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1、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1830m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,
2、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
3、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6m 6m 6m 7.2m 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
4、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
5、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。钢密度一般为7.8g/cm3。所以该护筒自重:W=(D)tL=7.81033.1430.0155=5.51103kg=6 t2.3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
6、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 h W砼= r砼V注F浮=W砼r水4.7S砼= r砼pS砼p= r水4.7r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
7、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=(D2d2)p4=3.14(421.82) 24=20.03 m3(d为钻孔桩直径)水泥浆体积占注浆砼的0.4水泥用量M=20.030.40.4=20.03t减水剂用量N=20.030.8%=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
8、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,
9、外掺加0.8%的减水剂。稠度为1418s。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
10、,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.2 薛明.桥梁水文与水力学M.北京:人民交通出版社,2001.