深水基础双壁吊箱钢围堰施工技术课件

渝怀线长寿长江大桥项目经理部渝怀线长寿长江大桥项目经理部 发表人：盛焰表人：盛焰华 2002五公司技术交流会摘要摘要利用双壁吊箱钢围堰进行水上基础施工是一利用双壁吊箱钢围堰进行水上基础施工是一种缩短工期的有效方法种缩短工期的有效方法,本文介绍了长寿长江大桥本文介绍了长寿长江大桥深水基础双壁吊箱钢围堰施工方法深水基础双壁吊箱钢围堰施工方法,施工过程及施施工过程及施工特点；大直径钻孔桩施工工艺、施工机具和主要工特点；大直径钻孔桩施工工艺、施工机具和主要施工过程；水下封底混凝土施工的成功经验施工过程；水下封底混凝土施工的成功经验.关键词关键词深水基础深水基础,大直径钻孔桩大直径钻孔桩,钢护筒钢护筒,双壁吊双壁吊箱钢围堰箱钢围堰,水下混凝土灌注水下混凝土灌注,水下封底水下封底,施工工艺施工工艺2002五公司技术交流会工程概况工程概况 长长寿寿长长江江特特大大桥桥是是渝渝怀怀铁铁路路唯唯一一跨跨越越长长江江的的一一座座双双线线特特大大桥桥,也也是是渝渝怀怀线线的的重重点点控控制制性性工工程程.桥桥位位处处于于长长江江上上游游重重庆庆市市长长寿寿区区境境内内.桥桥跨跨布布置置为为2x24m+332m2x24m+332m预预应应力力混混凝凝土土简简支支梁梁+m+m下下承承式式连连续续钢钢梁梁+232m+232m预预应应力力混混凝凝土土简简支支梁梁.主主桥桥6#6#、7#7#墩墩位位于于国国家家级级主主航航道道内内,枯枯水水期期水水深深32m32m和和20m,20m,洪洪水水期期最最大大水水深深65m.65m.水水深深流流急急,水水上上航航运运业业务务繁繁忙忙,基基础础均均为为1010根根直直径径3.0m3.0m钻钻孔孔桩桩基基础础,高高桩桩承承台台.水水下下封封底底厚厚度度2.5m,2.5m,混混凝凝土土灌灌注注量量约约975m3 975m3.双双壁壁吊吊箱箱钢钢围围堰堰水水下下封封底底混混凝凝土土施施工工是是深深水水基基础础施施工工的的一一道道极极为为重重要要的的工工序序,也也是是整整个个长长江江大桥施工的关键大桥施工的关键.地地质质情情况况：河河床床覆覆盖盖层层为为卵卵漂漂石石,河河床床底底部部有有89m89m卵卵石石土土.其其中中漂漂石石含含量量约约为为5075%,5075%,粒粒径径200200450mm,450mm,个个别别大大于于500mm,500mm,甚甚至至有有粒粒径径超超过过1000mm1000mm的的.卵卵石石含含量量约约20%,20%,粒粒径径一一般般5050200mm,200mm,下伏岩为泥岩下伏岩为泥岩,极限抗压强度分别为极限抗压强度分别为13Mpa.13Mpa.2002五公司技术交流会关键工序施工关键工序施工 2.1导向船浮运、定位及导向船浮运、定位及 钢围堰浮运、精确定位钢围堰浮运、精确定位 2.1.1 2.1.1 导导向向船船在在岸岸边边拼拼装装到到位位后后,拖拖轮轮将将其其浮浮运运到到上上游游定定位位船船后后方方.导导向向船船用用6根根43mm钢钢丝丝绳绳作作拉拉缆缆,系系在在定定位位船船上上.系系好好拉拉缆缆后后,使使导导向向船船顺顺长长江江水水流流下下放放,进进行行导导向向船船墩墩位位处处初初定定位位,然然后后通通过过抛抛边边锚锚和和尾尾锚锚加上测量组配合进行定位加上测量组配合进行定位.2002五公司技术交流会2.1.2 2.1.2 双壁吊箱钢围堰平面尺寸33.2m20m,高12.5m,自重600t.用两艘5000匹马力的拖轮夹持着这个庞然大物从桥址下游10公里处浮运到墩位处,在长江上游如此大型浮运尚属首次.围堰拖运到导向船尾部后,立即将围堰、定位船、导向船用兜揽连接,并设置拉缆从两边将钢围堰喂入导向船内设计位置处.围堰喂入后,随即安装牛腿将围堰与导向船连接成一刚性整体水平方向,在垂直方向设置4个导向架以便围堰能在水流浮力作用下上下自由浮动.并通过调节边锚和尾锚及定位船拉缆与测量组配合进行围堰精确定位.2002五公司技术交流会2.2 钢钢护护筒筒插插打打 2.2.1 2.2.1 由于长江上游水流速度大,水位不稳定,加上是深水基础.必须设置6根定位桩,护筒长度约43m.每根钢护筒要求进入河床深度约13m,直至进入泥岩层.钢护筒利用自重和中-250t振拔机将其打入覆盖层.插打期间采用420mm吸泥机进行高压射水吸泥,吸泥后继续用振拔机振打护筒.如此反复操作直至钢护筒下沉至基岩面.2002五公司技术交流会2.2.2 2.2.2 钢护筒采用厚度20mm的A3钢板制作,直径为3.3m.护筒直径偏差应在3mm以内,轴线偏差应在5mm以下.护筒纵向焊缝在任一横截面内仅允许采用一条焊缝,组拼护筒时,相邻管节的纵缝相距约1500mm.钢护筒采用多层焊接,焊完每层焊缝后及时清除焊渣,全部焊完后用超声波探伤仪器检查焊缝内部质量,不得有裂纹、气泡、夹渣等缺陷.2.2.3 2.2.3 插打钢护筒时须知插打钢护筒时须知 钢护筒插打前,当护筒吊入导环时,保证护筒平面位置偏差3cm内,垂直度偏差小于5使其顺利穿过下导环.护筒对接时,应调整好护筒垂直度,保证对接时接缝上下两节钢护筒折角误差控制在0.5mm以内.2002五公司技术交流会2.2.4 2.2.4 钢护筒振动下沉时,避免下沉过快,振拔机采用点动的方式,振动效果不理想时,就辅以吸泥再振打使护筒下沉.此时应同时进行各桩位的精确定位.当定位桩插打入岩面后,割除多余的护筒,并焊接牛腿使护筒与上导环进行锁定,各定位桩与下导环用铁锲锲紧.定位桩全部插打完毕后,进行全面锁定,并解除围堰牛腿,这样整个围堰就挂在6根定位桩上.非定位桩继续插打,这样就使双壁吊箱钢围堰即做围堰由做施工平台的水上定位完成.2002五公司技术交流会2.3 钻钻孔孔桩桩施施工工 钻孔桩平台布置图钻孔桩平台布置图 2002五公司技术交流会图图2.3.1 2.3.1 施工平台布置及施工设备施工平台布置及施工设备 钻孔桩施工是在双壁吊箱钢围堰与钢护筒锁定成的施工平台上进行.双壁侧板间隔1.2m,侧板由20mmA3钢板组成,隔舱内有水平支撑和斜撑.围堰内由内支撑架吊杆、上、下导环和底板构成.平台两侧安装了一台QLY50/16全液压吊机和一台20t桅杆吊机.平台上设冲击钻两台,KPG-3000型液压旋转钻机和KTY-3000全液压旋转钻机各一台.平台由56工字钢与上导环分配梁连接成一刚性整体.表面铺设5cm厚脚手板.2.3.1.1 2.3.1.1 平台布置平台布置 2002五公司技术交流会 2.3.1.2 2.3.1.2 施工设备施工设备 由于河床岩层高差大,6#墩还有大孤石,钢护筒很难一次插打到位.先用冲击钻机将卵石层钻完,再用旋转钻机进行反循环清水钻孔,最终钻进成孔.冲击钻头直径2.96m,自重11t.KPG-3000型液压钻机额定最大扭矩200kN.m,转速014r/min,水龙头提升能力1200kN,钻杆内径为351mm,钻头采用锲齿滚刀钻头,外径3.0m,自重8t,包括配重,钻具总重55t,并采用空气反循环排渣.KTY-3000型全液压钻机额定最大扭矩200kN.m,转速08r/min,动力头提升能力1200kN,钻杆内径为351mm,钻头采用锲齿滚刀钻头,外径3.0m,自重8t,包括配重,钻具总重64t.供风采用电动压风机,最大风压8MPa,风量40m3/min.起重吊机采用芜湖长江大桥QLY50/16全液压架梁吊机和另一台20t桅杆吊机.分别布置在南北方向导向船连接梁的上下游,主要功能是吊放钢护筒、钻具、及拆装钻杆、钻头、吊放钢筋笼,灌注水下混凝土时吊放及提升导管用.2002五公司技术交流会2.3.2 2.3.2 钻孔桩主要施工工艺钻孔桩主要施工工艺 因桩身较长,且桩径大,考虑到如采取泥浆反循环工艺成孔,钻渣多,难以及时排出,即影响工期又非常不经济.经研究决定采用清水反循环方案最为适宜.但钢护筒必须全部插打进岩面是这一钻孔方案的必要条件.由于卵石过大过硬大部分桩位处钢护筒没能完全打进岩面,因此开始进行冲击钻钻孔.冲击钻孔时,有必要投入适量的粘土和碱,造浆浮渣,选择时机用150mm吸泥管快速将钻渣吸掉后,继续钻孔,直至中-250t振桩机能将钢护筒完全插打入岩面才停止冲击钻钻孔.冲击钻钻孔冲击钻钻孔 2002五公司技术交流会 2.3.2.2 2.3.2.2 旋转钻成孔旋转钻成孔 根据钻孔桩为柱桩和6#、7#墩特定的地质情况,故在同一根桩施工时,选用冲击钻和旋转钻2种钻机钻孔,充分发挥了不同钻机的功能,加快施工进度.当冲击钻停钻钢护筒插打入岩面后,立即安装KPG3000旋转钻机或KTY3000旋转钻机进行清水反循环钻孔.正常情况下,泥岩24h可钻进3.04.0m；砂岩24h可钻进1.62.0m.钻进过程中,根据岩面强度调整配重,调节钻压钻进.当然为保证成孔质量,最好采用减压钻进,避免坍孔事故的发生.在施工期间,由于地质资料的出入,不能确保钢护筒已全部插打入岩面,这时钻孔稍有不慎都有可能发生坍孔现象.如确认已经开始坍孔,必须在还有进尺时尽量钻进,确实钻不下去时,停钻拆除钻机,接长护筒,再次用中-250t振拔机将护筒全面打入岩面.又重新安装旋转钻机继续钻孔,至成孔为止.当钻到设计标高时,不要立即停下钻机,应空钻30min并清孔后才停机,2h后再次利用钻杆清孔后才能拆除钻机,以保证灌注水下混凝土前沉淀厚度能满足要求.2002五公司技术交流会 2.3.2.3 2.3.2.3 成桩成桩 吊放钢筋笼后吊放钢筋笼后,在孔中先下放导管在孔中先下放导管,下至距离孔底下至距离孔底30cm左右左右.导管必须经过导管必须经过逐节承压逐节承压,水密检测合格后方可使用水密检测合格后方可使用.首批首批混凝土拔球时混凝土拔球时,应保证导管埋深在应保证导管埋深在1.52.0m 之间之间.埋深过浅易发生断桩事故埋深过浅易发生断桩事故.灌注过程中灌注过程中应勤测埋深应勤测埋深,随时掌握灌注情况随时掌握灌注情况.混凝土桩头预留混凝土桩头预留50cm.2002五公司技术交流会2.3.2.4 2.3.2.4 质量检测质量检测 因因各各孔孔深深在在护护筒筒底底以以下下12m左左右右,制制作作一一与与钢钢筋筋笼笼同同直直径径大大小小,长长度度12m的的检检孔孔器器来来检检查查孔孔深深和和孔孔径径及及倾倾斜斜度度,并并用用标标准准测测砣砣挂挂在在检检孔孔器器中中予予以以配配合合,检检查查结结果果比比较准确较准确.灌灌注注前前需需对对沉沉淀淀厚厚度度进进行行检检查查.沉沉淀淀厚厚度度的的测测定定可可采采用用一一根根测测砣砣和和另另一一根根尖尖头头测测铅铅同同时时放放入入孔孔中中,其其差差值值即即为为沉沉淀淀厚厚度度.沉渣厚度小于沉渣厚度小于5cm,才能灌注水下混凝土才能灌注水下混凝土.6#、7#墩墩20根根3.0m钻钻孔孔桩桩混混凝凝土土质质量量检检查查分分别别采采用用超超声声波波无无损损检检测测和和低低应应变变动动力力检检测测.显显示示检检测测结结果果,6#、7#墩墩20根根桩桩均均为为一一类类桩桩.超超声声波波检检测测方方法法是是在在钢钢筋筋笼笼内内预预先先安安装装四四根根65mm的的声声测测管管,均均匀匀分分布在同一截面四分点处布在同一截面四分点处.2002五公司技术交流会施工准备施工准备 10根直径3.0m钻孔灌注桩施工完毕后,将钢护筒与围堰上导环锁定,下导环用铁锲锲紧.随即围堰开始清基,为彻底清除围堰底板处淤泥和淤砂,采用150mm吸泥管下口接一根150cm左右的软管后,潜水工在水下进行吸泥工作.此时特别注意各钢护筒周围底板淤泥必须清除干净,再用钢丝刷进行护筒外壁封底高度范围内的铁锈和青苔清除,确保封底混凝土与钢护筒的有效粘结力,最后做好80100cm长,内径68cm的水泥砂浆肠袋,潜水工下水进行钢护筒与下导环间的缝隙堵漏,防止浇注混凝土时混凝土流失而导致失败.2.4.1 2.4.1 施工方法施工方法 2.4 吸泥、清基、水下封底吸泥、清基、水下封底 2002五公司技术交流会利用钻孔桩钢护筒和围堰内吊杆桁架作为封底混凝土施工工作平台.根据水下混凝土最大流动半径和现场实际情况,为确保封底混凝土尽量流到位,而又不至于过多浪费.导管布置9个点见下图,灌注时应勤测量,并根据实测情况确定导管拔球先后顺序,在中间7#桩位置布置容量约15m3的中心出料斗.每个导管顶端安装一个1.0m3的钢漏斗,并利用一对3t导链悬挂在2m2m的支架上.导管底口距底板距离控制在0.1m左右.为随时控制封底混凝土标高和封底混凝土的灌注情况,在平台上布设14个测深点.2002五公司技术交流会 导管及测点布置图导管及测点布置图 2002五公司技术交流会图图 混凝土配合比混凝土配合比 封封底底混混凝凝土土采采用用水水下下C25级级混混凝凝土土.其其配配合合比比为为 水水泥泥：中中砂砂：卵卵石石：水水：外外加加剂剂=100：236.3：263.7：45：1.16.为为增增加加混混凝凝土土的的和和易易性性,掺掺加加一一定定量量的的粉粉煤煤灰灰,掺掺量量为为95kg/m3.坍坍落落度度初初始始值值控控制制在在不不小小于于20cm,初初凝凝时时间间1820h.混凝土流动半径不小于混凝土流动半径不小于5m.2002五公司技术交流会2.4.1.3 2.4.1.3 水下封底混凝土灌注水下封底混凝土灌注 混凝土先浇注围堰底板中部区域,根据两台水上吊机的吊距实际情况来调整灌注上下游的先后顺序,最后依次灌注上、下游圆端隔舱区域混凝土.具体灌注由导管开始,基本可按111顺序灌注.灌注时,必须严格控制好第一斗混凝土的量15m3.保证导管埋在混凝土中的深度不小于0.5m.施工过程中,通过支架上两个3吨导链来提拔导管,每隔30min对各测点标高进行测量并作好原始记录和分析.以便随时掌握水下混凝土的灌注情况,并以此来调整施工顺序.已拔球导管正常灌注时导管埋深宜控制在0.5m1.0m左右.未拔球导管应根据封底混凝土面上升高度的测量资料,随时将导管提升至混凝土面上一定高度,以防止混凝土进入导管内.当导管提出混凝土面以上12cm时,才可以开始拔球灌注.2002五公司技术交流会2.4.2 2.4.2 水下封底须知水下封底须知 当导管与测点中间部分混凝土达到设计标高而测点处当导管与测点中间部分混凝土达到设计标高而测点处混凝土流动半径的边缘点未达到标高时混凝土流动半径的边缘点未达到标高时,可用振动棒进行轻微振捣使混凝土流向测点方向可用振动棒进行轻微振捣使混凝土流向测点方向,保证整个封底混凝土表面尽可能保持平整保证整个封底混凝土表面尽可能保持平整.灌注过程中灌注过程中,要随时提拔导管防止混凝土出现初凝以致要随时提拔导管防止混凝土出现初凝以致导管拔不动导管拔不动,但要注意导管底口不能拔离混凝土面但要注意导管底口不能拔离混凝土面.灌注时灌注时,应将围堰四个连通器打开应将围堰四个连通器打开,使围堰内外水位一致使围堰内外水位一致.在混凝土中掺加粉煤灰在混凝土中掺加粉煤灰,以提高泵送效果以提高泵送效果.2002五公司技术交流会2.5 承台施工承台施工 当封底混凝土强度达到90%以上后,可进行围堰隔舱加水与长江水位平齐,围堰内抽水.当抽到吊杆底面节点露出后,为保证围堰的整体抗浮稳定性,要及时拆除吊杆螺栓,并进行吊杆拆除.围堰内水抽干后,凿除桩头、割除钢护筒、清淤、立模、扎钢筋进行大体积混凝土承台施工.承台施工完毕,才可以解除围堰兜揽.2002五公司技术交流会双壁吊箱钢围堰施工总结双壁吊箱钢围堰施工总结 3.1 在在长长江江上上游游,水水流流湍湍急急的的深深水水基基础础施施工工中中,选选择择双双壁壁吊吊箱箱钢钢围围堰堰是是成成功功的的.一一、工工程程进进度度快快,为为保保证证总总工工期期奠奠定定了了坚坚实实的的基基础础；二二、经经济济实实用用,吊吊箱箱围围堰堰适适用用于于深深水水基基础础施施工工.三三、综综合合了了双双壁壁钢钢围围堰堰和和吊吊箱箱围围堰堰的的施施工工特特点点,提提高高了了技技术术含量含量.2002五公司技术交流会为保证整个施工期间围堰的安全性为保证整个施工期间围堰的安全性,围堰兜揽要在第一次围堰兜揽要在第一次承台施工才解除承台施工才解除.双壁吊箱双壁吊箱钢围堰施工堰施工须知：知：3.23.2钻孔桩施工期间钻孔桩施工期间,因冲击钻机、旋转钻机等施工机具自重原因因冲击钻机、旋转钻机等施工机具自重原因必须注意到围堰隔舱水位问题必须注意到围堰隔舱水位问题,保证围堰的整体抗浮稳定性保证围堰的整体抗浮稳定性.确保封底混凝土质量确保封底混凝土质量,主要靠围堰自重主要靠围堰自重,封底混凝土自重和封底混凝土自重和封底混凝土与钢护筒的粘结力来克服整个围堰的巨大浮力封底混凝土与钢护筒的粘结力来克服整个围堰的巨大浮力.在围堰牛腿解除前在围堰牛腿解除前,特别注意因长江水位的升降特别注意因长江水位的升降,各主锚、各主锚、边锚、尾锚的松紧问题边锚、尾锚的松紧问题.体系转换时体系转换时,双壁吊箱钢围堰与钢护筒的锁定情况双壁吊箱钢围堰与钢护筒的锁定情况,此时此时围堰既作施工平台又作围堰的状况初步形成围堰既作施工平台又作围堰的状况初步形成.3.2.1 3.2.1 3.2.4 3.2.4 3.2.5 3.2.5 3.2.3 3.2.3 3.2.2 3.2.2 2002五公司技术交流会结束语结束语 渝渝怀怀铁铁路路长长寿寿长长江江特特大大桥桥水水中中墩墩深深水水基基础础双双壁壁吊吊箱箱钢钢围围堰堰施施工工,综综合合了了双双壁壁钢钢围围堰堰和和吊吊箱箱围围堰堰的的优优点点,吸吸取取了了芜芜湖湖长长江江大大桥桥基基础础施施工工的的部部分分成成功功经经验验,利利用用围围堰堰与与主主体体桩桩钢钢护护筒筒形形成成一一体体,既既作作平平台台又又作作围围堰堰.对对钢钢护护筒筒难难以以插插打打到到位位的的采采用用冲冲击击钻钻开开孔孔,振振桩桩机机振振打打护护筒筒跟跟进进,保保证证钢钢护护筒筒全全部部嵌嵌岩岩,然然后后采采用用旋旋转转钻钻机机清清水水反反循循环环进进行行大大直直径径钻钻孔孔；6#6#墩墩水水下下封封底底混混凝凝土土灌灌注注共共用用时时间间36h,36h,完完成成水水下下混混凝凝土土灌灌注注约约1000m3.1000m3.由由于于施施工工方方案案制制定定合合理理,现现场场组组织织紧紧张张有有序序,加加上上保保障障措措施施有有效效.使使大大体体积积水水下下封封底底混混凝凝土土灌灌注注获获得得了了成成功功；仅仅用用了了三三个个月月时时间间就就顺顺利利完完成成了了水水下下基基础础施施工工.使使主主桥桥6#6#、7#7#墩墩在在同同一一枯枯水水期期承承台台出出水水提提供供了了保保障障,大大大大缩缩短短了了水水上上施施工工工工期期.实实践践证证明明,双双壁壁吊吊箱箱钢钢围围堰堰在在长长寿寿长长江江大大桥桥施施工工中中是是成成功功的的,摸摸索索出出了了适适合合长长江江上上游游川川江江流流域域深深水水基基础础施施工工的的新新方方法法、新新工工艺艺,为为我我国国长长江江大大桥桥作作出出了了积极的探索积极的探索,希望本文能给同类型基础施工带来良好的借鉴希望本文能给同类型基础施工带来良好的借鉴.2002五公司技术交流会