公路桥梁水泥混凝土方形灌注桩施工工法

1、公路桥梁水泥混凝土方形灌注桩施工工法1 前言 方桩是灌注桩的一种特殊形式。与传统的圆桩相比，具有承载力大，成孔工艺较复杂的特点。在相同截面时方桩表面积、刚度比园桩大，因其与相同截面积的圆桩相比，在获得相同承载力的条件下，可减少桩身长度，节省工程造价，因而在桥梁工程中得以广泛应用。2 工法特点2.0.1 桥梁桩基方桩施工采用“两钻一挖”法。2.0.2 较之传统的钻孔灌注桩施工圆桩，成孔工艺较复杂，。2.0.3 用该法施工的方桩，在相同截面积，相同桩长的条件下，单桩承载力有较大提高，使群桩成排架桩的桩基数目得以减少，节省工程造价，具有一定的经济效益。3 适用范围 方桩成孔用到液压抓斗施工方法，适用于粘性土、砂类土、含少量砂砾石、卵石（含量少于30%，粒径小于100的土质地层。4 工艺原理 根据水泥混凝土方桩的几何形状，再结合可选用机械的几何力学指标，同时兼顾公路桥涵施工技术规范,水泥混凝土方桩可采用”两钻一挖”的施工工艺。4.0.1 采用具有自动调直功能的旋挖钻机, 可以有效地保证成孔的垂直度。至少施钻两个引孔,以同时保证成孔的平面位置.4.0.2 两个引孔施钻完毕，中间部分可采用液压抓斗

2、逐次抓取，直至到设计位置。由于有两个引孔的导向作用，中间部分的垂直度和平面位置亦同时得到保证，这是“两钻一挖”工艺的重要特点。5 施工工艺流程及操作要点5.1 “两钻一挖”工艺流程如下：测量放样矩形钢筋混凝土导墙施工灌注优质泥浆导向引孔旋挖液压抓斗抓取中间部分清孔成孔检查下钢筋笼安装双导管灌注水下混凝土5.2 操作要点5.2.1 严格保证成孔截面积。因为采取的是“两钻一挖”施工工艺，方桩两端是两个圆形引孔，因而这两个圆孔的截面积须大于或等于原设计相应的矩形截面积，如图5.2.1所示：图5.2.1L方桩设计长度（m）B方桩设计宽度（m）L液压抓斗的最大抓取长度显而易见，引孔的直径（桩径）D=（B2（L-L）/2）2）1/2也就是说，当设计方桩的长L大于液压抓斗的工作长度L时，为保证成孔的截面积，需按照以上公式计算两个引孔直径，进而确定旋挖钻机的钻头尺寸。这是方桩施工的首要控制点。5.2.2 保证矩形钢筋混凝土导墙的施工质量1 方桩施工前，需先进行钢筋混凝土导墙的施工。导墙的作用相当于普通圆桩的钢护筒，即具有以下作用：1）防止孔口坍塌2）控制桩基的平面位置3）量测孔深的基准面及导管埋深的基

3、准面4）钢筋笼吊装入孔后以导墙作为支撑结构2 为了保证导墙的上述作用，导墙施工时必须保证其工程质量。由于导墙是方桩施工中的一道工序，设计文件中没有相应的施工图，需根据工程实际自行设计，设计原则如下：1）导墙的净宽和净长比实际施工工艺确定的方桩最大轮廓线各多200，如下图所示：图5.2.1附注：单位：毫米L导墙的净长 B导墙的净宽LS方桩轮廓线长 BS方桩轮廓线宽2）按照朗金土压力分布计算每延米导墙的最大弯矩，并以此来确定导墙的截面。导墙的设计方案确定后，实际施工中则严格按照方案组织实施，从导墙钢筋骨架的制作、安装，到导墙模板的支设，导墙混凝土的浇筑，每道工序严格把关，确保导墙的工程质量。5.2.3 灌注符合要求的优质泥浆1 为保证槽壁的稳定和墙体的质量，施工前应对造浆材料进行选择，一般选用膨润土作泥浆并掺加适量的添加剂（如：CMC）。2 需配制的泥浆应根据地质条件、成槽方法、用途等进行配合比设计，试验合格后方可使用。3 重复使用的泥浆应通过振动筛、旋流器、沉淀池等方法进行净化，符合要求后方可再用。废弃泥浆和残渣应按环保的有关规定处理，并及时清远出现场。5.2.4控制液压抓斗的每次抓取层

4、厚1 为保证成桩的直顺度，应根据液压抓斗的性能和土质情况确定液压抓斗每次抓取层厚。具体判断标准是：当液压抓斗夹住一定厚度的土体从开始加压到抓取完毕，整个过程悬吊液压抓斗的钢丝绳不发生扭动，则该厚度为适宜厚度。根据姚家园立交E匝道桥的施工实践，得出了每层抓取厚度不宜超过400这一结论。若更换机型或土质情况发生重大变化，应根据具体的实际情况，通过首件工程实验确定。2 挖槽过程中应连续并始终保持槽内充满泥浆，保证槽壁的稳定。5.2.5 缩短成孔待灌期，钢筋笼场外焊接成整体，一次吊装入孔。方桩成孔后体积庞大，一旦坍孔，后果不堪设想。应尽量缩短成孔后等待灌注的时间。传统施工工艺是钢筋笼分段制作（一般为两段），先吊装第一段入孔，然后吊装第二段，在孔口施焊，焊接完毕，并待冷却后，再整体吊装就位，施焊的时间加上冷却的时间即是发生坍孔的危险期，所以为了消除这个危险期，钢筋笼必须在场外焊接成整体，并应设置一定数量的斜撑和横撑加强筋，使钢筋笼具有足够的刚度，确保在运输、吊装、插入时不变形，按设计、规范要求一次吊装就位。根据姚家园立交E匝道桥方桩的施工实践，钢筋笼焊接成整体后，重达70多吨，需用三台吊车协同起

5、吊入孔，以100吨吊车吊钢筋笼顶部，以50吨吊车吊钢筋笼中部，以25吨吊车吊钢筋笼底部。当把钢筋笼吊至即将离开地面时，50吨、25吨吊车摘钩，由100吨吊车单独起吊钢筋笼入孔，整个吊装时间一小时二十分左右，比起传统的分段吊装，孔口施焊，最后整体吊装入孔的方法约提前四个小时左右，大大缩短了成孔待灌期，保证了成孔质量。6 材料与设备方桩施工所用材料与圆桩相同，混凝土的配合比，钢筋的焊接工艺与圆桩并无区别，所不同的是在施工设备上，方桩施工需用到液压抓斗，如下图所示：上图液压抓斗型号为SG30，其主要技术参数如下：1） 成槽宽度：0.351.2m2) 最大提升力：300KN3） 卷扬机单绳拉力：160KN4） 系统压力：33MPa5） 主泵流量：2260L/minSG30液压抓斗具有单绳拉力大、成墙效率高的特点，被广泛用在地下连续墙的施工中，姚家园立交（二期）工程E匝道桥方桩即是采用该种设备，实践证明其性能良好。7 质量控制7.0.1 方桩施工应按公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）进行质量控制。具体指标如下：表7.0.1 方桩质量控制指标项目允许偏差孔的中心位置（）50孔

6、径不小于设计桩径倾斜度（）小于1%桩长，且不大于500孔深（m）不小于设计规定沉淀厚度（）3007.0.2施工中采取以下质量控制措施：1 两个引孔桩位放样必须准确，每个引孔均布设十字桩。2 旋挖钻机就位时，利用钻杆电脑控制系统精确对中，并保持钻杆垂直。3 成孔后对孔底沉淀先用液压抓斗反复捞取，然后用高压水枪将剩余沉淀物冲入泥浆中，及时进行泥浆置换，直至沉淀厚度满足设计要求。4 在水下混凝土灌注中，为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时，降低混凝土的灌注速度，当混凝土上升到骨架底口4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上，即恢复正常灌注速度。5 灌注开始后，保证紧凑、连续地进行，确保中途不停工。在灌注过程中，控制每次放入漏斗内的混凝土量，防止混凝土从漏斗顶溢出或从外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测深不准确。灌注过程中，注意管内混凝土下降和孔深水位升降情况，及时测量孔内混凝土高度，正确指挥导管的提升和拆除。（六）、在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土的灌入量要控制好，徐徐灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的

7、橡胶垫，而使导管漏水。8 安全措施1 组织职工学习安全生产知识和规章制度。新工人（包括合同农民工上岗前必须先进行安全知识培训，经考试合格后方准上岗）。2 凡进入施工现场人员必须戴好安全帽，不得穿拖鞋或赤脚进入施工现场。3 机械所用电缆要采取防护措施，避免车辆碾轧破损，以防止人员触电，电器设施要有防雨措施，按雨季施工要求安装。4 现场用电设备必须实行三级供电，两级保护。5 所有电器设备的安装及拆卸必须由专职电工操作。6 设备吊装时，应按负荷选择索具，严禁吊物下站人。吊车回转半径内严禁站人。7 搬、抬设备及物体时，必须统一口号，同起同落，以免伤人。现场所用设备安装牢稳、清洁，符合规范要求。8 按期对使用设备维护保养，保证不带病运转，完好率达到规定标准。9 设备车辆移位、行起时，要先看地形，不得盲目进行移动，以免成事故。10 工地与社会交通出入口，设专人指挥车辆，保证交通安全。9 环保措施1 成立施工环保小组，在施工中严格按国家的有关法规、规章执行。 2 在工程建设允许的范围内，规划各种设施和临时设施（泥浆池等）并做到标识清楚、齐全，施工现场整洁文明。3 注意施工现场噪声的扰民问题，在靠近居

8、民区的施工点，若非工程必须连续进行，夜间22时以后停止施工。4 施工过程产生的废弃物、污染物应按照监理工程师的指示集中堆放或及时清运，生活垃圾定期运至远离居民区的垃圾堆放点。5 保护当地一草一木，不得随意破坏植被、树木。6 不得随意扩大施工场地，在允许施工线内施工。7 在河道内施工，注意废油、废水，不得污染河道。8 有专人把守路口，清洗车辆轮胎和路面。10 经济效益分析前面提及，方桩与圆桩相比，在相同截面，相同桩长的条件下，单桩承载力有较大提高， 方桩(以正方形为例) 圆桩当a2=r2时,方桩周长4a=4()1/2r=41.77r=7.08r圆桩周长2r=6.28 r所以,方桩周长圆桩周长。对于摩擦桩来说,方桩比圆桩与桩周土要获得更大的摩擦力,因而承载力相应提高,提高率K=(7.08-6.28)/6.28=12.7% 基于此,在承载力要求一致的前提下设计桩基时,若采用方桩,则桩身长度是圆桩的0.887倍,假设圆桩设计桩长为40米,则方桩的桩长为:0.887*40=36米,若每延米桩基成本为500元,那么方桩较之圆桩，单桩成本节约4*500=2000元,其经济效益是非常明显的。11 工程应用实例北京市东五环姚家园立交（二期）工程E匝道桥采用3.5*1.0*38m的方桩基础，京承高速公路潮白河大桥采用了2.5*1.0*26m和2.5*0.8*18m的方桩基础，采用“两钻一挖”施工工艺，在成桩速度、成桩质量上都取得了良好的效果，（施工照片附后）。为了节约成本，今后在旋挖钻钻头的选择上尽量与液压抓斗配套，使成桩截面与设计截面最大限度地吻合。姚家园立交E匝道桥4#方桩施工中 （液压抓斗正在抓取中间部分）姚家园立交E匝道桥4#方桩施工中

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