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特大桥溶洞桩基试桩施工组织设计

珠江三角洲环线高速公路黄岗至花山段项目

北江特大桥岩溶区桩基试桩施工组织设计

旱涝保收标准农田示范土地治理项目施工组织设计.doc编制时间：二〇一〇年十一月

珠江三角洲环线高速公路黄岗至花山段项目

北江特大桥岩溶区桩基试桩施工组织设计

施工单位：广东省XX公路工程有限公司

编制时间：二〇一〇年十一月

2.2、试桩平台设计 3

2.3、试桩位置选择 3

2.4、桩基护筒及振动锤选型 3

2.4.1、地貌、水文情况 3

2.4.2、桩基护筒选型 3

2.4.3、振动锤选型 3

2.6、桩基成孔工艺控制 3

2.6.1、施工工艺流程图 3

2.6.2、试桩施工工艺 3

2.6.3、成孔过程应急预案 3

4、人力及设备资源组织 3

4.1、项目组织机构及劳动力资源配置 3

4.1.1、项目组织机构 3

4.2.2、劳动力资源配置 3

4.2、施工机械设备 3

5、施工安全保证措施 3

5.1、本项目主要危险源 3

5.2、针对危险源的安全保证措施 3

6、环保措施及文明施工 3

肇花高速公路第三合同段起讫点桩号为K9+074～K19+255，共长10.181Km。本合同段位于佛山市三水区境内，地处粤境南岭山系南麓与珠江三角洲北部平原结合处。

本合同段沿线地层溶洞发育强烈，桩位地层溶洞数量较多且高度较大，特别是北江特大桥主墩桩基地层存在大量串状溶洞和连通性溶洞，在桩基成孔施工前必须进行溶洞预处理施工。主墩56#、57#、58#墩由于长期水流冲刷影响，河床面覆盖层表面细砂层厚度仅1.3m，下伏层为厚度约为15m的卵石层，卵石层以粒径20～45mm为主，导致桩基护筒振打难度大，入土深度达不到施工要求，施工过程中容易出现漏浆现象。另外，本标段桩基施工处于汛期前夕，若在汛期前未能顺利完成主桥桩基础施工，那么在汛期进行桩基施工的难度将大大增加。综上所述，本项目桩基施工存在较多的影响质量、安全和进度的不定因素，桩基施工难度较大。

为了确保本标段桩基施工顺利进行，对施工过程中可能影响桩基施工的质量、安全和进度的各种因素制定应急预案，根据二〇一〇年十一月三日“肇花高速公路第三合同段项目桩基施工现场协调会”精神，特编制岩溶区桩基试桩方案，以试验并最终形成⑴、河床面覆盖层砂层较小情况下桩基护筒入土深度控制工艺；⑵、岩溶区桩基溶洞处理方法；⑶、岩溶区桩基成孔工艺。为全面展开北江特大桥岩溶地质桩基施工积累经验，确保桩基施工的顺利进行，确保桩基施工的质量和安全，为缩短项目总工期创造条件。

为了达到试桩的目的，选择在河床面砂层覆盖层薄、底层溶洞较为发育的56#墩左幅附近承台范围以外的位置进行试桩，试桩直径为2.2m(和56#墩一致)，初步拟定四处备选试桩位置，通过地质钻探选择溶洞最为发育的位置作为试桩位置，初步选定的试桩位置如下图A、B、C、D所示：

试桩平台及试桩位置平面布置图

为了便于试桩的施工，选择在56#墩后退方向加大平台尺寸进行施工，平台布置如上图所示，平台设置溶洞处理材料的堆放和运输通道，平台顶面标高为+8.0m。

施工平台搭设完成后，通过地质钻探选择溶洞较为发育的位置进行试桩，地质钻探时先在A位置进行钻探，若该位置溶洞较为发育，则选择A位置进行试桩，A位置溶洞较小则对B位置进行钻探，若B位置溶洞较小再对C位置、D位置进行钻探，然后选择A、B、C、D中溶洞最为发育的位置进行试桩。

A、B、C、D位置钻探结果显示，A、C孔位置存在较大溶洞，其中C孔溶洞高度为4.37m，溶洞处于半填充状态，因此，选定C位置作为试桩位置，各孔的地质情况详见钻探记录表。

2.4、桩基护筒及振动锤选型

2.4.1、地貌、水文情况

2.4.2、桩基护筒选型

试桩桩基护筒采用和56#桩基钢护筒型号一致，钢护筒直径为2.5m，标准板厚为14mm，首节钢护筒底部3m范围采用板厚为25mm，设置50cm高刃脚，板厚为50mm，并设置45度单面V型坡口以减少沉放时的阻力。

结合实际水文、地质情况、溶洞情况综合考虑护筒埋置深度。桩基护筒埋置深度计算如下：

（《公路施工手册—桥涵P515》）

式中：
——护筒埋置深度，m；

——施工水位至河床表面深度，m；

——护筒内水头，即护筒内水位与施工水位之差，m；（此处取2.5m计算）

——护筒内泥浆容重，
；（此处取1.35计算）

——护筒外河床土的饱和容重，
；

，其中：
——土粒的相对密度，砂土平均取2.67；

——饱和土的孔隙比，砂土为0.69。

由于河床上不均匀而引起局部渗透，为防止护筒底端向外发生流动、管涌，而使护筒倾斜、沉陷，上式计算的
值应乘以安全系数1.5～2后作为埋置深度，即护筒实际埋置深度为：
=（1.5～2）
（此处取1.5计算）

计算得试桩桩基护筒的埋置深度
，
。

平台面到河床面所需钢护筒长度为18.0m。试桩钢护筒总长为18～36m。

2.4.3、振动锤选型

采用250吨液压振动锤振打。

试桩钢护筒打设完成后，在桩基护筒内沿钢护筒壁增加2个钻探孔(和第一个钻探孔成均匀布置)，进一步摸清桩位溶洞的布置情况，以便在成孔过程中更有针对性地制定成孔工艺。钻探孔的布置如下图所示(单位：cm)：

2.6、桩基成孔工艺控制

2.6.1、施工工艺流程图

2.6.2、试桩施工工艺

2.6.2.1、冲机就位

冲机就位前需进行各项检查工作，包括场地布置与冲机座落处的平整与加固、轨道的稳定、主要机具的检查与安装、配套设备的就位及水电的供应等。冲机就位时需安装平稳、定位准确，且对桩机和桩架进行水平和垂直校正，以保证桩孔位置准确。就位时应特别注意应垫平冲机和固定滚筒。

开钻时应先用冲击锤以小冲程反复冲击，在孔内形成一定深度，然后直接投入粘土并加水，再用冲击锤以小冲程反复冲击造浆，逐渐形成泥浆循环。

开孔及整个钻进过程中，应始终保持孔内水位高出最高水位（施工期间）0.5m，并低于护筒顶面0.3m以防溢出，泥浆面最高不超过最低水位2m。

2.6.2.3、过护筒脚

通过护筒脚时应慢速进尺，当护筒脚为软弱土层时尤其应注意孔壁的稳定，防止漏浆及塌孔等现象。

在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时，可按1：1投入粘土和小片石（粒径不大于15cm），用冲锥以小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁。必要时须重复回填反复冲击2～3次。对砂、卵石土层和岩层等，泥浆损失较大，冲击过程要不断添加粘土以保持泥浆浓度。

冲程大小和泥浆稠度可按通过的土层情况掌握。当通过护筒脚和砂、砂砾石或含砂量较大的卵石层时，宜采用1～2m的中小冲程，并调整泥浆浓度，反复冲击使孔壁坚实，防止坍孔。

钻孔作业必须分班连续进行，机长要认真及时填写钻孔记录。

2.6.2.5、护筒复振

桩基钢护筒第一次振打入土深度较浅不能达到施工要求，考虑到桩基护筒所处的覆盖层渗透性强，在施工过程中容易出现护筒脚漏浆，严重可能使整个覆盖层（砂、卵石层）坍塌，导致平台管桩及钢护筒整体下沉等问题发生，进而造成整个56#墩平台下陷的严重后果，为确保桩基顺利成孔，节约施工工期，当桩基进尺到一定深度（根据经验，进尺6～10m）时对钢护筒进行复振以加大护筒入土深度。

2.6.2.6、静压注浆

桩基钢护筒复振完成后，钢护筒脚仍处于卵石层中，因此，还需采用其他预处理措施来保证桩基护筒底覆盖层的稳定。根据我公司在江肇项目施工经验，结合56#墩地质情况等特点，拟采用静压注浆对护筒脚进行预处理，压浆范围从护筒脚上5米至卵石层底范围。

⑴、静压注浆施工工艺流程图

浆液采用425＃普通硅酸盐水泥配置的水泥浆。浆液配比按水灰1：1～1：0.6配制。

根据我公司江肇项目部静压注浆经验，本试桩桩基钢护筒直径Φ250厘米，在护筒边向外30～50厘米圆周上均匀布置6个孔，注浆孔间距定为1.5～2.0m。

注浆孔的布置如下图所示(单位：cm)：

按设计注浆孔位置将钻机准确就位，共布置2台钻机。

采用直径Φ127mm套管下到河床底，接上套顶及100～150kg吊锤，向下击打尽可能深地打入覆盖层。

下钻具将套管内的砂卵石返出水面，向下钻进3～5米，若地层不漏水可钻入地层5～10米即可进行分层注将，重复上述步骤至岩面。

注浆管下入深度为下端口距孔底0.2m，注浆管应高出施工平台面0.5m。

Φ110～91mm钻具将套管内的砂卵石返出水面，并进入套管底地层3～5米，将钻具与注浆泵连接好，先向孔内通清水15分钟或看见孔口返出清水后则进行注浆。一般地层注浆配比先稀后浓，水灰比先1:1，再0.8:1，最后0.6:1；若地层漏水严重，则直接采用水灰比0.8:1或0.6:1进行注浆，浆液中需掺入水泥用量5～7％的CaCl2作为速凝早强剂。

当注一个等级水灰比时，孔口不返水泥浆，而注浆量达1.5～2方，压力没有明显上升则需更换高一等级水灰比；反之当压力明显上升，孔口返出水泥浆则水灰比不需调整，此时可将钻具取出地面，采用孔口挤浆的方法进行注浆，当压力上升至1.5Mpa，地层吸浆量较小（5～10L/min）可停止注浆；或注浆量累计达3.5方/米时可停止注浆。本试桩工程每孔压浆需用水泥约为90吨。

注浆完毕应立即拔出浆管，浆管拔出后，先用稀素混凝土砂浆回灌，然后用1：1：2（水、水泥、砂）素混凝土封至孔口。

为加快桩基成孔施工进度，可在浆液实验中加入满足注浆要求的外掺剂（早强剂），注浆强度达到设计要求后，即可进行溶洞预处理。

2.6.2.7、溶洞预处理（高压旋喷、孔内压浆）

旋喷桩钻机、打桩机、高压泵、浆液搅拌器、排污泵等设备。

b、注浆材料施工配合比及其他参数

根据桩基结构设计尺寸，旋喷桩与钻孔桩、主体结构的相对位置，施工误差，计算出钻孔桩中心坐标。根据旋喷桩坐标和已知控制点，利用全站仪测量放样。并布设好护桩。旋喷桩施工前，首先测出平台面标高，钻到设计标高后通过钻杆长度，测量旋喷桩长度，保证旋喷桩长度达到设计要求。

沿桩基护筒内侧30cm范围均布3孔作为喷浆孔，同时也作为溶洞灌浆孔，灌水泥浆完成后再采用3个孔作为检验孔，检验效果，若处理效果不佳，则从检验孔进一步压浆。

利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴（单喷嘴）置入地层溶洞底板以下1m位置，利用高压泵把水泥浆以10~25MPa的高压从喷嘴中喷射出去形成高压喷射流，冲击松散填充物，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与从土体崩落（切割）下来的土粒、砂粒搅拌混合，经凝固后，便在岩土体中形成水泥、砂、土体混合的一定强度的固结体。

高压旋喷水泥浆材料采用32.5R水泥、水按比例配制，水灰比1.0。

高压旋喷施工机具布置示意图

采用混凝土输送泵利用灌注套管在溶洞孔底灌注M20水泥砂浆，灌注初始，水泥砂浆含沙量适当减少，或适当增加水泥量。灌注施工自下而上进行，直至设计顶面深度为止。

当压砂浆困难时，采用压水泥浆。压水泥浆时利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴（单喷嘴）置入土层设计预定深度后，利用高压泥浆泵把浆液以10~25MPa的高压从喷嘴中喷射出去形成高压喷射流，冲击破坏岩土体，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与从土体崩落（切割）下来的土粒、砂粒搅拌混合，经凝固后，便在岩土体中形成水泥、砂、土体混合的一定强度的固结体。

2.6.2.8、泥浆循环系统

桩基成孔过程中的泥浆循环系统通过同墩位相邻的桩基护筒形成。

冲孔施工开始前往桩孔内按比例注水，投入粘土，边钻孔边造浆，必要时加入添加剂并调整泥浆指标符合要求。在成孔过程中，采用泥浆处理器降低泥浆的含沙率，提高泥浆的质量，确保桩基施工的顺利进行。

钻进过程中泥浆的各项性能指标如下：

①、制定完善的操作工艺，严格按操作工艺执行。（试验室必须到现场指导冲桩班进行泥浆的配置）。

②、合理选用泥浆配合比，试验室专人定期检测各项指标。

③、完善设备，防止泥浆流失和污染。

④、未经现场施工技术人员同意，不得任意加水，严禁在短时间内大量加水，使泥浆在短时间内性能出现大的变化，使孔壁不稳定。

⑤、指标测定：钻进时钻桩班每2小时测定一次泥浆的相对密度、粘度、含砂率3项指标，试验人员每天至少检测一次泥浆的主要控制指标，均留下详细的记录。停钻时每天测定一次泥浆面下0.5米处的全套泥浆指标。

⑥、当泥浆指标接近规定限值时必须及时调整。

⑦、现场操作人员及时记录原始数据，现场施工技术员按时检查施工记录，并分析施工记录数据。

⑧、严禁泥浆泄漏到北江水中，多余的泥浆必须用泥浆船收集进行集中处理，防止对河道造成污染。

2.6.2.9、成孔工艺

冲机就位前需进行各项检查工作，包括轨道的稳定、主要机具的检查与安装、配套设备的就位及水电的供应等。冲机就位时需安装平稳、定位准确。特别应注意应垫平冲机和固定滚筒。

冲击钻机开孔必须准确，且应慢速进行，冲击钻需用小冲程开孔，当护筒内深度达到全冲程后方可正常冲进。冲进过程中应经常掏取渣样，及时判明土层，且根据土层性质采用适当的冲程和泥浆浓度。通过护筒脚时应慢速冲进，当护筒脚为软弱土层时尤其应注意孔壁的稳定，防止漏浆及塌孔等现象。在施工的任何时候均应保持孔内有2m左右的水头高度以防塌孔。冲孔作业需分班连续进行，及时填写钻孔施工记录，交接班时应交待冲进情况及下一班应注意情况。

在成孔过程中要时常对冲机各部的运转情况进行观察，及时消除一切可能出现的事故萌芽，以保证整个冲孔过程顺利。经常检查冲锤中吊环的牢固状况，防止掉锤现象发生。

在成孔过程中应全程对比该孔深岩性与地质钻探资料的一致性,做到不同地层的钻进有不同的相应的施工控制措施和准备，及时捞取碴样，编号并保存。

⑴、不同地层成孔施工泥浆控制指标：

粉砂及细、中粗砂层泥浆相对密度控制在1.3～1.5，粘度控制在19～28Pa.s，含砂控制在8%～12%。泥皮厚≤3mm/30min。

卵石层、碎卵石层泥浆相对密度控制在1.3～1.5；粘度控制在19～28Pa.s，含砂控制在4%～8%。泥皮厚≤3mm/30min。

基岩泥浆相对密度控制在1.2～1.4；粘度控制在19～28Pa.s，含砂控制在4%以内。泥皮厚≤3mm/30min。

⑵、松散层、溶洞土洞区回填处理：

在砂及卵石夹土等松散层、溶洞土洞区钻进时，可按1：1投入粘土和小片石（粒径不大于15cm），用冲锤以小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁。必要时须重复回填反复冲击2～3次。对砂、卵石土层和岩层等，泥浆损失较大，冲击过程要不断添加粘土以保持泥浆浓度。

⑶、成孔过程中冲程的控制：

冲程大小和泥浆稠度可按通过的土层情况掌握。

当通过护筒脚和砂、砂砾石或含砂量较大的卵石层时，宜采用1～2m的中小冲程，并调整泥浆浓度，反复冲击使孔壁坚实，防止坍孔。

当通过基岩之类土层时，可采用2～3m的大冲程，使基岩破碎。入岩后每隔50cm要捞取一次岩样，以小塑料袋装起，贴好标签进行密封，标签要标好捞取时间、孔内进尺、岩样风化程度、岩层标高等。

在任何情况下，最大冲程不宜超过6m，防止卡钻、冲坏孔壁或使孔壁不圆。

为正确提升钻锥的冲程，宜在钢丝绳上涂红油漆作为长度标志，防止冲程过大而造成断绳。

因其它原因停钻，钻头不得停留在孔底，必须提升到泥浆面以上；再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。

当孔底标高和56#墩桩基设计终孔标高一致时确定终孔。

2.6.2.10、溶洞钻进

溶洞处理完成待强后以正常速度钻孔，当到达溶洞顶板岩层后和在溶洞处理过程中以小冲程继续钻进。击穿溶洞顶板后，孔内水位可能会有略微下降（虽经处理，但岩面始终存在着裂隙），冲机作业人员应提起锤头，置放在距离钻孔4～5m的平台上，离开钻机；同时对孔内补水，保持孔内水头高度；塔吊和抓斗向孔内填土石，土石的比例是1∶1,即1斗片石和1斗黏土填入，回填高度超出溶洞顶不小于3m，若此时仍在漏水继续回填土石，高度超出溶洞顶5m左右，等待2h观察地面有无塌陷迹象，若无安全隐患开始下步工作。

穿越溶洞后，按正常速度继续钻孔直到设计桩底.

3.2.2.11、正常钻进

通过了溶洞下面2m后，即可进行正常冲进，当通过灰岩时。可采用4～5m的大冲程，使灰岩破碎。在任何情况下，最大冲程不宜超过6m，防止卡钻、冲坏孔壁或使孔壁不圆。

为正确提升钻锥的冲程，宜在钢丝绳上涂红油漆(或系红绳)作为长度标志，防止冲程过大而造成断绳。

因其它原因停钻，钻头不得停留在孔底，必须提升到泥浆面以上；再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。

在冲进过程中，要经常在护筒内捞渣，避免护筒内沉淀过多而影响泥浆循环。

停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻.

钻孔作业必须分班连续进行，机长要认真及时填写钻孔记录。

3.2.2.12、终孔

当达到溶洞以下5m标高时，必须报监理工程师认可，考虑到试桩工程的特殊性，同时邀请业主单位共同签证后方可终孔。

2.6.2.13、验孔

在终孔时，需要使用探笼来检测钻孔的垂直度及孔径大小，以确保桩孔的直径和圆度，探笼长按8米进行加工制作，直径为215cm。

2.6.2.14、清孔

终孔后，保持泥浆正常循环，把孔内悬浮渣较多的泥浆换出，使清孔后泥浆的含砂率降到2%以下，粘度为17s～20s,相对密度为1.03～1.10时，孔底沉淀物厚度不大于50mm，即可终止清孔。

2.6.2.15、二次下放探笼

为检验清孔时孔壁是否发生坍塌，须再次下放探笼，下放步骤同第一次下放。

2.6.2.16、水下砼灌注

桩孔清孔完成后，采用水下砼灌注施工工艺灌注砼至河床面，然后采用水下切割沿河床面割除桩基护筒，拆除试桩平台。

2.6.3、成孔过程应急预案

本项目桥位区溶洞发育强烈，在桩基成孔施工至溶洞、土洞区时，容易出现孔内泥浆面的突降(部分溶洞没有填充物)；另外，由于56#墩河床面细砂层厚度较小(最小厚度为1.3m)，导致桩基钢护筒入土深度难以达到设计和施工要求，容易出现护筒脚漏浆的现象。

为防止漏浆造成塌孔的严重后果，在成孔施工前应在桩基旁堆满部分袋装黄泥，同时在其附近准备一个装满水的大水箱，如遇漏浆，及时将阀门打开往孔内加水保持孔内水头，迅速将桩基旁的袋装黄泥抛入孔内，与此同时继续往墩位补充泥包和黄泥。待孔内水位不再下降时，在不进行泥浆循环情况下进行小冲程冲进，冲过这一标高约50cm时再循环泥浆正常冲进。

在松散粉砂土、卵石层、岩溶区钻进时，应控制进尺进度，成孔时及时投入粘土和片石，低冲程锤击，使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起护壁作用。

如果发生孔内坍塌，应先判明坍塌位置，确保平台的安全稳定性未受到影响后再回填砂和粘质土（或沙砾和黄土）混合物到坍孔处以上1m～2m，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。若发现平台在塌孔时受到影响，应立即停止作业，撤离人员并切断电源，等待进一步研究处理方案。

4、人力及设备资源组织

4.1、项目组织机构及劳动力资源配置

4.1.1、项目组织机构

4.2.2、劳动力资源配置

5.1、本项目主要危险源

⑷、特种设备安全操作。

5.2、针对危险源的安全保证措施

②、施工平台等设施，应有足够强度和稳定性作为使用保证。并经常检查，严格控制平台面的施工荷载；各种大型施工船舶严禁系靠平台钢管桩，同时钢管桩上设置橡胶防撞缓冲装置。

③、钻孔平台四周应设栏杆，并放一定数量的救生圈，平台上部随时将杂物、工具清理整齐，所有结构应牢固，夜间应有足够的照明和航标设施。

④、加强与当地水文，气象部门的联系，及时掌握水文，气象动态，合理安排生产，确保施工安全。

⑤、严格用电管理，禁止乱接乱拉电线，经常性检查电器漏电保护性能。

⑥、溶洞处桩基成孔施工时，注意观察护筒内泥浆面标高；如发现异常情况应立即快速提锤。

⑦、起重吊装时，必须绑扎牢固，在专人指挥下进行操作。

⑧、六级以上大风应停止施工作业。台风来临时应认真做好防风加固工作。

6、环保措施及文明施工

①、北江特大桥施工区域属于二级水源保护区，桩基施工的泥浆严禁排入江水中渝20J04-1 建筑防火、排烟构造设计图示㈠ 防火门.pdf，必须使用泥浆船收集，集中处理。

②、水泥、粘土等掺和料，应妥善遮盖和支垫，避免散落水中或被雨水冲洗流入江水，引起江水污染。

③、禁止使用一次性塑料餐具，防止白色污染；交通船舶、施工机械产生的废油料及润滑油等，必须集中收集运至岸上处理。

④、生产用油料必须严格保管，防止泄漏，污染江水。

②、合理规划施工场地，布置好施工区及材料堆放区，避免相互冲突。施工场地和施工平台应随时将杂物、工具清理整齐，严禁乱堆乱放。

③、施工、加工作业场地用电应按规定采用“一机、一漏、一闸、一保护”的接线方法进行安装，禁止乱拉乱接。

④、砂浆在搅拌、运输、使用过程中要做到不洒、不漏、不剩、不倒DL_T 5111-2012水电水利工程施工监理规范.pdf，洒落的要及时清理。

⑤、施工作业过程中，应根据施工需要配备符合国家标准或行业标准的劳动保护用品，并监督、教育作业人员按照使用要求正确使用。