淺談懸索橋主塔基坑施工技術(shù)
2018-01-22
工程概況
某跨河大橋主橋采用雙塔雙索面自錨式懸索橋，跨度組合為70.5m+175m+70.5m=316m，兩側(cè)引橋均采用3孔一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支連續(xù)箱梁。大橋總長(zhǎng)492米，橋?qū)挒?5米，橋面面積約為22140平方米。
大橋5號(hào)主塔基礎(chǔ)處于主河道區(qū)域內(nèi)，基礎(chǔ)形式采用梯形臺(tái)座，其頂面尺寸為12.5m×9.5m,底面尺寸為16.5m×19.5m,臺(tái)座厚2.5m,臺(tái)座下接16.5m×19.5m×3.65m鋼筋混凝土承臺(tái)。5號(hào)主塔基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)先將自然地面大面積下挖約3m，再進(jìn)行基坑開(kāi)挖。開(kāi)挖深度為13.75m，基坑深度為10.8m，降水深度為9.4m。
橋位區(qū)位于河下游，由于河水的游蕩沖刷，河道較寬闊。地形起伏不大。地貌單元屬伊河河床及河漫灘。本區(qū)主要有卵石孔隙水、黃土孔隙孔洞裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水。主要接受大氣降水和河水補(bǔ)給。年徑流量不大，但汛期洪水比較大。橋位區(qū)地層以第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)沖洪積形成的卵石為主。
二、施工部署
5號(hào)基坑開(kāi)挖區(qū)域的樁基施工完成后，現(xiàn)場(chǎng)原有的泥漿池進(jìn)行換填壓實(shí)。西側(cè)為工程的施工便道，東側(cè)為下游橡膠壩的蓄水池，距基坑邊大約30m，主河道的疏水通道與5號(hào)基坑相鄰。故施工周邊環(huán)境較為復(fù)雜。
基坑開(kāi)挖采用大開(kāi)挖，止水與降水、明排相結(jié)合的的方法達(dá)到基坑施工的目的。基坑分二級(jí)放坡，放坡坡度1：1。中間平臺(tái)寬度4m，第一級(jí)坡深度4m，第二級(jí)坡深度7m。止水第一級(jí)采用防水土工布和粘土結(jié)合達(dá)到止水效果，深度6m，開(kāi)挖下口寬度2m，按1：0.7坡度開(kāi)挖。止水第二級(jí)考慮離基坑較近，考慮采用GFC咬合樁既能達(dá)到止水效果，又對(duì)邊坡的穩(wěn)定起安全作用。
考慮水量較大，采用管井進(jìn)行降低坑邊水位，達(dá)到坑底僅有少量水涌出。坑底水利用集水井采用明排的方法進(jìn)行排水?，F(xiàn)場(chǎng)配備發(fā)電機(jī)組，安排斷電自動(dòng)發(fā)電裝置，保證基坑施工期間降水不中斷。
二、施工方案
鑒于5號(hào)墩基坑地下水位較高，施工現(xiàn)場(chǎng)距離河道較近，本工程采用止水、導(dǎo)水、排水和降水相結(jié)合的施工措施來(lái)保證基坑開(kāi)挖順利進(jìn)行。
三、止水帷幕
為達(dá)到止水效果，止水帷幕分兩級(jí)，第一級(jí)用粘土+防水土工布沿基坑周邊布置，深度6m。第二級(jí)用GFC樁咬合樁布置在二級(jí)臺(tái)階。詳見(jiàn)下圖。
1 、土工布泥土墻
沿墩臺(tái)外邊線17m處布置土工布泥土墻，以達(dá)到止水效果，泥土墻布置長(zhǎng)度293.6m，布置具體位置見(jiàn)平面布置圖。用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)沿布置位置進(jìn)行基槽開(kāi)挖，基底開(kāi)挖寬度2米，邊形成坡道，坡度為1:0.7，每次開(kāi)挖長(zhǎng)度12m左右?；坶_(kāi)挖后，在一端用污水泵進(jìn)行降水。用粘土覆蓋靠坑邊坡道，厚度100mm。鋪防水土工布，在用粘土覆蓋100mm，然后用砂卵回填，回填要密實(shí)。注意土工布搭界長(zhǎng)度不小于500mm。
2、CFG樁
為達(dá)到止水效果，根據(jù)工程地質(zhì)及周邊環(huán)境，在承臺(tái)外邊線7m處進(jìn)行雙排CFG樁施工，前排與后排交錯(cuò)布置，樁咬合100mm，樁徑為500mm，樁心間距為750mm。共計(jì)558根，樁底標(biāo)高-13m。
采用長(zhǎng)螺旋鉆內(nèi)泵壓混凝土的灌注施工方法?；炷敛捎肅25，運(yùn)輸車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，地泵配合進(jìn)行灌注，地泵輸送混凝土長(zhǎng)度55m。施工前進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)，確定施工工藝和參數(shù)，試樁數(shù)量符合設(shè)計(jì)要求并且不少于2根。
2.1、CFG樁施工
鉆孔開(kāi)始時(shí)，關(guān)閉鉆頭閥門(mén)，向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，將鉆桿旋轉(zhuǎn)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，關(guān)閉電機(jī)，清理鉆孔周圍土。成孔時(shí)應(yīng)先慢后快，這樣能避免鉆桿搖晃，也能及時(shí)檢查并糾正鉆桿偏位的差值。
CFG樁成孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開(kāi)始泵送混凝土，當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土后開(kāi)始拔管，嚴(yán)禁先拔管后泵料。成樁的提拔速度控制在2m/min-3m/min，成樁過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，避免供料出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致停機(jī)待料。
2.2、操作要點(diǎn)
⑴、開(kāi)鉆前必須檢查鉆頭上的出料活門(mén)是否閉合，嚴(yán)禁開(kāi)口鉆進(jìn)。
⑵、鉆進(jìn)過(guò)程中，未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高不得反轉(zhuǎn)或提升鉆桿，如因特殊情況要反轉(zhuǎn)提升鉆桿，應(yīng)將鉆桿提至地表，對(duì)鉆頭活門(mén)重新疏通、閉合。
⑶、鉆進(jìn)過(guò)程中，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)自控系統(tǒng)嚴(yán)格控制螺紋鉆桿下降速度和旋轉(zhuǎn)速度，使二者匹配，要求螺紋鉆桿旋轉(zhuǎn)一圈，鉆桿下降一個(gè)螺距，鉆至設(shè)計(jì)深度。
⑷、鉆頭鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)反向旋轉(zhuǎn)提升螺紋鉆桿，提鉆過(guò)程中，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)自控系統(tǒng)嚴(yán)格控制螺紋鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，并保持同步和匹配，要求螺紋鉆桿旋轉(zhuǎn)一圈，鉆桿上升一個(gè)螺距，與此同時(shí)制備好的混凝土開(kāi)始由高壓泵輸送，通過(guò)空心螺紋鉆桿由鉆頭泵出。
⑸、提鉆時(shí)，鉆頭到達(dá)不塌孔位置或地下水位以上，方可停止泵壓混凝土。
⑹、混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，樁身充盈系數(shù)應(yīng)為1.2～1.25，樁身混凝土超灌高度不宜小于0.5m，以保證鑿除浮漿后，樁頂混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。
（二）、降水及排水施工
由于基坑降水量較大，為確保深基坑施工順利進(jìn)行，在距基坑邊1m處每間距5m布置一口深22m的降水井，降水管井總數(shù)為53個(gè)?？紤]淤積、管座及沉砂，以及泵的進(jìn)水口的位置，打井成孔直徑600mm，濾管采用Φ400預(yù)制混凝土管，在管壁上沖孔，孔徑Φ20，呈梅花形布置。井管高出地面300mm，粘土回填封孔不低于2m。降水井布置詳見(jiàn)右圖。橫橋向在基坑兩側(cè)各布置一道直徑為800mm的污水管道，每隔15m設(shè)置一口集水井，集水井共20口。基坑開(kāi)挖后，在井管降水持續(xù)進(jìn)行的同時(shí)，仍需進(jìn)行明排降水。
1、施工要求
⑴、沖擊式打樁機(jī)垂直打井，井深不得小于22米。
⑵、打井施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度后宜多打進(jìn)0.5～1m，用大泵量沖洗泥漿減少沉淀，并應(yīng)立即下管注入清水，稀釋泥漿比重接近1.05后，投入濾料不少于計(jì)算量95％，嚴(yán)禁井管強(qiáng)行插入導(dǎo)致井壁坍塌。濾料填至含水層以上，改用粘土回填封孔不少于2m。
⑶、洗井不應(yīng)擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或完成打井后集中洗井。
2、施工方法
⑴、采用沖擊鉆成孔，成孔直徑600mm，成井直徑400mm，孔深22m。
⑵、成孔后沖孔換漿，底部填入少許礫料后安裝沉砂管底座，上面連接沖孔砼管，外纏兩層孔徑1～2mm的鐵絲網(wǎng)，為保證濾管強(qiáng)度及進(jìn)水能力，每個(gè)降水井下沖孔砼管至少10m , 每米管沖孔（直徑20mm）不得少于20個(gè),但也不得超過(guò)30個(gè)。上面井管為實(shí)管。
⑶、下管方法采用托盤(pán)法，先將井底盤(pán)與第一節(jié)井管組裝對(duì)正連接好，采用尼龍網(wǎng)包扎，用三根竹片（呈等邊三角形）固定，距每節(jié)井管上下150mm位置再用粗鐵絲綁扎牢固后慢慢下放，然后逐節(jié)按此方法下至到井底。井管之間的連接要牢固可靠。
⑷、井管安裝完畢后，在管井與孔壁之間填入礫料, 濾料規(guī)格為4-6mm，礫料厚度取100mm。為保證填礫四周厚度的均勻和防止井管傾斜，填料前井管固定好，然后從四周同時(shí)進(jìn)行填料礫料填至地面以下2m，上部粘土填充密實(shí)。
⑸、成井后立即進(jìn)行洗井，達(dá)到水清砂凈。
?、纭⑦吰轮ёo(hù)
基坑護(hù)坡采用噴射混凝土進(jìn)行護(hù)坡，坡面鋼筋網(wǎng)為8@180mm×180mm，噴射混凝土強(qiáng)度為C20(設(shè)計(jì)配比為：水泥：砂：碎石：速凝劑=1：2：2：0.03〖重量比〗)，噴射混凝土厚度為110mm；鋼筋網(wǎng)片坑邊要外翻1.0m寬，用Φ18（長(zhǎng)0.5m）的鋼釬固定牢固。
?。ㄋ模┗娱_(kāi)挖
橫橋向從兩邊向中間的方向進(jìn)行基坑的開(kāi)挖。5號(hào)承臺(tái)基坑深度最大深度在11m以內(nèi)，地質(zhì)情況以卵石為主?；踊灼矫娉叽绨椿A(chǔ)平面尺寸四周各邊增寬100cm，以便在基礎(chǔ)底面外安置模板及設(shè)置排水溝和集水坑之用?；硬捎?：1的坡比，分三階開(kāi)挖，第一階為從121.20m向下開(kāi)挖至止水帷幕墻CFG樁樁頂處，開(kāi)挖深度為4米，第二階開(kāi)挖深度為3.5米，第三階開(kāi)挖深度為3.5米。詳見(jiàn)上圖。
四、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)本工程中主塔基礎(chǔ)基坑施工方案的深入研究和總結(jié)，可以為同類橋梁基坑的降水施工提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].
[2]CJJ2-2008，城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].
作者簡(jiǎn)介：楊宏權(quán)/男，1968年出生，工程師，河南六建建筑集團(tuán)有限公司，從事項(xiàng)目管理工作。
