桥梁大直径桩施工难点及其对策.doc

桥梁大直径桩施工难点及其对策李满程杨斌莫建军吴同鳌摘要介绍了国内桥梁工程桩基础发展的概况和当前大直径桩施工方面所取得的巨大成就总结了大直径桩基的特点施工工艺上的难点及国内成功的解决方法关键词大直径桩发展特点世纪年代桥梁工程向长大跨径轻型结构重载方向发展对基础支承能力需求的大幅增长构成了大直径桩发展的原动力随着成孔机械和成桩工艺及配套设施的改进和提高大直径桩的概念也在不断更新当前一般把直径大于含等于的桩定义为常规意义上的大直径桩其空心者为大直径空心桩本文所指桩即以上两种小于的桩统称常规直径桩或简称桩桥梁工程桩发展概况在我国钻孔桩基的发展始于本世纪年代因其固有的结构优势较强的地层适用性及显著的社会经济效益在基础工程中得到了迅速普及和推广年代中期在河南省郑州黄河大桥首次利用国产型气举反循环钻机刷新了成孔直径达的记录年代末期江西九江长江大桥提出了双壁钢围堰内加钻孔灌注桩基新结构取代了气压沉箱和深水管柱基础双壁钢围堰成为目前深水深基础的主要施工临时结构年代前期湖南省湘潭湘江二大桥在总结广东省南海九江大桥无承台变截面大直径桩实践的基础上在桥跨宽箱连续梁桥中率先采用了单排无承台变截面大直径双桩双柱结构接着安徽铜陵长江大桥南昌新八一大桥先后按钻孔和沉挖形式成孔灌注成大直径桩我国已建成的大直径桩桥梁参见表表大直径桩桥梁一览表桩直径桥名泸州长江大桥九江长江大桥常德沅水大桥三门峡黄河大桥宜城汉江大桥钱塘江二大桥武汉长江公路大桥广东斗门大桥钱塘江三大桥铜陵长江大桥株洲马家河大桥株洲朱亭大桥黄石长江大桥江汉四桥珠海黄琴大桥益阳资江二桥沅陵沅水大桥湘潭湘江二桥铜陵长江大桥南昌新八一大桥洞口大桥天马大桥值得说明的是上述桩基均为实心混凝土桩结构施工手段单一施工机械配置及技术组织水平要求较强为充分挖掘单位立方混凝土的承载潜力年代末河南省和交通部交通科研所提出了钻埋预应力空心桩的新型结构年湖南省交通厅在承接交通部八五联合攻关项目针对软土地基的洞庭湖区桥梁新技术的开发和研究中创造性地引进了钻埋预应力空心桩结构结合湖南省无承台变截面大直径钻孔灌注桩的特点先后建成常德石龟山澧水大桥南华渡大桥哑巴渡大桥等数座大桥累计完成和无承台变截面大直径钻埋预应力空心桩延米无承台大直径空心桩例见表表无承台大直径空心桩例表桥名桥型最大跨径桩径组成累计桩长哑巴渡大桥主桥顶推连续梁边主桥顶推连续梁南华渡大桥主桥独塔斜拉桥边主桥滚移连续梁石龟山大桥主桥悬拼连续梁边主桥逐孔现浇连续梁注浆技术大大扩展了挖孔桩的应用范围目前我国采用该技术已先后建成了湖南桃源沅水大桥大庸观音大桥等座大中桥完成了和等沉挖空心桩根累计桩长延米参见表表挖孔大直径桩一览表结构桥名结构桥长桥宽跨径桩径桩长桩数空心大庸观音大桥石砌板肋拱桃源沅水大桥箱肋拱桩钢管中承拱里耶酉水大桥双曲拱洞口大桥石砌板肋拱浏阳天马大桥连续梁常德南北引桥简支梁实心桩湘潭湘江二大桥连续梁大庸二桥石砌板肋桥广州鹤洞桥斜拉桥长沙南大桥连续梁南昌新八一大桥斜拉桥在实测经验和理论推导的基础上针对大直径桩的受力特征湖南省提出了桥跨结构下桩基标准的荷载与沉降曲线根据现场施工条件的具体修正方法探索出了利用施工期间桥跨恒载加载进行施工过程跟踪监测的一系列检测方法为桩基承载能力的检定闯出了新路桥梁大直径桩施工难点及处理方法长期以来大中跨径桥梁深水桩基结构大多采用有承台等截面常规直径群桩形式常用承台施工受地层人力设备和季节因素影响工序繁多且受工期限制无法实施工厂化或称装配化作业清孔手段的限制桩尖沉淀层的存在降低了整桩的承载能力桩身缺陷事故往往难于避免由事故带来的巨额处理直接费使施工单位蒙受巨大经济损失何况即使处理成功对承载潜质的损害也会造成结构性能的大打折扣无承台变载面大直径空心桩包括沉挖空心桩和钻埋空心桩等撇除了上述弊端桩基结构与受力状况更合理结构抗弯刚度大大增加荷载稳定性防撞能力将大大改善施工工序急剧减少为加快工程进度创造了有利条件通过结构空心化大大减少了结构的圬工体积社会经济效益十分明显下面针对大直径桩施工具体情况并结合大直径桩的特点总结已成功运用于大直径桩施工过程中难点的解决方法大直径桩在大直径桩基成孔的过程中随着孔径的加大孔壁环拱作用急剧减弱必然造成孔壁不稳定因素的增加特别是淤泥质沙粘土粉砂土等覆盖层处易产生孔壁滑坍现象分段成孔分级扩孔的施工方法虽有效地解决了成孔机械扭矩不足的矛盾但同时也增大了护壁工作的难度孔径的加大也使排渣的矛盾显得尤为突出目前高聚凝低固相不分散聚丙烯酰胺高效油田泥浆的采用已经很好地解决了上述问题一位前西德泥浆专家曾不无自豪地宣称只要有高效泥浆和静水压力的共同作用绝不会坍孔此话有些绝对但也有一定的道理随着桩径的加大成孔阻力成级数增加导致成孔机械额定扭矩加大使钻具工作状况更加恶化主要体现为钻杆不稳定钻压不足滚刀锁紧装置受力状况恶化及边刀磨损加剧等当前随着国内外建筑技术的交融和新材料的引入这些问题已经得到了有效地解决以全断面气举反循环大直径桩钻机为例国内目前已有采用德国生产的威尔特系列日本利根系列及美国系列等大型钻机成桩的示例国内厂家不甘示弱尽管起步较晚也相继推出了等系列大直径桩钻机这些钻机成孔特点是扭矩较大一次性成孔直径全部或部分采用了机电液一体化的控制机制引入方型钻杆和回转动力头结构从而更多地避免了人为因素和转盘传力的缺陷使成孔机械的工作性能更加稳定可靠部分国产钻机性能与进口钻机相当其价格更有竞争性在继承发展上述钻机的优良特性发挥现有常规钻机的潜力更好地解决软土地基大直径空心桩的成孔问题方面湖南成功地研制了行星轨迹式成孔钻机已成功地实施于湖南石龟山大桥号墩桩基的成孔钻头材料的开发和应用高强硬质合金的采用也取得了不俗的成绩合金焊齿滚刀系列钻头的应用推动了大直径桩钻机钻头国产化的进程因桩径的加大单桩混凝土供量导管灌注施工时要求配套的生产能力亦加大对混凝土灌注设备与灌注技术能力的配合提出了更高的要求通过钻埋方式形成大直径预应力空心桩或预埋石料压浆法形成大直径压浆混凝土桩为上述问题的解决提供了切实可行的方法同时采用预制预应力空心桩还能更好地解决大直径桩单位体积混凝土承载能力低下的缺陷是实现桥梁结构拼装化或工厂化生产的一个有效突破接桩钢筋工作量的加大是大直径桩灌注法施工的又一难点单靠增加焊机台数又存在工作台面过小的矛盾目前螺纹钢筋冷轧连接接头的出现已部分地缓和了上述矛盾并在国内多座特大桥上有成功的先例当然根本的解决方法应该走空心桩拼装化道路综上所述无论是施工工艺水平还是施工机械设备能力大直径桩基已经完成了它走向成功的发展历程表明历经我国桥梁工程界长期奋发研究不懈实践的大直径桩基施工技术已完成了它走向空心化装配化的首创过程变截面无承台桩桩的变截面结构是深水基础桩的一种必然形式它是适应结构受力要求而产生的结构形式使施工误差的修正有了更大盈余变截面段的采用也为取消承台提供了有力条件随着承台的取消下部构造受力将更加明确水下施工难度减少从而有力地争取了施工工期为桥梁基础走向装配化铺平了道路值得说明的是无承台变截面桩基础形式是大直径桩的必然推出也是大直径桩基经济性的具体体现单用大直径桩而同时加以承台或等截面的作法如非结构需要只能是一种误用任何分割两者依存关系的作法都是不科学的大直径桩基本形式和分类无承台变截面大直径桩基础的产生和发展为桥梁桩基工程领域灌注了新的活力产生了一系列具有继承和发展意义的桩基工艺和结构单桩双桩双柱结构大直径桩的产生使单桩承载能力有了成倍的提高从而为桥墩断面桩数的减少创造了条件同时无承台变截面结构使结构受力更加合理外形简洁施工便利目前单桩或双桩双柱结构几乎成为大多数长大跨径桥梁下部构造的首选型式如湖南湘潭二大桥石龟山桃源沅水大桥和南华渡大桥主跨等在近年的时间内该结构的应用跨径近乎成倍增长的事实足以显示其应用前景钻埋空心桩它是装配式组合基础的一种形式桩壳厚度较薄一般在左右桩壳纵向用普通螺纹钢筋通过专用工具加工成锥形端螺纹用专业开发锚具将纵向预制的桩壳节段拼接这一施工工艺为桥梁桩基础装配化创造了有利条件受吊装能力制约时应用抛填石压浆也可形成混凝土桩基结构钻埋空心桩施工技术毕竟是多项工艺手段的综合运用施工技术和基本设备相对要求较强沉挖空心桩这种桩用于可压注性浅层覆盖地层如砂砾卵漂石层中或浅水地基系采用特制沉井地层经柔性防渗技术阻水处理后进行人工开挖作业形成大直径桩包括压浆混凝土桩和钢内模现浇空心桩该方法缓和了成孔直径大与成桩设备能力弱的矛盾由于对地层情况及成孔成桩过程易于直观控制结构可靠性强且耗用机械设备少特别适合技术力量不强的施工单位采用压浆混凝土桩深水深基大直径桩的施工当受工序时间机械设备技术管理施工组织水平限制时可以采用抛填石压注水泥浆形成水下压浆混凝土空心桩或实心桩桩周填石压浆混凝土结构有力地改善了桩周受力状况使桩基受力条件更趋完善桩底预留孔道压浆消除了桩底沉淀层对桩基支承能力的影响从而整体地提高了桩身承载能力对于着床于砂卵石层上的桩基可以有效地缩短桩长取得良好的社会效益该工艺施工更为方便施工所需专业设备较少作者简介李满程男湖南省路桥总公司工程师作者单位湖南省路桥总公司湖南长沙参考文献吴同鳌上官兴莫建军大直径桩柱工程概述第四届全国大口径工程井年会论文集北京中国煤炭出版社刘尚文上官兴无承台变截面大直径预应力空心桩基的发展湖南交通科技莫建军杨晓玲大直径钻孔灌注桩工程事故及处理湖南交通科技