第一章 工程概况 一、工程简介 石卡水库特大桥为襄樊至十堰高速公路武当山至许家棚段项目，大桥右桥中心桩号为K423+772.2m，左桥中心桩号为K423+757.2。全长592.4m，桥面宽为23m。整个工程分为临时工程、基础、下部结构、上部结构四项主要部分。 钻孔灌注桩基础，桩径D=180cm，共计52根，桩长分别为8m桩基为30根，9m桩基为3根，10m桩基为6根，11m桩基为4根，13m桩基为2根，15m桩基为3根，18m桩基为1根。桩基累计长496m。 下部结构为35个双柱式桥墩、2个桥台。立柱尺寸为120×140 cm，桥台盖梁为30号钢筋混凝土结构。 上部结构采用30m预应力钢筋混凝土T梁，桥墩、桥台支座都采用球式橡胶支座，桥面铺装采用等厚FYT-I防水剂。 二、工程自然条件 1、地形、地貌、气象及水文特征 本大桥位于湖北省襄樊境内，属于全国雨季施工雨量为Ⅱ区，全国冬季施工气温为准一区。地势较高，属于丘陵地区，施工挖填方较大。 所在区域属亚热带季风湿润气候，气候温和，四季分明，雨水充沛，春湿多雨；夏秋多旱，严寒期短，暑热期长，雨季集中于3-8月。 2、工程地质、地震 地质构造单一，无的断裂与构造，地表山体稳定。河道旁存在小范围软土。本桥的地震基本裂度小于VI度，构造物（桥梁）不作抗震设计。在勘探深度35m范围内，下部为石英片石岩，地质状况良好。 三、主要设计技术指标 设计荷载为汽车-超20级，挂车-120，设计洪水频率为1/100。 四、工程特征分析及施工对策 1、工程重点和难点： 本桥的重点、难点工程8号桥墩基础的施工、30m预应力T梁的预制安装。 2、施工对策 （1）8号桥墩基础对策：成立专业钻孔小组，由项目副经理任组长，采用连续，加大人员、机械设备的投入。 （2）30m预应力T梁施工对策：加大该桥人员、设备和资金的投入，精心组织、合理安排。配备专门的施工机械设备，安排专业队伍施工。第二章 方 案 比 选 第一节 围堰方案 一、施工介绍： 1、石卡水库特大桥设计洪水频率为1/100；区域内地震烈度为小于Ⅵ度。 2、全桥共有桥墩左18个，右17个。其中1、2、3、4、5、6、7、12、13、14、15、16、17、18号墩为陆地基础，8、9、10号墩为水下基础，施工难度较大，所以本桥基础施工即以8号墩为例，详述其施工方案。 由于第8、9、10、11为深水灌注桩，故应考虑采用围堰工程。围堰考虑采用以下两种方案。 表2.1 围堰方案比选 项目 优 点 缺 点 经 济 主要机械设备 备 注 钢板桩围堰 钢板桩本身强度大，防水性好，适用范围广泛。打入土层时穿透能力强，不但能穿过砾石、卵石层也能切入软岩层。整体刚度性较强 拔桩困难 较木板桩贵 定额基价为255945元/m 各种类型打桩机具，只要适合于打桩的锤击 力及其适应系数适合时，均可用于钢板桩 插打方法分为逐块插打、先插合拢后再打及开始的一部分逐块插打后一部分则合拢后再打 木板桩围堰 取材方便，费用低 稳定性差，适用范围小 较钢板桩便宜 根据板桩断面、土质及入土深度邓选用坠锤、柴油机锤、汽锤、或辅以射水施打 可分为先插后打和分块插打 综上所述，施工过程中建议使用方案一，钢板桩围堰图见附图1。 8号墩为深水钻孔灌注桩基础，在枯水季节水面标高为165.15m，水深为7.79m。其施工为本工程基础部分的重点和难点。根据研究决定：施工安排在其枯水的冬季进行。在水中打钢板桩围堰（围堰的尺寸为20m×5m），然后在钢板桩围堰上搭设施工平台，封底后抽水，使用冲击钻机冲击成孔，最后灌注混凝土。围堰的主要作用是防水和围水，有时还起着支撑基坑坑壁的作用。 二、工艺要求 围堰的结构形式和材料要根据水深、流速、地质情况、基础形势以及通航要求等条件进行选择。但不论何种形式和材料的围堰，均必须满足下列要求： 1、围堰顶高宜高出施工期间最高水位70cm，最低不应小于50cm,防御地下水的围堰宜高处水位或地面20~40cm； 2、围堰外形应适应水流排泄，大小不应压缩流水断面过多，以免壅水过高危害围堰安全，以及影响通航、导流等。围堰内形应适应基础施工的要求。堰身断面尺寸应保证有足够的强度和稳定性，使基坑开挖后，围堰不致发生破裂、滑动或倾覆； 3、应尽量采取措施防止或减少渗漏、以减轻排水工作。对围堰外围边坡的冲刷和筑围堰后引起河床的冲刷均应有防护措施； 4、围堰施工一般应安排在枯水期进行。 三、具体的施工方法如下： 1 打钢板桩围堰 1）钢板桩施打要求板桩竖直，接口严密，减少和避免渗水，降低排水工作量; 2）钢板桩与钢板桩的接口须连锁紧密; 3）吊升钢板桩时，在首先对正接口后向下插桩，借桩锤自重缓慢下插，注意随时检 查纠偏; 2、用贝雷梁片组成平台骨架，上铺方木形成平台作为施工平台的支撑; 3、堰内抽水，安装钻孔设备，进行钻孔。 第二节 桩基础方案 因河底淤泥层厚为1.3m，桩底沉于弱风化绢云石英片岩3.95m，桩径为1.8m，故桩基 础施工考虑以下两种方案：表2.2 桩基础方案比选 正循环回转钻进 反循环回转钻进 优点 在同直径中，正循环回转钻进法比用其他施工方法所能达到的深度大 能施工其他方法所不能施工的2M以上的大直径桩径，并能钻进硬岩层，使用性广特别适合于水上作业 缺点 使用的泥浆比重比较大，有大粒径卵石沉积在孔底 1当钻进地层中有比钻头吸渣口尺寸大的卵石或巨石时不能钻进 2、泥浆处理费用高，排土需要有适当的场所。 3易发生塌孔、漏水、隆起等事故，效率低 4管理不慎时桩体内会混入泥沙 5有时桩心偏斜较大，产生漏筋现象 6存在持力层周围松动桩用地层松动的缺陷 7在持力层附近有较大的承压水和渗流水时桩体混凝土质量不能确保 8、因地质情况，桩径扩孔率达7~20% 经济性 比其他施工法费用低，由于正循环机一般体型和重量小，用一些简单的临时设施就能解决问题，所以施工费用很低，而且适宜于狭窄地方的施工 钻机价格一般较便宜，使用效率高，所以能用较低的费用施工大孔径桩 主要机械 正循环钻机 正循环钻机 备注 使用的泥浆比重比较大，施工时孔内泥浆液按规范要求高出地下水位1M以上，受江河水位影响的工程，应严格控制护筒内外的水位差。 孔壁稳定性差，容易坍塌，应加强泥浆管理 如上所述，施工过程中建议使用第二方案，钻孔灌注桩施工工艺流程图详见附图2 钻孔灌注桩施工如下所述： 1、施工平台 采用钢板桩施工平台施工。平台须牢靠稳定，能承受工作时所有静、动荷载。 （1）偏差在300mm以内；钢板桩倾斜率在1%以内； （2）平台必须平整，各连接处要牢靠，钢板桩周围需要抛砂包，并定期测量钢板桩周围河床面标高，冲刷是否超过允许程度； （3）船只碰撞，夜间开启平台首尾示警灯，设置救生圈以保证人身安全。 2、护筒设置 （1）护筒内径宜比桩径大200~400mm； （2） 护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%，干处可实测定位，水域可依靠导向架定位； （3）旱地、筑岛处护筒可采用挖坑埋设法，护筒底部和四周所填粘质粉土必须分层夯实； （4）水域护筒设置，应严格注意平面布置、竖向倾斜和两节护筒的连接质量均须符上述要求； （5）护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0~2.0m。当钻孔内有承压水时，应高出稳定后的承压水位2.0m以上； （6）护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水位地质情况确定，一般情况埋置深度 宜为2~4m，特殊情况应加深以保证钻孔灌注混凝土的顺利进行； （7）护筒连接处要求内无突出物，应耐拉、压，不漏水。 3、泥浆的调制和使用 （1）钻孔泥浆一般由水、粘土（或膨润土）和添加剂按适当配合比配合而成，其性能指标可参照下表。 表2.3 泥浆性能指标 钻孔 方法 地层 情况 泥 浆 性 能 指 标 相对 密度 粘度 （Pa.s） 含砂率 （%） 胶体率 （%） 失水率 （ml/30min） 泥皮厚 （ml/30min） 静切力（Pa） 酸度 （PH） 正循环 一般地层 易坍地层 1.05~1.20 1.20~1.45 16~22 19~28 8~4 8~4 ≥96 ≥96 ≤25 ≤15 ≤2 ≤2 1.0~2.5 3~5 8~10 8~10反循环 一般地层 易坍地层 卵石土 1.02~1.06 1.06~1.10 1.10~1.1 16~20 18~28 20~35 ≤4 ≤4 ≤4 ≥95 ≥95 ≥95 ≤20 ≤20 ≤20 ≤3 ≤3 ≤3 1~2.5 1~2.5 1~2.5 8~10 8~10 8~10 相对 密度 粘度 （Pa.s） 含砂率 （%） 胶体率 （%） 失水率 （ml/30min） 泥皮厚 （ml/30min） 静切力（Pa） 酸度 （PH） 冲击 易坍地层 1.20~1.40 22~30 ≤4 ≥95 ≤20 ≤3 3~5 8~11 注：①底下水位高或其流速大时，指标取高限，反之取低限； ②地质状态较好，孔径或孔深较小的取低限，反之取高限制； ③在不易坍塌的粘质土层中，使用推钻、冲抓、反循环回转钻进时，可用清水提高水头（≥2m） 维护孔壁； ④若当地缺乏优良粘质土，远运膨润土亦很困难，调制不出合格泥浆时，可掺用添加剂改善泥浆 性能。 （2）直径大于2.5m的大直径钻孔灌注桩对泥浆的要求较高，泥浆的选择应根据钻孔的工程地质情况、孔位、钻机性能、泥浆材料条件等确定。在地质复杂、覆盖层较厚，护筒下沉不到岩层的情况下，宜使用丙烯酰胺即PHP泥浆，此泥浆的特点是不分散、低固度、高粘度。 4、钻孔施工 （1）钻机就位前，应对钻机各项准备工作进行检查； （2）钻孔时，应按设计资料绘制的地质剖面图，选应适当的钻机和泥浆； （3）钻机安装后的底座和顶端应平稳，在钻进中不应产生位移或沉陷，否则应及时处理； （4）钻孔作业应分班连续进行，填写的钻孔施工记录，交接班时应交代钻进情况及下一班注意事项。 钻孔灌注桩钻进注意事项： ① 无论采取何种方法钻孔，开孔的孔位必须准确。开钻时均应慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进； ② 用全护筒法钻进时，为使钻机安装平正，压进的首节护筒必须竖值。钻孔开始后应随时检测护筒水平位置和竖直线，如发现偏移，应将护筒拔出，调整后重新压入钻进； ③ 在钻孔排渣、提钻头除土或因故停钻时，应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和粘度。处理孔内事故或因故停钻，必须将钻头提出孔外； ④ 变截面桩的施工：全断面一次成孔或再分级扩孔钻进，分级扩孔时变截面处换小直径钻头钻进，分级扩孔时变截面桩开始用大直径钻头，钻到变截面处换用小直径钻头，达到设计高程后，再换钻头扩孔到设计直径，依次作业2-3次直到完成符合设计要求的变截面桩。钻孔时为保持孔壁稳定，覆盖层进尺不能过快，宜采用减压吊钻钻进。 5、清孔 （1）钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、孔径进行检查，符合要求后方可清孔； （2）吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，如超过规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。 清孔时应注意事项： ① 清孔方法有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射、砂浆换置等，可根据具体情况选择使用； ② 不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须保持孔内水头，防止坍孔； ③ 无论采用何种方法清孔，清孔后应从孔底提出泥浆试样，进行性能指标实验，验结果应符合规范规定； ④ 不得用加深钻孔深度的方式代替清孔。 6、灌注水下混凝土 （1）钢筋骨架的制作、运输及吊装就位的技术要求： 1）钢筋骨架的制作应符合设计要求的有关规定； 2）长桩骨架宜分段制作，分段长度应根据吊装条件确定，应确保不变形，接头应错开； 3）应在骨架外侧设置控制保护层厚度的垫块，其间距竖向为2m，横向周围不得少于4 m骨架顶端应设置吊环； 4）骨架入孔一般用吊机，无吊机时，可采用钻机钻架、灌注塔架。起吊应按骨架长度的编号入孔。 （2）灌注水下混凝土的标准设备： 1）灌注水下混凝土的搅拌机能力，应能满足桩孔在规定时间内灌注完毕。灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，则应掺入缓凝剂； 2）水下灌注混凝土的泵送机具宜采用混凝土泵，距离稍远的宜采用混凝土搅拌运输车。采用普通汽车运输时，运输容器应严密坚实，不漏浆、不吸水，便于装卸，混凝土不应离析。其途中运输与灌注混凝土温度有关时，参照有关规范； 3）水下混凝土一般用钢导管灌注，导管内径为200~300mm，视桩径大小而定。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉实验，严禁用压气试压。 （3）水下混凝土配置： 1）可采用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，使用矿渣水泥时应采取防离析措施； 2）粗集料宜优先选用卵石，如采用碎石宜适当增加混凝土配合比的含砂率。集料的最大粒径不应大于导管内径的1/6~1/8和钢筋的最小净距的1/4，同时不应大于40mm； 3）细集料宜采用级配良好的中砂； 4）混凝土配合比的含砂率宜采用0.4~0.5，水灰比宜采用0.5~0.6。有实验依据时含砂率和水灰比可酌情增大或减少； 5）混凝土拌和物应有良好的和易性，在运输和灌注过程中应无显著离析、泌水现象。灌注时应保持足够的流动性，其坍落度宜为180~220mm； 6）每立方米水下混凝土的水泥用量不宜小于350kg，当掺有适宜数量的减水缓凝剂或粉煤灰时，可不小于300kg； 7）对沿海地区（包括有盐碱腐蚀性地下水地区）应配置防腐蚀混凝土。 （4）灌注水下混凝土的技术要求： 1）首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度和填充导管底部的需要； 2）混凝土拌和物运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度，如不符和要求，应进行第二次拌和； 3）首批混凝土拌和物下落后，混凝土应连续灌注； 4）在灌注过程中，特别是潮汐地区和有承压力地下水地区，应注意保持孔内水头； 5）在灌注过程中，导管的灌注深度宜控制在2~6m； 6）在灌注过程中，应经常测探井孔内混凝土面的位置，及时地调整导管深度； 7）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，应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到骨架底口4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上，即可恢复正常灌注速度； 8）灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5~1.0m，以保证混凝土强度，多余部分接桩前必须凿除，残余桩头应无松散层。在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的灌注高度是否正确； 9）在灌注过程中，应将孔内溢出的水和泥浆引流至适当地点处理，不得随意排放，污染环境及河流。