浮码头设计

浮码头设计（精选四篇）

浮码头设计 篇1

1 项目概述

该文以南通某浮码头工程为例, 工程位于江苏省南通市经济技术开发区, 结合相关管理部门的规定和要求, 需要沿着岸线将钢制浮平台设置于码头内侧。

2 采用单桩多箍式定位结构的原因

因为在该工程项目中, 已经确定了码头前沿线 (其前沿线布置在-14m等高线附近) , 可用水域宽度在较大程度上限制到了泵船和浮泵平台的定位, 并且需要保证泵船能够同步钢浮泵平台的升降, 该水域宽度比较的狭窄, 那么就无法实施锚链定位、撑杆及撑墩定位等, 如果是采用传统的钢导桩定位模式, 那么对于每一艘泵船以及各个分段浮平台, 都需要对钢导桩独立的设置, 进行定位, 虽然具有一定的可行性, 但是建成之后, 因为导桩数量较多, 对于工程所在地的景观, 会造成较大的破坏, 从技术经济等多个角度进行考虑, 我们最终在定位方面, 选择了单桩多箍式定位方式。

3 单桩多箍式定位方式介绍

具体来讲, 单桩多箍式定位就是一个将多个抱箍结构设置于同一个钢导桩上, 同时限位导桩内外侧浮泵, 钢抱箍就是浮泵和钢导桩的连接限位结构。该工程将1 200钢管桩作为定位钢导桩, 钢桩壁厚度为20mm左右, 结合极端高水位下上层抱箍高程加波浪超高来确定钢导桩的顶高程, 利用两根抱箍钢桩来固定每艘泵船与对应分段浮泵平台, 设置的钢导桩数量有10个, 单桩长度为35m左右, 将C25素混凝土灌注于钢导桩内, 将外伸抱箍构件设置于泵船与钢制浮平台外, 综合考虑了各个泵体的吃水高度, 最终决定在平台抱箍下侧设置泵船抱箍。

为了保证正常运行定位设置, 非常关键的一个环节就是设计限位装置, 抱箍装置需要将限位作用充分发挥出来, 避免浮泵产生的位移和倾角超过了相关的规定和要求, 还需要保证沿着定位钢桩, 浮泵能够上下浮动, 经过综合研究, 有效结合了厂内预制和现场安装的方式, 来安装抱箍, 并且将橡胶轮缓冲设置于抱箍内壁。

4 单桩多箍式定位结构设计

(1) 自然环境:通过相关的调查研究我们发现, 工程区域设计高水位和设计低水位分别为4.01m和0.8m, 最大流速和最大风速为2m/s和2m/s, 用m来表示桩基入土范围内土层水平地基反力系数, 结合相关的地质资料, 得出加权平均值, 因为工程所在地区, 位于航运枢纽地带, 那么, 船行波主要会对工程造成影响, 平均波高为0.6m。

(2) 设计概况:在正常的使用状态下, 有着诸多的荷载工况都需要设计计算。首先是船舶靠泊的过程中, 会撞击到临水侧浮泵, 向钢导桩传递这种撞击力, 在这种情况下, 钢导桩为单点受力状态。要紧密依据港口工程荷载规范的相关规定, 来科学计算船舶停靠过程中的有效撞击能量, 结合有效撞击能量和抱箍缓冲物吸能曲线来计算冲击力, 那么就可以求出单个钢导桩承受的最大船舶撞击力。在停靠状态下, 船行波会影响到钢导桩两侧浮泵结构, 有挤靠力产生, 那么就可以用两点受力状态来简化钢导桩, 结合Fl ORy经验公式来计算船行波对系泊船产生的最大作用力及力矩。按照工程所在航道统计资料平均尺度来考虑航行船舶的尺度, 然后对船行波对钢导桩外侧浮泵船及内侧浮泵体结构产生的纵横向作用力及弯矩进行分别计算。经过一系列的计算发现, 在钢导桩设计中, 非常重要的一个考虑因素依然是船舶靠泊时的撞击力, 可以利用船行波对结构的影响来复核结构强度。特别是部分区域有着较大的船舶航速, 因为有正比关系存在于船行波的效应和船舶速度之间, 特别是将单桩多箍式定位结构给应用过来时, 因为船行波会同时作用于多个浮体, 那么船舶靠泊时产生的撞击力对结构的影响可能不如船行波对结构的影响。此外, 因为会非常频繁的发生船行波, 为了避免波浪涌动影响到多层钢抱箍, 进而导致碰撞磨损等问题出现, 那么就需要严格控制多层钢抱箍间的间距, 保证比船行波的平均波高要大, 如果间隔空间无法保证, 那么就需要将缓冲结构设置于多层抱箍之间。

5 结语

通过上文的叙述分析可以得知, 单桩多箍式定位结构具有一系列的优势;在该工程中, 已经成功实施和应用了单桩多箍式定位结构, 这种定位方式, 比原来抱箍定位方式的空间和费用更小, 并且工程定位桩的数量得到了减少, 还可以有效连接钢导桩内外侧浮泵结构, 具有较好的经济性。在浮码头中, 如果需要统一管理各个独立泵船, 就可以采用这种结构形式。但是在具体实践中需要注意的是, 因为还没有较多的工程案例, 没有积丰富的实际经验, 在实践中还有诸多的问题需要解决, 那么就需要相关人员不断努力, 积极借鉴其他成功经验, 结合工程具体情况, 科学设计方案, 以便将单桩多箍式定位结构成功应用到浮码头设计中。

参考文献

[1]王亥索, 杨兴艳.船行波对系泊船的影响[J].港工技术, 2010, 2 (5) :123-125.

[2]畅毅, 魏翁虹, 张建恩.静态精密单点定位技术在物探测量中的应用初探[J].物探装备, 2008, 18 (3) :123-125.

浮 力 教学设计 篇2

教学设计

【设计理念】

1.通过实验引发讨论，培养学生探索事物现象的能力。

2.通过观察实验，培养学生从现象到本质的认识能力。

3.通过讨论，培养学生团结协作的能力。

【教学目标】

1.知道一切物体在液体或气体中都受到浮力。浮力的方向是竖直向上的。

2.会用弹簧秤法测浮力。

3.知道浮力产生的原因是液体上下表面的压力差。

4.知道物体的浮沉是由重力和浮力决定的。会判断物体浮沉。

5.会对物体进行简单的受力分析，并知道漂浮的物体浮力大小等于物重。

【教学器材】

弹簧测力计、墨水瓶、烧杯、水、乒乓球（3个）、溶液。

【教学过程】

一、复习提问

1.什么是力？

2.力的测量工具是什么？（测力计）

3.出示弹簧测力计下挂空墨水瓶。墨水瓶受几个力？（两个）4.两个力是什么关系？（一对平衡力）

5.二力平衡的条件是什么？

二、导入新课

（一）演示实验

1.用手托住空墨水瓶。分析受力情况，看到什么现象？（弹簧测力计的示数变小了。）

2.分析变化原因，手对空墨水瓶的托力多大？如何求得？

学生实验：

将弹簧测力计吊着空墨水瓶，放入水中浸没，观察到什么现象？（弹簧测力计的示数变小了。）

问：这个现象说明了什么现象？（浸没在水中的物体受到水对它向上托的力。）物体在其他液体中是否也受到向上托的力呢？

演示实验：

将吊着的空墨水瓶放入溶液中，看到什么现象？分析变化原因。

问：漂浮的物体是否也受到向上的托力呢？

学生实验：

将乒乓球投入水中，设法将它按入水中，有何感受？这说明了什么问题？

说明：（一切浸入液体中的物体，都要受到液体对它竖直向上的托力，这就是浮力。）

（二）板书一、一切浸入液体中的物体都要受到液体对它竖直向上的浮力

↓

↓

↓

（受力物体）

（施力物体）（方向）

分析：（力是物体对物体的作用，任何一个都有施力物体和受力物体。浮力的施力物体是液体，受力物体是浸入液体中的物体，浮力的方向是竖直向上的。）另外对浸入的理解，它包含两种情况：①部分浸入；②浸没。

讨论：

1.给你弹簧测力计、水、烧杯、钩码，如何测出钩码浸入水中的浮力？

（1）先测钩码在空气中的重力G。

（2）物体浸入水中看弹簧测力计的示数F拉。

（3）求浮力

2.浸在液体中物体一定受到浮力吗？（有各种意见）

演示实验：

图1

（1）取一只去底的矿泉水透明塑料瓶，瓶口朝下，瓶口略小于乒乓球。放入乒乓球。

问：如果我往里面注水，乒乓球会浮起吗？（会。因为要受到水的浮力）

（2）往塑料瓶里面注水。现象：乒乓球被水压在瓶底，同时有水从塑料瓶口漏出。

（说明浸在水中的物体不一定受到浮力。为什么呢？）板书：

二、浮力产生的原因

（3）用瓶塞（或手）堵住漏水的瓶口，注意观察乒乓球下面积满水时有何现象发生？

（现象：乒乓球下积满水时乒乓球会上浮。）

（4）将水倒回烧杯，分析原因。

第一次乒乓球只受到水给它向下的压力。

第二次乒乓球下积满了水，即受到水对它向下的压力，而且受到水对它向上的压力。乒乓球上浮说明向上的压力大于向下的压力。这就是压力产生的原因。

＞

图2

我们举特例来分析：立方体浸没在液体中的受力情况

立方体浸没在水中，其左右两个侧面和前后两个侧面和面积相等，并且对应部位距水面的深度相同。

问：水给它们的压强是否相等？（相等）

问：水给它们的压力是否相等？（让学生讨论）（压力相等并且方向相反）

分析：（p =ρgh p =F/S S 一定，F =p·S）但是，上下两表面处的深度不同，下表面处的深度更深，压强更大，而上下两表面的表面积相同，据p = F/S上表面受到的压力更大。即

＞

F = P·S，所以下表面受到向上的压力比

这就是浮力产生的原因。

板书：原因：＞ 而根据同一直线上二力的合成，=-，这就是浮力。

板书：实质：=-，方向竖直向上。

总结说明：浸入液体中的物体，上下表面受到的压力差就是浮力。浮力的方向是竖直向上的。

问：既然一切浸入液体中的物体都要受浮力，那么为什么有的物体在水中下沉，有的在水中上浮呢？下面我们就来讨论物体的浮沉条件。

板书：

三、物体的浮沉

演示实验：将三个乒乓球浸没水中（一个充满沙；一个中空；一个有部分沙，用蜡封住），松手后出现什么现象？分析讨论。

图3

问：浸入水中的物体受到哪几个力的作用？（重力、浮力）它们的施力物体是谁？（地球、水）

一个物体在受到两个或两个以上力的作用时，它的运动状态由它们共同决定。

（1）当=G 时，它受到平衡力的作用，将处于什么状态？（静止）（悬浮）

（2）当＞G 时，它受到非平衡力的作用，将处于什么状态？（上升）（上浮）

（3）当＜G 时，它受到非平衡力的作用，将处于什么状态？（下沉）

板书：

问：沉的物体最终处于什么状态？（静止）为什么？（另外受到容器底对它的支持力。）（）

问：那么上浮的物体最终处于什么状态？（静止）我们就说物体漂浮在液面上，那么，到平衡力的作用。

。受

三、总结扩展

（一）本书主要学习三个知识点：

1.什么是浮力，浮力的方向如何，以及如何用实验法测浮力？

2.浮力产生的原因是什么？

3.物体的浮沉条件。

我们要理解、记忆，并且借助实验，才能更好地掌握知识。

（二）思考：上浮的物体（），上浮至漂浮在液面上（）

讨论：物体的重力怎样变化？浮力怎样变化？浸没在水的体积能怎样变化？说说浮力的大小可能跟什么有关系？

关于地铁车站的抗浮设计研究 篇3

关键词：地铁车站；抗浮设计；计算

1.工程概况

某城规划建设地下三层地铁站，车站结构高度22.36 m、宽度23.2m、覆土厚度约2.7 m，车站底板埋深约25.06m。车站采用复合墙结构，围护结构采用1.0m 地下连续墙，嵌固深度5.0m，采用明挖顺作法施工。

根据车站地质详勘报告，车站埋深范围内主要分布有〈1〉杂填土、〈3-2〉中粗砂、〈4N－2〉淤泥质土、〈5H－2〉花岗岩残积土等土层，基底以下主要为〈6H〉全风化、〈7H〉强风化花岗岩。

2.抗浮计算

2.1 车站整体抗浮计算

抗浮计算选取延米车站标准断面计算。由于本车站所处位置地势较低，考虑地铁设计的工程经验和地铁百年工程的重要性，抗浮计算水位按最不利工况选取，水位取至地面。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）， ，式中： 为建筑物自重及压重之和， 为浮力作用值， 为抗浮稳定安全系数，在不考虑侧壁摩阻力时，取1.05；考虑侧壁摩阻力时，取1.15。

2.1.1 不计侧壁摩阻力时的抗浮计算

设置压顶梁能够利用围护结构自重和围护结构与岩土间侧壁摩阻力来提供抗浮力，是地铁抗浮设计中优先考虑的抗浮措施。设置压顶梁后，结构抗浮力包括车站主体结构重、围护结构重、压顶梁重、顶板上覆土重及围护结构与岩土间摩阻力（现暂不考虑）。

经计算，车站主体浮力为

车站主体自重及覆土自重

围护结构及压顶梁自

根据前式得： <1.05。故设置压顶梁后在不计围护结构与岩土间摩阻力时，无法满足抗浮要求。

2.1.2 考虑侧壁摩阻力时的抗浮计算

考虑围护连续墙与岩土间摩阻力时，应根据式（2）N_k≤T_uk/2+G_p和式（3）T_uk=Σλ_iq_siku_il_i计算，计算中q_sik应取极限侧摩阻力。

根据式（3）计算得：T_uk=2237.7 kN/m；

围护结构能够提供的有效力为 = G₂ + T_uk =3126kN/m；

根据式（1）得： =（3318+3126）/5863=1.10＜1.15。

因此，在考虑侧壁摩阻力时，车站抗浮仍无法满足要求，需要设置抗拔桩。

通过计算可知，若要满足抗浮安全系数Kw≥1.15，抗拔桩需要提供的有效抗浮力应大于298 kN/m。

2.2 整体抗浮有限元计算分析

2.2.1计算模型及荷载

车站围护结构与主体结构采用复合墙结构，围护结构、主体结构共同参与受力，结构尺寸如下图所示：

采用SAP2000建立结构计算模型，各主要结构均采用实体单元模拟。连续墙和主体结构侧墙之间采用仅能受压连杆模拟（连杆受拉时取消），连续墙嵌固段及主体结构底板下均设置弹簧，模型不考虑围护结构侧摩阻力作用，在压顶梁位置用固定铰支座来进行模拟。结合本工程梁柱布置情况，每个断面按照设置两根抗拔桩进行计算。

抗浮计算时采用正常使用工况进行计算。主体结构材料梁板采用C35混凝土，柱采用C50混凝土，相关材料参数均依据《混凝土结构设计规范》（GB 510010-2010）选取。侧向土压力施加在连续墙外侧，由连续墙和主体结构侧墙共同承担；側向水压力施加在主体侧墙外侧，由主体结构侧墙承担。

2.2.2 计算结果分析

计算中，为反映抗拔桩不同受力状态下的结构底板位移及压顶梁受力，将压顶梁模拟为铰支座，抗拔力模拟为竖向力，计算结果如图2和图3所示。

2.抗拔桩节点布置图          3.正常使用工况位移图

试算不同抗拔力下的结构底板、轨道最大位移及压顶梁支座位置反力，试算结果见表2。试算中抗拔力首先取0，计算无抗拔桩时结构底板位移；后在此基础上抗拔力递增，计算不同抗拔力下底板及轨道最大位移情况。

表2 节点受力及位移统计表

单根抗拔力

Fi/（kN/m）

底板位移

Hi/mm

轨道最大位移

hi/mm

单侧支座反力

Ni/（kN/m）

0

34.4

12.4

1148.1

100

33.6

12.2

997.6

150

29.0

10.5

947.4

200

27.2

9.9

947.4

300

23.6

8.7

847.0

根据《混凝土结构设计规范》中挠度控制要求，车站宽度为23.2 m，挠度限值应为23200/400=58mm，不设置抗拔桩显然也满足规范要求；同时，需要控制轨道位置结构变形，根据表2可知，在单根抗拔力为200kN/m 时，可满足轨道位移控制要求。

验算此时抗浮K_w=（3318+3126+400）/5863 =1.17＞1.15，满足抗浮要求。

根据有限元计算，本断面在满足位移要求前提下的抗拔力为400kN/m，大于整体抗浮计算所需抗拔力即298kN/m。由此分析，采用整体抗浮计算虽能满足抗浮要求，但无法保证结构底板位移满足规范要求，因此，整体有限元分析在抗浮计算中是十分必要的。

此时两侧支座反力N=862.8×2=1725.6kN/m，远小于围护结构能够提供的有效力Gw。分析这应该与计算过程中侧壁摩阻力无法模拟有关。采用整体有限元分析仅能分析结构位移，而压顶梁位置结构设计时所取反力仍应采用整体抗浮计算中能够提供的最大有效应力。

3.结论与建议

地铁车站抗浮设计，通过选取相关参数及公式进行计算，并结合有限元结构软件分析结构底板位移，可合理确定结构相关抗浮方案及设计。由于抗浮设计取最不利荷载工况，结合以往地铁车站抗浮设计经验，整体有限元计算抗浮是安全可靠的。

参考文献：

[1]袁正如.地下工程抗浮设计中的几个问题[J].地下空间与工程学报，2007（3）

[2]朱建甫，杨林，顾文秀.换乘地铁车站抗浮设计[J].四川建材，2010，36（1）

浮码头设计 篇4

关键词：钻孔灌注桩,质量控制,承载力

1 工程概况

为缓解2010年上海世博会预计将达7 000万人次的参观压力,根据规划,世博园区内黄浦江两岸共设置6个普通轮渡(水门)码头及1个VIP码头,该VIP码头功能定位于服务世博期间通过水路往来于园区两侧的贵宾,为本工程施工内容。

2 工程内容

本工程施工内容为VIP码头的建造。工程建设规模为1个1 100t(49.5m长)黄浦江游览船舶位。码头为浮码头结构,防汛墙驳岸前方设趸船一座:平面尺寸为60m×9m,型深2.2m,满载吃水1.0m;设实腹式钢引桥2座(兼做撑杆):平面尺寸为19.1m×5m;趸船、钢引桥均采用钢结构设计。

驳岸后方设桥墩2座,桥墩采用高桩墩台结构:上部结构为钢筋混凝土墩台,平面尺寸为8m×5m,高2.7m,下部桩基选用Φ800mm钻孔灌注桩,每个墩台下布置6根桩。

码头配备相应的给排水、消防、通信、监控等设施,码头后方陆域设置配套用房,与演艺中心其它相关设施统筹安排建设。具体工程量见表1。

本文主要介绍Φ800mm钻孔灌注桩的现场施工。

3 钻孔灌注桩施工技术

3.1 钻孔灌注桩施工工艺流程(见图1)

3.2 主要工序施工要点

3.2.1 施工准备

施工准备包括选择钻机、钻具、场地布置等。钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。根据勘探资料,本工程施工区域内,设计桩位标高范围内主要以黏性土质为主,只在最底部有部分砂质粉土,故选用了3台8ZJ-125型冲击桩基引孔,1台GPS-10型桩机进行成孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土等施工。

3.2.2 桩位测量放线

测量定位采用全站仪,极坐标法进行放样,然后再用横纵轴法复核,桩位偏差小于5mm;利用DSZ3型水准仪来测定护筒标高,其偏差不大于10mm。

3.2.3 埋设钢护筒

本工程设计桩长30m,施工中选用4mm厚钢板卷制直径为1.0m的钢护筒,以起到防止坍孔、固定桩孔位置和保护孔口地面的作用。

以测定的桩中心为基准点来开挖护筒坑,然后埋设护筒于坑内,护筒底及周围用粘土分层夯实,护筒顶面高出地表30cm。整个施工过程中,护筒应保持垂直,保证护筒中心与桩中心重合,同时不得翻浆,漏水和下沉。

3.2.4 钻机就位

施工场地位于演艺中心的外围,以黏性土和建筑垃圾为主,含碎石、砖块、木块等杂物,场地不平且土质较软,施工时先平整、加固场地,尽量避免钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响。

钻机就位时,要求钻尖对中,偏差小于20mm;钻杆垂直,垂直度偏差不大于1/100。

3.2.5 泥浆制备

钻孔泥浆由水、膨润土和添加剂组成。根据经验,泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握:泥浆密度太小,则排渣能力小、护壁效果差;泥浆密度太大则会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度,使混凝土置换发生困难,影响成桩质量。本工程施工过程中,根据钻孔方法和地层情况,选用泥浆密度为1.15t/m3～1.20t/m3。

3.2.6 钻孔

钻孔是一道关键工序,施工前要注意开孔质量,对好中线及垂直度,并压好护筒。施工中要随时检查成孔是否有偏斜现象。本工程采用三叶式合金钻头,开钻时慢速钻进,开孔后先用小水量给水,慢速轻压、平稳,待导向部位或钻头全部进入地层后再加速钻进,以避免黏土糊钻。

在钻孔达到设计要求深度后,应对孔深、孔位、孔径等进行检查。钻好的孔应及时清孔,下放钢筋笼和灌注水下混凝土,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。

3.2.7 清孔

工程中使用正循环旋转钻机。工序安排二次清孔,一次清孔在钻进终孔后使用钻杆进行,清孔时不可静止不动,以提高一次清孔效果,清孔进泥浆密度控制在1.10 t/m3～1.15t/m3,返浆比重控制在1.15 t/m3～1.30 t/m3,沉渣厚度不超过30cm。二次清孔在灌注混凝土之前进行,通过导管清孔,二次清孔进浆密度<1.15 t/m3,孔内沉渣<10cm。

3.2.8 钢筋笼制作加工

1)制作钢筋笼时应使用控制工具标定间距,以便在孔口搭焊时保持钢筋笼垂直度。为防止提升导管时带动钢筋笼,严禁将弯曲或变形的钢筋笼下入孔内。

2)钢筋笼在运输吊放过程中严禁高起高落,以防弯曲变形。

3)每节钢筋笼应焊2组～3组导正块,每组3只,以保证混凝土保护层均匀,导正块厚度50mm。

4)钢筋笼吊放采用吊索平衡器,应对准孔位徐徐轻放,避免碰撞孔壁,下笼过程中如遇阻,不得强行下入、晃动。应查明原因并经处理后继续下笼。

5)钢筋笼在孔口对接时,配备焊工施焊。每节钢筋笼焊接完毕后应补足接头部位的螺旋筋,方可继续下笼。

6)钢筋笼采用吊筋固定以使钢筋笼定位,一端固定在钢筋笼上,一端用钢管固定在孔口,避免灌混凝土时钢筋笼上浮。钢管应有足够的强度,笼顶标高允许偏差±10cm。

3.2.9 灌注水下混凝土

本工程钻孔灌注桩采用水下C35混凝土,为确保混泥土质量达到设计要求,商品混凝土从拌和开始到运至灌注现场时间不宜大于2h。每车混凝土灌注前均应做坍落度测试,坍落度要求为20cm±2cm,并应有良好流动度及和易性。

1)导管下口距孔底距离控制在0.5m内,导管使用前须经过压水试验,确保无漏水、渗水时方能使用,灌浆管接头连接处须加密封圈并上紧丝扣。旧导管须测试丝扣配合间隙,不合格不得使用。

2)导管隔水塞采用球胆,其直径小于导管内径2cm。

3)灌注首批混凝土时,导管下口距孔底距离宜保持在20cm～25cm,导管埋入混凝土中深度大于1m。混凝土灌注过程中,随时控测混凝土顶面高程,导管埋深控制在3m左右,混凝土连续灌注,并防止导管内形成空气囊。

4)灌混凝土过程中,起拔导管时,应由质量员测量孔内砼面高度,并进行记录,严禁将导管提离混凝土面,导管埋深控制在3m～10m,不宜小于2.5m。

5)按规范要求现场做混凝土试块,试块规格为100mm×100mm×100mm,每根工程桩做1组试块,每组3块,试块脱模后先放在现场标准养护室中进行养护,至规定龄期时送交测试单位进行测试。

6)灌注接近桩顶部应控制混凝土灌注量,超灌高度不得小于2.5m,确保桩头混凝土的强度达到设计要求。

7)混凝土灌注过程中应防止钢筋笼上浮,尤其是在混凝土面接近钢筋笼底端时,导管埋入砼面的深度宜保持3m左右,可适当放慢灌注速度,当混凝土面进入钢筋笼底端1m～2m时,可适当提升导管。提升时要平稳缓慢避免出料冲击过于猛烈或钩带钢筋笼。

8)混凝土灌注必须连续进行,每桩混凝土浇灌时间不宜超过6h。

9)由于桩径较大,灌注提管时应保持导管上下串动3次～5次,串动幅度为0.5m左右,并从四个方向测定导管埋深。

10)混凝土面接近桩顶时,应下入探测杆,以确保桩顶高度准确。钻孔灌注桩充盈系数不小于1,且不大于1.3。

3.2.1 0 回填桩孔

混凝土灌注完成后适时割断吊筋,拔出护筒并随即用道渣石将桩顶上部空段填实至地面,并用混凝土复原硬地坪,以确保人员设备的安全及施工现场的整洁。

3.3 钻孔灌注桩施工桩基工程质量控制一般要求

1)桩孔的直径和深度必须符合设计要求;

2)钻孔灌注桩泥浆的质量和稳定性必须符合规范要求;

3)灌注桩所用的原材料和水下混凝土的配合比设计必须符合设计要求和规范规定;

4)灌注桩钢筋笼所用的钢筋品种、制作和安装质量必须符合设计要求和规范规定;

5)混凝土必须连续灌注,严禁有夹层和断桩;

6)每孔实际灌注混凝土的数量,严禁小于理论计算体积;

7)灌注桩的桩顶标高应符合设计要求,钻孔灌注桩顶部浮浆和松散的混凝土应凿除干净。

4 施工过程中各阶段的质量控制

4.1 钻孔前的施工质量控制

此阶段主要确保钻孔定位的准确性。钻孔对中的同时,还要考虑到钻机底座的水平问题,以避免出现虽然钻头中心与护筒所标示的桩中心重合,但打桩过程中出现桩位偏斜的问题。这就要求,在对中及钻孔施工过程中,均应观测、调整钻机的水平和垂直度。

本工程采用3台冲孔桩机及1台工程钻机进行施工,钻孔前要求钻机安装准确、水平、稳固,钻机配水平尺测底座水平。

4.2 钻孔过程中的质量控制

成孔施工应一次不间断的完成,不得无故停钻,成孔完毕至灌注混凝土的时间间隔不应大于24h。如遇特殊情况停钻,务必保持孔内水头高度,避免塌孔事故发生。

为确保桩径,应选用适当直径、同心度好的钻头和平直度好的钻杆,在钻进过程中针对不同性质地层,采用不同的钻进技术参数(即转速、钻压、泵量),及时调整泥浆的性能指标,严把“护筒埋设垂直关、开孔慢速钻进和软硬交替地层控制钻速关”,如遇局部易缩径孔段,钻成孔后视需要进行复扫扩孔,正常钻进中,每钻完一根钻杆应提动钻具一次,确保桩径满足设计要求。

此外,为确保孔深,成孔前应根据基准面高程,严格按设计深度要求,认真丈量机上余尺,确保成孔深度,孔深用钻杆和测绳测量,钻杆定机使用。

4.3 成孔后的质量控制

若孔底沉渣厚度超标,将直接影响单桩承载力和受荷后的沉降量。为此,成孔后要认真清孔,确保成桩质量。第一次清孔时,为确保孔内沉渣厚度达到设计要求,本工程施工中采取的做法是将钻具上提4m,多次扫打碎泥块,采用大比重泥浆清除孔内沉渣。二次清孔在导管下入孔内后进行,清孔时用较大泵量冲孔约15min,然后逐步用稀泥浆替换孔内浓泥浆,直到满足施工规程要求为止。

清孔结束时应保证孔底沉淤符合规范要求,孔底沉淤厚度利用测锤及标准绳进行测试。尽量减少一清和二清及灌混凝土三者相距时间,防止孔底沉渣增多。

应注意的是,施工中严禁用加深孔底深度的方法代替清孔,这将会极大地降低桩尖处土的极限承载力,也容易因泥浆相对密度过大而造成夹泥或断桩。

4.4 浇筑前的质量控制

浇筑前应确保所需材料到位,主要施工机具调试结果正常。同时,准备好水泵、吸泥机、高压水管等各种处理故障的设备,以进行突发状况的应急处理。

开浇前,应测量孔底沉淀厚度,保证不大于规定值。如果大于规定值,可用喷射清孔法,即用高压射水或射风数分钟,待少量沉淀物漂浮后,立即浇灌水下混凝土。

准确计量导管上口漏斗的斗容量,确保首次灌浆量。容量不够的,应及时采取措施加以调整,保证首灌混凝土的冲击力和排淤能力。

4.5 灌注过程中的质量控制

首批混凝土灌注正常后,应紧凑地、连续不断地进行灌注,严禁中途停工。这就要求,每次提升、拆卸导管的时间应严格控制(本工程控制为10min),各岗位人员须密切配合,严禁中途中断灌注作业。

在混凝土浇至钢筋笼位置时,应放慢混凝土浇筑速度,使导管有较大的埋深,待混凝土表面进入钢筋骨架一定深度后,再提升导管口控制在最小埋深,使导管口高于钢筋笼底骨架一定距离继续灌注,防止钢筋笼被顶托上升。

灌混凝土过程中,控制导管埋深在3m～10m,不宜小于2.5m。埋深过小会使管外混凝土面上的泥浆卷入混凝土形成夹泥;过大则使混凝土不易流出顶升,还可造成桩外周的混凝土出现骨料离析和空洞,减小桩的有效直径;亦可造成钢筋的握裹力不足。因此,每次下料后,都应及时测量孔内混凝土面高度,通过计算导管埋深来确定导管拆卸的节数,作好拆卸记录,防止导管拔出混凝土面而造成断桩。同时,还应注意观察孔口返水情况,以正确地分析和判定孔内情况。

5 施工过程中遇到的问题及解决措施

5.1 施工过程中遇到的问题

原设计施工区域位于黄浦江岸侧,为回填物压实处理的地基基础。根据勘察单位提供的勘探资料显示,回填物多为钢筋混凝土构件及建筑垃圾;同时,成孔过程中进一步发现该区域地下有大量抛石、地面11m左右以下有位置不明的木桩等。抛石、木桩等障碍物的存在给现场施工工作带来不利影响,导致12根钻孔灌注桩无法全部达到设计深度。

要保证将钢引桥在上部墩台结构上架设到位且达到均匀受力,则必须确保钻孔灌注桩能够达到设计的承载力要求。因此,经设计验算许可,在与按设计桩位紧邻区域进行试打桩,并在钻孔成孔工序前增加了冲孔砸桩成孔施工作业,以尽量避免抛石、木桩等带来的施工障碍。

5.2 相应的解决措施

实际施工过程中,考虑到原设计桩位位于原防汛墙底板处(该底板厚80cm,底板下有已施工好的一排预制板桩、一排预制方桩、一排预制管桩),如采用冲击钻直接引孔排障将会对防汛墙底板及底板下预制桩造成破坏,有可能对防汛墙带来不利影响,因此,现场使用风镐,先对原设计的12根钻孔桩位处的底板进行了破碎凿孔,并在以后的每根桩的施工过程中均按照此步骤先行进行破碎凿孔作业。

由于演艺中心场地内施工单位较多,施工区狭小,且运输道路有限,导致钢筋笼无法从制作场地运送至施工区域、混凝土无法运送至桩机施工区域,为确保施工进度,现场前期已经进场R210-5型挖掘机1台,用于运送钢筋笼及混凝土至施工区域。现场增加了凿孔破碎作业后,该挖掘机同时配合镐头机,将承台范围内原底板以上的土方进行开挖,以便镐头机进行破混凝土凿孔,以保障钻孔灌注桩的正常施工。

冲孔过程中,每进尺1.5m立即下放1.5m的钢护筒,钢护筒直径为1 000mm,壁厚6mm,每个钢护筒1.5m高,以防止回填的建筑垃圾坍孔,为进一步下钢筋笼、灌注混凝土做好准备工作。

5.3 安全性、功能性验证

根据现场实际情况,最终成桩17根,其中11根桩达到设计深度,另有6根短桩,桩长在6m～13m范围,未达设计桩长。经设计同意后,只对达到设计桩长的11根桩采用弹性波反射法进行低应变检测,以检验桩身的完整性。检测结果表明11根桩均为Ⅰ类桩,为无缺陷的完整桩;经大应变检测,桩基的承载力也可满足设计要求。因此,结合沉桩标高等满足设计和规范要求的参数指标,根据桩身完整性、承载力的验证结果,可以得出结论:现场的17根成桩,完全满足桥墩的功能性、结构性要求。

同时,下游侧承台由原设计5m×8m×2.7m作出调整,最终成型的承台由两部分组成:下部为10m×5m×2m结构,全部覆盖该处5根标准桩、6根短桩共计11根桩;以该承台为基础,在该承台上另造8m×5m×2.7m承台1个,以与上游侧承台同时起到均匀支撑钢引桥的作用,并起到美观、对称的视觉效果。

6 结论

本工程施工期间,由于地下木桩等不利因素的影响,无法在原设计施工区域内完成12根钻孔灌注桩的钻孔成桩作业。为保证钢引桥架设后的安全性要求,在11根桩达到设计深度、满足设计要求的基础上,另外在紧邻区域内打下6根短桩,以确保承载力要求。后期趸船、钢引桥等架设到位后,经现场实际查探,实际运行状况良好,能够满足功能性、安全性要求。

参考文献

[1]DG/T J08-202-2007上海市工程建设规范钻孔灌注桩施工堆积[S].