卵石土地區(qū)橋梁深水樁基礎施工技術
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，且河床地質情況復雜，表面多為大粒徑卵石且強度大、數(shù)量極多、夾雜砂質黏土。由于地處西南地區(qū)的四川盆地，每年汛期早且持續(xù)時間極長，同時河道上下游均有梯級開發(fā)建設的水電站，因此造成水文條件極為復雜，每年的施工時間僅為枯水季節(jié)的短短幾個月，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間、地形條件限制、交通不便、砂石料用量大、環(huán)境破壞嚴重等因素的影響而難以實施，亟需一種安全、經(jīng)濟、環(huán)保高效的水上技術來解決此類工程難題。
以往關于深水樁基礎的研究和工程實踐，取得了一定的工程經(jīng)驗，本文結合成昆鐵路擴能改造工程新青衣江特大橋37#-40#墩位于青衣江主航道中，處于復雜地質條件下，提出在枯水季節(jié)在河道內先搭設施工棧橋及平臺，在施工平臺上利用沖擊鉆施工樁基礎的方案，對河道的通航及河床影響降到極致，綠色環(huán)保地將樁基礎施工完畢，取得了良好的社會、經(jīng)濟效益。
1 工程概況
新青衣江特大橋為單線橋，設計起點里程ZDK138+073.93至終點ZDK140+176.69，中心里程為ZDK139+409.4，橋梁全長2102.76m。上部橋跨結構為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285根鉆孔樁，61個墩臺身及兩聯(lián)連續(xù)梁。本橋為新建成昆鐵路成都至峨眉段擴能改造工程跨越青衣江的重點控制性工程。
其中37#-40#墩位于深水區(qū)，樁基礎施工是本橋的控制性工程。本段施工時受水文條件控制，最佳施工時間為枯水期，時間短、工程量較大。青衣江河道在橋位處上下游均有大型水利設施，對水位及流量將產(chǎn)生人為干預，可能造成不可預見的影響。
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大基礎暴露、移動，目前已廢棄重建。新建雙線緊靠既有成昆線，河岸沖刷對橋梁基礎影響較大。
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，受通航控制設計，通航等級為Ⅶ級。
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構為：碳化環(huán)境T2、T3級；地面以下結構為：碳化環(huán)境T1級，化學侵蝕環(huán)境為L1級。水質：地表水、地下水對混凝土結構無侵蝕性。
2 施工存在困難
根據(jù)現(xiàn)場實際水文、地質情況，考慮施工周期及橋梁結構特點和節(jié)點工期安排，在枯水季節(jié)采用筑島圍堰法施工既安全且經(jīng)濟，但此方案影響航道，給通航帶來極大安全隱患，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，整個河道包括淺水區(qū)在內共計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)上部結構施工的需要，故最終選用水上搭設棧橋、利用施工平臺的施工方案，并采用鋼管樁內鉆孔錨固基巖方法加固棧橋及平臺的鋼管樁。 3.5 鋼護筒跟進
根據(jù)施工地周圍的設備資源及地質條件決定施工機械為沖擊鉆，并采用正循環(huán)法施工，由于鋼護筒無法穿過卵石層，無法保證泥漿的正常循環(huán)。根據(jù)現(xiàn)場地質和實際施工經(jīng)驗，采取大直徑鉆頭鉆進后鋼護筒跟進的工藝施工。
施工工藝：鋼護筒一次插打后在平臺上安裝護筒沖擊鉆鉆進，鉆頭直徑為1.8m，護筒直徑為1.9m，持續(xù)鉆進直至穿過卵石層。利用履帶吊吊起厚度為12cm的鋼板將鋼護筒錘擊至穿過卵石層后加高鋼護筒，并在護筒內灌注1m高C20混凝土作為封堵材料。至此護筒跟進完成，到達了穩(wěn)定與堵漏的雙重目的，將鋼管樁與鋼護筒連接保證了平臺結構的安全。
3.6 樁基礎鉆進
護筒跟進完成后，即可開始樁基的正常鉆進，根據(jù)實際工期需要，共計安排9臺鉆機施工32根直徑1.5m鉆孔樁其中3臺為專用的護筒跟進鉆機，其余6臺為鉆頭直徑1.5m的沖擊鉆機。
沖孔：沖擊鉆鉆頭采用十字型鉆頭，鋼絲繩選用軟性、優(yōu)質、無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。鉆進深度超過鉆頭全高加沖程后，方可進行正常沖孔。
終孔檢驗：終孔檢驗時采用檢孔器。檢孔器直徑同設計樁徑，長度為樁徑的4-6倍。各樁應保證樁底達到設計樁底標高，并請設計、監(jiān)理現(xiàn)場簽認。
清孔：鉆孔至設計高程后進行清孔。清孔采用換漿法清孔，采用優(yōu)質泥漿正、反循環(huán)換漿，直到達到規(guī)定的泥漿及鉆孔質量標準。
3.7 鋼筋、聲測管安裝及混凝土澆筑
鋼筋籠在加工場分段制作，運至現(xiàn)場拼裝，用汽車吊分段吊裝入孔，上下兩段應保持順直。鋼筋籠入孔后應牢固定位。
聲測管安裝時對接焊口要平整，確保無彎折、保證管內徑無縮小、不漏水，在全部安裝完后要向管內灌注清水至管口確認無漏水后利用管帽封閉后方可下放。
灌注混凝土前進行二次清孔，保證沉渣厚度不大于5cm，泥漿比重為1.05-1.08?；炷凉嘧⒉捎脤Ч芊?，灌注導管采用？準300mm的快速卡口垂直提升導管。導管使用前組裝編號，并進行拉力和水密性試驗。
4 施工方案比較
我部對在枯水季節(jié)在河道內先搭設施工棧橋及平臺，在施工平臺上利用沖擊鉆施工樁基礎的方案，進行了合理性、經(jīng)濟性、可靠性、安全性綜合分析，其優(yōu)勢如表1。
對于鋼管樁無法打入的地質條件，棧橋及平臺鋼管樁采用管內鉆孔加固的方法，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，同時對水環(huán)境將產(chǎn)生極大的污染，對上游橋梁的安全產(chǎn)生極大的隱患并加劇河床沖刷且影響通航。采用在河道內先搭設施工棧橋及平臺，在施工平臺上利用沖擊鉆施工樁基礎的方法，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，真正做到綠色、安全、環(huán)保施工。
5 安全保證措施
?、賶|平機架，保持穩(wěn)定，避免產(chǎn)生位移或沉陷，鉆架頂端用纜風繩對稱張拉，地錨牢固?？刂沏@速不過快或驟然變速。
?、阢@機、鉆具和吊鉆頭的鋼絲繩，均符合設計要求，鋼絲繩安全系數(shù)不小于1.2。使用時設有專人檢查維修。工作平臺及鉆機平臺上滿鋪腳手板并設置欄桿、走道，并隨時清除雜物。凡未施工的孔口，均加防護蓋。
?、郛敾沏@機時，防止擠壓電纜及水風管路。
?、芷鹬刈鳂I(yè)人員必須持證上崗操作，嚴禁多人或無人指揮，嚴禁在臂桿、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)在河道內先搭設施工棧橋及平臺，在施工平臺上利用沖擊鉆施工樁基礎，同時采用不同鉆頭直徑的鉆機輪換施工、跟進鋼護筒的施工方法，加快了單樁的成孔速度，單樁節(jié)約3-5天，全部32根樁基礎較原計劃工期節(jié)約工期25日歷天。
7 結語
新青衣江特大橋深水區(qū)樁基施工時采用搭設鋼棧橋后搭設施工平臺法施工鉆孔樁基礎，同時采用成熟工法基巖鉆孔錨固法加固鋼管樁基礎和采用不同直徑鉆頭鉆鉆孔跟進鋼護筒的方法施工。經(jīng)過以上一系列的方案優(yōu)化保證樁基礎的順利施工，經(jīng)過摸索和實驗取得了卵石土地區(qū)深水樁基礎施工的寶貴經(jīng)驗，并實踐了公司工法《基巖鉆孔錨固法加固鋼管樁基礎》。在工程實踐中取得了大量的成果，通過優(yōu)化施工方法一舉三得，實現(xiàn)了經(jīng)濟、工期、節(jié)能、綠色環(huán)保等重大經(jīng)濟、社會效益。
參考文獻：
[1]李修虎.橋梁樁基在巖溶地區(qū)的施工技術探究[D].安徽理工大學，2014.
[2]徐貴輝.復雜巖溶地區(qū)隧道施工綜合地質預報技術及工程應用[D].中南大學，2010.
[3]張政.巖溶地區(qū)公路隧道滲漏水處治原則研究[D].西南交通大學，2014.
