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1、方 樁 基 礎 施 工 技 術1.工程概況1.1工程簡介 橋梁是民族文化的象征，也是國家交通和經濟法發展的重要標志。近幾年矮塔斜拉橋在橋梁設計中得到廣泛應用。京承高速公路（高麗營-沙峪溝段）工程第18#標段位于北京市懷柔區楊宋鎮耿辛莊東，潮白河河道內，工程起點樁號為K49+525，終點樁號為K49+909，潮白河大橋主橋為三矮塔斜拉橋，橋寬29.5m，跨徑72m+120m+120m+72m384m，是全線重點工程。該工程為了趕工期，經過抓孔試驗，由原設計沉井基礎改為方樁基礎。在一個中塔和兩個邊塔承臺下各設3排方樁，每排4根，樁長為26 m，橫橋向中心間距4 m，縱橋向中心間距4m，截面尺寸為22、.5m1.0m，共計36根；兩個邊墩承臺下各設2排方樁，每排2根，樁長為18 m，橫橋向中心間距4 m，縱橋向中心間距4m，截面尺寸為2.5m1.0m，共計8根。全橋方樁共計44根。（見圖1） 7軸（11軸） 8軸（10軸） 9軸 圖1 樁位布置圖1.2工程地質亞砂土填土層：褐黃色，稍濕，松散，含磚渣、樹根，主要分布于東西兩側河堤。該層層底標高為39.9141.21m。卵石層：雜色，濕，稍密中密，一般粒徑4060mm，最大粒徑600mm，亞圓形，褐黃色中粗充填，粒徑大于20mm的顆粒占總質量的65%。該層層底標高為23.1234.79m，整體厚度呈從河堤向河床加深趨勢。卵石層：雜色，濕，中密密3、實，一般粒徑4060mm，最大粒徑450mm，亞圓形粒徑大于20mm的顆粒占總質量的68.5%。褐黃色中粗充填,巖石成分以輝綠巖、石英巖為主。該層層底標高為20.8625.60m，整體厚度呈從河堤向河床減少趨勢。亞粘土層：褐黃色，飽和，硬塑，局部軟塑，含氧化鐵、云母。該層層底標高為19.4023.40m。卵石層：雜色，飽和，密實，一般粒徑6080mm，最大粒徑150mm，亞圓形，粒徑大于20mm的顆粒占總質量的68.7%，褐黃色中粗充填,巖石成分以輝綠巖、石英巖為主。該層層底標高為11.0818.87m。卵石層：雜色，飽和，密實，一般粒徑4060mm，最大粒徑140mm，亞圓形，粒徑大于20m4、m的顆粒占總質量的83.5%，褐黃色中粗充填,巖石成分以輝綠巖、石英巖為主。該層層底標高為2.426.37m。卵石層：雜色，飽和，密實，一般粒徑2050mm，最大粒徑120mm，亞圓形，粒徑大于20mm的顆粒占總質量的69%，褐黃色中粗充填,巖石成分以輝綠巖、石英巖為主。鉆至標高-8.79m處仍為該層。2.施工方法2.1成孔2.1.1機械選擇由于樁基形式限制我單位地下連續墻施工機械：意大利BH12液壓抓斗。利用履帶式60噸液壓系統為動力的施工機械，并根據方樁的厚度，選配100厘米厚的斗體靠液壓系統提升靠抓斗自身重量進入巖體斗體自重11000kg。液壓抓斗成孔是靠斗體重量和液壓閉斗，抓取土體提出5、地面而成孔，為保證垂直度，施工時隨抓隨測，并每抓23抓將斗體旋轉180度（見圖二） 圖二意大利抓斗2.1.2導墻砌筑2.1.2.1導墻的作用：a、是保證方樁施工時平面位置的準確性；b、是分散和承受一部分施工機械的重力；c是防止地表土層的坍塌。方樁的導墻相當與圓樁的護桶，因此導墻的制作必須保證精度。根據現場實際情況，導墻采用磚混結構，底板及頂板采用20cm厚C20鋼筋砼，中間砌筑37cm磚墻，兩導墻內側間距比方樁厚度大46cm，導墻深23m，以導墻底板座在原始地層為準。2.1.2.2導墻砌筑方法a、場地平整后，用經過標定的全站儀測設出樁位中心及軸線，報請監理工程師復測合格后，放出導墻開挖邊線。b6、導墻基坑開挖后，再精確測設出導墻內邊線。c、導墻施工完畢后，在頂板上測設出樁位控制點及高程控制點，并以此控制樁基施工。導墻溝槽開挖后，重新精確測設出導墻邊線，然后澆筑底板砼，待底板砼具有一定強度后，砌筑導墻豎墻，然后將導墻后用土分層夯填至原地面高度，澆筑頂板砼。(見圖三) 50cm 104106cm 50cm 圖三 導墻圖2.1.2.3導墻的質量標準：導墻的內墻面應豎直，頂面應水平。兩導墻內墻面間的距離允許偏差為5mm，導墻頂面高程允許偏差10 mm。2.2抓孔施工在開挖前我們認真研究方樁挖孔質量通病及并根據實際情況采取防治措施2.2.1方樁挖孔質量通病及預防措施2.2.1.1抓孔過程中坍孔7、原因：發生坍孔時，具體表現為孔內水位突然下降又回升，孔口冒細密水泡。坍孔多由泥漿性能不符合要求、孔內水頭未能保證、機具碰撞孔壁等原因造成。預防措施：嚴格控制泥漿比重，確保水頭高度，導墻埋至原狀土層。處理方法：、查明坍孔位置后進行處理，坍孔不嚴重時，可回填土到坍孔位以上，并采取改善泥漿性能、加高水頭、深埋護筒等措施，繼續鉆進。、嚴重時應立即將鉆孔全部用砂類土或礫石土回填并應等待數日方可采取改善措施后 重鉆。若坍孔部位不深時，可采用深埋護筒法，將護筒填土夯實，重新鉆孔。2.2.1.1偏孔、擴孔、縮孔原因：偏孔多是由地質松軟不均、巖面傾斜、機械位移、安裝未平或遇探頭石等原因造成。擴孔多系孔壁小坍塌或8、抓斗擺動過大造成，縮孔常因地層中含遇水能膨脹的軟塑土或泥質頁巖造成，抓斗磨損過甚，亦能使孔徑稍小。預防措施：、抓孔過程中，要每抓35斗將抓斗旋轉180度，再繼續抓孔，同時嚴格控制抓斗提升及下落速度，減小抓斗擺動幅度，防止發生偏孔、擴孔，如出現偏孔，可在偏斜處用抓斗反復掃孔。偏斜、擴孔嚴重時，應回填粘質土到偏斜處頂面，待沉積密實后重新抓孔。、抓孔過程中，經常測量抓斗尺寸，磨損嚴重時及時焊補，遇到軟塑土或泥質頁巖時，應采用失水率小的優質泥漿護壁，防止發生縮孔。如發生時，可用抓斗上下反復掃孔，擴大孔徑。根據以上預防措施及主橋橋位實際地質情況我們對泥漿的調制、機械選擇等做了認真的部署。2.2.2調制護9、壁泥漿本工程中因為當地地質情況砂石料較多，沒有粘土，所以泥漿采用購買膨潤土泥漿。泥漿在泥漿池內配制，泥漿池設在9#墩上游橋梁紅線以外，容積120m3，底部及四周鋪設塑料薄膜，防止泥漿滲漏。膨潤土泥漿的主要成分為：膨潤土粉、水、純堿(含在成品膨潤土中)。2.2.2.1泥漿配比泥漿生產及使用是按照：拌和生產靜置水化使用回收處理再使用廢棄的順序進行。本工程的地質條件以細砂、卵石為主，對泥漿影響較大，但配比正確的膨潤土泥漿應可使用三到四次。 泥 漿 配 合 比材料名稱單 位數 量水Kg/m3970膨潤土（內含純堿5 Kg/m3）Kg/m3752.2.2.2泥漿生產泥漿生產采用BE-10型立軸泥漿攪拌機10、，平均生產效率為10m3/h，生產時按水土。泥漿貯存采用泥漿池。為防止滲入地下及便于清渣，泥漿池要進行防滲處理，在泥漿池底部鋪設塑料布。所生產的泥漿應達到以下標準：標 稱數 值比重粘度18-24Pa.s含砂量4%30分鐘失水量98%2.2.2.3泥漿使用在成孔過程中，泥漿用泵送注入孔內, 隨著土體的抓進，槽孔內補入泥漿保證孔內穩定，在鉆進過程中要保證漿面高度，防止槽孔坍塌并隨時檢查孔的垂直度。維持孔穩定,懸浮鉆屑。在澆注混凝土的同時對泥漿進行回收，底層與淤積物接觸并受混凝土污染的泥漿則廢棄。2.2.3挖孔過程出現的問題及解決方法、進度問題我們一開始租用的第一臺抓斗，該抓斗是意大利進口原裝機械，11、但該機械不能沖擊（即自由落體下放）。在河道西側曾經用可以沖擊的組合抓斗進行試樁小時可以鉆進21米，其開挖速度可達。由于河道地質情況復雜，在實際鉆進過程中，意大利抓斗平均每抓一斗用時15分鐘。一小時可以抓土4次，意大利抓斗需旋轉90度后放廢碴再用裝載機把廢碴鏟掉。這樣很難達到試樁鉆進速度，尤其在標高19-14m以及9 至-0.5m段 挖孔速度達到0.51m/h，甚至達到0.。按照前四棵（，）方樁挖孔速度每棵平均需59個小時由此計算44棵方樁全部施工完畢需要107天，工期延后67天。面對緊張工期我們對此種機械進行研究，對其斗體進行改進，根據斗體靠自身重量伸入土體，我們技術部對其斗牙角度進行改進，使12、斗牙由原來于地面不垂直改為與地面垂直。經過改進后開挖速度有所提高平均每棵樁用54小時減少工期延誤時間天。但對于業主要求的工期還遠遠不夠，因地質原因在開挖9m至-0.5m段時巖石極其堅硬，卵石基本被斗體抓碎，棄碴幾乎沒有完整的卵石，專家稱之為卵石成板結。抓斗的出碴量很小，為了解決此問題我們經研究討論決定用旋挖鉆配合抓斗，旋挖鉆機配直徑0.8m的螺旋鉆頭對卵石層進行翻松，每次翻松厚度約0.5m，提出鉆頭后，用液壓抓斗將已翻松的卵石挖出；液壓抓斗將翻松的卵石挖出后，再用旋挖鉆機翻松，然后液壓抓斗再向外挖卵石，如此交替進行，直到預定的孔深；（見圖二）第一次沒有卸下旋挖鉆取料斗，取出原狀土樣證明該段是由13、黃土卵石構成極其密實巖石土。由于方樁尺寸為2.5*1.0米不能對其再次鉆孔形成空洞反影響挖孔速度。所以我們決定只用旋挖鉆鉆頭進行翻松，每翻松一次（包括定位、翻松、退位）需用4分鐘，每翻松一次深度可達到米。平均到每次抓土兩分鐘。但通過翻松后每次提斗時間為9分鐘比沒翻松節約分鐘，每米可節約時間2分鐘。每棵樁可以節約時間小時，每棵裝還需小時，按剩余棵樁計算工期還延后天B、坍孔問題在鉆進時由于前三棵樁時泥漿的循環使用，泥漿池內沙子沉淀太厚，雖然泥漿配合比可以達到標準但在鉆進至21.9（標高8.85米）時水位下降很快，造成塌孔。原因此處有一強透水層泥漿不能形成泥皮。解決方法：發現水位下降后，現場技術員及14、時值揮裝載機將附近砂石料回填至水位不再下降為止，又經過11天再次開挖，開挖時重新攪漿，加高漿面水位保證與導墻頂一平。我們吸取了這次教訓，嚴格控制泥漿質量，每一池泥漿只許供三個方樁開挖，不和格的泥漿堅決不用，在每次開挖之前都在附近備一車紅土以備坍孔時回填，從此再沒有發生坍孔現象。C、漏漿問題 在7#-1開挖至22.3米（標高10.687米）、8#-1開挖至23.1米（標高10.437米）8#-5開挖至26米（標高7.532米）、10#-5開挖至20.2米（標高13.43米）、10#11開挖至20.3米（標高13.324米）、10#-12開挖至19.5（標高14.101米）共計六棵樁發生漏漿現象。15、 在漏漿過程中我們沿用防治坍孔方法，保證水頭壓力，回填部分粘土用斗體在孔內造漿，再用抓斗抓出粘土，如水位下降再回填粘土造漿，反復幾次在漏漿處形成厚層泥皮直至水位保存不動方可繼續開挖。（見圖四）圖四旋挖鉆配合抓斗雖然這樣大大加快了挖孔速度，但這樣仍然不能滿足工期要求，我們采取了加大了投入的辦法我們最多時租賃三臺抓斗，其中令外兩臺都是由抓斗和80噸液壓系統組裝（包括試樁抓斗），其提升系統與閉斗系統分離（見圖五）。該種機械可以使斗體自由落體下放這樣即節約了提落時間也節約了抓土時間其出碴是由裝載機接料不用轉動因此大大加快了開挖速度每抓一斗用時分鐘。比意大利抓斗節約分鐘但由于后兩臺機械上場時間比較晚我們16、仍沒按計劃工期完工，整個樁基施工完畢共計天平均樁圖五沖擊抓斗成孔質量標準項 目允許偏差孔的中心位置（mm）100孔徑（mm）不小于設計樁徑（25001000）傾斜度小于1孔深不小于設計規定（26m）槽孔抓到設計孔深后，停滯1小時，待泥漿中的懸浮物沉入到孔底后，用抓斗把孔內淤積清出，達到規范要求。砼澆筑之前，一定要保證泥漿的主要性能指標參數符合要求，孔底淤積物厚度應小于設計要求（20cm）。在鋼筋籠下放后如果孔內泥漿及沉淀層超標，采取反循環泥漿泵排漿法進行二次清孔，即將反循環泥漿泵連接到導管上，將孔內沉渣吸出。清孔后質量要求項目允許偏差沉淀層厚度（mm）20清孔后泥漿指標相當密度1.031.1017、；粘度1720Pa.s；含砂率983.2.3.3地質情況統計在鉆進過程中及時對地層變化情況進行記錄，并取具有代表性的土樣按順序放至取樣盒內，標明每段樣品所代表地層的起始、終止標高和最大礫徑。成孔后繪制實際地質柱狀圖（見圖六），并與設計地質柱狀圖進行比較，確認地層變化情況，并報請設計代表及監理確認樁基承載力是否滿足設計要求。如不滿足及時采取處理措施。 圖六 地址評價圖2.3鋼筋籠加工及定位鋼筋籠采用整體加工，整體下籠。鋼筋籠加工采取在樁位附近就近加工，場地平整碾壓后，鋪設一層碎石，用方木搭設加工平臺，鋼筋下料及焊接均在平臺上進行。2.3.1鋼筋籠變更由于方樁基礎鋼筋籠N4筋間距僅為30cm左右，18、無法采用導管法灌注水下砼，經項目公司技術部、設計代表、總監辦、駐地辦、施工單位現場協商，鋼筋籠中間N4筋間距調整為82cm，將N4筋位置做相應調整，根數不變，層于層之間交替布置。其鋼筋布置詳（見圖七）。 圖七 鋼筋籠變更2.3.2鋼筋籠下設2.3.2.1起吊本工程中方樁鋼筋籠重67噸，長1622米。施工中采用履帶吊車起吊，鋼筋籠吊放采用雙繩起吊，單繩入槽的方法。在吊放過程中平穩起降，避免變形，確保順利入槽。（見圖八） 圖八 鋼筋籠起吊2.3.2.2定位下鋼筋籠高程中，通過導墻上的控制點嚴格控制鋼筋籠位置，確保中心位置及保護層符合設計及規范要求。在實際施工過程中因斗體扭動造成孔口不正，我們采取在19、設計樁頂標高處綁扎木方以矯正鋼筋籠位置。經過多余樁頭鑿除后檢查，此辦法可以達到矯正鋼筋籠位置的要求。（見圖九） 圖九 鋼筋籠定位2.3.2.3安設吊筋將提前計算好長度的吊筋焊在鋼筋籠上，焊接長度要滿足規范要求，然后用方鋼穿入吊環內，將鋼筋籠懸掛在導墻上，保證鋼筋籠頂面標高符合要求，同時，為防止鋼筋籠上浮，在方鋼上要壓重。 2.4澆注水下砼水下砼采用導管法灌注，砼采用商品砼，攪拌運輸車入斗，吊車提斗，澆注工作必須連續進行。砼澆筑程序為：2.4.1導管安裝2.4.1.1配制導管A、導管長度計算導管長度=孔深導管架高度導管底距孔底高度 其中：孔深導墻頂標高孔底標高B、導管排序根據導管長度配置導管根數20、，底節長度為4m，其它節采用0.52.5m節搭配使用，并按拼裝順序編號記錄，以便計算拆管長度時使用。C、導管連接導管采用內直徑30cm的鋼管，用絲扣連接，連接處加密封膠墊，導管連接要順直、嚴密，接口無磨損。并在導管使用前做閉水試驗。1、試驗壓力的確定：根據公路橋涵施工技術規范規定，水密試驗的水壓不應小于導管壁可能承受灌注砼時最大內壓力P的1.3倍。本橋8#墩導墻至樁底最深，導管的內壓力也最大，因此取8#墩的導管內壓力P作為代表值。P按下式計算：PchcwHw式中：P導管可能受到的最大內壓力（kPa）； c砼拌和物的重量（取24kN/m3）hc導管內砼柱最大高度（m）以預計最大高度計，為7.5m21、；w井孔內泥漿的重量（取1.03kN/m3）；Hw -井孔內泥漿的深度（m），為34.36m。則：P=2434.36=144.61 kPa 試驗壓力1.3P=1.3144.61=187.99kPa取試驗壓力P0.2Mpa2、試驗方法：將導管拼裝，兩端封閉，注滿水，用手壓泵進行加壓，當壓力表讀數達到試驗壓力時，持壓10分鐘，然后撤壓，在按試驗壓力加壓、持壓、撤壓，反復加壓3次，如導管接頭無漏水，則證明此導管合格。（見圖十） 圖十 導管閉水試驗D、導管安設導管拼裝完畢后，用吊車將導管下入孔中，導管底口距孔底3050CM，料斗底部設致塞板，塞板上設鋼筋吊環，保證料斗中儲存一定量的砼。導管支撐在導管架22、上，導管架用槽鋼制成，導管架支撐在導墻上。2.4.3澆筑水下砼我們在方樁灌注前對在灌注過程中容易發生的質量通病進行分析措施并制定預防措施。2.4.3.1方樁在灌注過程中質量通病及預防措施A、灌注過程中坍孔產生原因是：導墻底漏水；未保持所需水頭；地下水壓超過原承壓力；孔內泥漿相對密度、粘度過低；孔口周圍堆放重物或機械振動。預防措施：灌注過程中要控制水頭高度及泥漿比重，成孔后應立即下鋼筋籠及灌注水下砼。處理方法：1、坍孔數量不大時采取措施后可用吸泥機吸出砼表面坍塌的泥土，如不繼續坍孔，可恢復正常灌注。2、如坍孔仍不停止，且有擴大之勢，應將導管和鋼筋骨架拔出，將孔內用粘土或摻58的水泥填滿，待數日后23、孔位周圍地層已穩定時，再鉆孔施工。B、鋼筋籠上升原因：主要是由于砼沖出導管底口后向上的頂托力造成的，預防措施：利用粗鋼筋將鋼筋骨籠掛在導墻上，并壓重，同時，當砼灌注至距鋼筋籠底部1m時，放慢灌注速度，直至砼上升至鋼筋籠底口4m以上時，提升導管，使導管底口高于鋼筋籠底口2m以上，恢復灌注速度。C、短樁原因：樁頭高程低于設計高程，多由灌注過程中，孔壁斷續發生小坍方，施工人員未發覺，未處理，測探錘達不到砼表面造成。預防措施：在灌注將近結束時，應核對砼的灌入數量，以確定所測砼的灌注高度是否正確。處理方法：可依據處理埋管的辦法，插入一直徑稍小的護筒，深入到原灌砼內，用吸泥機吸出坍方和沉淀土，拔出小護筒，24、重新下導管灌注，此樁灌注完成后，上下斷層間應予以補強。超灌0.51.0m，確保樁頭質量。D、夾層原因：由于灌注過程中放生坍孔或首批砼封底失敗造成。 預防措施：灌注過程中要控制水頭高度及泥漿比重，成孔后應立即下鋼筋籠及灌注水下砼，嚴格控制首批砼數量及初凝時間。E、砼嚴重離析原因：多由導管漏水引起水浸、地下水滲流等造成。預防措施：除灌注的砼拌合物符合規定要求外，灌注前應嚴格檢驗導管的水密性，灌注中應注意防止導管內發生高壓氣囊。2.4.3.2首批砼用量計算及實際用量A、計算首批砼用量灌注前首先計算首批砼用量，確保封底成功。首批灌注混凝土得數量應滿足導管首次埋置深度（1.0m）和填充導管底部的需要，本25、工程中8#墩首批砼用量最大，故按8#墩首批砼用量來控制。首批所需混凝土數量可按下面公式計算： VAB（H1H2）d2h14V-灌注首批混凝土所需數量（m3）；A-樁截面長度（m），為2.5m；B-樁截面寬度（m），為1.0m；H1 -樁孔底至導管底間距（m），取0.40m；H2-導管初次埋置深度（m），取2m；d-導管直徑（m），為0.26m；h1-樁孔內混凝土達到埋置深度H2時，導管內混凝土柱平衡導管外泥漿壓力所需的高度（m）。 h1wHw/c1.0332.063/241.38m 則：首批砼用量V2.51.0（0.42.0）3.140.2621.384 6.07m3 各部尺寸見圖十一。圖十一26、 首批砼確定B、實際首批砼用量本工程水下砼灌注計劃采用吊車提斗、砼攪拌運輸車直接送砼入料斗的方法施工，首先用砼攪拌運輸車向料斗內放砼，當料斗儲滿砼時，吊車提起塞板，同時，砼攪拌運輸車加大油門繼續向料斗內輸送砼，確保料斗內始終儲滿砼，這樣就等于加大了料斗的容量，因此，實際首批砼的用量料斗儲存量砼攪拌運輸車儲存量本工程采用的料斗容量為1.2 m3，砼運輸車的容量為810m3，因此實際首批砼用量為810m3，大于理論首批砼用量6.07 m3，滿足封底要求。2.4.3.3灌注水下砼注意事項：A、首批砼落下后，應連續灌注，灌注時間不得長于首批砼的初凝時間。每車砼灌注前必須檢查坍落度，不合格不允許施工，砼27、坍落度應控制在18cm22cm。B、砼灌注過程中，要經常測探孔內砼面的位置，計算導管埋深，導管在砼中埋深應控制在26M。為防止鋼筋籠上浮，當砼頂面距鋼筋籠底面1m左右時，應降低砼灌注速度，當砼面上升至鋼筋籠底面4m以上時，提升導管，使其底口高于鋼筋籠底面2m以上，方可恢復灌注速度，直至砼澆筑到設計高程。C、考慮到上層浮漿問題，為保證樁頭砼質量，一般砼要超澆50100cm，以保證混凝土強度，多余部分在承臺施工前必須鑿除，樁頭應密實、無松散層。D、灌樁將近結束時，應核對混凝土的灌入數量，以確保混凝土的灌注高度是否正確。（見圖十二） 圖十二 水下砼灌注 2.4.3.5方樁檢測待基坑開挖后，按設計樁頂28、標高鑿除多余樁頭，確保樁頂平整、密實、無松散，全線44棵樁通過無損檢測檢查樁基質量全部合格。但因方樁樁形限制在水下砼灌注完畢后由與導管灌注，其樁四交角處砼上反力最小以致不能推動砼面沉淀泥砂導致鑿除多余樁頭后部份樁頭保護層沒有，角處砂漿較多，粗骨料較少。在9#-5樁頭檢查時發現有一20*20*30的砂漿柱，經分析鋼筋籠保護層太小,方樁鋼筋籠鋼筋箍筋設計位置太密致使砼翻不上來。3、結束語 潮白河大橋主橋44棵方樁在81天內成功的施工完畢，經檢測全部達到類樁標準。實踐證明以上施工方法和工藝科學合理，在類似工程中具有一定的參考價值。附：方樁基礎施工工藝流程圖。（見圖十三）方樁施工工藝流程圖平整場地導墻施工鉆機成孔終孔驗收清孔驗收下放鋼筋籠下導管澆注砼樁基檢測鋼筋籠驗收鋼筋籠制作鋼筋下料搭設平臺 圖十三 方樁基礎施工工藝流程圖