武穴長江公路大橋主墩基礎(chǔ)施工方案探討(5頁).docx
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2022-07-22
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1、武穴長江公路大橋主墩基礎(chǔ)施工方案探討陳文彥 中國鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司摘要:不同地質(zhì)條件下,采用先平臺后圍堰及先堰后樁法均各有其優(yōu)缺點(diǎn),針對武穴長江大橋的實(shí)際情況,對兩種施工方案的優(yōu)劣性進(jìn)行比選、分析,最終主墩基礎(chǔ)施工方案采用先平臺后圍堰法進(jìn)行施工。關(guān)鍵詞:主墩基礎(chǔ);平臺后圍堰;先堰后樁法;比選、分析一、概述1.1 項(xiàng)目背景意義長江是我國具有全球影響力的內(nèi)河經(jīng)濟(jì)帶、東中西互動合作協(xié)調(diào)發(fā)展帶、沿海沿江沿邊全面推進(jìn)對內(nèi)對外開放帶。建成通車后將與麻城、陽新、瑞昌,滬蓉、滬渝、杭瑞、濟(jì)廣、大廣、上海至武漢等多條高速公路連接組網(wǎng)。1.2 橋梁主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)公路等級:高速公路(2)設(shè)計(jì)速度2、:100 km/h(3)汽車荷載等級:公路-級(4)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期:100 年(5)武穴長江大橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面:組合梁及砼梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度均為33.5m。(6)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):地震基本烈度為VI度。1.3 推薦橋型主橋采用(80+290+768+70+70+70+60)米雙塔雙索面組合梁斜拉橋,主橋長1415.3米。二、主墩基礎(chǔ)概述2.1 水文條件根據(jù)多年水文資料分析,長江中下游干流汛期出現(xiàn)在510月,4月份為漲水期,11月為退水期,12月和次年1、2、3月份為枯水期。根據(jù)武穴水位站統(tǒng)計(jì),歷年最高水位為22.10m(1998年8月2日,黃海高程),歷年最低水位為6.01m(1961年2月3日),3、多年平均水位為13.80m。2.2河道條件本項(xiàng)目所處河段為長江中游鯉魚山水道和武穴水道,屬分汊型河道。擬選橋位屬于鯉魚山水道。橋位河段因兩岸分布著眾多山體,多年來河道平面位置及主流走向變化較小,河勢整體基本穩(wěn)定,局部河段岸線以及深槽隨著來水來沙條件的不同發(fā)生沖淤變化,但是變化幅度不大。2.3地質(zhì)條件橋址區(qū)第四系覆蓋層厚度大,地質(zhì)呈填土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵砂石等結(jié)構(gòu),摩阻力q1k120KPa,地基承載力500KPa,摩阻力及承載力值較低,不宜選作該大橋的基礎(chǔ)持力層;下伏志留頁巖和泥盆系砂巖夾頁巖,承載力、摩阻力相對較高,可作為大橋墩臺基礎(chǔ)持力層。2.4 主墩基礎(chǔ)南岸16#主橋樁基4、礎(chǔ)采用嵌巖樁,直徑3.0m,樁長65m,44根,承臺尺寸為22.8*80.8*8m,整體式啞鈴型,基礎(chǔ)分布在江邊岸坡上,岸坡角度為300,岸坡表層堆積當(dāng)?shù)厮槭庸S廢棄碎石,最大厚度約16m,碎石堆積層下為全風(fēng)化砂巖夾頁巖,樁基嵌入中風(fēng)化砂巖夾頁巖巖層。圖2.1.1 16#主墩橋位地質(zhì)構(gòu)造立面圖圖2.1.2 16#主墩基礎(chǔ)平面布置圖三、基礎(chǔ)施工方案制定針對推薦的橋型布置南主橋16#主墩基礎(chǔ)制定兩套施工方案,即先平臺后圍堰和先堰后樁法。3.1先平臺后圍堰法(1)碎石堆積層清理及承臺基坑的開挖1)清理南岸邊坡表面的碎石堆積層,根據(jù)邊跨現(xiàn)澆箱梁鋼管支架、鋼棧橋的布距將強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾葉巖表層開挖成臺階狀5、。2)在邊坡碎石清理完成后,采用水下挖泥船對主墩墩位處堆積碎石層進(jìn)行清理,碎石層清理完成后,采用水下爆破法開挖基坑(強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾頁巖),爆破范圍需滿足封底砼3m厚度要求,開挖完成后進(jìn)行清理整平,基底應(yīng)滿足鋼套箱圍堰布置要求。(2)鋼棧橋、鋼平臺搭設(shè)在主橋17#16#號墩兩側(cè)設(shè)置鋼棧橋,橋面標(biāo)高根據(jù)南岸現(xiàn)場的實(shí)際地形設(shè)置為42.5m(陽新縣富巢碎石場場地標(biāo)高),利用已開挖完成的平臺進(jìn)行支撐樁施工,完成后安裝鋼管樁,依次安裝支承橫梁、型鋼連接桁架,、貝雷梁縱梁、橫向分配梁及橋面板。1)水上工作鉆孔平臺是利用鋼管樁和樁基鋼護(hù)筒作為支撐結(jié)構(gòu),用多組雙排單層貝雷梁作平臺承重結(jié)構(gòu),其間設(shè)多道連接型鋼桁架形6、成整體,貝雷梁上鋪設(shè)工字鋼作荷載分配梁,槽鋼作平臺鋪面。2)利用已搭設(shè)的鋼棧橋,配合履帶吊進(jìn)行平臺搭設(shè),鋼管樁采用振動錘或沖擊錘進(jìn)行插打,鋼護(hù)筒采用APE400打樁錘插打,插打深度進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層不小于50cm,由于樁位處已進(jìn)行爆破開挖,外露巖層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾頁巖,地基承載力基本允許值為500kpa,具體插打情況及設(shè)備選用考慮在岸邊已清理出的場地進(jìn)行試打,根據(jù)試打情況再安排下一步的平臺搭設(shè)方案。3)鋼管樁試打后,若巖層鋼管樁無法進(jìn)行插打,可采用錨樁方案,利用履帶吊配合振動錘插打鋼管樁搭設(shè)局部鉆孔平臺,在平臺上進(jìn)行錨樁施工,在錨樁施工完成后搭設(shè)鉆孔平臺,拆除錨樁施工平臺,多次重復(fù)上述工序后,完成鉆7、孔平臺的搭設(shè)。(3)承臺施工主墩承臺采用雙壁鋼套箱圍堰施工。在樁基施工完成后,拆除鉆孔平臺保留鋼護(hù)筒。首先在下游靠近橋位的江州造船廠加工鋼套箱,首節(jié)鋼套箱(高出多年平均水位約1m,多年平均水位為13.8m)下河后浮運(yùn)至墩位,封底砼厚度按3米,封底砼底標(biāo)高為-1.0米,首節(jié)鋼套箱加工高度為13.8+1+1=16米。采用浮吊吊裝首節(jié)鋼套箱圍堰,利用鋼護(hù)筒作為導(dǎo)向架進(jìn)行精準(zhǔn)定位,鋼套箱精準(zhǔn)定位后注水下沉,隨時(shí)測量套箱各注水點(diǎn)隔艙內(nèi)水面高程,嚴(yán)格控制各隔艙內(nèi)的水面高差,保持各隔艙水面高程基本一致。對套箱頂面各特征點(diǎn)的平面位置及高程進(jìn)行同步跟蹤測量,確保套箱注水對稱、均勻,避免套箱偏位、傾斜。對河床面底8、面形態(tài)變化進(jìn)行跟蹤測量,確保著床時(shí)河床面基本平整。考慮20年一遇最高水位21.5m,圍堰頂標(biāo)高設(shè)計(jì)為22.5m,第二節(jié)高度為7.5m,分塊加工、制作,現(xiàn)場浮吊組拼。圍堰吊裝完成后澆筑水下封底砼。 封底砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,抽干圍堰內(nèi)水,人工檢平基底,破除樁頭,安裝承臺鋼筋模板,澆筑承臺大體積砼。承臺砼分兩次澆筑,并設(shè)置冷卻管。圖3.1.1 鉆孔樁平臺平面布置圖3.1.4 鋼套箱圍堰布置圖3.2先堰后樁法(1)碎石堆積層清理及承臺基坑開挖(施工方法與3.1相同)(2)鋼棧橋、鋼平臺搭設(shè)(施工方法與3.1相同)(3)鋼套箱圍堰施工在下游江州造船廠加工鋼套箱,武穴水文站觀測多年平均水位為13.8m,9、考慮封底砼厚3米,封底底標(biāo)高為-1米,首節(jié)鋼套箱加工16米,(高出水位約1m),考慮20年一遇最高水位21.5m,圍堰頂標(biāo)高設(shè)計(jì)為22.5m,第二節(jié)高度為7.5m,首節(jié)鋼套箱下河后采用全回轉(zhuǎn)拖船浮運(yùn)至墩位,浮運(yùn)航速小于3km/h,轉(zhuǎn)彎航速1.8km/h,風(fēng)速小于8m/s(五級),水流流速不大于1m/s,天氣晴朗的條件下進(jìn)行。鋼套箱浮運(yùn)到位后,先進(jìn)行初步定位,再進(jìn)行精確定位。采用錨墩進(jìn)行精確定位,在岸上設(shè)置2個樁基加承臺錨墩,在水中設(shè)置2個鋼錨墩,鋼錨墩平面尺寸30*24m,基礎(chǔ)采用25根100020mm鋼管樁,入粉細(xì)砂層15m,強(qiáng)風(fēng)化巖層5m。主梁采用2根HN800300,分配梁采用25a工字10、鋼,10t卷揚(yáng)機(jī)8組,滑輪8組,上下各設(shè)4個拉攬,上拉攬采用390鋼絲繩,下拉攬采用590鋼絲繩。岸上錨墩承臺尺寸30*24*2m,基礎(chǔ)由15根1.5m鋼筋砼樁基組成,樁基入巖深度不小于10m,在承臺中預(yù)埋相應(yīng)的桿件,卷揚(yáng)機(jī)、滑輪、拉攬布置形式同鋼錨墩結(jié)構(gòu)形式相同。具體步驟如下:1)鋼套箱浮運(yùn)前先將2根上拉纜與臨時(shí)定位船連接,并進(jìn)行預(yù)拉。套箱浮運(yùn)至設(shè)計(jì)墩位處先與臨時(shí)定位船連接。2)利用套箱頂面布置的卷揚(yáng)機(jī),通過轉(zhuǎn)纜船將另外一根上拉纜由錨墩處牽引至套箱系纜處固定牢靠。依次將臨時(shí)定位船上的上拉纜轉(zhuǎn)纜至套箱上。轉(zhuǎn)纜完成后,依次掛設(shè)其它下拉纜,利用錨墩定位系統(tǒng)各方向上的拉纜對套箱進(jìn)行平面位置調(diào)整定位;11、然后通過上下拉纜對鋼套箱的垂直度進(jìn)行調(diào)整,最后拖輪全部退出。3)精確定位在套箱注水離河床還有2m時(shí)進(jìn)行。將拉纜與錨墩平臺上滑車組前端的尾繩用繩卡連接。啟動卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng),同時(shí)觀測拉力計(jì)與應(yīng)變器,對每根拉纜拉力進(jìn)行動態(tài)觀測。繼續(xù)收纜,同時(shí)觀測拉力計(jì)與應(yīng)力應(yīng)變器,對每根拉纜進(jìn)行動態(tài)觀測;動滑車組牽引到位后,如果拉纜沒有收緊,還處于松弛狀態(tài),此時(shí)將備用尾繩與拉纜用繩卡連接,把拉纜上的力傳到備用尾繩上,通過備用尾繩打梢。4)松開卷揚(yáng)機(jī),將動滑車移到平臺前端,用繩卡把拉纜和動滑車上尾繩連接。重復(fù)上述步驟,完成套箱精確定位。5)鋼套箱精確定位后注水下沉,套箱各注水點(diǎn)隨時(shí)測量隔艙內(nèi)水面高程,嚴(yán)格控制各隔艙內(nèi)的水12、面高差,保持各隔艙水面高程基本一致。對套箱頂面各特征點(diǎn)的平面位置及高程進(jìn)行同步跟蹤測量,確保套箱注水對稱、均勻,避免套箱偏位、傾斜。對河床面底面形態(tài)變化進(jìn)行跟蹤測量,確保著床時(shí)河床面基本平整。跟蹤測量套箱的傾斜度,可利用拉纜及時(shí)動態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。首節(jié)套箱就位后,其它節(jié)段套箱通過駁船運(yùn)輸至墩位,利用浮吊逐節(jié)拼裝。6)砼封底、鋼護(hù)筒、鉆孔樁施工鋼套箱圍堰就位后,利用浮吊布置鋼護(hù)筒,鋼護(hù)筒安裝完成后進(jìn)行水下砼封底施工,封底砼強(qiáng)度達(dá)到要求后布置鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工。四、基礎(chǔ)施工方案比選不同地質(zhì)條件下,采用先平臺后圍堰及先堰后樁法均各有其優(yōu)缺點(diǎn),針對武穴長江大橋的實(shí)際情況,對兩種施工方案的優(yōu)劣性進(jìn)行比選、分析13、如下:4.1方案一(先平臺后圍堰法)(1)方案施工流程覆蓋層清理鋼棧橋施工鋼平臺施工水下爆破基礎(chǔ)開挖鉆孔樁施工(鋼護(hù)筒)基底清理拼裝鋼圍堰及下沉(兩次下沉)封底砼施工承臺施工(2)施工優(yōu)點(diǎn)1)利用已完成的樁基鋼護(hù)筒進(jìn)行鋼圍堰定位,定位偏差小、鋼圍堰定位準(zhǔn)確。2)利用已完成的樁基鋼護(hù)筒進(jìn)行鋼套箱定位,可有效防止水流沖刷、岸坡碎石體溜滑、底部及周邊覆蓋層的變化對鋼套箱的影響,避免了鋼套箱在施工過程中的局部偏移、傾斜,安全施工風(fēng)險(xiǎn)小。3)鋼套箱下沉定位后,在施工封底砼時(shí),由于封底砼與已完成的樁基護(hù)筒銜接、穩(wěn)定性能更好,封底砼的成功率更高。4)鋼套箱加工、制作有充足的準(zhǔn)確時(shí)間。(3)施工缺點(diǎn)1)鋼套箱14、采取分段、分節(jié)拼裝,鋼套箱吊放、安裝時(shí)間長,對總體工期不利。2)鋼套箱下沉?xí)r需對鋼平臺進(jìn)行局部拆除,鋼套箱完成后還需進(jìn)行局部組裝以便于施工,增加了鋼平臺施工工程量。4.2方案二(先堰后樁法)(1)方案施工流程覆蓋層清理水下爆破基礎(chǔ)開挖基底清理整體拼裝下沉首節(jié)鋼圍堰整體拼裝下沉第二節(jié)鋼圍堰 封底砼施工鉆孔樁施工承臺施工(2)施工優(yōu)點(diǎn)1)鋼套箱采取整體浮運(yùn)下沉,可提前在江州造船廠下游進(jìn)行組裝,鋼套箱吊裝、安裝時(shí)間短,工序銜接連續(xù),對總工期有利。2)可節(jié)約部分成本。(3)施工缺點(diǎn)1)鋼套箱定位采用錨墩固定,精準(zhǔn)定位困難。2)采用錨墩固定鋼套箱,在外力作用下易使鋼套箱產(chǎn)生局部移位、傾斜,對鋼套箱定位固定安全產(chǎn)生不利影響。3)鋼套箱采用錨墩固定,纜繩具有一定的柔韌度,在封底過程中對封底砼會產(chǎn)生一定影響,封底砼會有一定安全風(fēng)險(xiǎn);4)16#主墩與長江主航道距離較近,采用錨墩、纜繩對鋼套箱進(jìn)行固定,受到通行船只影響,安全風(fēng)險(xiǎn)較高。五、結(jié)論通過先平臺后圍堰、先堰后樁法的方案優(yōu)劣比選,采用先平臺后圍堰法雖然鋼套箱在安裝、下沉過程中占用時(shí)間較長,但鋼套箱加工會有充足的準(zhǔn)備時(shí)間,鋼套箱封底砼、鋼套箱的精準(zhǔn)定位、鋼套箱的偏移、傾斜度控制等均有一定的安全保障。因此最終主墩基礎(chǔ)施工方案采用先平臺后圍堰法進(jìn)行施工。
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