三匯鎮(zhèn)渠江三線特大橋深水挖孔樁基礎施工探討
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預應力砼簡支梁+3×32m預應力砼簡支梁+(40+4×64+40)m預應力砼連續(xù)梁+24m預應力砼簡支梁,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持力層均在弱風化帶泥巖加砂巖層。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),中細粒結(jié)構(gòu),局部含長石較多,表層強風化帶(W3)厚0-3m不等,呈碎塊狀、砂狀,屬Ⅲ級硬土:為弱風化(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,樁基礎共89根,樁長19-26米。水上設施多,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┕ぶ涟踩裳礃烁?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,加大安全設施投入,每個作業(yè)平臺由專人24小時負責,對所有挖孔作業(yè)人員進行詳細的安全技術(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。加設航標,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,對于強風化泥巖夾砂巖,采用風槍掘進;對于弱風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。
