桩基钢护筒跟进法施工方案.docx
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桩基钢护筒跟进法施工方案
桩基钢护筒跟进法施工方案
乐昌至广州高速公路坪石至樟市段
T10合同段
桩基钢护筒跟进法
施工方案
编制：
审核：
审批：
中铁隧道集团有限公司
乐昌至广州高速公路第T10合同段项目经理部
二Ｏ一二年二月
3.4拟采用钢护筒跟进法施工的桩基6
一、编制依据
1、乐昌至广州高速公路坪石至樟市段T10合同段施工设计图；
2、桩基地质勘察资料；
3、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；
4、公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1-2004）；
5、本工程的施工特殊性。
（马渡互通桥跨京珠高速和跨G323公路）
二、工程概况
2.1设计概况
T10合同段位于韶关市境内，起点里程：
K87+747，终点里程：
K99+000，本合同段范围内包括马渡互通特大桥，乳源河和江湾河两座大桥。
其位置及范围见图2-1、2-2。
图2-1工程位置图
图2-2T10合同段范围平面示意图
本合同段马渡互通特大桥、乳源河大桥及江湾河大桥下部桩基础设计均采用钻孔灌注桩，以中风化灰岩作为基础持力层。
桥梁设计参数见表2-1。
表2-1桥梁设计参数表
序号
桥梁名称
中心桩号
桥梁全长（m）
基础类型
总长（m）/根数
1
马渡枢纽互通
⑴
主线桥
ZK95+310.15
2088
φ1.2m、φ1.5mφ1.8m桩基础
9614/225
YK95+452.71
1840
⑵
A匝道桥
AK0+476.15
614.9
φ1.3m、φ1.5m桩基础
1098/56
⑶
B匝道桥
BK0+204.1
223
φ1.2m、φ1.3m桩基础
556/26
⑷
C匝道桥
CK0+461.05
405.8
φ1.2m、φ1.3m、φ1.5m桩基础
844/45
⑸
D匝道1号桥
DK0+145.315
63.03
φ1.2m、φ1.3m桩基础
180/10
⑹
D匝道2号桥
DK0+500.785
143
φ1.2m、φ1.3m桩基础
288/18
⑺
E匝道桥
EK0+464.26
595.8
φ1.3m、φ1.5m桩基础
1067/54
⑻
F匝道桥
FK0+152.63
134.5
φ1.3m桩基础
223/14
⑼
G匝道桥
GK0+526.0
273
φ1.2m、φ1.3m桩基础
490/28
⑽
H匝道桥
HK0+476.885
343
φ1.2m、φ1.3m桩基础
684/38
⑾
拼宽小桥
LK103+294
24
φ1.0m、φ1.2m桩基础
148/14
2
乳源河大桥
ZK96+967.5
671.8
φ1.2m、φ1.5m、φ1.8m桩基础
2371/108
YK96+954
591.8
3
江湾河大桥
ZK98+381.5
421.8
φ1.2m、φ1.5m、φ1.8m桩基础
1756/76
YK98+408
436.8
4
西岸小桥
ZK89+645
36.04
φ1.0m、φ1.2m桩基础
480/32
YK89+646.5
36.04
2.2水文地质
桥址区地表水为河沟水，受季节影响明显。
地下水为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水及岩溶水。
孔隙潜水主要赋存于第四系冲洪积层中，含水量丰富，局部具有承压性。
基岩裂隙水主要赋存于砂岩、灰岩中，水量较贫。
岩溶水主要赋存于灰岩岩溶发育部位，基岩在钻探过程中，存在溶洞的钻孔及部分基岩裂隙较发育的孔，钻至溶洞及裂隙处出现微弱～严重漏水现象，说明溶洞或裂隙及溶隙间有一定的连通性，且存在较大的储水空间，其水量丰富。
地下水的补给来源于大气降水及砂层和溶洞、溶隙的侧向迳流补给，向下游排泄。
区内地下水主要接受大气降水的垂直入渗补给，总体径流方向向溪汇集。
地表水主要顺坡向沟溪排泄，区内地表水、地下水径流条件较好。
区内地下水水量较丰富，对拟建桥梁墩、台基础施工影响较大。
2.3工程地质
桥址区出露地层主要为下统石磴子组（C1ds）、石炭系测水组地层（C1dc）及第四系冲洪积层（Qal+pl）、坡积层（Qdl）、残积层（Qel）、填筑土（Qme）、种植土（Qpd）。
地层从上到下依次为：
填筑土、种植土、淤泥质土、粉质黏土、细砂、中砂、粗砂、角砾土、圆砾土、碎石土、卵石土、风化煤层、风化页岩、风化砂岩、风化灰岩、风化泥灰岩、风化粉砂岩。
不良地质：
本次勘察揭露岩溶等不良地质。
特殊岩土层为谷地中软土和煤层，影响拟建桥台、墩的稳定性，须采取相应的处理措施。
岩溶影响拟建桥台、墩的稳定性，桥梁基础应嵌入完整连续的灰岩内，且应保证桩端持力层及其应力扩散范围内不能存在有溶洞、溶槽或其它临空面。
溶洞情况：
通过对桩基地质勘察资料统计，绝大部分桩均存在溶洞，且溶洞数量都在2个以上，溶洞高度0.1～26.9m不等，其中8m以上溶洞共有30个，有全充填、半充填、无充填三种。
溶洞充填物有粉质粘土、灰岩碎块、卵石土。
根据本项目的施工特点，马渡互通桥主线和匝道桥上跨京珠高速和G323线，为确保京珠高速和G323上的施工安全，桩基拟采用钢护筒跟进法施工确保既有线上的行车安全。
三、钢护筒跟进施工方案
3.1工艺流程
3.2施工工艺
①外护筒直径较设计桩径大20cm，内护筒直径较设计桩径大5cm。
护筒采用8mm钢板制作。
②施工程序：
根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长，先易后难，先外后内的原则确定各桩施工顺序。
③外护筒下到岩面以后，即开始对覆盖层和顶板进行冲钻，其钻孔方法与传统的冲击钻孔方法相同，但成孔的桩径比设计桩径大7cm，以便内护筒顺利通过顶板。
护筒跟进示意如下图：
④当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，为使开孔坚实、竖直、圆顺和对继续钻孔起导向作用，应在钻孔前抛0.5-1.0m3的小片石和适量粘土，借钻头冲击力把泥浆、石块挤向孔壁，以加固护筒刃脚。
⑤当内护筒下沉到位后，在内外护筒间进行抛石压浆处理，以增加护筒的整体刚度。
之后进行内护筒的排泥和稳固岩面的钻孔。
⑥双护筒冲击钻孔采用吸泥法清孔。
为使钻孔桩砼与孔底岩体粘接良好，灌注水下砼之前需用高压水冲射排除残碴。
3.3护筒刃脚固结处理
当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不可能与岩面完全接触，加上岩面岩面一般较为倾斜，内护筒与岩面之间一般往往会形成较大间隙，若不加以固结，在入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，极易造成埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔，留下质量隐患。
在施工中采取的方法如图所示。
利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土，用2-4m冲程进行冲压，使其密实造壁，反复多次，直至孔底平整才可以向下冲进，处理同时可以冲平参差不齐的岩面。
3.4拟采用钢护筒跟进法施工的桩基
序号
桥名
墩号
桩号
桩径（m）
桩长（m）
桩顶标高
桩底标高
稳定层标高
护筒长度
重量（t）
1
马渡互通A匝道桥
A19
36
1.3
18
61.18
43.18
54.57
4.8
1.28
2
A19
37
1.3
18
61.18
43.18
54.02
5.4
1.44
3
A20
38#-1
1.3
33
60.26
27.26
30.26
28.2
7.50
4
A20
38#-2
1.3
35
60.26
25.26
43.83
14.6
3.88
5
A21
39
1.3
44
59.99
15.99
32.53
25.7
6.84
6
A21
40
1.3
41
59.99
18.99
22.29
35.9
9.55
7
马渡互通C匝道桥
C5
13
1.5
11
59.306
48.306
51.59
5.9
1.80
8
C5
14
1.5
14
59.306
45.306
50.83
6.7
2.04
9
C6
15
1.5
21
60.11
39.11
47.22
11.1
3.39
10
C6
16
1.5
23
60.11
37.11
50.29
8
2.44
11
马渡互通E匝道桥
E19
35#-1
1.3
23
61.02
38.02
48.39
10.8
2.87
12
E19
35#-2
1.3
23
61.02
38.02
42.18
17.1
4.55
13
E22
40#-1
1.3
24
66.66
42.66
46.01
18.8
5.00
14
E22
40#-2
1.3
20
66.66
46.66
51.67
13.2
3.51
15
马渡互通F匝道桥
F1
1
1.3
12
60.37
48.37
52.06
6.51
1.73
16
F1
2
1.3
24
60.37
36.37
51.85
6.72
1.79
17
F2
1
1.3
10
61.65
51.65
55.33
4.52
1.20
18
F2
2
1.3
13
61.65
48.65
55.04
4.8
1.28
19
F3
1
1.3
21
63.768
42.768
49.31
12.7
3.38
20
F3
2
1.3
28
63.768
35.768
37.82
24.1
6.41
21
F4
1
1.3
22
61.726
39.726
43.32
16.6
4.42
22
F4
2
1.3
30
61.726
31.726
40.92
19
5.05
23
合计
81.34
备注：
⑴后附桩位平面图。
四、施工应急处理措施
4.1突发事件安全风险分析
根据岩溶处理的施工特点及本工程地质情况，充分考虑到施工技术难度和困难、不利条件等，经多方讨论和分析，确定在冲孔时可能发生的突发事件、安全风险分析如下：
1、成孔过程中遇到厚砂层时泥浆物理指标不合适，造成孔壁坍塌；
2、冲孔桩施工中遇到未探知的土洞溶洞或是过串珠状溶洞时，孔壁坍塌，严重时引起地面塌陷。
3、临时用电防护不到位或违章操作造成的触电事故。
4、机械设备因维修保养不到位或违章操作造成的机械事故。
4.2各种突发事件的处理措施
4.2.1施工中遇到溶土洞应急措施
在施工中可能遇到未知的溶土洞，当冲锤穿破溶、土洞顶板，孔内的泥浆速度流失，造成砂层段孔壁内外压力失稳而溜坍，严重时可引起地面塌陷。
技术人员及钻机充分掌握地质情况，每个孔的地质资料都发给相关人员，让其充分了解溶洞的位置，大小等，做到冲孔时心中有数。
在现场应准备足够的小片石或狗头石（直径10-20cm）和粘土，粘土要做成泥球（φ15-20cm），同时组织足够的水源。
在施工过程中配备一台ZL50C型装载机，司机随时候命。
根据冲孔进尺和冲绳拌动的情况，结合孔桩所处的地质描述图、判断出孔底位置是否是进入灰岩，在1-1.5m范围内变换为小冲程，逐渐将以防止卡锤。
在入岩后要有专人观测护筒内泥浆面的变化，根据冲孔的进尺情况，如果进尺由慢突然变快，或泥浆面突然下降，这时说明击穿了未知溶洞，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水。
应迅速补水和改变冲程以防止斜孔和卡锤。
如果此时出现斜孔，则采用块石和粘土对斜孔部位全部回填，重新冲击成孔。
在溶洞内钻进时，根据填充物的不同，要采取不同的钻进方法。
当充填物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入粘土、片石混合物（比例1：
1），冲砸固壁；当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度。
只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。
如此反复使冲孔顺利穿过溶洞。
如果遇到多层溶洞，先对溶洞大小和是否为串珠状溶洞进行判定，如为串珠状溶洞，且漏水，则直接采用钢护筒通过，其施工方法见“过串珠状溶洞施工”，如不存在这种情况，则采取向溶洞内直接充填片石和粘土，泥浆护壁通过。
对于遇到特大型溶洞或半充填的溶洞，且溶洞上方有较厚的沙层时，先向孔内回灌浓泥浆，同时抛填块石和粘土球，采用小冲程冲砸固壁，直至漏浆现象消失。
如果出现一下冲破溶土洞顶板，泥浆突然间流失，引起整个孔坍塌严重，则迅速提起冲锤，要求人员马上离开钻机，待不再坍塌后，对整个孔进行回填处理，先进行预处理后，重新成孔。
4.2.2过串珠状溶洞应急处理措施
根据现场成孔深度和超前地质冲孔的资料相对比，以及结合钻杆钻进速度判断出孔桩接近溶洞顶部岩层时，提起冲锤、钻杆，移开回转钻机，采用冲击钻机冲孔。
用冲击钻冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50cm。
所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。
当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的。
在施工现场准备足够的粘土和块石，同时制备大量的泥浆。
根据超前钻探得的串珠状溶洞顶标高反算出地面至第一个溶洞顶的深度，根据此溶洞与钻进深度相比较可知是否到达溶洞顶部，装载机和小推车就位，密切注意泥浆面变化，一旦穿通溶洞后，提起冲锤，向孔内回灌泥浆，向孔内回填片石和粘土，如果不发生塌陷，则用冲锤冲击孔洞内孤石和突石，对洞底部斜岩面进行冲平，以保证钢护筒顺利下放。
过第二个溶洞按过第一个溶洞的方法过进行。
注意事项：
（1）、过每层溶洞顶薄岩层时要采用小冲程锤击，防止一下把岩层击穿后引起钢护筒脱落下沉，严重时引起地面塌陷。
（2）、冲破岩层后，要及时提起冲锤，防止塌孔引起卡锤。
（3）、在溶洞内采用小冲程冲击，以防止卡锤，同时清理洞内的突石，锤平洞底部斜岩面，以保证钢护筒在下放时不会较大的产生偏斜。
五、人员、机械配置
5.1人员配置及分工
人员配置及分工见5-1所示。
表5-1施工人员配备计划表
序号
部门、工种
人数
备注
一
管理层
1
冲孔桩作业队队长
2
2
现场技术人员
2
3
现场安全员
1
合计
4
二
作业层
1
机械司机
30
2
泥浆拌制及泥浆清理工人
4
3
钢筋工
8
4
电焊工
4
5
电工
2
6
杂工
4
文明施工
合计
52
总计
57
5.2机械设备配置
设备配备遵循原则：
根据单项施工技术要求和施工作业条件确定设备选型；按照施工进度计划指标配备设备台数，生产能力留有余地；同时考虑突发性事件所需的工程抢险应急设备。
主要设备配备计划见下表5-2所示。
表5-2主要施工设备表
序号
设备名称
数量
规格型号
主要工作
性能指标
使用部位
1
冲击钻机
6
φ1.3m、φ1.5m、φ1.8m
2
导管及提升井架
2
砼灌注
3
泥浆泵
6
2L/2PWL
40m3
抽泥浆和回灌泥浆
4
钢筋弯曲机
1
GW40B
φ40
钢筋笼加工
5
钢筋切断机
1
FGQ40A
φ40
钢筋笼加工
6
交流弧焊机
3
BX1-500
500A
钢筋笼加工
7
装载机
1
ZL50C
应急用
8
小斗车
4
应急用
9
抽水机
5
QY80-12-2.2
2.2KW
应急及抽基坑水
10
发电机
1
DFC120GF
120kw
自发电
六、安全、质量保证措施
6.1安全保证措施
（1）冲孔桩施工时，应查明土洞、溶洞分布范围和类型，确定处理方案；技术人员及冲孔作业人员应充分掌握地质情况，每个施工段的地质资料都发给相关人员，让其充分了解施工作业点地质情况，做到施工时心中有数；施工中如遇到溶洞，发生坍孔，则操作司先提起冲锤，人离开钻机，挖掘机迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水，以防止斜孔和卡锤。
待处理完成后，再进行重新冲孔作业。
（2）冲孔过程中，非相关人员距离钻机不得太近，防止机械伤人、挖掘机处理地面塌陷时，现场应有警戒人员，无关人员不得进入挖掘机旋转范围内。
（3）钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、少松，防止击穿岩壳卡住钻头。
（4）钢筋笼吊装过程中必须注意：
对接完毕，必须检查作业人员的脚是否缩回，防止钢筋笼下放时将脚刮伤甚至将人带入孔中的事故发生；吊装前应检查钢筋笼中是否有余料未清除，吊装过程中无关人员禁止进入警戒区内。
（5）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。
导管安装须注意：
导管对接必须注意手的位置，防止手被导管夹伤。
（6）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。
（7）钢护筒接长安设时，操作人员不得在吊锤下作业。
（8）施工时的高压泥浆泵应做好以下安全检查工作：
泵体内不得留有残渣和铁屑，各类密封套完整良好，无泄漏现象；安全阀中的安全销要进行试压检验，必须确保在规定达到最高压力时，能断销卸压，决不可安装未经试压检验的或自制的安全销；指定专人管理，压力表定期检修，保证正常使用。
6.2质量保证措施
6.2.1施工组织管理方面的措施
（1）邀请设计、监理、科研和大专院校等单位专家参加技术攻关研讨会，制订切实可行的施工方案。
（2）对施工人员进行技术培训，制定相应的规章制度，使施工人员有章可循，强化组织指挥，建立必要的奖惩制度。
（3）组织技术革新、质量管理和科技攻关组。
6.2.2施工技术措施
溶洞地质同一般地质相比较，其特点表现在它的非均质性和非密实性，反映在钻孔施工中的形式为：
A．空隙漏浆造成塌孔；B．难以形成符合设计桩径的标准圆孔；C．水下砼灌注流失无法估量，容易造成断桩。
（1）漏浆、坍孔的技术对策
①要求司钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度和钻头负荷是否正常。
②长护筒跟进。
③进行散抛填。
将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物，视漏浆程度反复抛填冲击。
（2）偏孔的技术对策
①溶沟、溶槽、岩面起伏不平。
在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时，钻孔速度会明显降低，主绳摆动大，遇此情况应马上提出钻头，抛入坚硬片石、碎石和块状黄土，以小冲程冲击，待冲到原位后第二次抛入相同配备的混合物以大冲程冲击，反复进行，直到不偏孔为止。
②溶洞侧壁侵入孔径。
以加入大块片石为主，并适当降低泥浆比重，回填后以小冲程钻进，钻头平稳后再加大冲程造孔。
（3）卡钻的技术对策
①司钻人员随时观察钻机负荷和主绳摆动情况，发现卡钻征兆及时提起钻头进行抛填处理。
②在距溶洞顶板以上30-50cm处改变钻孔冲程和冲击次数，采用慢打轻击，进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥。
③改变钻头形式。
在原十字形钻头上焊圈，把十字形连接起来，使之减慢钻进速度，一次成孔并圆顺。
（4）掉钻的技术对策
①钻头龙门与钻体区段间加工成圆弧过渡，防止断面尺寸突变，形成薄弱部位引起应力集中而断裂。
②在钻孔过程中要经常检查钻具、钢丝绳、钻头直径磨损程度，发现超限应及时更换。
（5）桩底嵌入岩层深度的保证措施
①钻头应用优质45号铸钢制造，几何形状要能避免铸造时产生热拉应力和使用时应力集中现象，现场补焊以履带板、钢轨头做补焊材料，用铸钢焊条堆焊，施焊部位先预热，由技术娴熟的电焊工施焊，确保补焊质量。
②钻孔各阶段应采用不同的泥浆比重及粘度。
③清孔前将水泥、锯末、烧碱、黄土混合物抛入孔内冲击60分钟，使泥浆比重达到1.6以上，这对减少更换钻头、补焊次数，提高成孔速度极为有利。
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