桥梁钻孔桩基深水接桩施工

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桥梁钻孔桩基深水接桩施工王约发1曾雅敏2彭爱红3(1、南建线监理代表处南丰344500)(2、3江西省公路桥梁工程局南昌330006)摘要：本文介绍南建线A合同段南丰大桥在流沙地质河床，水位深，砂层厚度大，易产生涌砂现象的情况下，采用圆形钢护筒围护，外围采用砂袋围堰，深水注浆固砂方法阻止渗水涌砂，进行接桩处理的方法。关键词：桥梁工程；钢护筒围护；河床水下注浆；基桩接长施工340前言南丰大桥位于南丰县城郊区，是南建线战备公路（南丰——建宁公路）跨越盱江河的一座特大桥，桥长547.2m。大桥上部构造为18×30m预应力砼连续组合箱梁，下部结构为双柱式桥墩配钻孔灌注桩，桩直径为1.8m，柱直径为1.6m。2#～3#墩处河床，覆盖层为5.2m，全为流沙。水深3m。大桥2#～6#墩的桩顶原设计标高为80.669m，设计变更后取消横系梁为1.4m，桩顶标高变为84.069m，需接长3.4m。接桩施工时水位标高84.9m。1钻孔桩接桩方案及设计在河道水位有3m深，砂层有5.2m厚的情况下，经探讨后，决定采用圆形钢护筒围护，钢护筒外围采用砂袋围堰，深水注浆固砂封底。待注浆砼形成强度后，将钢护筒内水抽干，凿除桩头松散砼，焊接接桩钢筋，立内模，浇筑接桩砼，待钻孔桩砼达到设计强度进行墩柱施工。1.1方案的技术可行性水泥浆的密度比水大，通过注浆方法将水泥浆置换护筒内砂层的水，使水泥浆滞留在砂层内。在钢护筒内水位与河道水位相平时，底部砂层没有水压差，不会产生渗流和涌砂。钢护筒内表面水在注浆后没有被挠动，护筒底部不产生涌砂和渗水，水泥浆在这种情况下就不会被稀释降低浓度。经过一定时间后，砂与水泥浆凝结产生强度，与钢护筒和钻孔桩身形成整体，从而达到阻止涌砂和渗水的效果。1.2围水设施各项参数确定与设计1.2.1围堰尺寸及图形利用钻孔桩施工砂袋围堰加固加高，围堰与圆形钢护筒之间各留有1.5m的操作宽度。围堰完成以后，再往围堰里填满砂。2#墩（两根钻孔桩）围堰见图1：10.2m砂袋围堰6m6m6m7.2m图1钢护筒1.2.2圆形钢护筒直径D的确定圆形钢护筒直径应比钻孔灌注桩直径大，且每侧应留有注浆工作宽度，以便于施工人员进行底部注浆封底施工操作；再则考虑护筒下沉时会产生偏移、倾斜的可能性，故每侧应至少有0.6m左右宽度。圆形钢护筒直径即为钻孔灌注桩直径加上两侧0.6m的宽度即为3.0m直径。1.2.3圆形钢护筒长度L的确定圆形钢护筒的筒顶应高出砂袋围堰顶面一定距离，以避免河水冲进护筒内部，影响桩基钢筋接长和砼浇筑的后续工作施工。由于护筒长度越大，造价越高，决定采用0.3m作为护筒顶面高出水面高度。圆形钢护筒的筒底应比原设计桩顶标高低，以使桩身与注浆砼固结形成整体，在凿除钻孔灌注桩松散砼时不会凿穿后再次出现涌砂，决定采用0.4m。圆形钢护筒长度的计算为河床水位标高84.9m减去原设计桩顶标高80.67m，再加上0.3m的安全高度和0.4m的粘结高度，共5.0m长度。1.2.4圆形钢护筒壁厚t钢护筒采用低碳钢A3钢，根据经验，承受3m的水压力采用壁厚1.5cm足够。1.2.5圆形钢护筒自重W钢护筒长度L采用5m，直径D为3m，壁厚t为1.5cm。钢密度ρ一般为7.8g/cm3。所以该护筒自重：W=ρ(пD)tL=7.8×103×3.14×3×0.015×5=5.51×103kg=6t2.3注浆位置及深度p的确定在钢护筒内钻孔桩的桩头松散砼凿开后，钢护筒34 在钢护筒内钻孔桩的桩头松散砼凿开后，钢护筒底部注浆砼重力最小，水压力不变，此时为最不利情形。假定注浆砼与护筒及钻孔灌注桩的摩阻力影响忽略不计（偏安全考虑），在注浆砼的自重与水的压力相等时，水才不会冲破注浆砼而涌入钢护筒内。取定护筒底为注浆砼底部，F浮为水压力，W砼为注浆砼重力。设注浆砼厚为pm，S砼为注浆砼底部面积(即钢护筒面积扣除钻孔桩面积)见图2：F浮=r水×S砼×hW砼=r砼×V注F浮=W砼r水×4.7×S砼=r砼×p×S砼p=r水×4.7／r砼=4.7/2.4=1.96m（水泥浆比重一般是水的2.4倍）3m钢护筒4.7m凿桩p钻孔桩注浆砼3m图2由此可知，取注浆深度p为2m厚能够满足要求（从护筒顶面往下3m即为注浆顶部）；注浆的平面范围周边以超过护筒外围0.5m为标准，即直径为4m的平面面积范围。注浆采用水灰比为0.4的配比，为提高水泥浆流动性，掺加外加剂为减水剂，用量为水泥用量的0.8%,水泥为32.5#普硅早强水泥。注浆砼体积：V=п(D2－d2)p／4=3.14×(42－1.82)×2／4=20.03m3（d为钻孔桩直径）水泥浆体积占注浆砼的0.4水泥用量M=20.03×0.4／0.4=20.03t减水剂用量N=20.03×0.8%=160.2kg2钻孔桩接长施工2.1砂袋围堰，钢护筒下沉在钻孔桩周围6m处用砂袋进行围堰，将已加工完成的圆形钢护筒（直径为3m，长度为5m，壁厚为1.5cm）运送到工地。通过测量定位，确定钻孔桩的桩位后，将钢护筒中心对准桩基中心放下。由于钢护筒在自重作用下会插入砂中，但没有到计算所要求深度。为了使它到位，可用抽砂机抽出，再在护筒顶部放置钢轨和砂袋压重，加速其下沉，直到护筒插入到指定深度（水面线以下4.7m即标高为80.2m）为止，停止抽砂，将钢轨和砂袋撤除。待钢护筒内停止涌砂和渗水后，测定护筒内砂面标高（计算砂面高度在护筒顶以下3m）。若护筒顶往下超过3m，往护筒里填砂，直到注浆厚度能满足两m注浆深度，能抵抗水的浮力作用。2.2注浆当护筒内外水位相同，护筒内不会出现涌砂和渗水时，可开始注浆。注浆采用压力为1MPa的压浆机，注浆管采用细长钢管（外径为3cm，长度为5m，内部空心，底部封闭，两侧开小孔），水泥浆采用水灰比为0.4的配比，外掺加0.8%的减水剂。稠度为14～18s。将注浆管插入到护筒底部砂中，开始注浆。注浆范围为钢护筒内桩周围的砂全部注降(桩顶不用注降,因为以后要破虚桩头和接桩)；在注浆时，将注浆管由下往上慢速抽出，抽离钢护筒内顶面砂层后停止。每次注浆间距一般为20cm，整根桩注浆应一次性操作完成。2.3接桩施工注浆施工完成以后，护筒内水不允许再出现扰动。经过两天后，砼达到一定强度，可以将护筒内水抽干。在注浆砼的作用下，钢护筒内不会出现渗水和涌砂，可开始进行凿除桩头松散砼施工，焊接接桩钢筋，立模，浇筑接桩砼，达到一定的强度后拆模。将钢护筒外围的砂抽空，在抽砂和水同时，在注浆砼顶部将钢护筒割开。用吊机取出钢护筒后，用于下一根桩接桩施工。2.4注意事项2.4.1钢护筒内水位必须与河道水面在相同高度才能注浆。注浆时，施工人员要做好防护措施，配带防护眼镜，以免水泥浆溅入眼睛。2.4.2凿桩头时，钻孔灌注桩周围泥壁可能会产生少量渗水，可待全部凿完以后在钻孔灌注桩周围凿孔眼，待护筒内外水位相平后在孔眼处再次补充注浆。经这样处理以后，钢护筒没有再出现渗水了。3钻孔桩接长经济效果南丰大桥2#和3#墩共四根桩经注浆处理，实际共用水泥40t和外掺减水剂320kg用于注浆处理，人工工日合计100工日左右，抽砂机12个台班。平均每根桩的施工时间是5天左右，费用为6000元。因此，对于水下砂层较厚情况下的桩基接长，采用钢护筒围护，底部注浆方法处理较为经济。4结语南丰大桥2#和3#墩的四根钻孔桩经处理后工程质量达到设计要求，此种深水接桩方法具有施工简便工期短，成本低。给施工带来很大的经济效益。参考文献：[1]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].34 [2]薛明.桥梁水文与水力学[M].北京:人民交通出版社,2001.34