施工需要综合考虑承台、墩身的施工工期，尽量保证各主桥墩身能同时封顶，以满足上部箱梁的悬浇施工能同时进行。同时，还需要结合现场施工条件，能尽早开工的要先开工，控制工期的主墩要优第3页先开工。根据本标段的现场条件，结合现有各种资源，本桥能先期开工的主墩桩基础为5#、6#、7#墩，随着施工便道的修建，其他各墩桩基础均能相继开工。全桥挖孔桩总体施工优先顺序为：5#、6#、7#主墩→4#主墩→3#、8#边墩→0#～2#及9#～13#引桥墩。3.2单承台桩基挖孔顺序为尽可能缩短工期，本桥每个承台下桩基础拟采取左右双幅同时施工。对于每侧承台，要求尽量多的桩能同时进行挖孔作业。考虑到施工的安全性，桩间净间距小于2倍桩径时一般需要采取跳挖施工。以6#主墩为例，承台尺寸为15.8m×15.8m，每个承台(单幅)共有16根桩，桩间净间距横桥向及纵桥向均为2.2m，明显小于2倍桩径，故考虑采用跳挖的方法施工。如右图1，首先同步施工图中阴影部分挖孔桩，并灌注桩身混凝土，第二个工作循环再施工图中空白部分挖孔桩，并灌注桩身混凝土。用此种方案进行挖孔桩施工，只需要两个工作循环即可完成整个承台下全部挖孔桩施工。左右幅承台共32根桩，只需要相当于连续施工2根桩的时间，最大程度上缩短了桩基础施工时间，节约了工期。4施工进度计划安排人工挖孔桩计划2010年3月1日开始施工，到2010年6月14日完成施工任务，计划106天时间。各墩挖孔桩基础施工工期安排见下表2。表2挖孔桩施工进度计划安排墩号工期(天)开始时间完成时间主墩5#、6#墩桩基础762010.03.102010.05.25主墩4#、7#墩桩基础822010.03.102010.05.31边墩3#、8#墩桩基础652010.03.252010.06.14引桥0#～2#、9#～13#墩桩基础602010.03.312010.05.29图1挖孔顺序示意图(单位cm)1212111111222222第4页由于4#～7#墩为主墩，墩身较高，因此必须保证该4个墩(全幅)的桩基础在计划时间内完成，否则将会制约全桥工期。而3#、8#边墩及引桥桩基础施工工期则可以安排在合理工期范围内适当调整。5施工工艺及方法5.1施工方法根据设计图纸提供的平面位置，先用挖掘机、推土机平整施工场地，然后精确测放孔身开挖位置，土方开挖采人工开挖，入岩部分采用风动凿岩机钻眼，松动控制爆破，人工开挖，自上而下施工。孔渣用卷扬机提升至孔口，人工翻至卸碴溜槽，再由自卸汽车运至弃碴场。护壁采用混凝土护壁，边开挖边防护，视地质情况每节护壁高度为1.0m左右。孔内水量较小或干孔时采用窜筒灌注混凝土，孔内渗水量较大时采用导管法水下灌注混凝土。5.2施工工艺流程挖孔桩施工工艺流程见下图2。5.2.1施工前的准备工作(1)清基：要按照设计给定的承台底标高和平面尺寸以及坑周挡护结构尺寸，将承台底以上30～50cm的土石方用机械挖出，余下的土石方由人工清出，以免扰动承台底的原状岩土。(2)排水：要在基坑上口四周设置排水沟并将地面整平压实，坑周刷坡。(3)测量放线：按照设计桩位，在基坑上口设置纵横向桩轴线和施工水准点。采用全站仪按设计桩位进行放样，保证桩位准确。确保孔口平面位置与设计桩位偏差不大于5cm。(4)挖孔设备：备好提升架和胶轮车、护壁模板、搭设拌和机滑槽及灌注护壁砼用串筒，接好水管和照明装置。搭建雨棚，保证雨天能保证正常施工。(5)道路：拌和站至施工场地的道路畅通，保证雨天能照常施工。(6)标准化管理：设立安全警示、施工配比、施工组织等标示牌。5.2.2锁口施工为防止塌孔和杂物落入井内，必须在孔口设置锁口，高出地面线20-30cm，锁口四周设排水沟。第5页在锁口混凝土面上设定桩纵横轴十字线点，测定高程，作好标记。图2挖孔桩施工工艺流程图5.2.3挖孔桩孔开挖采用分节挖土法，人工手持风镐或十字镐从上到下逐层挖掘，铁锹铲土装入活底吊桶，简易电动提升架提升(见图3)，至地面后用手推车运出孔口附近，然后由自卸车运送至弃土场。分节开挖与护壁，每节的高度应根据土质好坏及操作条件而定，一般以0.9～1.2m为宜。挖土次序为先中间后周边。挖至基底设计标高时，及时通知设计单位、监理工程师对孔底土性进行鉴定，符合设计要求后即确认完成挖孔施工。安装提升设备时，使吊桶的钢丝绳中心与桩孔轴线位置一致，以为挖土时粗略控制中心线。在每节护壁上设十字控制点，吊线锤做中心线，用水平尺杆确定施工准备基础放样定位孔口开挖设置孔口围护及截水沟桩身开挖卷扬机提升吊桶出碴灌注桩身混凝土基底清理及检验检查桩顶标高锁口施工反复循环至基底设施配置平整井场地及提升架安装混凝土护壁浇注第6页桩径。当孔内岩石须爆破作业时，采用浅眼爆破法，炮眼深度在硬岩层不超过0.4m，软岩层不超过0.8m。严格控制炸药用量，装药量不超过炮眼深度的三分之一。并在炮眼附近加强支护，防止震塌孔壁。孔内爆破采用电引起爆。当桩底进入斜岩层时，把桩底岩石凿成水平或台阶状。为保证护壁混凝土厚度，孔径必须严格控制，误差要求:土层孔径误差不得大于4cm，弱风化岩层孔径误差不得大于8cm。检测方法采用十字线交心悬挂线坠，钢卷尺丈量。监控方法就是在开挖过程中进行2～3次校核，防止超挖、欠挖和倾斜。开挖要连续作业，无特殊情况不得间断开挖。人员上下采用在孔壁挂钢筋软梯，在孔口要予留两根钢管(或粗钢筋)焊接作为软梯的固定接点。5.2.4孔内施工排水与通风当孔内出现地下水时，及时抽排，可在孔内中部挖一深度为30～50cm的集水坑，一直超前进行排水。地面做好沉淀池及排水沟、集水井等排水设施。配备检测二氧化碳和瓦斯的仪器，经常检查孔内混和气体中二氧化碳及瓦斯的浓度，如超过千分之三，必须加强通风;如超过千分之五，禁止人员下孔，并进行通风，直至符合要求。孔深到达15m以后，正常情况每2小时向孔底压风一次，每次4～6分钟;孔深到达30m以后，每次通风时间8～10分钟。为预防二氧化碳和瓦斯中毒，确保人员的安全，每班作业人员下孔前，应先用小动物如兔、鼠、鸡等放至孔底，数分钟后观察其活动是否正常，人员才能下孔施工。5.2.5护壁施工护壁采用内撑式组合钢模，护壁砼现场拌合机拌合，混凝土灌车运输，钢制串筒入模，插入式振捣棒捣固。护壁混凝土厚度150mm～200mm，上下护壁间搭图3挖孔出渣示意图活动提升杆支架电动卷扬机装土桶砼护壁第7页接50mm，引桥桩基护壁用C25细石混凝土浇注，主桥桩基护壁用C30细石混凝土浇注。护壁砼模板由组合钢模板拼装而成，循环周转使用。模板用“Ｕ”型卡连接，上下用两个半圆组成钢圈，顶紧模板，不另设支撑。护壁砼圈中心线应与桩轴线重合，其与桩轴心偏差小于20mm。人工掘进1m深后，支立第一节孔圈护壁模板，现浇护壁砼。安装护壁模板时，必须用四个桩心控制点来校正模板位置，并设专人严格校核中心位置及孔壁厚度。第一节砼护壁应比下面的护壁厚150mm，并高出现场地面300mm。第一节护壁完成后，重新定位孔中心，挖土、支模、现浇护壁砼。如此循环，一直挖至基底设计标高。护壁施工的注意事项：护壁厚度、砼强度等级应符合设计要求。桩孔开桩后尽快灌注护壁砼，且必须当天一次性完成。上下护壁间的搭接长度不得少于50mm。护壁砼中掺用早强剂，护壁模板一般在24h后拆除。施工中随时注意孔壁情况，发现问题，及时处理，防止事故发生。如果发现护壁有蜂窝、漏水现象要及时加以堵塞或导流，防止孔外水通过护壁流入桩孔内。同一水平面上的孔圈二正交直径的径差不大于50mm。严格控制桩径尺寸和桩的垂直度，开挖时随时检查，出现偏差及时纠正，保证桩位准确。5.2.6终孔验收挖孔达到设计深度后，把孔底的松渣、淤泥、沉淀等扰动过的软层全部清理掉，满足设计要求，程检合格后进行下步工序，否则及时上报监理、设计单位进行处理。验收程序：由施工小组先自检，后报队专业工程师检查和主管工程师复检，填写呈检单并报指挥部质检工程师检查，最后报请监理工程师终检