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灌注桩施工方案
船闸钻孔灌注桩基础专项施工方案
第一章、工程概况
本工程为广州市荔湾区花地河南北水闸之南闸,闸门设计水位采用多年平均高潮潮水位,泄洪最大流量为225.5m3/s,水闸包含两个泄水孔和一个船闸,泄洪孔口宽33.0m,采用上翻式拱型钢闸门,船闸闸室有效长度为100.0m,宽12.0m,上、下闸首控制闸门均采用液压启闭一字钢闸门。
水闸结构型式为钢筋整体式结构,闸底板基础均为灌注桩基础,两翼均为水泥搅拌桩基础。
水闸等级为Ⅲ等,其主要建筑物级别为3级,次要建筑物级别为4级,临时建筑物级别为5级,地震设防为7度;船闸通航等级为Ⅵ级。
工程建设目的主要是景观蓄水、引清调水、挡潮排涝、通航及泄洪安全。
工程投资约1.2亿元。
计划工期330天。
一、水文气象
花地河所在的荔湾区位于北回归线以南,属于亚热带海洋性季风气候区,季风影响显著,阳光充足,热量丰富。
气候温和,多年平均气温21.8℃,日极端最高气温38.7℃,极端最低气温为0℃。
本地区雨量充沛,暴雨多以锋面雨和台风雨为主,多年平均雨量为1650.3毫米,实侧年最大雨量为2864.6毫米,年最小雨量1008.5毫米。
根据统计,汛期为4月~9月,降水量占全年降水量的81%,枯水期为10月~次年3月仅占19%,丰枯季节分明。
本区暴雨有明显的前后汛期之分,每年4月~6月为前汛期,降雨以锋面雨为主,到6月上旬端午前后到达最高峰。
暴雨量级不大,但时程分配集中,年最大暴雨强度多发生在该时期。
7月~9月为后汛期,热带气旋和强台风是该时期产生大暴雨的主要因素,降雨范围广,总量大,时程分配较为均匀,但短历时暴雨强度一般不高。
降雨最小是12月,占全年的1.8%,多年平均降雨日为150天,24小时最大降雨量为298.0毫米。
本地区季风期分明,秋冬以北风和西北风为主,春夏以南风和东南风为主。
多年平均风速1.9米/秒。
据资料统计,广州平均每年受1.15次台风登陆影响。
在强台风侵袭下,有时导致暴潮。
多年平均相对湿度79%。
多年平均日照为1960小时。
二、工程地质
南闸位于花地河南端,与平洲水道相连,区内地势平坦,地面标高为2.86~3.30米,河底呈“V”型。
中心部位较深,标高为0.22~-4.66米。
属珠江三角洲冲击平原腹地。
根据区域地质资料,工程区内主要出露的地层岩性为白垩系下白鹤洞组,下部为黄褐色砾岩、砂砾岩、粗粒砂岩和紫红色细粒砂岩、粉砂岩,中部夹灰绿色砂质泥岩,上部为灰、深灰色灰岩、泥灰岩、粉砂质泥灰岩与粉砂岩。
以明显的角度不整合覆于下伏地层之上。
第四系为冲淤积层,土层性质主要有:
淤泥、淤泥质土、粉砂、粗砂、粉质粘土等,与下层呈平行不整合接触。
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),工程区地震动峰值加速度为0.10g,参照地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表,相应的地震基本烈度为7度。
工程区地下水类型主要为第四系沙层孔隙水及风化基岩裂隙水,属潜水、承压水,第四系粗砂层主要含水、赋水层,粉砂次之,水量丰富。
基岩裂隙、层理发育,是基岩裂隙水的主要通道,水量大,钻探施工时于砂层和强、微风化岩的两处位置具明显的失水现象。
但二者间又被极微透水或微透水层的淤泥、淤泥质土或粉质粘土、全风化岩相间。
所以第四系浅层水与基岩裂隙水基本无水力联系。
各勘探孔的土层分层情况及土性描述详见“钻孔柱状图”。
三、船闸主体工程钻孔灌注桩分布情况
船闸主体工程钻孔灌注桩共计204根,桩径均为1米。
具体分布如下表:
所在部位
编号
桩顶高程(米)
桩底高程(米)
根数
内涌侧导航墙
C01~C20
-4.3~-4.8
-16.4
20
上闸首
C21~C26
-6.80
-22.3
6
C27~C56
-5.80
-22.3
30
C57~C62
-6.80
-22.3
6
第一节底板
C63~C66
-6.0
-16.4
4
C67~C78
-5.0
-16.4
12
第二节底板
C79~C94
-5.0
-16.4
16
第三节底板
C95~C110
-5.0
-16.4
16
第四节底板
C111~C114
-5.0
-16.4
4
C115~C118
-8.0
-16.4
4
C119~C126
-5.0
-16.4
8
第五节底板
C127~C138
-5.0
-16.4
12
C139~C142
-6.0
-16.4
4
下闸首
143~C148
-6.80
-22.3
6
C149~C178
-5.80
-22.3
30
C179~C184
-6.80
-22.3
6
外江侧导航墙
C185~C204
-4.3~-4.8
-16.4
20
合计
204
第二章钻孔灌注桩主要施工方案
一、施工工艺流程
二、施工时间安排及进度计划
序号
项目名称
2010年1月
2010年2月
2010年3月
1
内涌侧导航墙底板灌注桩(20根)
2010.1.20~2010.2.10
2
上闸首底板灌注桩(42根)
2010.1.20~2010.2.20
3
第一至第五节底板灌注桩(每节底板16根)
2010.1.20~2010.2.10
4
下闸首底板灌注桩(42根)
2010.1.20~2010.2.20
5
外江侧导航墙底板灌注桩(20根)
2010.1.20~2010.2.10
三、施工准备
1、人员准备
每台钻机每班配备5人,其分工请参见下表:
序号
类别
主要职责
人数
1.
班长
对该班的工作负责,并对进尺、地质情况作好记录
1
2.
卷扬机工
操作钻机,对钻机负责。
1
3.
机电工
负责该班用电及保证泥浆泵的正常运转。
1
4.
辅助工
负责该班钻杆的装卸及其它杂活。
2
2、机械设备
根据本工程进度计划,本工程拟投入GPS150型工程钻机18台,负责所有船闸底板基础的施工。
为确保施工顺利进行,拟安排90KW发电机2台,作应急用电,如功率不足,可发挥本公司本地企业的优势,就近抽调两台75KW移动电站到场。
本工程拟投入的主要桩基施工机械有:
GPS150型钻机18台套,1M3液压反铲挖机2台,90KW发电机2台,500A电焊机10台。
3、材物料准备
本工程灌注的砼采用商品砼。
施工前由项目部将其营业执照,企业资质等报验给监理单位,同意后允许其进场施工。
四、钻(冲)孔灌注桩施工步骤
1、场地平整
用挖掘机将基坑内淤泥清除后将桩基工作面开挖、回填、平整。
平整压实后的场地标高控制在▽1.8米左右。
2、测量放样
根据设计图纸及业主提供的轴线坐标,临时水准点,由本工程的测量工程师将各桩位中心点坐标点测放至施工现场。
每根桩四周设辅助定位桩四只,以便给桩基钢筋笼精确定位。
测量放样成果经监理复核后使用。
本工程的测量仪器有:
全站仪1台,水准仪1台,50米卷尺1把。
3、施工放样及地质复核
按照墩台的桩号复算各桩坐标,用全站仪准确放出各桩的位置,复核无误后,设立护桩。
同一土层段的第一根钻孔桩,应采用较低的成孔速度,勤捞取渣样,与地质资料对比,发现与设计不符要及时上报。
4、护筒
护筒采用钢护筒。
钢板厚δ=3~6毫米;陆地桩采用内径D=d+0.15米的护筒;护筒的埋置时护筒顶面旱地上高出地面30厘米,高出地下水位1米以上,在旱地上埋置护筒时,对于地质情况不好地段将护筒周围换填粘土,夯实深度为护筒底向下50厘米以上;护筒埋置深度视地质情况而定,旱地地质情况较好,采用2.0~4.0米左右,土质对成孔不利的应埋至地质较好的地质层为止。
护筒埋设的平面位置偏差不大于5厘米,护筒倾斜度不得大于1%。
5、泥浆
⑴在钻进中,泥浆密度宜保持r=1.08~1.3g/㎝3;
⑵易坍砂层,泥浆密度宜保持r=1.15~1.4g/㎝3;
⑶清孔阶段泥浆密度宜控制在r=1.05~1.2g/㎝3。
在钻孔中,泥浆顶面应始终高出孔外水位或地下水位,为了循环利用泥浆,减少环境污染,应设置泥浆沉淀池、循环池和废浆排放处。
6、泥浆制作及外运
⑴泥浆池的设置
本工程拟在桩位东侧就地设置泥浆池。
泥浆池宽2.5米,长3米,沉淀池宽2.5米,长3米,深度均为2米。
⑵泥浆配制
本工程泥浆采用粘土造浆。
造浆用的粘土塑性指数应大于15,小于0.05mm的粘粒含量大于50%,制备的泥浆满足下述要求:
①比重:
粘土、岩层为1.0~1.25,软土、砂层为1.2~1.6.
②粘度:
粘土、岩层为16~22s,软土、砂层为19~28s。
③含砂率:
小于4%。
④胶体率:
不小于95%。
⑤PH值:
大于6.5。
泥浆必须充分拌制均匀备用,在开钻前,充分备足制浆用粘土。
成孔后多余的泥浆排放到指定的地点。
7、钻机就位
钻机就位前,对钻孔作业面的各项准备工作进行检查,包括场地布置与钻机座落处平整和加固,主要机具的检查、维修与安装,配套设施的就位及水电供应的接通等。
钻机安装就位后,底座和顶端应平稳,不得产生位移和沉陷。
顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和桩孔中心三者应在同一铅垂线上,其偏差不得大于2厘米,以确保钻孔垂直度误差≤1%的要求。
8、钻进成孔
⑴钻机开钻前,应检查各种机具,设备是否状态良好,泥浆制备是否充足,以及水、电管路的畅通情况,确保正常。
⑵正式钻进前,先启动泥浆泵,使之空转一段时间,待泥浆输入孔口一定数量后方可正式钻进。
⑶开始钻进时,控制进尺速度及钻压,采用“低压慢进”措施,待钻至护筒下1米后,再以正常速度钻进。
⑷钻孔作业必须连续进行,不得中断。
因故必须停钻时,孔口必须加盖防护,并且必须把钻头提出孔道,以防埋钻。
⑸在钻孔过程中,必须绘制孔位处的地质剖面图,挂在钻台上,以供针对不同土层选择适当的钻头、钻压、钻速和泥浆比重等参考。
并且,经常注意土层变化,在土层变化处均应捞取渣样,以判断土层,并记录表中,与设地地层作核对。
⑹钻进过程中随时补充损耗、漏失的泥浆,保证钻孔中的泥浆浓度,且高出地下水位至少1.0米,防止发生坍孔、缩孔等质量事故。
⑺当钻孔距设计标高1.0米时,注意控制钻进速度和深度,防止超钻,并核实地质资料,判定是否进入要求的持力层。
当钻孔深度达到设计要求时,对孔深、孔径和孔形等进行检查,确认满足设计要求后,进行清孔、灌注混凝土。
⑻钻孔的允许误差:
①平面位置:
在2厘米以内;
②孔径:
不小于设计;
③倾斜度:
1/100桩长;
④沉淀厚度:
小于15厘米。
9、清孔
当钻孔深度达到设计要求后,立即进行清孔,以免间隔时间过长,沉渣沉淀过大,造成清孔困难。
清孔采用换浆法进行,钻孔达到设计标高后,将钻头提升20~30cm,低速旋转,然后注入净化泥浆(相对密度1.0~1.2,粘度17~20s,含砂<4%,置换孔内含渣的泥浆,但严禁用加深孔底深度的方法代替清孔。
清孔时注意保持孔内泥浆面高出地下水位1.5~2.0米,以及泥浆比重是否适合,防止坍孔、缩孔。
当从孔内取出的泥浆(孔底、孔中、孔口)测试值的平均值与注入的净化泥浆相近,测量孔底沉渣厚度不大于规定值时,即停止清孔作业,进入下道工序。
10、钢筋笼制作,吊装
钢筋笼加工在钻孔作业面附近的钢筋制作场内分两段进行,每段长度9米,用钻机吊装入孔内。
钢筋笼接长采用电焊机现场焊接。
⑴单节钢筋笼采用四点平吊法起吊,钢筋笼升到空中平稳后,钢筋笼在空中慢慢完成,由水平到竖直的转身。
吊起前先用探孔器探测孔径,如有缩颈则应用钻头进行扫孔。
⑵钢筋笼按设计要求,采用2米一道加强箍加强,防止装吊时变形。
钢筋笼在入孔前,在骨架外侧每2米设混凝土保护层,混凝土保护层直径12厘米,用Φ8钢筋横穿,并焊接于主筋之上,每处共3块,间隔2米,以保证主筋保护层厚度。
⑶吊机吊起钢筋笼后,检查钢筋笼的垂直度及外型轮郭,要平稳垂直放入孔内,切忌碰撞孔壁,不得强行下放。
⑷筋笼在清孔结束后,应及时放入孔内,入孔后的位置符合设计要求,并牢固定位。
11、水下混凝土灌注
本工程钻孔桩水下混凝土采用C30级,采用商品砼。
由泵车运至浇筑部位后采用水下导管法灌注。
导管直径φ28厘米。
⑴灌注准备:
导管使用前应进行水密试验。
⑵水下混凝土:
粗骨料优先选用卵石,如果采用碎石须增加含砂率,其粒径最大不超过35毫米,细骨料采用级配良好的中粗砂,水泥优先采用42.5粉煤灰水泥,未经监理批准不准用缓凝剂,水灰比为0.5~0.6,坍落度为18~22厘米,混凝土标号不低于设计的1.2倍。
⑶水下混凝土灌筑:
在水下混凝土灌筑过程中,每根桩做不少3组砼抗压试件。
并经常检测其坍落度,使之符合规范要求。
①安装导管,放入孔内,导管下口离孔底25~30厘米为宜,上口与储料斗相连,储料斗的容积按首次埋管深度不小于1米设计。
②安装好导管后,再次探测孔底沉渣导度,如大于规定,则进行再次清孔处理,确保沉渣厚度不超出设计及规范要求。
③水下混凝土灌筑时,首批混凝土不得少于2.0m3,保证导管埋入深度不小于1米。
水下导管法首批砼方量计算:
H=(h1r1+h2r2)/r3
V=1/4π(d2H+D2h3K)
H----导管内外混凝土面高差(m)
V----首批混凝土需要量(m3)
h1----钻孔中上部稀泥浆的高度(m)
h2----钻孔中下部稠泥浆的高度,取0.5-1.0m
h3----孔中混凝土高度(m)
r1----孔中上部稀泥浆密度(t/m3)
r2----孔中下部稠泥浆密度(t/m3)
r3----混凝土密度(t/m3)
d----导管内径
D----成孔直径
K----混凝土充盈系数
以上闸首底板Ф100桩基为例,护筒顶标高约为2.1米,孔底标为▽-22.3米,h2取1.0m,h1=22.3+2.1-1-1.4=22m。
h3=1.4m(混凝土埋深1.0m,0.4m为导管下口到孔底距离)。
r1取1.1t/m3,r2取1.3t/m3,r3=2.4t/m3,d=0.25m,D=1.00m,K取1.1
经计算:
H=(22*1.1+1.0*1.3)/2.4=10.6m
V=1/4*3.14*(0.252*10.6+1.1*1.02*1.4)≈1.8m3
由于灌注桩砼要连续施工,故首批混凝土取不得少于2.0m3。
在混凝土浇筑时,混凝土输送车的首罐方量为8m3,漏斗容积为2m3,漏斗封板提起后,混凝土泵车连续送料,故能满足水下混凝土施工需要。
④在水下混凝土灌筑过程中,用测绳探测孔内混凝土面的标高,及时调整埋管深度。
一般埋管深度控制在2~4米左右,但不得大于6米,不得小于1米。
⑤水下混凝土灌筑,连续有节奏地进行,中途不得中断,并尽量缩短拆除导管的间隔时间。
当导管内混凝土不满时,须徐徐灌注,以防产生高压气囊压漏导管。
并防止灌注过程中发生坍孔、缩孔,经常保持孔内水头高度。
⑥钻孔桩水下混凝土灌筑时在设计桩顶上多灌筑1.0m,以保持桩与墩柱之间的混凝土连接质量。
⑦水下混凝土灌筑完并在水下混凝土强度达到2.5MP。
后方可拆除护筒。
钻孔桩成桩质量须符合下表要求:
钻孔桩成桩质量检查表
序号
项目
允许偏差或规定值
附注
1
混凝土抗压强度
不低于设计强度
无断层及严重夹层
2
孔的中心位置
≯5cm
经纬仪查纵、横方向
3
孔径
不小于设计桩径
4
倾斜度
<1%H
5
钢筋骨架底标高
±50mm
6
地质情况
与地质钻探资料基本符
12、桩头凿除:
凿除桩头至少80厘米,保证桩与底板砼良好的整体性。
第三章、安全文明施工保证措施
严格贯彻“安全生产,预防为主,综合治理”的安全方针。
坚持安全第一,文明施工,严禁盲目冒险施工。
加强对职工安全知识教育,提高职工安全生产意识,提升职工安全防护技能。
施工前由工地专职安全员对所有参建工人进行专项安全培训,提高职工遵章守纪的素质。
现场人员必须佩戴安全帽,电焊工工作时必须佩戴眼镜。
钢筋笼加工过程中,不得出现随意抛掷钢筋现象,制作完成的节段钢筋笼滚动前检查滚动方向上是否有人,防止人员被砸伤。
氧气瓶与乙炔瓶在室外的安全距离为5米。
钻孔过程中,非相关人员距离钻机不得太近,防止机械伤人。
钢筋笼安装过程中必须注意:
焊接或者机械连接完毕,必须检查脚是否缩回,防止钢筋笼下放时将脚扭伤甚至将人带入孔中的事故发生。
导管安装及砼浇注前,井口必须设有导管卡,搭设工作平台,并且要求能保证人员的安全。
导管安装注意:
导管对接必须注意手的位置,防止手被导管夹伤。
砼浇注过程中,砼搅拌运输车倒车时,指挥员必须站在司机能够看到的固定位置,防止指挥员走动过程中栽倒而发生机械伤人事故。
轮胎下必须垫有枕木。
倒车过程中,车后不得有人。
同时,吊车提升拆除导管过程中,各现场人员必须注意吊钩位置,以免将头砸伤。
挖掘机工作时,必须有专人指挥,并且在其工作范围内不得站人。
泥浆池周围必须设有防护设施。
成孔后,暂时不进行下道工序的孔必须设有安全防护设施。
配电箱以及其它供电设备不得置于水中或者泥浆中,电线接头要牢固,并且要绝缘,输电线路必须设有漏电开关。
钻机工作之前必须进行机械安全检查。
施工作业平台必须规整平顺,杂物必须清除干净,防止拆除导管时将工作人员绊倒造成事故。
夜间施工时,开启照明设施,在现场另布置若干碘钨灯,做到所有施工区域照明良好,视野清晰。
混凝土施工时,采取道路洒水的方法抑制扬尘。
凡施工现场因技术、经济条件限制,环境污染不能控制在规定范围内的,应事先报相关部门审批,如夜间施工许可证等,坚持做到文明施工
7、常见事故的预防和处理
序号
类别
产生原因
预防和处理措施
1
坍孔
1)泥浆比重不够及其它性能指标不符合要求,使孔壁未能形成坚实泥皮;
2)护筒埋置太浅,下端孔口漏水;
3)由于掏渣后未及时补充水或泥浆或钻孔通过砂砾等强透水层,孔内水流失造成孔内水头不够;
4)松散砂层中进尺太快。
1)在松散砂层中钻进时要严格控制进尺,投入粘土膏、卵石等挤入孔壁起护壁作用。
2)发生孔口坍塌时,拔出护筒用粘土回填,重新埋设再钻。
3)发生孔内坍塌,判明其位置,用砂和粘土回填到孔处以上1~2m,待沉积物密实后再钻。
2
钻孔
倾斜
1)钻孔中遇有较大孤石;
2)在有倾斜度的软硬地层交界处钻头受力不均;
3)扩孔较大处,钻头摆动偏向一方;
4)钻机底座不水平,钻杆弯曲。
1)遇孤石或倾斜的软硬地层钻进时,低速钻进,控制进尺。
2)经常检查钻机底座水平、钻杆接头,并及时高速正。
3
扩孔
孔壁坍进
局部扩孔不影响钻进至设计标高可不处理;若扩孔后继续坍塌,按坍孔处理。
4
缩孔
钻锥严重磨耗或软塑土遇水膨胀
及时焊补钻锥,上下反复扫孔以扩大孔径。
5
掉钻
1)卡钻时强扭;
2)钻杆疲劳断袭;
3)操作不当;
1)开钻前清除孔内杂物,用电磁铁或其它方法。
2)经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。
3)采用打捞钩,打捞叉吊出。
6
卡钻
1)形成了梅花孔;
2)钻头磨耗未及时焊补;
3)遇孔内掉入物体卡住钻头;
1)经常检查转向装置防止失灵;
2)经常测定泥浆比重,防止泥浆太稠增大阻力;
3)采用较大冲程、低速度,使钻锥有足够时间变换位置;
4)用冲吸的方法净卡住的钻头周围的钻渣松动后取出。
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