三匯鎮(zhèn)渠江三線特大橋深水挖孔樁基礎(chǔ)施工探討
2017-03-20
1 工程概括
三匯鎮(zhèn)渠江三線特大橋為襄渝鐵路二線重點工程,橋址位于四川省達州市渠縣三匯鎮(zhèn)車站出站1Km,緊靠達成線既有渠江鐵路大橋下游,相距12-30m。橋跨布置為:2×24預(yù)應(yīng)力砼簡支梁+3×32m預(yù)應(yīng)力砼簡支梁+(40+4×64+40)m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁+24m預(yù)應(yīng)力砼簡支梁,橋梁全長520.80m。主橋連續(xù)梁梁體采用單箱單室變高度箱形梁,Ⅱ、3線雙線箱梁為襄渝線,Ⅰ線單線箱梁為達成線。三線墩身及基礎(chǔ)均為合修。
2 氣候、水文情況
本地區(qū)屬亞熱帶溫暖濕潤氣候區(qū),雨量充沛,春早夏長,秋雨連綿,冬暖多霧。
橋址上下游河道順直,水域開闊,枯水期河面寬330-350米,水深5-8米。橋位所在河段為Ⅳ級航道,過往船只較頻繁。該橋段內(nèi)地表水主要為渠江江水,常年有流水,流量隨季節(jié)變化?？菟诨颈３衷谙鄬ψ兓淮蟮乃?汛期水位變化較大,汛期和枯水期水位落差達20余米,多發(fā)生在每年的七-九月份。
3 工程地質(zhì)
三匯鎮(zhèn)三線特大橋樁及擴大基礎(chǔ)持力層均在弱風(fēng)化帶泥巖加砂巖層。測段出露為第四系、侏羅系地層,各層巖性如下:
第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)。
<5>細(xì)砂(Qal4):棕黃至褐灰色,松散-中密,飽和,砂粒成份為長石、石英及云母,其中夾有少量的圓礫、卵石,分布于渠江河床中,厚0-2米屬于Ⅰ級松土。
<8>卵石土(Qal4):灰-灰黃色,松散,飽和。卵石占60%,石質(zhì)成分砂巖、灰?guī)r及石英巖,余為圓礫及中細(xì)砂充填。分布于渠江河床中,厚0-4米屬于Ⅲ級硬土。
第四系全新統(tǒng)坡、殘積層(Qal+el4)。
<37>粉質(zhì)黏土(Qal+el4):以褐紅色為主,硬塑至堅硬狀,含少許砂巖、泥巖質(zhì)碎石角礫、零星分布于測段斜坡地帶,厚0-2m,屬Ⅱ級普通土。
侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組J2s。
<40>泥巖夾砂巖(J2s):紫紅色夾灰綠色條帶,泥巖呈泥質(zhì)結(jié)構(gòu),質(zhì)軟,局部夾薄至中層狀砂巖,淺灰、灰綠色,為中細(xì)粒結(jié)構(gòu),泥鈣、質(zhì)膠結(jié),局部為厚層狀,巖體較完整。強風(fēng)化帶(W3)巖體較破碎,厚1-7m不等,呈碎塊狀、餅狀,屬Ⅲ級硬土:弱風(fēng)化帶(W2)巖體較完整、新鮮,屬Ⅳ級軟石。出露于重慶岸坡。
<41>砂巖(J2s):灰黃-灰綠色,鈣鐵質(zhì)膠結(jié),中細(xì)粒結(jié)構(gòu),局部含長石較多,表層強風(fēng)化帶(W3)厚0-3m不等,呈碎塊狀、砂狀,屬Ⅲ級硬土:為弱風(fēng)化(W2)巖體較完整、新鮮,屬Ⅴ級次堅石。出露于安康岸坡。
4 工程特點
(1)工期緊。全橋總工期僅18個月;水中墩要求在1個枯水期水中墩達到渡汛標(biāo)高。
(2)技術(shù)含量高,施工組織難度大。水深在枯水期6-10米,水中墩共6座,樁基礎(chǔ)共89根,樁長19-26米。水上設(shè)施多,江水流量隨季節(jié)變化較大,并有通航要求。
(3)施工環(huán)境差。交通不便,材料、機械運輸困難,施工阻力大。
5 樁基施工方案
為了盡可能的加快施工進度,確?？菟谒卸斩丈硎┕ぶ涟踩裳礃?biāo)高,在保證安全和施工質(zhì)量的前提下,根據(jù)氣候、水文、地質(zhì)及施工條件,經(jīng)過反復(fù)研究,決定水中平臺墩的8#、9#墩采用挖孔樁施工,各樁同步進行;7#墩采用鉆孔樁施工。水中平臺原為鉆孔平臺設(shè)計,保留原平臺不便,必要時個別墩可采取鉆孔施工。
5.1 技術(shù)保障
為了確保樁位處鋼護筒在抽水后水壓力作用下不變形,應(yīng)進行計算并對鋼護筒進行局部加強,確保挖孔人員安全。
鋼護筒受力初步簡算:根據(jù)環(huán)狀結(jié)構(gòu)受力分析,應(yīng)滿足:
Qcr=3EI/R3=3×2.06×14.4/0.93=122.1KN/m。
其中:E=2.06×108KN/m2;
鋼護筒半徑大于樁徑30cm,故R=0.9m;
I=bh3/12=14.4×10-8m4。
考慮到鋼護筒原材料、加工等因素,取安全系數(shù)n=2;
鋼護筒容許抽水高度h=Qcr/n/r=122.1/2/9.81=62m。
其中:r=ρg=9.81t/m。
制定鋼護筒補強措施:鋼護筒上的補強槽鋼位置在水位以下6m處開始加焊一圈[10,往下每間隔2m加焊一圈
[10,加焊在鋼護筒內(nèi)側(cè),保證最下一圈加勁環(huán)[10與底口距離不大于2m。
采用有限元電驗算:其中護筒采用板單元模擬,加強箍采用梁單元模擬。建模如圖1所示:
可得結(jié)果:
σ=10MPa<140MPa;
f=0.1mm<6000/300=20mm。
經(jīng)驗算結(jié)構(gòu)滿足受力要求。
5.2 安全保障
針對水中挖孔施工制定專項安全措施,加大安全設(shè)施投入,每個作業(yè)平臺由專人24小時負(fù)責(zé),對所有挖孔作業(yè)人員進行詳細(xì)的安全技術(shù)交底,并每周進行安全教育。
5.3 組織保障
項目部合理組織挖孔人員與機械,確保施工面全面開展。加設(shè)航標(biāo),避免過往船只撞擊挖孔中的鋼護筒。
6 樁基施工
6.1 挖孔樁施工關(guān)鍵
(1)確保鋼護筒補強后結(jié)構(gòu)受力可靠。
(2)鋼護筒入巖一定深度,刃腳處理到位。
(3)確保挖孔作業(yè)人員的安全。
6.2 鋼護筒補強措施
鋼護筒上的補強槽鋼位置在水位以下6m處開始加焊一圈[10,往下每間隔2m加焊一圈[10,加焊在鋼護筒內(nèi)側(cè),保證最下一圈加勁環(huán)[10與底口距離不大于2m。
6.3 鋼護筒插打要求
采用中-160震動打樁機,盡量將鋼護筒打入巖層一定深度,確保嵌巖。
6.4 挖孔防滲處理
6.4.1 鋼護筒刃腳處理
鋼護筒嵌入巖層后,刃腳底部為主要透水部位。首先進行抽水,由于采用震動打樁機插打鋼護筒,在插打的過程中將2-4m的覆蓋層擠密,抽水后進行人工開挖或采用砂石泵配合高壓射水用換漿法清除孔內(nèi)覆蓋層。清除覆蓋層到巖面后根據(jù)透水情況繼續(xù)開挖或灌注高度為1.5m的 C30水下混凝土進行刃腳處理。
6.4.2 巖層滲水的防治
待封堵混凝土強度達到80%及以上時,進入下一步施工,采用水鉆挖直徑為1.5m的孔,在挖透封堵混凝土后,進入強風(fēng)化泥巖夾砂巖,由于巖體較破碎,透水較大及巖層易剝落,在此施工時嚴(yán)格控制施工進度,每施工1m左右及進行混凝土護壁施工直至通過強風(fēng)化泥巖夾砂巖或外套外徑為1.5m的小鋼護筒直至通過破碎帶。
對于巖層裂隙較大處,可采用人工打入木楔、止水條、海帶等遇水膨脹材料進行先期封堵,然后再采用混凝土護壁,確保護壁質(zhì)量。
在施工過程中采用彩條布包裹孔壁,將四周滲水引至孔底集中抽排,視滲水情況放置1-2臺潛水泵抽水,確保施工正常進行。
進入弱風(fēng)化巖層后巖層密實,孔壁滲水較少,可直接開挖。
6.5 挖孔樁施工
根據(jù)不同的地質(zhì)情況采用不同的機械工具,對于強風(fēng)化泥巖夾砂巖,采用風(fēng)槍掘進;對于弱風(fēng)化泥巖夾砂巖采用水鉆施工,施工方法同常規(guī)挖孔施工。
6.6 下鋼筋籠
對于采用挖孔施工,孔底沉淀較少,清孔采用砂石泵配合高壓射水清孔。鋼筋籠采用浮吊或墩旁吊機分節(jié)焊接吊放。
6.7 水封混凝土
過程同常規(guī)水封方法。
7 結(jié)論
本工程深水挖孔樁基礎(chǔ)施工的難點及關(guān)鍵是鋼護筒的加固和挖孔中的防滲,樁基施工過程中,沒有發(fā)現(xiàn)鋼護筒變形問題,并在挖孔的過程中很好的控制了滲水量,滿足了正常施工的要求。挖孔樁很好的解決了孔底沉淀問題,在經(jīng)過項目部對整個過程的嚴(yán)格控制后,經(jīng)西南交大試驗檢測中心檢測,全橋樁基均為Ⅰ類樁。實踐證明,其施工方案與施工工藝是可行的。
