沉管灌注桩在润扬长江公路大桥支架基础处理中的成功运用大全

第一篇：沉管灌注桩在润扬长江公路大桥支架基础处理中的成功运用大全

沉管灌注桩在润扬长江公路大桥支架基础处理中的成功运用

作者：ggyygg123 沉管灌注桩在润扬长江公路大桥支架基础处理中的成功运用 巩艳国

（江苏省交通工程有限公司 212008）

摘要：支架基础处理是大跨径现浇箱梁施工的关键，本文根据润扬长江公路大桥H2标成功运用建筑工程中常用的沉管灌注桩进行基础处理的实例，从方案比较、桩基布设、施工控制及检测试压等过程进行阐述，为同类型桥梁支架基础处理提供新的思路。

关键词：沉管灌注桩；润扬长江公路大桥；基础处理。工程概述 1.1工程简介

润扬长江公路大桥H2标（跃进路互通）工程位于镇江市润州区蒋乔镇五摆渡村，互通主线桥北接润扬长江公路大桥南引桥。

跃进路互通立交主线桥共8联，设计桥长1392.44m，各孔单跨跨径为43.4—48m不等，上部结构为预应力混凝土连续箱梁，单箱双室或三室结构，每幅桥桥梁中心线梁高2.8m，箱梁横桥向底板水平，横坡由不等高箱肋形成，下部采用薄壁桥墩，哑铃型断面，最高墩身高度为41m。

跃进路互通设置A、B、C、D、E匝道桥与主线桥相连接，主线桥箱梁宽度不断变化，无法采用滑模法施工，只能采用有支架逐孔施工方法。1.2 工程水文地质条件

互通区位于长江漫滩冲积平原工程地质区，勘察揭示，互通区上部土层为长江漫滩相冲淤积层，土性为灰色淤泥质亚粘土、亚粘土粉砂透晶体，软—流塑状态，中—高压缩性，层厚较厚；中层土层为上更新统灰黄色粘土、亚粘土，硬—可塑状态，中—低压缩性。互通区地下水类型有孔隙水和裂隙水两种，孔隙水主要赋有于长江漫滩冲积层，表层潜水与长江水联系密切，埋深较浅。1.3支架施工方案简介

润扬长江公路大桥跃进路互通H2标主线桥现浇箱梁采用少支墩有支架的逐孔施工方法施工。少支墩支架分为纵梁、横梁、钢管支撑等几个主要部分。详细结构见图1。

由上图知箱梁支架纵桥向设五排支撑，其中靠桥墩两排通过在墩身上设牛腿来承载，中间三排钢管支撑将箱梁施工荷载传到地基上，因此，如何选择支架基础对整个箱梁施工的质量、安全、经济都是至关重要的。2支架基础处理方案选择与比较 2.1支架荷载及地质状况

根据箱梁上部结构计算结果，基础所承 荷载如下：

边支点基础承载能力≥850KN 中支点基础承载能力≥1850KN 根据互通区水文地质条件，若采用传统扩大基础方案无法满足承载力及沉降要求，只能考虑采用桩基础处理方案。2.2方案比选

方案比选见表一，根据表中综合比较得出：沉管灌注桩作为基础处理案在建筑施工中被广泛采用，工艺成熟，对环境污染少，施工周期快，经济指标良好，可作为主线桥支架基础处理的首选方案。

分项比较

沉管灌注桩

预制打入桩基础

钻孔灌注桩

工艺说明

将底部套有预制桩尖的钢管锤击或振动下沉到设计要求入土深度后在钢管内安放钢筋笼灌注砼，在振动的同时拔管成桩。

靠桩锤的冲击能量将桩打入土中。

利用回旋钻机成孔，下设钢筋笼灌注砼成桩。

优点

可根据现场施工随时调整桩长，工艺成熟，环境污染少。

可工厂化制作，可靠性高

可靠性能好

缺点

由于沉管的挤压作用，在软粘土或软、硬土层交界处易产生缩颈。

桩长需事先确定，施工地基需承载能力噪音大。

地基基础承载能力高，桩基结束需对现场进行二次清理。

初步设计（以第一联第一孔中支点为例）

采用5根φ480mm沉管灌注桩，桩长22m。

采用5根边长为350mm预制钢筋方桩，桩长22m。

采用φ80cm磨擦型端承桩，桩长40m。

经济效益指标

每个中支点投入约9360元

每个中支点投入约12120元

每个中支点投入约12060元。

综合指标

优

良

良

表一

支架基础处理方案比选表

3施工方案设计 3.1基础的设计形式

根据工程特点，经试算后边支点采用四根φ37.7cm沉管灌注桩（单打振冲），方形钢筋混凝土承台，中支点采用5根φ48cm沉管灌注桩（单打振冲），方形钢筋混凝土承台，结构形式见图2。

3.2设计依据

a、《润扬大桥H2标工程地质资料》 b、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）

c、荷载：中支点

[P1]=1850KN；边支点

[P2]=850KN（上部计算所提供的参数）d、《钻孔灌注桩沉管灌注桩图集》（苏G9701）3.3

计算过程

根据《建筑桩基技术规范》支架基础桩采用以概率论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量桩基的可靠度，采用以分项系数表达的极限状态设计表达式进行计算。本文取主线桥第一联第一孔边支点作为设计对象介绍设计过程及参数取值。

地层说明

固结实验

地基容许承载力

桩周极限磨阻力

地层编号

层底深度

地质时代

岩性描述

地层分类名称

压缩模量

2—2

2.0

Q4

灰黄色，下部混粉砂，流塑、高压缩性

淤泥质亚粘土

3.66

2—2

5.0

Q4

灰色，混粉砂、流塑，高压缩性

淤泥质亚粘土

3.13

2—2

5.8

Q4

灰色，流塑，高压缩性

淤泥质亚粘土

2.23

2—2

8.6

Q4

灰色，与粉砂互层，流塑，高压缩性

淤泥质亚粘土

2.84

2—2

11.75

Q4

灰色，与粉砂互层，流塑，中压缩性

淤泥质亚粘土

5.12

2—2

17.40

Q4

灰色，夹粉砂，流塑，高压缩性

淤泥质亚粘土

3.59

2—2

25.8

Q4

灰色，与粉砂互层，流塑，中偏高压缩性

亚粘土

4.81

表二

地质说明

（1）基本参数取值

以最不利地质条件下ZK701勘探孔为例，根据入土深度分类取值如表二。（2）桩基承台选型及布置

根据《建筑桩基技术规范》桩的布置、承台构造要求，拟定边支点采用4根φ37.7cm沉管灌注桩，入土深度初定22m；承台采用矩形钢筋砼承台，外形尺寸为210×210×60cm，桩间间距取130cm。详见图示二。（3）群桩中单桩承载力计算

1、单桩承载力计算 群桩中单桩承载力公式

P =ηsQsk/γs+ηpQpk/γp+ηcQck/γc（多于三根桩）

（3-1）式中：P—群桩中单桩承载力

ηs—桩侧阻群桩效应系数

Qsk—桩侧阻力；

γs—桩侧阻力抗力分项系数

ηp—桩端阻群桩效应系数

Qpk—桩端阻力

γp—桩底阻力抗力分项系数 ηc —承台底土阻力群桩效应系数 Qck—桩端阻力；

γc—承台底土阻抗力分项系数

查表：ηs=0.85

Sa d=3.5

ηp=1.495

Bc L= 0.105 ηc =ηic· Aic Ac+ηec· Aec Ac =0.125× 2.81 4.41+0.69× 1.6 4.41 =0.330 Aic=(1.3+0.377)×(1.3×0.377)=2.81m2 Ac=2.12=4.41 m2 Aec=2.12-2.81=1.6m2 查表：ηie=0.125，ηec=0.69 查表得：γs=1.75 γp=1.75 γc=1.70 桩侧阻力Qsk=uΣpSikLi

u =1.184m Qsk=1.184+(5×20+0.8×15+2.8×20 +3.15×25+5.65×20+2.6×30)=518.3KN 桩端阻力: Qpk=Aб0

A=0.112 Qpk= 0.3772×π 4×100 =1.184×437.25=11.16KN 承台底土阻力：

Qck= A'б0' = 4.41 4×60=66.15KN б0取最不利土层地基容许承载力60Kpa 则：单桩承载力R1= 0.85×518.3 1.75 + 1.495×11.16 1.75+=274.12KN

（4）沉降计算

矩形基础中点沉降公式：

S=4×ψe×Po nΣ i =1Ziαi-Zi-1αi-1ESi（3-2）

0.330×66.15 1.70

①参数取值：

ψ=1.7（桩基沉降计算经验系数）无持力层

ψe（桩基沉降系数）=Co+

nb-1

C1(nb-1)+C2 nb矩形布桩的短边布桩数nb=2 查表得C0=0.0345

C1=1.708

C12=11.437

Σαj'Poj =0.096×4×215.42

=82.7KPa 因此取Zn=2.0m 查表：αi=0.0905 So=4×ψ×ψePo×nΣ i =1Ziαi-Zi-1αi-1ESi =4×1.7×0.111×215.42×103× 2.0×0.0905 4.81×106=6.1mm 主线桥左幅第一联基础承载力及沉降计算值及实测值见表三。

ψe =0.0345+

2-1

1.708×(2-1)+11.437 =0.111 Po=

950

2.1×2.1=215.4KN/m2 ②确定地基沉降计算深度Zn 条件：бZ=0.2б бZ=ΣαjPoj 土的容量平均值取18KN/m3 若Zn=2.0m 查表：αi=0.0905

бZ =0.2×22×18=79Kpa Σαj'Poj =0.0905×4×215.42 =77.98 Kpa 若Zn=1.9 查表：αi'=0.096 a b=1 Zn b= 1.9 1.05=1.714 бZ =0.2×21.9×18=78.84pa 3.4承台设计计算

承台设计根据设计规范承台按极限状态设计，进行局部受压、抗冲剪、抗弯和抗剪验算。

4施工控制

4.1桩机选择及其性能指标

根据设计桩基承载力，选择两台DZ75KS振动打桩机进行施工。桩机性能指标：

桩基最大高度：30m

最大打桩深度：25m

配最大桩锤：DZ75KS

偏心力矩：322N*m

最大转矩：≥1.8 4.2桩管、桩尖、桩身构造

沉管灌注桩用桩管采用直缝焊接钢管，焊缝强度与母材等强。

桩尖采用预制钢筋混凝土桩尖，它具有穿透土质能力强，桩管内不容易渗入水和泥浆的优点。预制钢筋混凝土桩尖的混凝土抗压强度不低于30Mpa，钢筋为I级钢筋，村尖外径比计计桩径大2cm，长50—80cm，锥形角度根据土的软硬情况选用45—60度。

表三：主线桥左幅第一联基础计算与实测值对比一览表

孔 号

桩形及数量

计算承载力（KN）

计算沉降（mm）

实际沉降（mm）

备 注

第1孔

中

5φ480mm沉管灌注桩

393.4×

510.0

边支点承 载 力

≥850KN；中支点承 载 力

≥1850KN

边

4φ377mm沉管灌注桩

274.12×

46.1

第2孔

中

5φ480mm沉管灌注桩

397.2×5

4.0

边

4φ377mm沉管灌注桩

268.8×4

2.5

第3孔

中

5φ480mm沉管灌注桩

412.92×5

5.0

边

4φ377mm沉管灌注桩

278.42×4

3.0

第4孔

中

5φ480mm沉管灌注桩

429.26×5

5.8

边

4φ377mm沉管灌注桩

293.13×4

3.6

第5孔

中

5φ480mm沉管灌注桩

453.78×5

7.1

边

4φ377mm沉管灌注桩

307.7×4

4.4

4.3施工方法

沉管灌注桩的施工流程为：

就位

沉管

灌注混凝土

拔管振动

灌注成型

单打法施工中需严格控制最后30S的电流值，通常根据施工经验控制在95-110A之间，确保桩尖进入土质良好的持力层。桩管内灌满砼后，先振动5—10s，再开始拔管，边振边拔，每拔0.5—1m停拔振动5—10S，如此反复，直至桩管全部拔出。拔管速度应严格控制，一般土层宜为1.2—1.5m/min；在软弱土层宜控制在0.6—0.8m/min。4.4施工控制要点

(1)套管开始沉入土中，应保持位置正确，如有偏斜应即纠正；(2)拔管时应先振后拔，满灌慢拔，边振边拔；(3)预制钢筋砼桩尖需满足倾斜率、防

水性能、耐打性能要求，避免施工中因桩尖质量造成桩尖打碎，桩管吞桩尖事故的发生。

(4)沉管灌注桩缩颈、断桩事故的发生，主要原因是拔管不当，因此施工中应严格按土层变化情况控制拔管速度。5 检测补强处理措施

成桩后待桩身混凝土达到一定强度将桩侧土开挖，破除桩头至设计标高，然后进行小应变检测桩身质量及其完整性，检测合格则进行承台施工，若有不合格根据具体情况采用补强措施。由于过程控制严格，经小应变检测成桩合格率在95%以上，经济效益较好。6 静载试验

在支架施工前为确保安全并检验设计计算的可靠性，选择有代表性的桩基进行静载试验。

静载试验方法是在支架承台施工完成达到设计强度后，在其上用水箱加载，用百分表观测沉降值，并填写沉降观测表，必要时绘制沉降曲线，加载及观测方法见图3。

在施工时共进行了两个承台的静载试验，经观测承台沉降在2—3mm，结果较理想，能满足支架施工要求，箱梁砼浇筑时对基础沉降进行了连续观测其与理论对比见表三。讨论及结语

经过近半年的施工实践证明，利用建筑工程中常用的沉管灌注桩进行支架基础处理,施工工艺简单、可靠性高、投入较小，此种地基处理方案已相继在润扬长江公路大桥H1标、D1标、D2标得以推广，为支架现浇基础处理提供了一种新的思路。