桥墩基础加固工艺及施工组织设计.docx

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桥墩基础加固工艺及施工组织设计

一、编制依据

1．《金温铁路大溪特大桥13#～15#桥墩基础加固施工设计》-铁道部第四勘测设计院。

2．《金温铁路大溪特大桥加固方案专家组评审会议纪要》。

3．《铁路桥涵设计规范》TBJ2-96。

4．《铁路桥涵施工技术规范》TBJ203-96。

二、工程概况

1．金温铁路大溪特大桥位于丽水市附近的两隧道之间，全桥18个墩台，其中13#、14#墩下部为6φ1.0m钻孔桩基础，15#墩为扩大基础，上部结构均为32m简支T梁，单线铁路。

2．13#～15#基础现状

15#墩距离温州岸隧道口约80m，离岸边仅10余米。

原设计为明挖基础，要求基底嵌岩１.0m，进入颇重风化岩0.5m，根据钻探实测，基础未全部落至基岩。

14#墩位于两山峡谷谷底，原设计基础为6φ1.0m钢筋混凝土钻孔桩，要求桩底嵌入颇重风化凝灰岩（w2）新鲜岩面1.0m。

根据实测资料所述，14#墩所检测的4根桩（角桩），除1号桩仅嵌入微风化岩不足0.5m外，其余均未进入基岩，桩底沉渣厚度为0.2～0.6m，部分桩身混凝土质量差，封底混凝土下的卵石土大部分已被冲刷掏空，赖以支承的卵石土已很有限。

从钻小孔取芯资料分析，原钻孔桩成孔时清孔质量不好，桩底豆腐渣式的什物很多、很厚，远远超过柱桩《铁路桥涵施工规范》规定的5cm厚的要求，先期施工中封孔混凝土强度偏低，个别桩有断桩嫌疑。

故14#墩的受力状况非常严峻，我局专家一致认为14#墩处于一个临界的受力状态，桥墩失稳随时可能发生。

13#墩原设计基础为6φ1.0m钢筋混凝土钻孔桩，要求桩底嵌入颇重风化凝灰岩（w2）新鲜岩面1.0m。

根据实测资料所述，13#墩所检测的4根桩仅嵌入微风化岩不足1.0m，桩身混凝土均存在多处混凝土胶结层，其中3#及6#桩可能属于断桩。

3．工程水文

大溪河属山区季节性河流，桥位处水位受雨季及上游电站发电放水的影响暴涨瀑落，洪水期最大流速达2.0～3.0m／s，枯水期水流流速很小。

三、施工场地布置

1．施工场地

温州岸岸坡较陡，无施工场地可供选择，金华岸从0#台至7#墩为岸上墩，岸坡较缓，桥的上游有先期施工所留的码头可以利用。

13#、14#墩皆位于水上。

为了方便施工，本工程的主要施工场地选在金华岸（丽水），施工人员的生活、办公用房租用桥址附近的民房，距离13#墩约300m。

钢结构车间、钢筋车间及临时调度室均安排在上游码头边公路旁，紧靠化工厂，以便于充分利用旧码头。

车间及房屋基础标高位于年最高水位线以上，以免遭洪水袭击。

本工程拟采用商品混凝土。

混凝土输送采用泵送混凝土，混凝土输送泵布置在8#墩下游，输送管道铺设于大桥的员工走道上，从8#墩处上桥，直达13#～15#墩。

2#墩至8#墩间下游15米范围处修建临时便道一条（约300米），以便于混凝土的运送及员工上下班。

2．生产、生活用电

生活、办公用电，利用所租房的民用电。

混凝土输送泵、水上设备以及钢筋、钢结构车间的生产用电，由位于7#、8#墩间的变压器供应。

3．生产、生活用水

生活用水利用租用民房的水源，生产用水可利用大溪河的水（经化验可用）。

具体详见《施工场地布置图》。

四、主要生产设备及劳动力组织安排

本工程需加固的13#～15#墩均位于水上，墩位处最大水深约10米，施工河段不通航，因此，设备及劳动力安排均按水上施工进行安排。

1．ГMK-20水上浮吊一台，用于水上作业。

浮吊船体采用TF-82浮箱（5*2.5*1.66m/节）组拼，上面布置ГMK-20吊机一台，最大起重量：

20t。

2．水上60t龙门吊一台，用于钢围堰的起吊、拼装及下沉。

3．35t汽车吊一台，配合岸上起吊施工作业。

4．混凝土输送泵一台，用于水上混凝土输送。

5.GW250回旋钻机3台，用于水上钻孔作业。

6．YCW60穿心千斤顶一套，用于承台预应力筋的张拉作业。

其他小型机械设备详见《机械设备表》。

7．钢结构成品车间：

主要有10t行车一台、卷板机一台、台式钻床一台、电焊机8台，用于钢结构。

8.钢筋成型车间：

主要有弯曲机、碰焊机等，用于成型钢筋。

其他小型机械设备详见《机械设备表》。

五、施工进度计划安排

根据业主要求，本加固工程总工期安排11个月，并根据现场实际情况及各种因素，控制各节点工期。

各节点工期安排如下：

1．场地布置、材料进场，完成水、电、路三通：

2000.12.25～2001.1.14；

2．水上浮吊及钢围拼装船组、龙门吊机拼装就位：

2001.1.15～2001.2.28；

3．钢围堰拼装下沉、水下封底混凝土灌注、基底土壤压浆加固：

2001.3.1～2001.3.30；

4．钻孔平台建立、钻孔施工：

2001.4.1～2001.8.10；

5．承台施工：

2001.6.20～2001.9.15；

6.清退场：

2001.10.1～2001.11.30；

具体详见《施工进度表》。

六、施工技术方案及主要施工方法

（一）施工部署

根据13#～15#墩的现状、成因分析及业主的工期要求，该加固工程分两步进行，即先对13#～15#墩周围的现有河床进行压浆辅助加固，使河床稳定，然后再下沉钢围堰进行基础结构施工。

（二）施工准备

1、施工技术人员、测量人员到场后，先对所需加固的桥墩进行测量，建立永久的观测点，每日对墩台的沉降及偏位进行观测，做好记录，并对14#墩承台周围水深进行测量，做好详实的记录，供加固过程参考。

2、35t吊机进场，在8#墩旁安装630kVA变压器，并铺设至钢结构车间、钢筋车间和码头的临时输电线路。

TF—82浮鲸由陆路进场，在码头边组拼成船体，利用35t吊机在其上拼装ΓΜΚ吊机，形成20t浮吊。

在围堰加工期间，利用20t浮吊在14#墩处拼装水上龙门吊，并抛锚定位。

3、铺设变压器至13#、14#、15#墩上的输电线路，以便水上钻机、吊船等机械设备供电。

（三）辅助加固

14#墩辅助加固工序流程：

基底土壤压浆加固→下钢壳围堰→钢围堰封底→钢围堰外围抛填片石→围堰内钻小孔压浆加固

1、基底土壤压浆加固

压浆的目的是为了固化桩基四周仅剩的覆盖层，使其在结构施工完成前确保不被继续冲刷，增加施工的安全度。

采用的方法是先利用小钻机钻孔至微风化层，然后依次压填水泥浆，向上抽拔钻杆。

（1）在枯水期沿承台边抛填碎石（粒径5cm以下）至所有桩的最小埋深为2米，并将钢壳围堰范围的河床大致找平。

（2）在水上龙门吊船体上搭设I55工字钢平台，将工程地质取芯钻机固定在平台上，沿承台周边钻孔至河床的基岩面，插入压浆导管，从基岩面开始压注水泥浆（或砂浆），采用带“R”标号的水泥（早强），并在注浆过程中加入微量的水玻璃（起速凝作用）。

为增加压浆的效果，可选用425#R或525#R水泥。

（3）承台边钻孔压浆后，在原封底混凝土上钻小孔，同样方法对桩周的覆盖层压浆，加固桩周覆盖层，增加原有桩的摩阻力。

（4）在压浆的过程中，压力不小于5Mpa，注浆孔间距约1.0m。

（5）为确保注浆质量，注浆后，应在注浆孔0.5m和1.0m半径处钻小孔取芯样检查注浆辐射质量，做强度试验，若质量不满足要求，则应增加布孔密度。

2、钢围堰下沉

钢围堰为双壁，外径16m，为了使围堰下沉后与河床密贴，围堰的刃脚根据现场实测河床的标高制成（考虑下围堰过程中产生的局部冲刷），围堰内侧壁通长高度焊4根φ80cm钢管。

4根钢管在围堰下沉时起导向作用，封底完成后接长4根φ80cm钢管作为钻孔平台的四个支撑点。

（1）在水上龙门吊机船体上的平台上拼装围堰（平台为原钻小孔的平台，并在刃脚抬高部位予以垫高）。

（2）利用水上龙门吊机（配以分配梁）将围堰提升，用导链配合20t浮吊抽走平台上工字钢后，下沉围堰。

（3）在下沉钢围堰时，用钢丝绳在上游方向和顺桥方向拉住围堰下部，以便钢围堰下沉位置准确。

如果围堰倾斜，可用龙门吊机提住低的一侧，抛下片石，直到能稳定为止。

3、钢围堰封底

（1）在围堰外抛填片石（先抛碎石），使围堰刃脚埋入深度达2米，片石填筑后形成45°坡。

（2）在围堰上搭设工字钢平台，插入ф250导管，导管插入在原承台与单壁钢围堰内壁间，分布均匀，导管口距河床底10cm，从导管口最低的导管开始拔球灌注水下封底混凝土，并测量管口及周围导管口处的混凝土面标高，依次对其他导管拔球，多点灌注水下混凝土。

（3）封底混凝土采用低标号，大陷度，高砂率，小粒径卵石混凝土。

为避免原封底混凝土下产生空洞，在原封底混凝土上钻6个ф10.8cm小孔，封底时利用此孔检测封底混凝土在承台下方的混凝土面标高，若混凝土面高度与承台外边的高差较大，可利用预先制成的振动管（振动管外径57mm，上端安装一台附着式振动器）从ф10.8cm孔中插入混凝土中振捣，使封底混凝土摊平。

（4）封底混凝土面达原封底混凝土面后，停止封底，检查原封底混凝土周边新封底混凝土面标高，测量ф10.8cm探测孔下的混凝土面标高，如有空隙，注浆填满。

（5）在承台上钻孔至新封混凝土底，再次压注水泥浆使封底砼与河床结合良好。

（6）在围堰外再次抛填片石，片石粒径大于40cm。

先抛上游，再抛下游及桥轴线方向的部位，使片石堆成一个半径20m，高约8m的空心圆台，防止局部冲刷影响承台下方的河床。

（7）拆走水上龙门吊机。

13#、15#墩加固时，先在墩周围20m范围内抛填碎石和片石，防止因14#墩施工使河道变窄加剧对13#、15#墩基础的冲刷。

钻孔平台完成后，在钻孔平台上先摆小钻机钻孔至微风化岩面，依次从下向上压浆加固原基础周围土壤。

七、结构施工

（一）、钻孔桩施工

1．钻孔平台制作及安装

（1）14#墩的施工顺序为先下围堰后钻孔，因此施工钻孔平台直接建立在钢围堰上。

接高围堰内导向φ80cm钢管，在φ80cm钢管上加焊牛腿。

利用水上浮吊在牛腿上拼钻孔平台（I55工字钢组组成），

（２）13#、15#墩钻孔平台建立在钢管支撑桩上。

即在13#、15#墩处用震动打桩机插打φ80cm钢管桩进入河床卵石层，作为钻孔平台的基础。

在φ80cm钢管桩上焊牛腿，布置I55工字钢组形成钻孔平台。

2．钢护筒埋设

在平台上测量放线，用吊机将GW—250钻机吊到平台上，对位、接通电源。

14#墩施工时，先在原封底混凝土上钻ф1.8m孔，钻通原封底混凝土，钻孔完成后，移开钻机，放置ф1.7m护筒于孔中，精确定位，其允许偏差应满足规范要求及验标标准。

然后将护筒上口与平台固定，在护筒内抛填黄泥。

13#墩施工采用ф1.7m护筒，15#墩采用ф1.2m护筒，直接采用震动打桩机插打埋设。

3．钢筋笼制作

钻孔桩的钢筋笼分段制作，主筋接头按规定错开。

钢筋笼按长线法施工，确保主筋位置准确，钢筋保护层可在钢筋笼外侧绑扎保护层垫块，或用耳环代替。

钢筋笼到位后应临时固定在钢护筒上，钢筋笼接长，整体起吊、下放安装施工由ΓΜΚ吊船辅助进行。

钢筋笼制作地点采用两种途径：

（1）.在岸上制造，船运至墩旁，利用ΓΜΚ吊船起吊就位；

（2）.在20t吊船或工作船上制造，直接利用ΓΜΚ吊船起吊就位。

4．泥浆制备

根据本工程地质条件，泥浆的质量是钻孔桩成败的关键，泥浆拌制应选用塑性指数大于25，粒径小于0.005mm含量大于50％的粘土或膨润土配制，由试验室作配比试验，最终确定。

泥浆指标应达到：

钻孔时比重为1.2左右，清孔时为1.05～1.1，粘度18～22S，含砂率小于4％，胶体率不低于98％，泥浆的拌制可利用钻机在孔内自行造浆或专用拌浆机制浆。

泥浆循环采用护筒间连通管，墩旁配置泥浆船一只，用于新鲜泥浆的补给，泥浆循环系统应能满足钻孔的需要。

钻孔时泥浆不得随意倒泄在江中，以免污染河道。

5．钻机选型及钻孔方法

（1）本工程钻孔桩穿越的土层不同于以往的原状土覆盖层，依次为低标号水封混凝土、压浆加固后的沙卵石、强风花岩及微风化岩，钻孔桩桩长约20m。

钻孔时，选用GW—250液压旋转钻机，配滚刀钻头，采用泵吸反循环方法成孔。

（2）反循环成孔原理为：

泥浆从储浆池流入孔内孔底同钻渣混合，在真空泵与泥浆泵的抽吸作用下，混合物进入钻机的进渣口，由钻杆内腔吸上，再从出水控制阀经胶管排泄到沉淀池。

6．钻孔施工

（1）钢护筒精确定位完成后，将钻机移至孔位就位。

钻机安装就位后，底座和顶端应平稳，不得产生位移和沉陷。

回转钻机顶部的起重滑轮槽、转盘中心和护筒中心三者应在同一铅垂线上，用重锤导向，以保证钻孔的竖直度。

（2）在钻孔施工过程中每天检查钻头一次，护筒同步跟进，并随时测量观测墩身沉降、偏位。

（3）为保证14#墩施工时新桩与原封底混凝土间不接触，在φ1.55m孔钻到位后，灌注混凝土前在桩孔内再下内径为φ1.5m的钢护筒到孔底。

（4）钻孔进入微风化层后，应对泵吸反循环出的碎石进行确认，记录标高，待进入微风化层2.3m以上，可以终孔。

7．清孔

（1）清孔目的是抽、换孔内泥浆，清除钻渣和沉淀物，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉淀物，而降低桩的承载力。

其次，清孔还为灌注水下混凝土创造良好条件，使测深正确，灌注顺利确保混凝土灌注质量。

（2）终孔后，应迅速清孔，不得停歇过久，使泥浆、钻渣沉淀增多，造成清孔工作的困难甚至坍孔。

一般用反循环回转钻机钻孔时，可在终孔后，停止进尺，将钻头提高孔底5cm～10cm，利用钻机的反循环系统的泥浆泵持续吸渣5～15分钟左右，使孔底沉淀清除干净，沉渣厚满足设计允许值。

8．混凝土灌注

（1）钻孔桩填充混凝土时使用φ260卡口式垂直提升导管，导管根据孔深预拼一定长度，要求导管顺直。

使用前需对导管进行拉力试验及水密试验，试验后经签证确认导管状态良好，焊缝及接头均不漏水，并经过过球试验方可投入使用。

（2）钢筋笼下放到位后即可下导管，并利用灌注导管进行二次清孔。

二次清孔时应对泥浆质量进行控制，泥浆中的砂应适当分离排放，确保二次清孔时沉淀满足规范要求小于5cm的规定，并且保证搁置一段时间后，泥浆悬浮状况好，不沉淀。

必要时可换部分新鲜高质量泥浆使孔内泥浆指标达到要求。

（3）清孔完毕后，应立即开盘封填水下混凝土。

为确保填充水下混凝土质量，拔球前应在导管内安放泡沫隔离板，防止混凝土管时混凝土产生离析。

（4）封填水下混凝土是主体施工成败的关键所在，钻孔完成应经成孔质量检验合格、监理签证后方可开始灌注工作。

水下混凝土开灌前，灌注漏斗内储存的混凝土及运输车内的混凝土的总重量应满足砍球后孔内混凝土能及时将导管底端埋入深度不小于0.5～1m，但必须消除导管埋深越深越安全的观点。

导管过分埋深，老混凝土得不到更替，往往形成堵管。

因此，导管要勤拆，埋深要控制在2-5m之内，同时，应勤测量。

（5）灌注过程应连续进行，因故中途停灌间歇时间不能超过30分钟。

在灌注过程中要防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出，和从漏斗外掉入孔底，使水泥凝结导致测深不准确和填充质量下降。

灌注过程中，应注意观察管内混凝土面下降和孔内水位涨降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除。

导管应逐步提升，如导管接头挂钢筋骨架时可转动导管，使其脱开钢筋骨架后移到钻孔中心。

正常灌注时导管埋深应控制在2～5m，不允许发生导管进水、接头漏水及导管堵塞事故。

当混凝土面升到钢筋笼下端时应防止钢筋笼被混凝土托上升即浮笼。

（二）、承台施工

1．在新成桩的护筒上焊牛腿，搭设新承台底模支架，铺设底模板，在墩身的设计位置凿剪力槽，并在墩身上钻预应力孔道，钻嵌钉孔，埋设ф28嵌钉。

2．立承台外侧模、扎承台钢筋，埋入铁皮套管，并保证铁皮套管与墩身上钻成的孔连接顺畅，不漏浆。

3．浇筑承台混凝土。

混凝土养护期间，金温铁路应停止通行3～7天，待混凝土强度达到80%设计强度后，张拉预应力钢绞线，预应力孔道压浆、封锚。

4．围堰及承台模板支架拆除。

八、施工安全注意事项

安全工作是搞好生产的重要因素，关系到国家、企业和职工的切身利益，本工属危桥加固，安全工作尤为重要，因此在施工过程中必须认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，严格控制和防止各类伤亡事故。

1．加强领导，健全组织。

建立、健全各级安全岗位责任制，责任落实到人。

2．进行全面的、针对性的安全技术交底。

提高全体员工的安全意识，建立完善的安全工作保证体系。

对特种作业人员必须经培训合格后持证上岗。

3．施工前及施工期间加强与当地水利部门及气象部门的联系，加强配合，随时掌握上游水库下泄流量及水情，加强施工期间对水情的观测。

4．施工前在抛填碎石的同时探明14#墩既有围堰、既有承台与墩中心相对位置关系。

新钢围堰下沉时必须采取措施，确保不碰撞既有钢围堰，新钢围堰自身必须稳定，不能因受水流冲击力等而歪斜。

5．施工期间加强对墩身变位（水平及竖向位移）的观测，发现异常情况应停止施工，分析成因，采取措施后再复工。

同时勤测围堰周围（20m范围）的河床标高，检查河床被洪水冲刷的情况，及时补抛片石以维持后续施工安全。

6．加强压浆加固工作及水封混凝土的质量，确保围堰下覆盖层形成胶结，在洪水来临时，新钢围堰下部不被水流掏空。

7．加强安全防护，设置安全防护标志，既有线下作业时，应悬挂安全网，防止高空坠物伤人。

施工作业设立安全栏杆、安全网。

脚手架、脚手板要搭设牢固。

8．认真做好防洪、防火工作，对易燃、易爆、有毒器材按有关规定妥善保管，登记造册发放，责任落实到人。

9．严格按有关规定安装线路及设备，用电设备都要安装地线，不合格的电气器材严禁使用。

照明电线绝缘良好，导线不得随地拖拉或绑在脚手架上。

照明灯具的金属外壳必须接零。

室外照明灯具距地面不低于3m。

10．架空线：

架空线必须设在专用电杆（水泥杆、木杆）上，严禁架设在树或脚手架上，架空线装设横担和绝缘子。

架空线离地4m以上，机动车道为6m以上。

10．所有施工设备和机具在使用时均必须由专职人员负责进行检查、必要的试验和维修保养，确保状况良好。

大型机械的保险、限位装置防护指示器等必须齐全可靠。

11．施工现场用电，严格执行有关规定，加强电源管理，防止发生电器火灾。

焊、割作业点与氧气瓶、乙炔气瓶等危险物品的距离不得少于10m，与易燃易爆物品的距离不得少于30m。

九、附图表

1．施工场地布置图

2．施工进度计划表

3．施工机械设备数量表

4．施工劳动力组织表

5．水上20t浮吊示意图

6．水上龙门吊机示意图

7．14#墩加固施工示意图