卵石土地區(qū)橋梁深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)
2016-10-21
0 引言
在西南地區(qū)的鐵路橋梁修建中，經(jīng)常需要跨越大型河流，且河床地質(zhì)情況復(fù)雜，表面多為大粒徑卵石且強(qiáng)度大、數(shù)量極多、夾雜砂質(zhì)黏土。由于地處西南地區(qū)的四川盆地，每年汛期早且持續(xù)時(shí)間極長(zhǎng)，同時(shí)河道上下游均有梯級(jí)開發(fā)建設(shè)的水電站，因此造成水文條件極為復(fù)雜，每年的施工時(shí)間僅為枯水季節(jié)的短短幾個(gè)月，工期壓力極大，未知因素極多。在以往工程案例中多采用填筑圍堰攔水壩改水上施工為陸地施工，需要反復(fù)改移河道、填筑大量砂石料、清理河床等工作。但圍堰攔河法卻因受時(shí)間、地形條件限制、交通不便、砂石料用量大、環(huán)境破壞嚴(yán)重等因素的影響而難以實(shí)施，亟需一種安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保高效的水上技術(shù)來(lái)解決此類工程難題。
以往關(guān)于深水樁基礎(chǔ)的研究和工程實(shí)踐，取得了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，本文結(jié)合成昆鐵路擴(kuò)能改造工程新青衣江特大橋37#-40#墩位于青衣江主航道中，處于復(fù)雜地質(zhì)條件下，提出在枯水季節(jié)在河道內(nèi)先搭設(shè)施工棧橋及平臺(tái)，在施工平臺(tái)上利用沖擊鉆施工樁基礎(chǔ)的方案，對(duì)河道的通航及河床影響降到極致，綠色環(huán)保地將樁基礎(chǔ)施工完畢，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。
1 工程概況
新青衣江特大橋?yàn)閱尉€橋，設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程ZDK138+073.93至終點(diǎn)ZDK140+176.69，中心里程為ZDK139+409.4，橋梁全長(zhǎng)2102.76m。上部橋跨結(jié)構(gòu)為7×32+3×34+16×32+（32+48+32）連續(xù)梁+5×32+1×24+1×32+（40+4×64+40）連續(xù)梁+18×32，其中26#-29#為一聯(lián)跨堤（32+48+32）m連續(xù)梁；36#-42#墩為一聯(lián)跨江（40+4×64+40）m連續(xù)梁。全橋共計(jì)285根鉆孔樁，61個(gè)墩臺(tái)身及兩聯(lián)連續(xù)梁。本橋?yàn)樾陆ǔ衫ヨF路成都至峨眉段擴(kuò)能改造工程跨越青衣江的重點(diǎn)控制性工程。
其中37#-40#墩位于深水區(qū)，樁基礎(chǔ)施工是本橋的控制性工程。本段施工時(shí)受水文條件控制，最佳施工時(shí)間為枯水期，時(shí)間短、工程量較大。青衣江河道在橋位處上下游均有大型水利設(shè)施，對(duì)水位及流量將產(chǎn)生人為干預(yù)，可能造成不可預(yù)見的影響。
青衣江夾江段具有河岸沖刷現(xiàn)象，該處河水較為湍急且流量大，河床沉積物松散～稍密，河道蛇曲發(fā)育、擺動(dòng)性大，河岸常常受到洪水的沖刷，致使農(nóng)田及房屋被毀壞。既有成昆線上的夾江特大橋，因受到河水沖刷而造成擴(kuò)大基礎(chǔ)暴露、移動(dòng)，目前已廢棄重建。新建雙線緊靠既有成昆線，河岸沖刷對(duì)橋梁基礎(chǔ)影響較大。
沿線主要地層巖性為：人工填土、棄土、軟黏土、松軟土、粉質(zhì)黏土、粉土、中砂、滑坡堆積土、粗圓礫土、卵石土、黏土、泥巖等；本橋位深水37-40#墩地質(zhì)條件為表層1-3m卵石層，下部3-40m為泥巖夾砂巖。
本橋跨越青衣江，受通航控制設(shè)計(jì)，通航等級(jí)為Ⅶ級(jí)。
水文資料：Q1/100=18200m3/s；H1/100=414.35m；V1/100=3.65m/s；H最高通航水位=410.7m；Q1/300=20300m3/s；H1/300=415.03m。
橋梁所處環(huán)境類別為地面以上結(jié)構(gòu)為：碳化環(huán)境T2、T3級(jí)；地面以下結(jié)構(gòu)為：碳化環(huán)境T1級(jí)，化學(xué)侵蝕環(huán)境為L(zhǎng)1級(jí)。水質(zhì)：地表水、地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)侵蝕性。
2 施工存在困難
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水文、地質(zhì)情況，考慮施工周期及橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)工期安排，在枯水季節(jié)采用筑島圍堰法施工既安全且經(jīng)濟(jì)，但此方案影響航道，給通航帶來(lái)極大安全隱患，且由于該橋上游為既有成昆線青衣江大橋，距離新線僅有30m，整個(gè)河道包括淺水區(qū)在內(nèi)共計(jì)600m寬，上游為千佛巖水電站、下游為茅灘水電站。綜合考慮既有線安全和由于水電站引起的河流水位不確定性及后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工的需要，故最終選用水上搭設(shè)棧橋、利用施工平臺(tái)的施工方案，并采用鋼管樁內(nèi)鉆孔錨固基巖方法加固棧橋及平臺(tái)的鋼管樁。 3.5 鋼護(hù)筒跟進(jìn)
根據(jù)施工地周圍的設(shè)備資源及地質(zhì)條件決定施工機(jī)械為沖擊鉆，并采用正循環(huán)法施工，由于鋼護(hù)筒無(wú)法穿過(guò)卵石層，無(wú)法保證泥漿的正常循環(huán)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，采取大直徑鉆頭鉆進(jìn)后鋼護(hù)筒跟進(jìn)的工藝施工。
施工工藝：鋼護(hù)筒一次插打后在平臺(tái)上安裝護(hù)筒沖擊鉆鉆進(jìn)，鉆頭直徑為1.8m，護(hù)筒直徑為1.9m，持續(xù)鉆進(jìn)直至穿過(guò)卵石層。利用履帶吊吊起厚度為12cm的鋼板將鋼護(hù)筒錘擊至穿過(guò)卵石層后加高鋼護(hù)筒，并在護(hù)筒內(nèi)灌注1m高C20混凝土作為封堵材料。至此護(hù)筒跟進(jìn)完成，到達(dá)了穩(wěn)定與堵漏的雙重目的，將鋼管樁與鋼護(hù)筒連接保證了平臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全。
3.6 樁基礎(chǔ)鉆進(jìn)
護(hù)筒跟進(jìn)完成后，即可開始樁基的正常鉆進(jìn)，根據(jù)實(shí)際工期需要，共計(jì)安排9臺(tái)鉆機(jī)施工32根直徑1.5m鉆孔樁其中3臺(tái)為專用的護(hù)筒跟進(jìn)鉆機(jī)，其余6臺(tái)為鉆頭直徑1.5m的沖擊鉆機(jī)。
沖孔：沖擊鉆鉆頭采用十字型鉆頭，鋼絲繩選用軟性、優(yōu)質(zhì)、無(wú)死彎和斷絲的鋼絲繩，與鉆頭連接牢固。沖擊鉆開孔階段主要為造漿固壁，采用低沖程沖砸。鉆進(jìn)深度超過(guò)鉆頭全高加沖程后，方可進(jìn)行正常沖孔。
終孔檢驗(yàn)：終孔檢驗(yàn)時(shí)采用檢孔器。檢孔器直徑同設(shè)計(jì)樁徑，長(zhǎng)度為樁徑的4-6倍。各樁應(yīng)保證樁底達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，并請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)簽認(rèn)。
清孔：鉆孔至設(shè)計(jì)高程后進(jìn)行清孔。清孔采用換漿法清孔，采用優(yōu)質(zhì)泥漿正、反循環(huán)換漿，直到達(dá)到規(guī)定的泥漿及鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
3.7 鋼筋、聲測(cè)管安裝及混凝土澆筑
鋼筋籠在加工場(chǎng)分段制作，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝，用汽車吊分段吊裝入孔，上下兩段應(yīng)保持順直。鋼筋籠入孔后應(yīng)牢固定位。
聲測(cè)管安裝時(shí)對(duì)接焊口要平整，確保無(wú)彎折、保證管內(nèi)徑無(wú)縮小、不漏水，在全部安裝完后要向管內(nèi)灌注清水至管口確認(rèn)無(wú)漏水后利用管帽封閉后方可下放。
灌注混凝土前進(jìn)行二次清孔，保證沉渣厚度不大于5cm，泥漿比重為1.05-1.08。混凝土灌注采用導(dǎo)管法，灌注導(dǎo)管采用？準(zhǔn)300mm的快速卡口垂直提升導(dǎo)管。導(dǎo)管使用前組裝編號(hào)，并進(jìn)行拉力和水密性試驗(yàn)。
4 施工方案比較
我部對(duì)在枯水季節(jié)在河道內(nèi)先搭設(shè)施工棧橋及平臺(tái)，在施工平臺(tái)上利用沖擊鉆施工樁基礎(chǔ)的方案，進(jìn)行了合理性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性綜合分析，其優(yōu)勢(shì)如表1。
對(duì)于鋼管樁無(wú)法打入的地質(zhì)條件，棧橋及平臺(tái)鋼管樁采用管內(nèi)鉆孔加固的方法，比常規(guī)先沖孔再埋管樁的施工方法，節(jié)約成本120萬(wàn)元。比較筑島圍堰法施工需要填筑大量砂石料改變河道的河床及流水，同時(shí)對(duì)水環(huán)境將產(chǎn)生極大的污染，對(duì)上游橋梁的安全產(chǎn)生極大的隱患并加劇河床沖刷且影響通航。采用在河道內(nèi)先搭設(shè)施工棧橋及平臺(tái)，在施工平臺(tái)上利用沖擊鉆施工樁基礎(chǔ)的方法，可以快速施工，不占河道，不限航，一次性施工、不改變河道、適用范圍廣等多方面優(yōu)勢(shì)，真正做到綠色、安全、環(huán)保施工。
5 安全保證措施
①墊平機(jī)架，保持穩(wěn)定，避免產(chǎn)生位移或沉陷，鉆架頂端用纜風(fēng)繩對(duì)稱張拉，地錨牢固。控制鉆速不過(guò)快或驟然變速。
?、阢@機(jī)、鉆具和吊鉆頭的鋼絲繩，均符合設(shè)計(jì)要求，鋼絲繩安全系數(shù)不小于1.2。使用時(shí)設(shè)有專人檢查維修。工作平臺(tái)及鉆機(jī)平臺(tái)上滿鋪腳手板并設(shè)置欄桿、走道，并隨時(shí)清除雜物。凡未施工的孔口，均加防護(hù)蓋。
?、郛?dāng)滑移鉆機(jī)時(shí)，防止擠壓電纜及水風(fēng)管路。
?、芷鹬刈鳂I(yè)人員必須持證上崗操作，嚴(yán)禁多人或無(wú)人指揮，嚴(yán)禁在臂桿、吊物下方站立和行走。
⑤水上作業(yè)人員全部必須穿救生衣，戴安全帽上崗作業(yè)。
6 工期安排
利用在枯水季節(jié)在河道內(nèi)先搭設(shè)施工棧橋及平臺(tái)，在施工平臺(tái)上利用沖擊鉆施工樁基礎(chǔ)，同時(shí)采用不同鉆頭直徑的鉆機(jī)輪換施工、跟進(jìn)鋼護(hù)筒的施工方法，加快了單樁的成孔速度，單樁節(jié)約3-5天，全部32根樁基礎(chǔ)較原計(jì)劃工期節(jié)約工期25日歷天。
7 結(jié)語(yǔ)
新青衣江特大橋深水區(qū)樁基施工時(shí)采用搭設(shè)鋼棧橋后搭設(shè)施工平臺(tái)法施工鉆孔樁基礎(chǔ)，同時(shí)采用成熟工法基巖鉆孔錨固法加固鋼管樁基礎(chǔ)和采用不同直徑鉆頭鉆鉆孔跟進(jìn)鋼護(hù)筒的方法施工。經(jīng)過(guò)以上一系列的方案優(yōu)化保證樁基礎(chǔ)的順利施工，經(jīng)過(guò)摸索和實(shí)驗(yàn)取得了卵石土地區(qū)深水樁基礎(chǔ)施工的寶貴經(jīng)驗(yàn)，并實(shí)踐了公司工法《基巖鉆孔錨固法加固鋼管樁基礎(chǔ)》。在工程實(shí)踐中取得了大量的成果，通過(guò)優(yōu)化施工方法一舉三得，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、工期、節(jié)能、綠色環(huán)保等重大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
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