匝道桥钻孔灌注桩施工技术方案.docx
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匝道桥钻孔灌注桩施工技术方案
杭州湾跨海大桥Ⅲ-B合同
匝道桥钻孔灌注桩施工技术方案
路桥集团国际建设股份有限公司
杭州湾跨海大桥Ⅲ-B合同项目经理部
二○○五年十二月
匝道桥钻孔灌注桩施工技术方案
一、工程概况
1.1工程简介
本合同匝道桥共有钻孔灌注桩98根,其中A匝道有10根,B、C、D、E匝道各有22根。
桩底标高为-86.0m~-96.0m,桩顶标高为+3m,标高-40.0m~+3m,桩孔直径为2.5m,标高-40.0m以下部分为直径2.0m孔径,采用C30水下混凝土灌注。
1.2自然条件
1.2.1气象
⑴、气象特征值
海中平台区域气象特征值可依据大桥南岸慈溪气象站1954~2000年实测资料系列分析。
桥区气象特征值表表1-1
项目
慈溪
气温
极端最高气温(℃)
39.1
极端最低气温(℃)
-9.3
年平均气温(℃)
16.2
最冷月平均气温(1月)(℃)
4.1
最热月平均气温(7月)(℃)
28.3
35℃平均日数(d)
14.7
0℃平均日数(d)
28.9
降水
年平均降水量(mm)
1294.6
月最大降水量(mm)
569.3(6月)
50mm年降水日数(d)
2.7
最长连续降水日数(d)
19
风
最大风速(m/s)
22.6
极大风速(m/s)
31.9
常风向
ESE
强风向
NW
8级大风日数(d)
11.1
台风影响月份
5~11
年平均台风影响次数
2.56
雾日(d)
年最多
67
年平均
21.5
相对湿度(%)
年平均
81
雷暴日(d)
年最多
58
年平均
36.6
积雪深度(cm)
最大
17
⑵、设计风速
海中平台区域设计风速可采用王盘山站设计风速分析成果,见表1-2。
设计风速表表1-2
项目
高度(m)
30年
50年
100年
10
34.8
36.6
39.0
20
38.1
40.1
42.7
30
40.2
42.3
45.0
1.2.2水文
⑴、潮汐
①、潮汐特征
杭州湾属强潮河口,潮汐类型为不正规半日浅海潮,并有明显的日潮不等现象。
海中平台区域潮汐特征值可根据附近乍浦水文站长期验潮资料以及2000年9月和1999年5~6月桥区南岸短期验潮资料进行分析,成果详见表1-3(潮位基准面采用1985国家高程基准)。
潮汐特征值表1-3
项目
乍浦
庵东西二
实测最高潮位(m)
5.54
4.90
4.10
4.31
发生日期
1997.8.19
实测最低潮位(m)
-4.01
-2.97
-2.96
-2.78
发生日期
1930.9.24
平均高潮位(m)
2.52
3.31
2.95
3.03
平均低潮位(m)
-2.12
-2.00
-2.19
-2.11
最大潮差(m)
7.57
7.44
6.98
6.54
发生日期
1962.8.2
最小潮差(m)
2.39
3.5
3.55
发生日期
平均潮差(m)
4.65
5.30
5.13
5.13
平均涨潮历时
5:
27
5:
22
5:
19
5:
28
平均落潮历时
6:
59
7:
01
7:
06
6:
57
统计年限
1930~1999
2000.09
1999.05
1999.05
②、设计水位
设计年极值高水位表1-4
频率P(%)
0.33
1
2
5
重现期(a.)
300
100
50
20
潮位(m)
6.15
5.80
5.55
5.30
设计年极值低水位(m)表1-5
频率P(%)
99
98
重现期(a.)
100
50
潮位(m)
-3.58
-3.56
⑵、设计流速
平台水域涨、落潮垂线平均最大流速(单位:
m/s)表1-6
重现期
(年)
乍浦站潮差
(m)
垂线平均最大流速
垂线号
2006
100
8.2
Vf
3.44
Ve
2.60
50
7.8
Vf
3.34
Ve
2.55
5
7.3
Vf
2.92
Ve
2.51
注:
Vf-涨潮流速,Ve-落潮流速。
⑶、设计波要素
设计波要素表1-7
重现期
(a.)
波向
H1%
(m)
H4%
(m)
H13%
(m)
T
(s)
100
NE
5.80
4.99
4.08
7.66
ENE
6.29
5.43
4.50
8.04
E
4.87
4.17
3.39
6.94
ESE
4.63
3.96
3.21
6.73
SE
4.31
2.98
1.94
6.52
50
NE
5.45
4.69
3.83
7.36
ENE
6.00
5.18
4.29
7.85
E
4.64
3.97
3.22
6.73
ESE
4.40
3.76
3.05
6.63
SE
4.13
3.52
2.85
6.40
5
NE
4.18
3.58
2.93
5.57
ENE
4.83
4.12
3.36
6.94
E
3.77
3.22
2.56
6.03
ESE
3.50
2.98
2.37
5.79
SE
3.36
2.85
2.29
5.67
⑷、基础冲刷计算和试验成果
海中平台冲刷试验成果表表1-8
桥墩类型
冲刷前高程(m)
一般冲刷
(m)
局部冲刷
(m)
河床演变
(m)
冲刷后高程
(m)
匝道桥
试验值
-16.4
-12.9
-27.8(修正)
计算值
-16.4
-10.6
-27.0
⑸、壅水高度
区域最大壅水高度为0.09m。
1.2.3工程地质
根据杭州湾跨海大桥海中平台施工图阶段《工程地质勘察报告》(2003年9月),海中平台区域典型的地层分布由上至下分别为:
②1层:
灰黄~灰色亚砂土(Q43al-m)
饱和,软~流塑,土质不均,顶部约1.00m为淤泥。
该层连续分布于地表,顶板标高-11.33~-10.94m,厚度5.60~9.60m。
含水量W=30.0%(平均值,下同),密度γ=18.9kN/m3,孔隙比e=0.881,塑性指数IP=6.2,压缩系数a0.1-0.2=0.16MPa-1,压缩模量Es=11.76MPa,标准贯入击数N=6.2击。
为可液化地基土,强度极低,工程地质条件极差。
③层:
灰色淤泥质亚粘土(Q42m)
饱和,流塑,局部软塑,夹1~3mm粉砂薄层,具水平层理。
该层连续分布,顶板标高-20.68~-16.84m,顶板埋深5.60~9.60m,厚度24.4~28.50m。
W=37.8%,γ=18.0kN/m3,e=1.085,IP=15.3,IL=1.26,a0.1-0.2=0.52MPa-1,Es=3.97MPa,N=3.9击。
为软弱地基土,强度极低,工程地质条件极差。
④1层:
灰色淤泥质粘土(Q42m)
饱和,软塑~流塑,土质均匀,局部夹1~3mm粉砂薄层。
该层连续分布。
顶板标高-45.69~-44.00m,顶板埋深32.80~34.60m,厚度7.40~12.50m。
W=46.2%。
γ=17.0kN/m3,e=1.388,IP=24.3,IL=0.95,a0.1-0.2=0.60MPa-1,Es=4.02MPa,N=6.9击。
为软弱地基土,强度极低,工程地质条件极差。
⑤1层:
灰色亚粘土(Q41al-m)
饱和,软塑,具水平层理,夹薄层粉细砂。
该层连续分布。
顶板标高-57.14~-52.96m,顶板埋深42.00~46.00m,厚度1.50~10.10m。
W=29.9%,γ=18.5kN/m3,e=0.854,IP=13.9,IL=0.93,a0.1-0.2=0.42MPa-1,Es=4.68MPa,N=8.5击。
强度低,工程地质条件差。
⑦1层:
灰~浅灰色粉、细砂(Q32al-m)
饱和,密实,含云母碎片,主要成份为石英、长石,偶夹薄层状粘性土,分选性一般,多呈上下两层,上部为粉砂,下部为细砂,局部为中砂。
该层分布连续。
顶板标高-67.24~-56.15m,顶板埋深45.00~56.10m,厚度2.10~10.90m。
W=19.8%,γ=19.2kN/m3,e=0.671,a0.1-0.2=0.15MPa-1,Es=11.13MPa,N=38.6击。
强度较高,工程地质条件较好。
⑦1夹层:
灰色亚粘土(Q32al-m)
饱和,软塑,夹3~8mm细砂薄层。
该层呈透镜体局部分布于⑦1层中。
顶板标高-64.03~-60.60m,顶板埋深49.50~52.80m,厚度1.20~4.45m。
W=26.8%,γ=19.0kN/m3,e=0.813,IP=10.9,IL=0.84,a0.1-0.2=0.33MPa-1,Es=5.63MPa,N=14.4击。
分布不连续,强度较低,工程地质条件较差。
⑧11层:
灰~灰褐色亚粘土(Q32al-m)
饱和,软塑,夹厚5~20mm粉细砂薄层,具水平层理,该层分布连续,厚度较小。
顶板标高-69.47~-63.56m,顶板埋深52.40~58.30m,厚度3.70~10.30m。
W=32.0%,γ=18.6kN/m3,e=0.942,IP=12.2,IL=0.73,a0.1-0.2=0.34MPa-1,Es=5.69MPa,N=14.7击。
强度较低,工程地质条件较差。
⑧12层:
蓝灰色粘土(Q32al-l)
饱和,硬塑,土质均匀。
该层分布连续。
顶板标高-76.00~-72.53m,顶板埋深61.30~64.80m,厚度2.20~3.90m。
W=23.8%,γ=19.8kN/m3,e=0.713,IP=19.4,IL=0.18,a0.1-0.2=0.15MPa-1,Es=11.47MPa,N=26.5击。
工程地质条件一般。
⑧21层:
灰色粘性土(Q32al-l)
以亚粘土为主,局部为粘土,饱和,软塑。
该层分布连续,厚度不均匀。
顶板标高-78.20~-75.43m,顶板埋深64.20~67.00m,厚度1.20~6.30m。
W=32.3%,γ=18.7kN/m3,e=0.920,IP=13.6,IL=0.82,a0.1-0.2=0.23MPa-1,Es=8.35MPa,N=20.6击。
工程地质条件较差。
⑧透层:
灰色亚砂土(Q1al)
饱和,硬塑。
呈透镜体分布于⑧21、⑧22层中,厚度较小,仅见于PK1、PK2、PK4、PK8、PK9孔。
顶板标高-84.04~-70.30m,顶板埋深59.10~72.80m,厚度0.80~3.00m。
W=25.2%,γ=19.7kN/m3,e=0.710,IP=4.4,a0.1-0.2=0.14MPa-1,Es=12.21MPa,N=49.0击。
工程地质条件较差。
⑧22层:
蓝灰色粘性土(Q32al-l)
以粘土为主,局部为亚粘土,饱和,硬塑,土质均匀,局部夹粉砂薄层。
该层分布连续。
顶板标高-84.70~-78.18m,顶板埋深67.10~73.60m,厚度4.30~10.20m。
W=28.3%,γ=19.4kN/m3,e=0.813,IP=20.3,IL=0.37,a0.1-0.2=0.17MPa-1,Es=10.66MPa,N=25.0击。
工程地质条件较好。
⑨层:
灰~浅灰色粉、细砂(Q31al)
饱和,密实,分选性较差,局部含砾石。
该层分布连续。
顶板标高-92.10~-86.56m,顶板埋深75.40~80.90m,厚度2.00~6.50m。
W=22.5%,γ=19.5kN/m3,e=0.685,a0.1-0.2=0.13MPa-1,Es=13.00MPa,N=47.3击。
工程地质条件较好。
⑨夹1层:
灰色亚粘土(Q31al)
饱和,软塑,土质均匀。
该层仅见于PK1、PK12、PK17、PK18孔。
顶板标高-92.55~-88.74m,顶板埋深77.50~81.40m,厚度2.80~5.00m。
W=29.7%,γ=19.5kN/m3,e=0.811,IP=16.7,IL=0.77,a0.1-0.2=0.29MPa-1,Es=6.28MPa,N=17.8击。
工程地质条件较差。
⑨夹2层:
灰绿~灰黄色粘性土(Q31al)
以粘土为主,局部为亚粘土,饱和,硬塑,含钙质结核。
该层分布连续。
顶板标高-96.30~-91.30m,顶板埋深80.00~85.10m,厚度4.10~9.50m。
W=25.9%,γ=19.7kN/m3,e=0.750,IP=18.9,IL=0.18,a0.1-0.2=0.16MPa-1,Es=10.94MPa,N=27.9击。
工程地质条件好。
⑩层:
灰黄、棕黄色粘性土(Q22al-l)
饱和,硬塑,夹蓝灰色条纹,偶含钙质结核。
该层分布连续,厚度大,仅控制性孔揭穿。
顶板标高-102.40~-99.43m,顶板埋深88.20~91.20m,揭露厚度9.10~22.40m。
W=23.2%,γ=20.3kN/m3,e=0.660,IP=18.5,IL=0.16,a0.1-0.2=0.13MPa-1,Es=12.79MPa,N=30.8击。
工程地质条件好。
层:
灰黄~褐黄色粉、细砂(Q22al)
饱和,密实,含云母碎片,分选性一般,局部砂质较纯,该层仅在控制性钻孔中揭露,顶板标高-123.30~-116.70m,顶板埋深105.50~122.20m,揭露厚度4.00~10.70m。
W=22.0%,γ=19.4kN/m3,e=0.699,a0.1-0.2=0.16MPa-1,Es=10.59MPa。
工程地质条件好。
夹层:
灰黄色粘性土(Q22al-l)
饱和,硬塑,间蓝灰色条纹,含少量钙质结核,该层仅控制性孔揭露,顶板标高-128.90~-118.70m,顶板埋深107.50~117.80m,揭露厚度2.30~7.00m。
W=21.6%,γ=20.4kN/m3,e=0.623,IP=17.1,IL=0.18,a0.1-0.2=0.15MPa-1,Es=10.92MPa。
工程地质条件好。
1.2.4水文地质
平台区域通过水质分析,地下水水化学类型为Cl-Na型,属于弱碱性微咸水(低矿化水);海水和潜水水化学类型为Cl-Na型,属于弱碱性咸水(中矿化水)。
经判别地下水对混凝土无腐蚀性、对钢结构具有中等腐蚀性;海水对混凝土具弱腐蚀性,对钢结构具中等腐蚀性,地下水和海水对钢筋混凝土中的钢筋具有中等腐蚀性。
根据钻探揭示的第二承压水,具有一定的压力,钻孔桩施工时应重视。
1.2.5地震活动性
海中平台区内的海底地形平坦,勘察区及其附近无活动性断裂,近场区范围内未记载有5级以上地震。
平台区域地震活动较弱,历史上未记载到地震。
平台区域的地震基本烈度为Ⅵ度。
1.3施工依据
⑴、杭州湾跨海大桥土建工程施工《招标文件》
⑵、杭州湾跨海大桥土建工程施工招标文件《参考资料》及《参考资料补充》
⑶、《施工图设计》(第七卷海中平台第四册匝道桥第二分册下部结构)
⑷、执行规范、标准
《杭州湾跨海大桥专用技术规范》(2005年8月10日发布)
《杭州湾跨海大桥专项质量评定标准》(2005年8月10日发布)
《公路桥涵施工技术规范(附局部修订本)》(JTJ041-2000)
《钢筋机械连接通用技术规程》(JGJ107-2003)
《港口工程桩基工程规范》(JTJ254-98)
《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2001)
《水运工程混凝土施工规范》(JTJ268-96)
《水运工程混凝土质量控制标准》(JTJ269-96)
《港口工程混凝土设计规范》(JTJ267-98)
《公路工程施工安全技术规程》(JTJ076-95)
《建设工程施工现场供电安全规范》(GBJ50194-93)
《海上交通安全法》
二、资源配置
2.1人力资源配置
表2-1
工种
人数
工作内容
钻孔技术工
64
钻孔施工
沉桩配合
8
钢管桩沉桩配合组
混凝土工
30
钻孔桩水下混凝土施工、拌和站配合人员
吊装工
20
栈桥搭设、拆除,钢筋笼吊安
钢筋工
40
钢筋笼加工、下放
电工
4
各工序施工用电管理
电焊工
15
栈桥搭设
拌和站(含运料)
20
拌制砼、运输砼、备料等
管道工
10
管道安装、拆除
总计人数
211人
2.2主要施工设备配置
表2-2
序号
设备
规格
数量
用途
1
钻机
中昇ZSD25
2
钻孔施工
2
钻机
韩国
斧玛RC-300
2
钻孔施工
3
钻机
GW-25B
2
钻孔施工
4
空压机
SPE920
6
钻孔施工
5
泥浆分离器
ZX-200
6
钻孔施工
6
混凝土拌和站
60m3/h
2
混凝土拌和
7
输送泵
三一80m3/h
3
混凝土输送
8
打桩船
1
钢护筒、临时钢管插打
9
运桩船
75.8m×15.8m
1
钢护筒、临时钢管运输
10
拖轮
2600HP
1
非自航船舶拖带
11
抛锚艇
1
起、抛锚
12
浮吊
150t全回转
1
栈桥搭设、拆除,拔桩等
13
交通船
2
海上交通
14
运输船
3
材料运输
15
汽车吊
60t、25t
2
海上施工基地物件起吊
16
履带吊
50t
1
栈桥物件起吊
17
龙门吊
40t
2
栈桥上物件吊、运
18
发电机
300KVA
4
电能供给
19
振桩锤
1
临时钢管桩拔除
主要设备性能简介:
⑴、钻机
根据我公司在东海大桥钻孔灌注桩施工过程中取得的经验,结合本工程匝道桥桩基础实际的地质条件,选用6台性能先进的全气举反循环钻机。
其中中昇ZSD250型钻机气举反循环钻机其主要技术性能表如表2-3所示:
中昇ZSD250型钻机技术性能表表2-3
钻孔直径(m)
φ1.2~φ2.5
钻杆长度/节(m)
2.4
钻孔深度(m)
140
钻杆重量/节(t)
0.42
最大扭矩(kN·m)
150
整机尺寸(m)
4.6×4.6×6.4
转速(r/min)
0~16
主机重量(t)
18
提升能力(kN)
1000
最大配重(t)
20
排渣方式
气举或泵吸反循环、
正循环
总功率(kw)
145
中昇ZSD250型钻机实物图如图2-1所示:
图2-1ZSD250钻机
⑵、空压机
一台钻机配备1台SPE920型电动移动螺杆式空压机,作为钻孔排渣设备,共6台。
SPE920型空压机技术性能表表2-4
排气压力
(Mpa)
排气量
(m3/min)
功率
(KW)
机组外形尺寸
(长m×宽m×高m)
整机重量
(t)
1.2
20
160
3.6×1.9×1.95
3.8
⑶、泥浆分离器
为了钻孔施工高质、高效、经济、文明地进行,通过同类产品比选,结合实际施工需要,选用宜昌黑旋风工程机械有限公司生产的ZX-200型泥浆净化装置,共6台。
ZX-200型泥浆净化装置技术性能表表2-5
最大泥浆处理量(m3/h)
200
筛分出的渣料含水率
≤30%
净化除砂效率(-0.074㎜级)
≥90%
整机尺寸(m)
3.54×2.25×2.8
装机总功率(kw)
48
整机重量(t)
4
渣料筛分能力(t/h)
25~80,可根据钻孔进尺的不同而调整。
达到最大净化除砂效率时泥浆
最大相对密度(g/㎝3)
1.2
马氏(苏氏)漏斗粘度(s)
<40(30)
含砂量
<20%
图2-2ZX-200型泥浆净化装置
⑷、打桩船
钢护筒和临时钢管桩的插打采用“路桥建设桩8号”打桩船,该船配备D180、D150柴油锤及特制(同时适用于临时钢管桩及钢护筒)节能替打。
该船已经为东海大桥、苏通大桥打下了百多根直径2.8m以上的钢护筒,定位精度高,操作安全,效率高。
⑸、龙门吊
为满足钢筋笼的下放、钻机等大件物件的移位,在施工栈桥上设置2台吊重40t单龙门吊,净跨9.75m,净高15.46m,由专业厂家设计、加工。
三、施工顺序及计划安排
3.1施工顺序
根据总工期的要求及工程的实际情况,确定匝道桥钻孔灌注桩的施工顺序示意图如图3-1所示,详细的施工顺序详见施工计划安排:
图3-1-1
图3-1-2
图3-1-3
图3-1-4
图3-1-5
图3-1-6
3.2施工计划安排
表3-1
施工内容
施工用时
开始时间
结束时间
备注
1、沉桩施工
250工作日
2006-1-1
2006-9-7
利用匝道桥沉桩间隙进行海中平台钢管桩沉桩施工
B1~B22、C22~C21墩栈桥沉桩
25工作日
2006-1-1
2006-1-25
A1~A5、D22~D20、E1~E3墩栈桥沉桩
16工作日
2006-1-26
2006-2-10
E4~E10墩栈桥沉桩
7工作日
2006-2-11
2006-2-17
平台沉桩(150根)
42工作日
2006-2-18
2006-3-31
E11~E22墩沉桩施工
12工作日
2006-4-1
2006-4-12
平台沉桩(50根)
15工作日
2006-4-13
2006-4-27
D1~D12墩沉桩
12工作日
2006-4-28
2006-5-9
平台沉桩(110根)
30工作日
2006-5-10
2006-6-8
D13~D19墩栈桥沉桩
8工作日
2006-6-29
2006-7-6
C20~C9墩沉桩施工
12工作日
2006-8-2
2006-8-13
C8~C1墩沉桩施工
8工作日
2006-8-31
2006-9-7
2、栈桥搭设施工
279工作日
2006-1-15
2006-10-20
B1~B22、C22~C21墩栈桥搭设
40工作日
2006-1-15
2006-2-23
A1~A5、D22~D20、E1~E3墩栈桥搭设
18工作日
2006-2-24
2006-3-13
E4~E10墩栈桥搭设
12工作日
2006-3-14
2006-3-25
E11~E22墩栈桥搭设
24工作日
2006-4-13
2006-5-6
D1~D12墩栈桥搭设
24工作日
2006-5-7
2006-5-30
D19~D13墩栈桥搭设
14工作日
2006-7-5
2006-7-18