主塔桩基水下混凝土灌注施工方案

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中国铁建十三局集团有限公司

水下灌注桩混凝土施工方案

一．工程概况

鹅公岩长江大桥为轻轨专用桥，项目为土建7标。鹅公岩轨道专用桥位于鹅公岩公路大桥上游70m，与公路桥之间净距仅有45m，是南环线上连接南岸区和九龙坡区控制性工程。

本桥两个主墩承台处于长江内，主墩桩基采用18根Φ3000mm钻孔灌注桩分左右双幅布置，桩长16m，全部为嵌岩桩。主墩承台左右幅通过横梁连接，成哑铃型布置。

二．主要工程数量

桥梁主墩桩基主要工程数量表见一。

表一  主要工程数量表

桩基施工工期计划如下：

西岸桩基：2014年6月10日-2014年6月20日

东岸桩基：2014年10月1日-2014年11月25日

四．桩基水下混凝土施工方案

由于本桥两个主墩桩基处于长江内，施工期间长江水位变化较大，导致桩基内水位高、渗水量大，因此采用水下灌注混凝土方案进行施工。

（一）、施工准备

根据现场实际情况，在灌注水下混凝土前，准备好导管、料斗、水泵、泥浆泵等设备。

（二）、施工方案

1、导管安装

导管采用壁厚6mm，内径φ273mm的钢管分节段拼接而成。导管在进场使用前必须先做水密实验，且至少在施工前1天再次做水密实验，保证导管连接密实不透水。

单孔灌注现场每节标准长 2.5m，其中1.0m和1.5m管各一节。导管不得有弯曲、洞眼和明显的凹陷。为保证混凝土灌注施工操作方便和浇灌顺畅，安装后的导管，其下口距孔底0.5m深度左右。

导管使用前应逐一检查丝扣，确保每节丝扣的紧密连接。丝扣不符合要求或变形超标的导管应坚决予以剔除，更换，并撤离现场或予以明显标识。

导管连接成导管柱，确保垂直，接头处采用密封圈垫予以密封。密封圈厚度为3-5mm。

2、水下混凝土灌注

（1）水下混凝土

①由商品混凝土搅拌站提供，混凝土生产能力至少达到120m3/h的连续混凝土供应量、泵送至孔口灌注；

②混凝土应有良好的和易性，在运送和灌注过程中应无明显离析、泌水现象；

③混凝土应保持足够的流动性，坍落度必须满足水下砼的灌注要求，本工程坍落度损失值控制在18～22cm，不符合标准的砼不得灌入孔内；混凝土坍落度的测控：正常灌注时一次/每桩、出现明显异常时及时取样并测坍落度；

④水泥的初凝时间，不宜小于2.5h；

⑤混凝土的配置强度应比设计强度提高10%-20%。

（2）导管埋深

导管埋深的大小对灌注质量影响很大，根据水下砼流动扩散规律，保持合适的导管埋深，对水下砼灌注是非常重要的。实际水下砼灌注作业，往往需要严格控制导管的最小埋深，以保证桩身砼的连续均匀，防止出现断桩现象。对导管的最大埋深，则以能保持管内砼顺畅流出，便于导管起升和减少灌注提管拆管的辅助作业时间来确定。对灌桩桩要求：导管最小埋深不低于2米，导管最大埋深不超过6米。

①混凝土初灌量计算：

初灌混凝土量V应根据设计桩径、导管管径、导管安装长度进行计算，且V≥V0+V1。

V0为1.3m桩长的混凝土量，V0＝1.3πD2/4（单位：m3）；

D－设计桩径（m）。

V0＝1.3πD2/4=1.3×3.14×9/4=9.2m3

V1为初灌时导管内积存的混凝土量，V1＝(hπd2/4)（ρ＋0.55πd）/2.4 (单位：m3)；

h－导管安装长度（m）；

d－导管直径（m）；

ρ－水密度（t /m3）；

 0.55－导管内壁的摩阻力系数；

2.4－混凝土的密度（t /m3）。

V1＝(hπd2/4)（ρ＋0.55πd）/2.4=(16×3.14×0.282/4)×(1.0+0.55×3.14×0.28)/2.4=0.6m3

初灌混凝土量V≥V0+V1=9.2+0.6=9.8m3

②灌注混凝土注意事项

A严格遵守桩基础施工规范施工。

B严格把好商品混凝土的质量关，控制好商品混凝土配合比，掌握好搅拌时间和砼的和易性，是防止桩身砼离析和强度偏低的有效措施。

C在灌注混凝土前导管进行预拼并做水密性试验，在灌注混凝土中导管要经常检查是否可拉动提起，提升时要注意速度，以免出现脱节现象。

D施工前校准探测绳。

E混凝土灌注时超出设计桩顶标高，直至孔口溢出混凝土为止。

F桩顶3m范围内混凝土采用振捣棒进行振捣，确保桩顶混凝土密实。 

G孔口料斗采用双料斗形式灌注，孔口料斗为3m3，辅助料斗为7m3。

③桩基检测

桩基施工完毕后，对桩按设计要求采用声测管进行检测。四根声测管呈90°均匀布置，声测管与桩基钢筋N2相连。

（3）混凝土灌注

桩基水下混凝土灌注采用双料斗形式进行施工，连接导管采用3m3料斗，辅助料斗采用7m3。施工步骤如下：

①导管进行水密试验；

②安装导管，主料斗和辅助料斗就位；

③通过汽车泵，先将辅助料斗装满混凝土，然后将主料斗混凝土装置距料斗顶部30cm处，适当打开辅助料斗，向主料斗内注入混凝土，同时打开主料斗球阀，开始灌注封底混凝土，汽车泵则同时向主料斗里放料，直至封底完成；

④通过测绳检测混凝土灌注高度，计算导管埋置深度，然后再进行下步施工；

⑤正常灌注混凝土，定点测定混凝土导管埋置深度；

⑥导管埋置深度达到6m时，拔一节2.5m导管，混凝土浇筑过程拔4节导管，剩余导管一次性拔完；

⑦混凝土灌注时，超灌桩头高度1m，确保桩身完整、密实、强度合格；

⑧由于西岸采用人工挖孔，孔口高程，亦是桩顶高程，灌注水下混凝土时，顶部无压力，为了确保桩基灌注质量，采用如下措施：混凝土灌注到桩顶时，将顶部离析部分全部翻出，直至露出真实、合格混凝土，对桩头进行机械振捣密实，振捣深度3～5m。

⑨清理现场残余混凝土及泥浆。

⑩混凝土灌注过程中，拔出导管和停用料斗需要及时冲洗，便于再次使用。

（三）、灌注事故预防及处理

1、导管进水

主要原因有：

①封底混凝土储量不足，或虽然混凝土储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋设导管底口，以致泥水从底口进入；

②导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流入；

③导管提升过猛，或测探出错，导管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水。

处理方法有：

①若是上述第一种原因引起的，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出，不得已进需要将钢筋笼提出采取复钻清除。然后重新下放骨架、导管并投入足够储量的首批混凝土，重新灌入；

②若是第二、三种原因引起的，应视具体情况，拔换原管重下新管；或有原导管插入续灌，但灌注前均应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如系重下新管，必须用潜水泵将管内的水抽干，才可继续灌注混凝土。为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌混凝土从导管底口翻入，导管插入混凝土内应有足够深度，应大于200cm。由于潜水泵不可能将导管内的水全部抽干，续灌的混凝土配合比应增加水泥量，提高稠度后灌入导管内，灌入前将导管进行小幅度抖动或挂振捣器予以振动片刻，使原混凝土损失的流动性得以弥补。以后灌注的混凝土可恢复正常的配合比。

2、卡管

在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为卡管。卡管有以下两种情况： 

①初灌时隔水栓卡管；或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆补冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。

处理办法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。如仍不能下落时，则须将导管连同其内的混凝土提出钻孔，进行清理修整(注意切勿使导管内的混凝土落入井孔)，然后重新吊装导管，重新灌注。一旦有混凝土拌和物落入井孔，须按第2项处理方法将散落在孔底的拌和物粒料等予以清除。提管时应注意到导管上重下轻，要采取可靠措施防止翻倒伤人。

②机械发生故障或其它原因使和混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在管内。其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时立即调换备用机械；同时采取措施，加速混凝土灌注速度，必要时，可在首批混凝土中掺入缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间。当灌注时间已久，孔内首批混凝土已初凝，导管内又堵塞有混凝土，此时应将导管拔出，重新安设钻机，利用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土钻挖吸出，用冲抓锥将钢筋骨架逐一拔出。然后以粘土掺砂砾填塞井孔，待沉实后重新钻孔成桩。

3、塌孔

在灌注过程中如发现井孔内水位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是塌孔征象，可用测深仪探头或测深锤探测。如测深锤原系停挂在混凝土表面上未取出的现被埋不能上提，或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度，相差很多，均可证实发生塌孔。

塌孔原因可能由于孔口周围堆放重物或机械振动等，有可能引起塌孔。发生塌孔后，应查明原因，采取相应的措施。如保持或加大水头，移开重物、排除振动等，防止继续塌孔。如不继续塌孔，可恢复正常灌注。如塌孔仍不停止，坍塌部位较深，宜将导管拔出，将混凝土钻开抓出，同时将钢筋抓出，只求保存孔位，再以粘土掺砂砾回填，待回填土沉实时机成熟后，重新钻孔成桩。

4、埋管

导管无法拔出称为埋管，其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。

预防办法：应按前述要求严格控制埋管深度，一般不得超过6m；在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早地初凝；首批混凝土掺入缓凝剂，加速灌注速度；导管接头螺栓事先应检查是否稳妥；提升导管时不可猛。

若埋管事故已发生，初时可用链滑车、千斤顶试拔。如仍拔不出，凡属并非因混凝土初凝流动性损失过大的情况，可插入一直径稍小的护筒至已灌混凝土中，用吸泥机吸出混凝土表面泥渣；派潜水工至混凝土表面，在水下将导管齐混凝土面切断，拔出小护筒，重新下导管灌注。此桩灌注完成后，上下断层间，应照下面所述方法予以补强。

5、钢筋笼上浮

引起灌注混凝土过程钢筋笼上浮的原因主要有如下三方面：

①混凝土初凝和终凝时间太短，使孔内混凝土过早结块，当混凝土面上升至钢筋笼底时，混凝土结块托起钢筋笼。

②清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上，形成较密实的砂层，并随孔内混凝土逐渐升高，当砂层上升至钢筋笼底部时便托起钢筋笼。

③混凝土灌注至钢筋笼底部时，灌注速度太快，造成钢筋笼上浮。

处理方法：

①采用型钢扁担梁固定在钢护筒上，以防止其在混凝土灌注过程中产生上浮及偏移；

②当导管底口低于钢筋底部3m至高于钢筋笼底1m之间，且混凝土表面在钢筋笼底部上下1m之间时，应放慢混凝土灌注速度。

（四）、混凝土灌注过程因故中断的处理办法

混凝土灌注过程中断的原因较多，在采取抢救措施后仍无法恢复正常灌注的情况下，可采用如下方法进行处理：

①若刚开灌不久，孔内混凝土较少，可拔起导管和吊起钢筋笼，重新钻孔至原孔底，安装钢筋笼和清孔后再开始灌注混凝土。

②迅速拔出导管，清理导管内积存混凝土和检查导管后，重新安装导管和隔水栓，然后按初灌的方法灌注混凝土，待隔水栓完全排出导管后，立即将导管插入原混凝土内，此后便可按正常的灌注方法继续灌注混凝土。此法的处理过程必须在混凝土的初凝时间内完成。

③混凝土灌注过程因故中断后拔除钢筋笼，待已灌混凝土强度达到C15后，先用同级钻头重新钻孔，并钻除原灌混凝土的浮浆，再用φ500钻头在桩中心钻进300～500mm深，这样就完成了接口的处理工作，然后便可按新桩的灌注程序灌注混凝土。

（五）、桩身混凝土夹渣或断桩预防

引起桩身混凝土夹泥或断桩的原因主要有如下四方面：

1.初灌混凝土量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有入混凝土内。

2.混凝土灌注过程拔管长度控制不准，导管拔出混凝土面。

3.混凝土初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使混凝土上部结块，造成桩身混凝土夹渣。

4.清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上，形成沉积砂层，阻碍混凝土的正常上升，当混凝土冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被包入混凝土内。严重时可能造成堵管事故，导致混凝土灌注中断。

导管的埋管深度宜控制在2～6米之间，若灌注顺利，孔口泥浆返出正常，则可适当增大埋管深度，以提高灌注速度，缩短单桩的混凝土灌注时间。混凝土灌注过程拔管应有专人负责指挥，并分别采用理论灌入量计算孔内混凝土面和重锤实测孔内混凝土面，取两者的低值来控制拔管长度，确保导管的埋管深度≥2米。单桩混凝土灌注时间宜控制在1.5倍混凝土初凝时间内。

处理断桩的几种方法：

1.断桩后如果能够提出钢筋笼，可迅速将其提出孔外，然后用冲击钻重新钻孔，清孔后下钢筋笼，再重新灌注混凝土。

2.如果因严重堵管造成断桩，且已灌混凝土还未初凝时，在提出并清理导管后可使用测锤测量出已灌混凝土顶面位置，并准确计算漏斗和导管容积，将导管下沉到已灌混凝土顶面以上大约10cm处，加球胆。继续灌注时观察漏斗内混凝土顶面的位置，当漏斗内混凝土下落填满导管的瞬间（此时漏斗内混凝土顶面位置可以根据漏斗和导管容积事先计算确定）将导管压入已灌混凝土顶面以下，即完成湿接桩。

3.若断桩位置处于距地表10m以下处，且混凝土已终凝，可使用直径略小于钢筋笼内径的冲击钻在原桩位进行冲击钻孔至钢筋笼底口以下1m处，然后往孔内投放适量炸药，待钢筋笼松动后整体吊出或一根根吊出。然后再进行二次扩孔至设计直径，清孔后重新灌注混凝土。

4.若断桩位置处于距地表5m以内，且地质条件良好时，可开挖至断桩位置，将泥浆或掺杂泥浆的混凝土清除，露出良好的混凝土并凿毛，将钢筋上的泥浆清除干净后，支模浇筑混凝土。拆模后及时回填并夯实。

5.若断桩位置处于地表5m以下、10m以内时，或虽距地表5m以内但地质条件不良时，可将比桩径略大的混凝土管或钢管一节节接起来，直到沉到断桩位置以下0.5m处，清除泥浆及掺杂泥浆的混凝土，露出良好的混凝土面并对其凿毛，清除钢筋上泥浆，然后以混凝土管或钢管为模板浇筑混凝土。

6.若因坍孔、导管无法拔出等造成断桩而无法处理时，可由设计单位结合质量事故报告提出补桩方案，在原桩两侧进行补桩。

五．安全、质量保证及其他

（一）、施工质量、安全措施

1、施工质量保证措施

⑴ 做好质量管理的各项基础工作。如建立质量责任制，开展质量管理全员教育等。

⑵ 规划质量目标，制定质量保证计划，并组织、贯彻执行。

⑶ 建立质量管理体系，并组织协调其正常运转。

⑷ 对影响工程质量的各环节应进行全面控制，保证工程质量满足设计质量等级要求。

⑸ 加强施工设备、仪器的维护与检修，使其性能优良，保证施工质量，泥浆泵、发电机、电焊机等配套设备进场前必须检查合格。

⑹ 加强材料管理，完善材料质检工作，保证性能优良、合格的材料方能用于施工，无检验合格证或出厂合格证的产品、原材料不允许进入施工现场。

⑺桩位放样均由测量班进行测设放样，经验收后应采取保护措施，以便于施工过程中监控纠偏。

2、施工安全注意事项

⑴ 建立健全安全管理制度，配齐人员，完善安全保证体系；为了确保本项目的出项零事故，工程的顺利进行，项目上成立安全工作领导小组：

组  长: 刘长海

副组长：王强  刘志

组  员：王森 占波 张学安 张新山 邹德凯  赵金宗 

⑵ 建立健全岗位责任制，责任到人，加强安全教育，提高安全员安全意识，加强工人的技能培训和岗前安全教育工作，所有作业人员的素质和意识要适应和满足本项目的施工要求。

⑶ 参加施工的管理人员、技术人员和生产操作人员，必须接受安全环保技术教育，熟知和遵守钻孔桩施工的各项安全技术操作规程，并签订《施工人员安全生产承诺书》。

⑷ 对于从事电气、起重、焊接、车辆驾驶、等特殊工种的人员，必须持证上岗。

⑸ 操作人员上岗前，必须按规定穿戴个人安全健康防护用品。安全员应随时检查劳动防护用品的穿戴情况，不按规定穿戴防护用品的人员不得上岗。

⑹ 应对施工现场、机具设备及安全防护设施等，进行全面检查，确认符合安全要求后方可施工。施工所用的各种机具设备和劳动保护用品，应定期进行检查和必要的检验，保证其经常处于完好状态；不合格的机具设备和劳动保护用品严禁使用。

⑺ 分析主墩施工作业的环境因素、危险源辨识。在施工过程中，注意环境因素、危险源可能存在的客观变化，及时调整计划措施。

⑻ 吊装钢筋笼、导管、料斗时，应根据作业高度和现场风力大小、对作业的影响程度，制定适于施工的风力标准。遇有六级(含六级)以上大风，或雷雨，施工应停止作业。

⑼ 所有机械设备就位后，应对其及配套设备进行全面检查。各种机械设备安设必须平稳、牢固；必要的位置应加设斜撑或缆风绳。

⑽ 吊装卷扬机和钢丝绳等，应配置适当，钢丝绳与钻锥用绳卡固接时，绳卡数量应与钢丝绳直径相匹配。

⑾电线接电必须由电工操作，机器设备须有专人负责，遵守安全操作规程，非操作人员禁止上机操作。加强现场设备和电路的管理和定期检修，保证设备正常运行并预防漏、触电事故。

（二）、环保要求

保持施工场地和道路平整畅道，并应有排水设施，零散碎料、垃圾及时清理。所有物料及设备摆放整齐。

1、噪声污染控制

⑴ 施工场界噪声按《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-90）的要求。

⑵ 采取措施，保证在各施工阶段尽量选用低噪声的机械设备和方法，对主要噪声源如空压机、铲车、钻机、卷扬机等采用有效的吸声、隔音材料施做封闭隔声或隔声屏，使其对居民的干扰降至规定标准。 

⑶ 夜间施工办理领取“夜间施工许可证”或“昼夜施工许可证”。

2、水污染控制

采取的控制措施：

⑴ 从开始钻孔、成孔及混凝土灌注过程中，应将孔内溢出的水或泥浆采用槽车运入指定地点处理，不得随意排放至长江，污染环境及水流。

⑵ 钻孔使用的泥浆，宜设置泥浆循环净化系统，并注意防止或减少环境污染。

⑶ 废水排入城市下水道，悬浮物执行当地的污水综合排放标准，废水排入自然水体，悬浮物执行当地污水综合排放标准。

⑷ 在工程开工前完成工地排水和废水处理设施的建设，并保证工地排水和废水处理设施在整个施工过程的有效性，做到现场无积水、排水不外溢、不堵塞、水质达标。

⑸ 根据施工实际，考虑施工所在地区降雨特征，制定雨季、特别是暴雨期，制定有效的雨季防涝排水措施，避免废水弃浆无组织排放、外溢，堵塞城市下水道等，或冲毁、污染耕植地。下载本文