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1、高寒地区桥梁深水基础冬季施工技术中铁十三局集团第四工程有限公司 唐小军 冉 东 李新伟内容提要：本文对哈尔滨绕城公路东北段（秦家至东风）松花江大桥钻孔桩冬季施工技术，异形双壁钢围堰加工、拼装、下沉、纠偏施工技术，主桥的承台、墩身冬季施工过程和冬季井点降水、模板安装、钢筋焊接，混凝土拌合、运输、浇注、养护、降温、测温的施工技术及相关的施工过程中应注意的问题进行了阐述，旨在对同类工程的施工提供一点参考。关 键 词：钻孔桩 冬季施工 异形双壁钢围堰 大体积混凝土 井点降水1.工程概况1.1工程简介松花江大桥工程项目为哈尔滨绕城公路东北段（秦家至东风)的主要控制工程，本合同段起点里程桩号为K77+70
2、4.72K80+029.64，全长2324.92m，桥跨布置为240m+340m+450m南引桥+90.5m+3138m+90.5m主桥+440m+10(3040m)北引桥。主桥上部结构为大跨度预应力混凝土连续梁结构，引桥采用40m预应力混凝土简支T梁结构，桥面连续。下部结构主桥均采用上、下行分离式钢筋混凝土实体墩，引桥为双柱式墩身。主桥构造见图1。图1 松花江大桥主桥构造图松花江大桥主桥主墩承台为整体式，平面形状为六边形，长为29.5m，宽为12.6m。水中主墩承台设计的厚度为4m，以施工平台顶面为标高基准点，主墩承台顶面标高为-14.0m，底面标高为-18.0m。设计封底混凝土底面标高为-
3、22.0m。松花江大桥承台下设16根直径为2m的钻孔灌注桩，桩长为77m（水中主墩）。钻孔桩呈梅花状布置。桩顶标高为-17.85m，设计桩底标高为-95.0m。1.2气象情况路线所经地区属于大陆季风性气候，为北寒带气候条件，冬季漫长达5个月之久，春秋季节较短，年平均气温3.63.8，最高气温35.936.4，年温差超过70。年平均降雨量445.0523.3mm，雨季集中在68月份。最大冻结深度1.782.05m，地面稳定冻结期11月24日，地面稳定解冻期4月13日。1.3地形地貌、地质水文松花江大桥位于松嫩中断(坳)陷带中的东南隆起区级改造单元内，地势较平多水，主桥跨越松花江主河道，引桥跨越松
4、花江河漫滩，松花江常水位111.5m，最高通航水位118.76m，设计水位120.33m。现场钻探地质资料显示，地质构造为细砂、中砂、粗砂、砾石、亚粘土及粘土分层堆积层，桥梁基础均穿越上述各堆积层后，桩底座落于全风化或微风化砂岩或泥岩。2.钻孔桩冬季施工技术2.1基础结构主桥墩基础为群桩，每墩有16根2.0m的钻孔桩，梅花分布，间距5.2m，水中墩桩长77m，陆地主桥桩长70m，以整体式承台连接。主桥过渡墩的基础为钻孔桩，桩径为2.0m，桩长53m，左、右幅各4根，成方形布置，桩顶以分离式承台联接，承台的平面尺寸9.0m8.4m和9.55m8.4m，厚度3m。桥墩柱形墩，左、右幅分离，每幅独柱
5、。引桥钻孔灌注桩基础，桥台钻孔桩为1.2m，左、右幅分离，每幅6根，桩顶以承台联接。桥墩在墩高小于11m时采用1.8m钻孔桩为基础；在墩高大于11m时采用2.0m钻孔桩为基础，左、右幅分离，每幅2根，桩顶以系梁联接。2.2钻孔桩施工计划安排总体进度计划安排主桥水中墩钻孔桩于2006年9月底完成。北引桥于2006年11月底完成钻孔桩，南引桥在2007年5月底完成钻孔桩。详细钻孔桩施工计划如下：34#、35#、38#主墩钻孔桩于2005年6月至2005年12月完成。36#、37#主桥水中墩钻孔桩于2005年10月至2006年9月完成。0#33#北引桥钻孔桩于2006年3月至2006年11月底完成。
6、39#48#南引桥钻孔桩于2007年3月至2007年5月底完成。根据钻孔桩施工进度安排，34#、35#、36#、38#主墩钻孔桩部分桩将在主桥钻孔桩要在11月12月之间施工，而在12月份本地区最低温度在-20-30之间，规范要求在室外日平均气温连续5天稳定低于5时须进行冬季施工。2.3施工工艺和设备的选择2.3.1施工工艺的选择根据地质资料和设计桩长等因素，主桥钻孔灌注桩施工采用反循环钻机成孔，2座搅拌站拌和混凝土，混凝土罐车运输混凝土，进行水下混凝土灌注。冬期施工时，当混凝土拌和物搅拌合成后不能满足所需要的温度时，考虑对拌和用水加热，如仍不能满足需要时，则对骨料进行加热处理，出拌和站温度应达
7、到1020，运输罐车棉毡围护覆盖以减少与环境的热交换，到达现场后对混凝土进行温度抽检，入模温度不得小于5。在气温0及以下时，待灌注的孔口搭设移动式防风大棚并视混凝土温度情况考虑炉火加温。2.3.2成孔设备和灌注设备的选择成孔设备和灌注设备详见表1。表1 钻孔桩施工主要工程设备表序号设备名称型号数量用途1回转钻机2504台成孔3泥浆泵3PNL5台造浆和输送泥浆4装载机ZLM30E2台渣土清运5抽砂泵3PS5台回输泥浆6搅拌站非标402座生产混凝土7锅炉2T1座加热8锅炉1T1座加热2.4关键施工技术2.4.1操作系统的加热保温为了创造良好的冬期施工环境，保证机械的正常运行及钻孔成桩的质量，在施工
8、现场设置移动式防风大棚；将钻孔的钻机等机械设备置于防风大棚之中；使棚内温度维持在0-10之间，以便于生产人员的操作和机械的正常运转，也便于保证灌注混凝土的入孔温度不低于5。在钻孔桩处用型钢与钻机支架结合，搭设支架，用棉毡围裹。在36#、37#水中墩施工平台也需用棉毡封闭。内设煤炉或碳火盆。保证棚内温度不低于-10。2.4.2护筒埋设36#、37#墩钻孔桩护筒在冬期施工之前全部埋设完毕。每个水中桩均设有钢护筒，钢护筒用厚16mm和10mm的钢板卷成，内径较桩径大20cm。护筒焊接成整体，护筒顶端留有高0.4m，宽0.2m的出浆口，底节护筒下端设刃脚。底部穿过砂层深度不小于3.5m。用25t汽车吊
9、上施工平台作业，吊车吊起1600kN振拔桩锤，用桩锤夹具夹住护筒口，在导向架内对中准确后开动桩锤把护筒打入河床。陆地桩护筒埋设为24m，受冬季影响不大。 2.4.3 泥浆处理由于平台距河岸距离较远，水中钻孔桩的泥浆池的位置设在施工平台上，可以采用施钻周围的护筒作为泥浆池，用钢板制作成矩形槽，矩形槽两端的开口与护筒的开口相联接，多余泥浆及沉渣采用泥浆泵抽至砼罐车运至指定弃土场堆放。在冬期施工，对泥浆在低温下容易析水问题应予以重视。经试验发现膨胀土泥浆受冻后容易析水，使用粘土也应掺加CMC(羚基纤维素)和纯碱（Na2CO3）,务必使泥浆在冬期的各项指标能满足规范要求。在冬期施工，为了保证泥浆的拌制
10、、储存、输送、浮渣、循环的正常进行，采取如下的加热保温措施： 拌制泥浆用的粘土均使用暖土，在进入冰冻前即将粘土运输到现场，集大堆存放，并用棉帐篷覆盖，以防止冻结，如发生粘土冻结，则需打成碎块。 浆拌制池、贮浆池、沉淀池均罩以暖棚，陆地桩池四周外层用装满河砂的草袋围挡，内层填珍珠岩、炉渣或暖土保温。在池与池之间设火炉加温。 泥浆循环管路均用防寒毡裹。每台钻机另设一套备用管路，一旦受冻可及时将备用的管路换上。对于钻孔大棚到泥浆溜槽也设置暖棚，防止受冻后更大地影响泥浆的各项技术指标。泥浆配比及性能指标：泥浆配比：膨润土：水：纯碱=200kg：1000kg：4kg。根据现场施工要求适当对比例参数进行调
11、整，必要时，适当加入一定量的纤维素来改善泥浆性能。性能指标：根据地层条件本次试桩泥浆主要控制指标包括以下三项：比重、粘度、砂率。制备泥浆性能指标：比重控制在1.061.10之间，粘度1720S，砂率小于4%。2.4.4钻孔水中墩钻机设立在施工平台上，钻机采用反循环旋转钻机进行钻孔。在严寒的冬季钻孔，首先应考虑钻机的防寒问题，选择电力为动力源。在孔位和钻机周围搭设暖棚，保证孔位处温度符和要求。2.4.5清孔终孔检查后，应迅速清孔，不得停歇过久使泥浆、钻渣沉淀增多，造成清孔工作困难，清孔完毕后在最短时间内灌注混凝土。使用反循环回转钻机钻孔时，可在终孔后停止进尺，利用钻机的反循环系统的泥石泵持续吸渣
12、5min15min左右，使孔底钻渣清除干净。孔底沉淀土厚度不大于设计规定的量值时，即可终止清孔。在灌注混凝土之前要进行二次孔深检测，如果沉淀层超过设计允许范围30cm，应进行二次清孔。2.4.6钢筋骨架加工制作冬期钻孔桩施工的钢筋骨架加工制作与常温施工大体相同，但应注意：焊接钢筋全部在现场搭建的暖棚内进行，当必须在室外进行时，最低温度不宜低于20，并采取防雪挡风措施，减少焊件温度差，焊接后的接头严禁立刻接触冰雪。2.4.7水下混凝土的施工水下混凝土的冬期施工采取以下措施：根据钻孔桩施工配合比经热工计算(公式1)若骨料不加热，水加热至50时，骨料按照0计算，搅拌后温度可以达到11.64；当骨料温
13、度为0时，水加热至70时,混凝土搅拌后温度可以达到16.18。当砂加热到20，水加热至70时，混凝土搅拌后温度可以达到22.45。见表2。再根据(公式2)验证此三种拌和方式是否可行。见表3因此，在气温0以上水可加热到70；气温在0以下时，则对骨料进行加热。拌和站采用型钢架设支架，用棉制盖布将拌和站围裹起来，必要时内设火炉，使混凝土的拌和始终在不低于10的条件下进行。运输罐车棉毡围护覆盖以减少与环境的热交换，到达现场后对混凝土进行温度抽检，入模温度不得小于5。在气温0及以下时，待灌注的孔口搭设移动式防风大棚并视混凝土温度情况考虑炉火加温。2.4.7.1 混凝土热工计算a混凝土拌和物的拌和后温度可
14、按下式（公式1）进行计算式中： 混凝土合成后的温度，；、水泥、砂、石的干燥质量，kg；拌和加水的质量（不包括骨料的含水）；、水泥、砂、石、水装入搅拌机时的温度，；、砂石的含水率；水泥及骨料的比热，kJ/kgK，可采用0.92、水泥的比热及溶解热，当骨料温度0时，=4.19、=0；当骨料温度0时，=2.09、=335；代入三组试验数据：表2 砼搅拌后温度对比表00050116400070161802007022.4b.混凝土拌和物的出机温度Tb需满足下式要求 (公式2)式中：混凝土拌和物在搅拌过程中的热量损失，由下式求得：混凝土运输至成型的温度损失；混凝土开始养护时所需温度，此处取10；搅拌棚内温度，；混凝土运输至成型的时间，h；混凝土倒运次数；混凝土自搅拌机中倾出时的温度，；室外气温，；每小时温度损失系数，此处取=0.10。TM+TS+TC11.640.262.71012.96不满足1618099375101474满足2241.984.351016.33满足验证表2所列混凝土拌和后温度是否可行见表3。 表3 砼搅拌后温度对比表搅拌棚内温度，取10； 混凝土运输至成型的时间，h取2小时；混凝土倒运次数，n取1次； 室外气温，；根据拌和当日温度取值。
