水下桩工程施工设计方案

一、工程概况：

南部地区快速路（鱼窝头～黄阁）支线位于番禺区鱼窝头镇长莫村，起讫里程为

K5+106.80—K5+942.84，全长836.04m。上部结构为50m简支T梁和30m、25m简支箱梁，下部结构为柱式桥墩、桩基础，本桥跨越骝岗涌。其中20、21、22和23号墩位于骝岗涌中。骝岗涌正常水深3.4米，高潮水深4.6米。

二、水中桩总体施工方案：

骝岗涌正常情况下水最深处4.6m(22号墩),其次4.1m(23号墩),20、21号墩位于岸边水深只有0.2m。根据桩位与河流水深关系，为了不影响河流通航要求，同时不因大面积筑岛对河流断面产生影响。我们计划在20、21号墩和23号墩采用钢板桩配合土袋围堰施工，对22号墩采用搭设钢平台方法施工，在21墩与22号墩间用2.5m宽的钢便桥连接,便于施工人员往来和运送小型材料及灌注砼铺设泵管用，在22号墩23号间留出净宽不小于35m

的航道解决临时通航事宜。详细设计见水中桩施工平面置图。

三、围堰和钢平台施工：

1、围堰施工：

土石围堰：场地为浅水时，采用围堰筑岛。根据水文地质资料及实测结果反映，骝岗涌特大桥20、21号桩位在河滩边，退潮位时，原地标高在水面以下0.3m以，高潮位时水不深且流速不大。根据技术经济比较，宜采取围堰筑岛，岛面比在施工期间可能出现的最高水位高出1.0～1.5m。

围堰筑岛的施工顺序：围堰施工从上游开始进行，围堰外侧用土袋堆码1～1.5m高；然后进行填土。填土原则为：沿河堤向河中间逐步推进，将填筑料倒在露出水面的堰头上，顺坡送入水中，以免离析，造成渗漏，每层填地高度不超过2m。初步填土完成后用PC200勾机压打钢板桩，钢板桩打入深度根据河床地质情况确定，保证围堰稳定，但是最小不小于7米；二次进行土袋堆码至堰顶，堆码时上下左右应错开，堆码整齐；再进行围堰填土直至设计标高。填土时中间部分填片石及粘土，岛底涌床淤泥和软土应先挖除或用吸泥机具排除，以免筑岛围堰沉陷。为防止河水浸入堰堤而造成围堰坍塌，土袋2m围用优质粘土加片石夯实。围堰工作平台宽7m，长度为32m。20、21号墩间用一条4.5m宽的土石路连接，21、22号墩位用2.5m宽钢便栈连接，23号墩与东岸用一条4.5m宽土石路连接。

2、钢平台和钢栈桥施工方案：

2.1总体设计：22号墩施工平台面尺寸设计为32m*6m，22号墩和21号墩间用一条4.0m宽钢便栈连接。平台上考虑两台桩机同时施工。

骝岗涌水位受潮水影响，最大水深在3～5m间。采用Ф50cm钢管(壁厚8mm)桩间距为5～6m，其中最中间两排桩间距5.5m。顺桥向布设2排钢管桩，总共设计14根钢管桩。单桩入土深度计划8m，振动沉桩时根据实际情况确定打入深度，上部固定在平台梁上。顺桥向用I36b工字钢作主梁，横桥向I28b工字钢作分配横梁，I28b工字钢间距为60cm沿横桥向布置。其上铺设1cm厚钢板做面板。

桩基础施工期间正好为枯水季节，钢栈桥及钢平台顶面标高为：施工水位（4.6）+1.5m=+6.1m。钢栈桥钢管桩用Ф30cm钢管做基础，振动沉桩时根据实际情况确定打入深度，横桥向设两排，纵向用I25b字钢做主梁，横向用I20b工字钢做次梁，间距0.8m.。栈桥只做安装泵管和运送小型机具用。钢平台的构造具体见附图：主桥水上钻桩施工平台结构示意图。平台及栈桥施工前我们已报航道、海事、水利等有关部门审批，发布施工通告，设立相应通航、助航标志。施工时及完成后在适当位置设立夜间警示灯，以引导过往船舶通行，确保过往船只的通航安全和施工安全。

2.2.钢栈桥,平台搭设:

a、钢管桩运输、堆放

将由专业厂家加工的10米-20米长的Φ50cm的钢管桩，直接用船运至工地即可，根据现场施工进度组织分批运送至工地，避免钢管桩压船。钢管桩运输过程堆放按沉桩顺序可采用多层叠放，各层垫木位于同一垂直面上，船上管桩的叠放层数不易超过三层，以保证行船安全。钢管桩起吊、运输和堆存过程中须避免因碰撞等原因而造成管身变形的损伤。注意在钢管桩沉放前再次检查管节焊缝。

b、钢管桩沉放

沉放前先计算出每条钢管桩的坐标，在两岸大堤上针对各桩分别布置一条基线，基线上的每一个观测点用全站仪精确测量其坐标位置，并用水准仪测出其高程；然后计算出每一根桩上观测点的坐标及交会角，并汇总成表供观测沉桩使用。沉放时在正面布置一台全站仪观测定位，侧面设置两台经纬仪校核。

钢管桩沉放使用45KW振动锤，能提供额定振动力为45t，可以满足本工程的要求。起吊设备采用30t起重船。起重船抛锚定位后，先期依靠钢管桩重力插入覆盖层中，上部用缆绳绑在吊船边，待桩身有一定稳定性后，再利用浮吊吊上振动沉桩机夹住钢管桩，开始振动沉桩机振动下沉钢管桩到位。钢管桩逐排沉放，一排桩沉放完成后再移船至另一侧。

钢管桩沉放应注意：振动锤中心和桩中心轴应尽量保持在同一直线上；每一根桩的下沉应连续，不可中途停顿过久，以免土的摩阻力恢复，继续下沉困难。沉放过程加强观测，钢管桩偏位不得大于10厘米，垂直度不得低于0.1%。

c、钢平台搭设

钢管桩沉放完毕后，开始进行钻孔平台型钢布设，其具体步骤如下：

各钢管桩在顺水流向适当位置开口，割平钢管桩头；

安装已拼接好的I45工字钢横梁，与钢管桩（开口）壁点焊→浇注各钢管桩桩头C15砼，使I45横梁嵌固在桩头中→ 安装I36工字钢分配纵梁，并与I45横梁焊接（设加劲板）→在“井”字梁上铺设δ=10mm厚钢板，加设安全栏杆。

平台施工开始时即设置航标，悬挂夜间红灯示警等通航导向标志，并打设钢管桩防撞墩，以策安全。

四、钻孔灌注桩施工

1、桩基钢护筒制作与埋设

桩基钢护筒设计径为Φ270cm，钢护筒采用厚度为14mm的A3钢板卷制而成。护筒成形采用定位器，设制台座接长，确保卷筒圆、接缝严。为加强护筒的整体刚度，在焊接接头焊缝处加设厚10mm宽20cm的钢带，护筒底脚处加设厚14mm宽30cm的钢带作为刃脚。钢护筒每节加工长度为10-15m（或按实际长度分节加工）。焊接采用坡口双面焊，所有焊接必须连续，以保证不漏水。钢护筒在加工厂进行分节制作，经检查合格后由驳船运至主钻孔平台，现场焊接接长。

钢护筒顶标高比平台面高30cm，即6.8米。护筒埋入不透水粘土层不小于1米，钢护筒下沉采用90KW振动锤振动配以护筒用空气吸泥机吸泥下沉，必要时可在护筒外壁辅以高压射水下沉。钢护筒下沉步骤如下：

在平台桩位处焊设护筒下沉定位架→安装第一节钢护筒于导向架并与导向架下口

临时焊连，使护筒固定→吊起第二节护筒对准第一节护筒，校正后将两节护筒连接处焊牢并加强→割除第一节护筒与导向架焊接处，浮吊下放第一、二节护筒→吊装90KW振动锤与护筒上口连接牢固→开动振动锤振动下沉，再接长下节钢护筒，如此反复直至护筒至所需的深度。

钢护筒埋设首先在每个平台上，精确放出护筒位置，利用钻孔平台上纵横工字钢安设护筒沉放导向架，导向架比护筒外径大5cm，在平潮江水停止流动的时候，由45t浮吊吊起钢护筒通过导向架缓慢下放直到其刃脚自然下沉到河床面为止。在校正护筒垂直度（小于0.5%）和护筒平面位置偏差（小于3cm）后，采用90KW振动锤振动下沉，并按需要焊接接长护筒，在现场焊接钢护筒时要采取有效措施保证钢护筒的轴线顺直度，振动锤振动下沉直至护筒底部到达设计标高。

若钢护筒不能沉放到所需深度，则利用Φ300mm空气吸泥机，按先中部后四周再中部的顺序吸砂，必要时可在护筒外壁辅以高压射水下沉。

钢护筒沉放应注意：钢护筒沉放前派遣潜水队员将桩位处清理干净，不得有影响钢护筒下沉和钻孔施工的杂物如大块石、钢材等；钢护筒焊接接长时应保证护筒顺直，焊缝饱满；振动锤重心和护筒中心轴尽量保持在同一直线上；开动空气吸泥机同时须往钢护筒加水，护筒水位不能低于江面水位；在护筒下沉过程中，当护筒沉入土中一定深度后，要及时撤除护筒导向架，以免影响护筒下沉；钢护筒沉放必须全过程测量，保证护筒偏位和倾斜度在容许围。

2、成孔施工

①设备配置：考虑工期要求并综合考虑不能长时间占用航道，我们计划每个墩位两台桩机同时施工。并配器两台泥浆泵和一条泥浆船。

②泥浆循环系统

本工程桩基础施工一律使用优质膨润土泥浆（用膨润土、工业碱、聚丙烯酰胺、木纤维素按适当的比例配制而成）护壁，以保证施工安全和质量，达到桩壁无泥浆套和桩底无沉渣的设计要求。

施工过程中泥浆循环主墩采用泥浆船，泥浆船用300t运输船改装，容量150-200m3,每个墩配置一艘泥浆船和一艘运泥船，以保证泥浆的储备及便于外运多余泥浆；泥浆循环采用气举反循环。为保护环境严禁把泥浆及废渣直接排入河道，应由运泥船运往指定的弃土区排放。

3、成孔工艺

a、造浆：正式钻进前，往要施工的桩及循环用的护筒孔底供泥浆，换出原孔清水。泥浆制备采用优质膨润土，钻进过程中，要根据不同的土层制备不同浓度的泥浆，使泥浆既起到护壁及清渣的作用，又不致于太浓而影响钻进速度。

b、钻孔：钻机就位后，进行桩位校核，保证就位准确。造浆完毕后低速开钻，待整个钻头进入土层后进入正常钻进。在护筒脚部位必须慢速钻进。当回旋钻机钻进至岩层面后换下刮刀钻头，改用牙轮钻头钻进。整个成孔过程中分班连续作业，专人负责做好记录并观察孔泥浆面和孔外水位情况，发现异常马上采取措施，泥浆比重控制在1.2～1.25，粘度控制在18～22s。

桩孔中的泥浆指标应严格控制，好的泥浆不但利于保证孔壁稳定，而且有利于悬浮起岩渣加快施工进度。在钻进过程中应定期每班检测桩孔中的泥浆的各项指标。在成孔后清孔时应在孔底注入优质泥浆，以保证孔底干净。

净泥浆性能指标如下：

净泥浆性能指标表－泥浆配比净泥浆性能

水：膨润土（重量比）－600：100

比重( r )——1.065

粘度( s )——17.8

静切力( Pa )—— 1.342

含砂率( % )——<1

胶体率( % )——99

失水率(ml/30min)——21.6

酸碱度PH ——9.2

施工工程泥浆性能指标如下：

工程施工泥浆性能指标－施工过程泥浆性能比重( r )——1.1～1.45

粘度( s )——18～28

静切力( Pa )——1.342

含砂率( % )——<8

胶体率( % )≥95

失水率(ml/30min)——≤20

酸碱度PH—— 8～11

如果发现实际地质情况与设计提供的资料不符，则马上通知监理工程师汇同设计部门协商解决。

c、清孔：孔深达到设计标高后，对孔径、深度、垂直度和孔底嵌岩情况进行全面检查合格后，采用换浆清孔法，当孔底基本无沉渣，泥浆沟只排出浊水而无泥浆废渣时，即可停止第一次清孔，移机准备钢筋笼下放。

4、成孔的检测

a、钻、冲孔在终孔后应进行孔位、孔深检测。

b、孔径、孔形和倾斜度可采用外径为钻孔钢筋笼直径加100mm，长度为4~6倍孔径的钢筋检孔器吊入钻孔检测。

c、钻、冲孔的成孔质量标准为：

项目允许偏差：

孔的中心位置：

单排桩：3cm

孔径：不小于设计桩径

倾斜度：小于0.5%

孔深：支承桩比设计深度超深不小于50mm

沉渣厚度：设计规定小于5cm

孔后泥浆指标：

相对密度：1.03～1.10

粘度：17～20s

含砂率：<2%

胶体率：>98%

5、钢筋的制作及下放

①钢筋笼制作：

钢筋笼在岸上分节进行制作，采用加劲筋（间距2m）成型法，每节长度9~12米。制作时加劲筋点焊在主筋侧，校正好加劲筋与主筋的垂直度，然后点焊牢固，布好螺旋筋并点焊于主筋上，按设计在主筋上沿圆周方向每5米均匀分布焊接4个保护层耳环。焊接加工要确保主筋在搭接区断面接头不大于50%；焊接采用单面焊，焊缝长不小于10d（d为钢筋直径）。

根据设计，每条桩基有超声波检测要求，检测管每桩放4根同时固定在钢筋笼上下放。检测管标准长为8m，外径57mm，接头焊接Ф70mm钢管，上端应高出桩顶50cm，下端用钢板封底焊接严密。

②钢筋笼吊装：

加工好的钢筋笼由驳船运往现场采用45t船吊下放就位。安装时采用两点起吊，以防止骨架变形；钢筋笼竖直后，检查其竖直度，进入孔口时扶正缓慢下放，严禁摆动碰撞孔壁。钢筋笼边下放边拆除撑。钢筋笼连接采用单面焊，焊接长度10d的搭接，并且保证各节钢筋笼在同一竖直轴线上，钢筋笼下到设计标高后，定位于孔中心，将主筋或其延伸钢筋焊接在护筒上，以防骨架在浇注混凝土时上浮及移位。浇注混凝土前在检测管灌满水，上口用塞子塞住。钢筋笼下放完成后，马上下放导管进行二次清孔，并做好水下混凝土灌注工作。

6、水下混凝土灌注

桩基混凝土由设在两岸的混凝土搅拌车供应，砼输送泵通过钢栈桥送至浇注点直接灌注。

①灌注前准备

灌注前进行二次清孔，采用气举法清孔。拟用一上端密封的管，插入一空压管和出浆管，插至离孔底20cm，外侧伸入进浆孔。空压机用大功率空压机，宜用20m3/h。当二次清孔的泥浆性能指标和沉渣厚度达到设计和规要求，并经监理工程师检查合格后，尽快进行水下混凝土灌注。主桥桩基混凝土浇注施工采用导管法灌注。导管采用径Ф300mm的刚性导管，在第一次使用前和使用一定时间后均按规对其进行水密性和承压试验、检查，防止胶垫老化，以保证导管接头良好，不漏气。

②砼配合比基本要求

桩基础砼标号为C30，考虑到水下砼浇注的各种因素，在进行配合比设计的时候要满足以下要求：

坍落度：18～22cm；

坍落度降至15cm的最小时间：3h；

砼初凝时间：≥12h；

最大粗骨料直径：30mm。

3、导管

导管选用壁厚5mm，直径30cm的无缝钢管。导管在使用前和使用一个时期后，除应对其规格、外观质量和拼缝构造进行认真地检查外，还需做拼接、过球、承压及水密性试验。

导管分节加工，分节长度应便于拆装和搬运，并小于提升设备的提升高度，每节长度以2～4m，还需加工两节1m长作为高度调节。

导管在开始浇注砼前离开孔底面25~40cm左右。

3.6.4砼浇注

当二次清孔的沉渣厚度及泥浆比重达到设计和规要求，并经监理工程师检查合格后，即可进行水下砼灌注。

开始浇注混凝土要满足首批砼需要量要求，保证首批砼灌注后导管埋深1m以上。

如图：首批砼的计算图，首批砼需要量：