内河码头大直径钢护筒引孔栽桩施工工法解析

'水运工程工法申报工法正文（2016年度）工法名称：内河码头大直径钢护筒引孔栽桩施工工法　申报单位：中建港务建设有限公司　(公章)　　申报时间：　2016年8月　　　　 目录1前言32工法特点33适用范围44工艺原理45.1施工工艺流程55.2操作要点65.3劳动组织76工料消耗78安全措施99环保措施910节能降耗911效益分析1012应用实例1012.1应用实例一：武汉新港阳逻港区三作业区一期工程1012.1.1工程概况1012.1.2施工情况1012.1.3应用效果1112.2应用实例二：武汉港阳逻集装箱港区二期工程水工码头工程1112.2.1工程概况1112.2.2施工过程及应用效果1112.3应用实例三：九江城西港区集装箱码头一期工程水工码头1112.3.1工程概况：1112.3.2施工情况及应用效果12 内河码头大直径钢护筒引孔栽桩施工工法1前言（1）2007年10月，九江城西港区集装箱码头一期工程开建。为解决施工期间汛期水流急、水位高、河床覆盖层薄、无法进行沉桩施工的难题，通过与常规搭设辅助平台进行了技术、经济对比，发明了适用水下复杂工况的“水上钢护筒引孔栽桩”施工工法，并在此基础上研发了“利用设计钢护筒直接支撑水上桩基施工平台”，成功地完成了全部水上灌注桩的施工，获得了良好的经济、社会效益。（2）2009年3月，武汉港阳逻集装箱港区二期工程水上码头工程开建。针对复杂的地质情况，通过分析打设辅助钢管桩支撑水上施工平台的常规传统工艺的不利因素，如需要投入大型打桩船机设备、消耗较多辅材、劳动力抽入大、工期长等，提出了“水上钢护筒引孔栽桩支撑施工平台”的施工工艺，并成功地完成了本工程全部水上灌注桩的施工，施工质量完全满足设计要求和安全功能的要求。（3）2013年3月，武汉新港阳逻港区三作业区一期起步阶段工程开工。该工程位于长江中上游，结构形式为高桩梁板结构，码头桩基设计为端承桩。因岩面以上覆盖层很薄（0.3m~0.5m），设计要求钢护筒需嵌入中风化层岩面2~3m，以保证钢护筒在施工期间内的单桩稳定。桩基区域河床岩层为泥质砂岩或砂岩，河床上部为中风化层，逐渐往下变化为微风化层。该段河床为侵蚀性河床，松软的覆盖层（0.3m~0.5m）和岩石的风化经过流水的冲刷被剥离，使河床岩层基本处于裸露状态。工程地处长江中、下游的阳逻水道，水量充沛。长江中下游汛期出现在5~10月份，7月份主汛期水流速度较大，局部地方流速达到2.5m/s。本工程桩基施工时段为5~11月份，施工高峰期时段正值长江主汛期。桩基施工需在高水位，大流速，水上净空较小的情况下进行。为解决以上难题，工程采用“利用设计钢护筒引孔栽桩支撑水上桩基础施工平台”工艺，成功完成了本工程全部水上灌注桩的施工，取得良好的经济社会效益。（4）公司经过多年的技术积累和不断创新，不断完善引孔栽桩体系设计，在此基础上形成了大直径钢护筒引孔植桩施工工法。该工法关键技术2014年5月日经上海市科委组织专家鉴定，达到国际先进水平，已获实用新型专利三项并申报发明专利两项。2工法特点1）施工技术成熟、工艺简单，能在较复杂的地质条件下进行施工，应用广泛。2）施工过程中大大减少了用钢量，减少施工投入、加快施工进度。3）工程质量和安全性有较好的保证：钢护筒植入基岩的锚固质量 、嵌岩桩的施工质量等均有较好的保证；汛期单桩稳定、施工平台的稳定性也有较好保障。3适用范围适用于大水位差、浅覆盖层或裸露基岩的地质水文条件。4工艺原理植桩施工主要应用于高桩梁板码头基桩需要嵌岩，岩面上覆盖层较薄，岩面较陡的情况。桩基的轴向承载力主要来自岩基中钢管的侧摩阻力和端承力，持力层在中风化岩层。桩基的水平承载力主要来自于植入钢管桩的内浇混凝土在钢管桩与引孔间外翻混凝土形成刚性节点，由钢管桩悬臂端承受。常规灌注型嵌岩桩施工常将通过在辅助钢管桩平台上，通过重锤将钢护筒打入基岩层内，这会导致引起钢护筒卷边，影响灌注桩成桩效果。为解决大直径钢护筒施工中这一关键技术难题，我们通过先在基岩内锚固钢护筒再在钢护筒上施做施工平台进行灌注桩施工。工作原理见图1、图2。图1：钢护筒开孔示意图 中风化泥质砂岩钢护筒植桩施工示意图桩位中心线覆盖层中风化泥质砂岩(2)理坡、平坡覆盖层桩位中心线(1)原始地形中风化泥质砂岩(3)引孔施工覆盖层桩位中心线中风化泥质砂岩(4)钢护筒安放覆盖层桩位中心线翻浆孔中风化泥质砂岩(5)清孔、水下混凝土锚固覆盖层桩位中心线Φ1.8m钢护筒Φ1.8m钢护筒图2：引孔植桩示意5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图3为工程施工工艺流程。 钢护筒加工钢护筒进场检测设备进场商品混凝土到场钢筋笼加工制作桩基施工设备进场平台材料进场混凝土浇筑平台形成桩位测量复核平台安全防护泥浆及沉渣检测嵌岩桩养护钢护筒桩位引孔钢护筒安放钢护筒植桩施工嵌岩桩平台搭设嵌岩桩桩机就位嵌岩桩成孔施工下放钢筋笼导管法浇筑混凝土桩基超声波检测工程船进场浮吊进场商品混凝土运至现场钢护筒上牛腿焊接浮吊就位施工机架就位固定泵及导管布置到位修桩头重复以上工艺4~5个排架钢护筒栽桩孔深、孔径、岩性、沉渣等检测图3：施工工艺流程图5.2操作要点1）根据甲供工程测量控制网，综合考虑控制点是否便于施工，现场的通视情况是否良好，占位地基是否稳定、可靠、不易发生位移、沉降以及不易破坏、便于保护等因素，在现场进行第一次控制网布设。高程控制网与平面控制网同步布设，为了便于保护，水准点尽量与平面控制点一致，测量控制网须定期复核。2）安排超前钻施工，对照设计图纸，对每个桩位中心布置一个勘探孔，陆域部分钻孔深度进入中风化岩面1m，水域部分进入中风化岩面2m。3） 设计根据超前钻地勘报告，通过计算确定设计钢护筒长度、钢护筒底标高和入岩深度。安排生产厂家按照设计要求制作钢护筒，每根钢护筒比设计长度保留1m富裕量，防止地层遇到斜坡和陡砍，减少接桩，底部开设翻浆孔。根据施工进度合理安排钢护筒进场计划。4）在主体施工船上搭设施工平台，施工平台搭设在主体施工船的一侧，船体另一侧进行压仓处理，保证设备施工时保持船体和钻机平衡。施工船为单船，安装四个施工平台，驳船按横向平行于桩排架线，船舷离护筒壁保持30cm。通过岸上全站仪对施工船进行测量定位，船体前后左后锚索固定在指定位置，如遇江水涨落则及时伸缩缆绳进行及时调整。5）通过测量找准桩的中心点，调整钻机让钻头中心对准桩中心。6）钻机钻头直径为2.2m，先采用低档低冲程对斜坡面进行理平，再正常引孔，引孔过程中须实时对桩中心点进行监控，防止在引孔过程中钻头偏位或江水涨落导致船移位导致斜孔和桩偏位过大，如有桩偏位及时进行修正。7）当引孔底标高达到设计钢护筒底标高时，钻机停钻，现场技术人员做好成孔记录和测量记录。如遇斜坡和陡砍，须保证孔底距离中风化岩面最低处超过2m，以保证钢护筒锚桩质量。8）钻机进行清孔，保证底部平整和孔底沉渣在5cm以内。9）钻机移位，定位导向架，导向架采用1.9m×1.9m槽钢架子，先通过测量将导向架中心对准桩中心，再将导向架通过点焊的方式固定在施工平台上。10）浮吊起吊钢护筒沉桩，岸上两台全站仪交会，严格控制桩位偏差和垂直度。钢护筒沉到孔底，对钢护筒中心偏位进行测量，调整到最大桩偏差在5cm以内，否则起吊钢护筒进行再次沉桩进行微调。11）第一根、第三根钢护筒利用船体导向架对钢护筒进行固定，当标准养护的锚桩砼试块达到10MPa时，对导向架进行拆除，使钢护筒与船体分开，钻机再对第二根、第四根进行引孔施工，成孔清孔完成后，浮吊起吊钢护筒沉桩，然后用28a制作的槽钢架子对第一个排架的钢护筒进行夹桩，使第一个排架钢护筒连成整体，减少后期钢护筒单桩摆动和偏位。再对第二根、第四根钢护筒进行锚桩砼浇筑。12）待钢护筒引孔栽桩施工到第二个排架以后，单桩钢护筒沉桩以后，夹桩稳桩方向改为码头岸线方向，从上下游对每轴钢护筒进行夹桩，搭设水上施工平台时，再对稳桩槽钢进行拆除。13）施工中加强商品混凝土以及现在砼浇筑的质量管理，再由浮吊起吊利用料斗+导管法通过钢护筒底部开设的翻浆孔进行栽桩施工，钢护筒内多浇灌1m高度混凝土，确保翻浆效果。14）施工前期采用在计算混凝土方量浇筑后，用探灰杆对钢护筒内外混凝土高度进行探摸确定施工质量。特殊情况派潜水员进行水下栽桩效果的验证。5.3劳动组织一个植桩班组可同时进行两根桩基施工，需配置钻机工3人，砼工3人，吊装工4人，测量员2人。6工料消耗 工料分析表中以两个排架间形成的施工平台为单位进行人工、机械、材料的消耗量的统计。阳逻三期排架间距为10m，每个排架由4根Φ1800直桩，两个排架间形成30m×12m平台。阳逻三期植桩平台（两个排架间30m×12m）关键工序主要内容人工量主要机械设备材料消耗工期1船载钻机冲孔在工程船上焊接钻机平台；钻机就位冲孔，孔底清渣8人反循环冲击钻机2台；泥浆泵2个槽钢4.8t；角钢0.3t5d2钢护筒安装钻机移位，吊钢护筒入孔焊接槽钢架稳固钢护筒6人吊机船1艘槽钢0.29t；3d2浇筑封底混凝土焊接混凝土浇筑平台就位漏斗+导管法灌注水下砼4人混凝土输送设备1套槽钢0.1t2d3钢护筒焊接钢牛腿工程船上支立脚手架钢护筒两侧焊钢牛腿4人吊机船1艘；钢板0.62t；脚手架0.5t2d4钢护筒两侧焊双层工字钢吊机船吊装50b工字钢工字钢与钢牛腿焊接6人吊机船1艘工字钢12.1t3d5排架间焊接纵向槽钢系排架间吊装[28@50cm槽钢与工字钢焊接成整体6人吊机船1艘槽钢34.5t4d6铺设木板人工满铺木板7人1d7拆除平台6人吊机船1艘5d7质量控制1）船体晃动大，控制引孔桩中心进度船体晃动严重原因分析：工程船为货船改造，船舷高，自重轻，吃水浅，加之钻机自重大，钻头钻进时动荷载也大，冲程大，频率为快。解决方式：在船体两侧主要受力点均衡架设8根Φ300mm钢管至江底作为工程船的支撑，增加工程船受力点和平衡，试验效果良好，解决了钻机钻进时船体晃动太大的问题。工艺优化：类似工程在选用施工船舶时可直接选用平板驳，然后在船体两侧主要受力点均衡架设6~8根Φ300mm可调节钢管作为工程船的支撑，保证作业平台稳定。2）控制单根钢护筒偏位原因分析：当钻头还没完成理坡、平坡时，为了加大钻进速度，就加大钻机档位，使得钻头进入岩层一直都倾斜，最终导致孔底不平和倾斜。解决方式：引孔钻进施工时，须低档位慢慢理坡、平坡，待钻机进入岩层后方可加正常钻进。3）在陡坡、斜坎上引孔钻进由于施工区域地质情况复杂、多变，在引孔施工过程中，在桩位处经常遇到大的斜坡和陡砍。引孔钻进施工，钻头发生侧滑，难以钻进，试着慢慢强行钻进时，将钻头上方清渣泵管打坏，不能钻进。通过现场测绳测量，发现桩位处有8m高的斜陡砍，钻头钻进时，钻头重心在钻重心，与江底接触面积不到1/3，而且偏离钻头重心，因此钻头发生侧滑，不能强行钻进，停止施工。 解决方式：对钻头进行改造，将钻头一侧增加配重，使钻头重心发生偏移，能让整个钻进的力量集中接触到陡砍。工艺优化：由于超前钻的局限性（单点钻进，钻芯直径小），在长江水位枯水期时（施工前期），通过小船对桩基施工区域进行水下探摸，对斜坡坡度较大或有陡砍的地方进行局部爆破理坡、平坡处理，方便日后栽桩施工。8安全措施1）加强施工安全监控。及时反馈监测信息，进行科学的信息化施工，确保施工安全；2）现场内支搭架空线路的线杆底部要牢固，不得倾斜下沉，与临近建筑应有一定安全距离，且必须采用绝缘导线，不得成束架空敷设，并必须采取有效保护措施；3）施工设备操作过程中按各种专项规定操作，严禁违规作业。4）在狭小的场地或金属管架上作业时，要用绝缘衬垫将焊工与焊件绝缘；5）各种机械要有专人负责维修、保养，并经常对机械运行的关键部位进行检查，预防机械故障及机械伤人；6）已搭设好的平台，及时安装两侧护栏并挂靠安全网。围栏高度不低于1.2m，水上作业人员必须穿着救生衣；7）夜间平台上应设置照明、通航灯光及警示灯。通航道两边平台立柱上还需设置橡胶轮胎等防撞物。9环保措施现场环保控制主要是控制现场排水、设备保养、维修对场地环境的污染和现场生活垃圾的堆放、处理。1）对施工人员进场前进行培训、交底，要求施工人员树立环保意识；2）采用性能良好的机械设备，认真做好加油、保养工作，减少施工时机械发出的噪音；3）冲孔桩基础施工期间，泥浆及时清运，保证场地清洁。废泥浆用泥浆罐车运至有关部门指定的地点，排放严格按有关规定处理；4）施工期间，施工废料如水泥、油料、化学品堆放，进行严格管理，防止雨季物料随雨水径流排入地表及相应的水域，造成污染。10节能降耗1）本工法施工机械主要设备主要采用液压反循环钻机，避免大型打桩船机设备的使用，大大降低了油料消耗。2）通过引孔植桩工艺，确保了大直径钢护筒的 施工质量，避免了返工引起的原材料浪费和动力消耗，具有节能效果。11效益分析1）施工质量有保证。对比常规的大直径钢护筒施工，引孔植桩施工避免了钢护筒受力变形、钢护筒卷边或偏位、钢护筒漏浆等问题。2）提高了施工效率、降低了施工成本。引孔植桩施工在材料上减少了辅助钢管桩的投入使用，大大减少了钢材的消耗，在机械投入上以驳船装载钻孔桩基代替了大型水上打桩船机设备，减少了机械台班费用。工程驳船可装载4台钻机同时冲孔作业，植桩速度本身就较快，植桩完毕后直接在钢护筒上施做平台的上部结构，既减少了拆除辅助钢管桩和辅助横撑流程，又不影响后续码头钢护筒钢横撑安装、系揽平台安装和水下抛石等施工，加快了整体工程的施工进度。12应用实例12.1应用实例一：武汉新港阳逻港区三作业区一期工程12.1.1工程概况武汉新港阳逻港区三作业区一期工程是湖北省建设武汉新港的重要组成部分，规划建设5000DWT集装箱泊位4个，码头岸线长573m，码头宽度30m。本工程码头结构形式为高桩梁板结构，其中码头桩基采用排架间距10m的Φ1650mm灌注型嵌岩桩，每榀排架设置4根直桩，钢护筒规格为Φ1800δ14mm，设计要求钢护筒嵌入中风化岩面深度2~3m。由我公司承建的码头桩基21榀排架，共计84根Φ1800mm钢护筒。本工程地处阳逻水道长江中、下游，属平原性河流，水量充沛。根据汉口水文站多年来的资料分析，长江中、下游干流汛期出现在5～10月，本工程灌注桩施工正值汛期。12.1.2施工情况根据工程地质和水文情况，最终选取栽桩用工程船为单货船，最大载货量755t，长宽高：55×12.5×6.8m，空载吃水0.55m，满载吃水2m。根据码头单轴钢护筒桩心位置，采用56b工字钢和30a槽钢，在工程船甲板上搭设4个钻机平台，平台通过焊接与船体连接，平台悬挑部分通过斜撑支撑。根据钢护筒引孔栽桩工艺，对引孔底部平整度和沉渣要求较高，选取两台YCJF-25全液压冲击反循环钻机钻机逐个排架进行冲孔，该钻机自重27t，在4个钻机平台上间隔布置，在船体另一侧采用袋装黄沙压仓布置，保证钻机引孔施工时，整个工程船船体平衡。 单根桩冲孔深度为2m~3m，冲孔完毕后在砼浇筑平台上利用料斗+导管法浇筑封底混凝土11m3，确保钢护筒外翻浆填满孔位，用槽钢架将单根钢护筒两两相连形成整体，保证钢护筒的在大流速下的单桩稳定性。当钻机引孔完成后，通过浮吊起吊钢护筒沉桩，沉桩钢护筒定位由岸上2台全站仪控制，锚桩砼通过岸上商砼搅拌车运输，自卸至料斗，由浮吊起吊通过导管法浇筑锚桩砼。12.1.3应用效果在6个月的桩基施工中，对植桩平台的沉降位移进行了监测，结果表明施工载桩平台在嵌岩桩施工阶段最大沉降量为5cm，最大位移量为10cm，符合规范及施工要求。工程施工灌注桩质量经验收合格，进度由计划的8个月提前了两个月。经济效益：辅助桩施工平台搭拆施工费：1968万元，钢护筒植桩（代替辅助桩）搭设施工平台费用为：946万元，比辅助桩平台节省1022万元。12.2应用实例二：武汉港阳逻集装箱港区二期工程水工码头工程12.2.1工程概况武汉港阳逻集装箱港区二期工程位于湖北省武汉市新洲区阳逻镇长江之北岸，其下游与阳逻国际集装箱转运中心毗邻，上游与亚东水泥厂相衔接。拟建工程港工建筑物主要包括4个集装箱泊位及引桥三座，集装箱泊位及引桥均采用高桩梁板结构，桩基采用钢筋砼嵌岩桩。码头岸线全长为525米。工程开、竣工日期：2009.03.28～2010.02.23桩基采用钻孔灌注桩，分为码头平台、1#引桥、2#引桥及变电所、3#引桥四大部分。码头平台部分为476（直桩340，斜桩136）根Φ1200mm锚岩桩（钻岩直径为Φ1000mm。斜桩的斜度为7:1；1#引桥、2#引桥及变电所、3#引桥均由灌注桩和钢管桩组成，其中灌注桩为Φ1200mm嵌岩桩，钢管桩为Φ1000mm钢管和5.5m的Φ800mm钻岩锚合桩；1#引桥灌注桩为18根、钢管桩18根；2#引桥及变电站灌注桩为55根、钢管桩为21根；3#引桥灌注桩为21根、钢管桩15根。12.2.2施工过程及应用效果工程施工总体划分为六个分部，即基槽及岸坡开挖、桩基工程、上部结构、接岸结构与回填、轨道、停靠船与防护设施。桩基施工采用引孔栽桩施工工艺，施工26个分项全部合格，合格率100%，6个分部工程全部合格，合格率100%。工程质量符合设计要求，验收评定优良标准，工程外观质量良好。施工工期从合同工期的18个月缩短至13个月。12.3应用实例三：九江城西港区集装箱码头一期工程水工码头12.3.1工程概况： 九江城西港区集装箱码头一期工程位于九江市九江县官湖村，占地面积11.10万平方米。建筑物结构形式为高桩梁板码头、引桥及高架桥、道路、堆场、仓库、机修间等，占用岸线长度为295米。合同造价为22482.3万元。工程开、竣工日期：2007.10.26~2008.12.28。12.3.2施工情况及应用效果工程范围包括269×30m靠船装卸平台2个泊位和引桥2座，引桥长度分别为78.2m和80.82m，宽16m。包含钻孔灌注桩172根，采用引孔栽桩施工工艺。九江城西港区集装箱码头一期工程水工码头工程施工过程中按照《港口工程质量检验评定标准》JTJ221-98及局部修订要求进行检查评定，工程质量符合国家验收标准，达到优良等级，满足结构安全和使用功能的要求；施工工期从合同工期15个月缩短到12个月，获得良好的经济社会效益。古今名言敏而好学，不耻下问——孔子业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随——韩愈兴于《诗》，立于礼，成于乐——孔子己所不欲，勿施于人——孔子读书破万卷，下笔如有神——杜甫读书有三到，谓心到，眼到，口到——朱熹立身以立学为先，立学以读书为本——欧阳修读万卷书，行万里路——刘彝黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲——于谦书犹药也，善读之可以医愚——刘向莫等闲，白了少年头，空悲切——岳飞发奋识遍天下字，立志读尽人间书——苏轼鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书——李苦禅 立志宜思真品格，读书须尽苦功夫——阮元非淡泊无以明志，非宁静无以致远——诸葛亮熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》书到用时方恨少，事非经过不知难——陆游问渠那得清如许，为有源头活水来——朱熹旧书不厌百回读，熟读精思子自知——苏轼书痴者文必工，艺痴者技必良——蒲松龄声明访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定，不得侵犯本文档及相关权利人的合法权利。谢谢合作！'