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2002五公司技术交流会渝怀线长寿长江大桥项目经理部发表人：盛焰华2002五公司技术交流会【摘要】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，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，施工过程及施工特点；大直径钻孔桩施工工艺、施工机具和主要施工过程；水下封底混凝土施工的成功经验。【关键词】深水基础，大直径钻孔桩，钢护筒，双壁吊箱钢围堰，水下混凝土灌注，水下封底，施工工艺2002五公司技术交流会工程概况长寿长江特大桥是渝怀铁路唯一跨越长江的一座双线特大桥，也是渝怀线的重点控制性工程。桥位处于长江上游重庆市长寿区境内。桥跨布置为2x24m+3×32m预应力混凝土简支梁+(144+2×192+144)m下承式连续钢梁+2×32m预应力混凝土简支梁。主桥6#、7#墩位于国家Ⅰ级主航道内，枯水期水深32m和20m，洪水期最大水深65m。水深流急，水上航运业务繁忙，基础均为10根直径ф3.0m钻孔桩基础，高桩承台。水下封底厚度2.5m，混凝土灌注量约975m3。双壁吊箱钢围堰水下封底混凝土施工是深水基础施工的一道极为重要的工序，也是整个长江大桥施工的关键。地质情况：河床覆盖层为卵（漂）石，河床底部有8~9m卵石土。其中漂石含量约为50~75%，粒径200～450mm，个别大于500mm，甚至有粒径超过1000mm的。卵石含量约20%，粒径一般50～200mm，下伏岩为泥岩，极限抗压强度分别为13Mpa。2002五公司技术交流会关键工序施工2.1导向船浮运、定位及钢围堰浮运、精确定位2.1.1导向船在岸边拼装到位后，拖轮将其浮运到上游定位船后方。导向船用6根Φ43mm钢丝绳作拉缆，系在定位船上。系好拉缆后，使导向船顺长江水流下放，进行导向船墩位处初定位，然后通过抛边锚和尾锚加上测量组配合进行定位。2002五公司技术交流会2.1.2双壁吊箱钢围堰平面尺寸33.2m×20m，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钢护筒插打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Φ420mm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插打钢护筒时注意事项钢护筒插打前，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钻孔桩施工钻孔桩平台布置图2002五公司技术交流会图2.3.1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δ20mmA3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Ⅰ56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平台布置2002五公司技术交流会2.3.1.2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0~14r/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0~8r/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Φ150mm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。2.3.2.1冲击钻钻孔2002五公司技术交流会2.3.2.2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3.0~4.0m；砂岩24h可钻进1.6~2.0m。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成桩吊放钢筋笼后，在孔中先下放导管，下至距离孔底30cm左右。导管必须经过逐节承压，水密检测合格后方可使用。首批混凝土拔球时，应保证导管埋深在1.5~2.0m之间。埋深过浅易发生断桩事故。灌注过程中应勤测埋深，随时掌握灌注情况。混凝土桩头预留50cm。2002五公司技术交流会2.3.2.4质量检测因各孔深在护筒底以下12m左右，制作一与钢筋笼同直径大小，长度12m的检孔器来检查孔深和孔径及倾斜度，并用标准测砣挂在检孔器中予以配合，检查结果比较准确。灌注前需对沉淀厚度进行检查。沉淀厚度的测定可采用一根测砣和另一根尖头测铅同时放入孔中，其差值即为沉淀厚度。沉渣厚度小于5cm，才能灌注水下混凝土。6#、7#墩20根ф3.0m钻孔桩混凝土质量检查分别采用超声波无损检测和低应变动力检测。显示检测结果，6#、7#墩20根桩均为一类桩。超声波检测方法是在钢筋笼内预先安装四根δ65mm的声测管，均匀分布在同一截面四分点处。2002五公司技术交流会2.4.1.1施工准备10根直径ф3.0m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ф150mm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80~100cm长，内径6~8cm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施工方法2.4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2m×2m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2002五公司技术交流会图2.4.1.2混凝土配合比封底混凝土采用水下C25级混凝土。其配合比为水泥：中砂：卵石：水：外加剂=100：236.3：263.7：45：1.16。为增加混凝土的和易性，掺加一定量的粉煤灰，掺量为95kg/m3。坍落度初始值控制在不小于20cm，初凝时间18~20h。混凝土流动半径不小于5m。2002五公司技术交流会2.4.1.3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Ⅰ开始，基本可按ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅠ1Ⅱ1Ⅲ1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0.5m~1.0m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1~2cm时，才可以开始拔球灌注。2002五公司技术交流会2.4.2水下封底注意事项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，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。灌注过程中，要随时提拔导管防止混凝土出现初凝以致导管拔不动，但要注意导管底口不能拔离混凝土面。灌注时，应将围堰四个连通器打开，使围堰内外水位一致。在混凝土中掺加粉煤灰，以提高泵送效果。①④③②2002五公司技术交流会2.5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