跨高速公路连续梁主墩基坑施工钻孔灌注桩边坡防护

何凡松,邱长华

(葛洲坝集团第二工程有限公司,成都,610091)

1 工程概述

湖北武汉至孝感城际铁路二标府河特大桥跨天河机场高速公路连续梁主墩基坑承台施工及其边坡支护桩工程,位于武汉市东西湖区与黄陂区,在本线DK9+770m处与现有的汉口至天河机场的机场高速公路发生立体交叉,交角49°。该处设计为高墩、大跨度连续梁,结构形式为一联48m+80m+48m连续梁,采用挂篮悬臂浇筑法施工。该跨连续梁236#、237#、239#墩承台平面尺寸12.3m×8.2m×3.5m,离高速公路较远,施工时对高速公路无影响。238#主墩承台平面尺寸14.3m×10.4m×4.0m,地面最大标高22.62m,承台底标高为 15.664m,承台最大开挖深度约7.0m,水平侵入高速公路护道3.1m,施工时对高速公路的边坡安全稳定有较大影响,需采取防护措施。

2 主体工程施工防护方案

本工程除靠近机场高速公路一侧施工场地较为狭窄外,其余地面开阔,附近无建筑物和地下管道。根据设计图纸,基坑底位于第二层的粉质粘土中,所以本工程基坑支护靠机场高速一侧采取打钻孔桩支护,其余三面放坡并局部加型钢支撑。

跨越机场高速连续梁236#、239#边墩采用10根直径1.25m钻孔桩(桩长为 31.5m和31m),237#、238#主墩采用12根直径1.5m 钻孔桩(桩长为41.5m和43m),均采用旋挖钻钻孔施工。236#、237#、239#墩离高速公路较远,不会对高速公路的安全产生影响,采用常规施工;238#主墩离高速公路较近,钻孔桩侵入高速公路路基边坡,为确保施工安全,钻孔桩施工前先进行承台支护钻孔灌注桩施工,再进行主体工程钻孔灌注桩的施工,以确保机场高速公路边坡稳定。该钻孔灌注支护桩的布置见图1所示。

图1 机场高速公路路堤边坡钻孔灌注支护桩布置

3 钻孔灌注支护桩设计

连续梁238#主墩承台施工时,开挖深度7m,在基坑垂直开挖状况下水平侵入高速路基护道达3.8m,原设计图纸中基坑支护采用悬臂无拉结的钻孔桩,桩径 80cm,桩间距 125cm,桩长 6m。经我部现场查看实际情况及承台开挖深度,6m桩长不能满足安全支护要求。经过计算,我部将原设计改为桩长15m,设计桩底标高7.62m,桩顶标高22.62m(与高速公路马道高程平齐),入承台底8m,桩间距改为140cm,桩径 1.0m,共 17根。钻孔桩顶部设置50cm高C30钢筋混凝土圈梁,钻孔桩与圈梁通过锚固钢筋连成整体。基坑最大开挖深度为7m,采用1000@1400灌注桩围护结构,桩长为15m,桩顶标高为0,计算时考虑地面超载60kPa(包括机场路行车荷载及坑外堆土荷载)。基坑附近附加荷载如图2所示,土层的物理性能指标见表1。

图2 基坑附近附加荷载分布

表1 土层物理性质指标

根据上述资料,对钻孔灌注支护桩进行稳定性计算及抗管涌验算,计算结果说明,采用灌注桩进行基桩支护,安全是有保证的。

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)及《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)进行桩身配筋及护坡结构构造设计,护坡桩桩身采用钻孔灌注桩,直径1000mm,间距1.4m,桩长15.0m,桩顶标高跟地面齐平。桩身最大弯矩620.3kN.m(土体侧中下部),根据计算主筋配筋为 30φ20(通长均匀配置),箍筋 φ8.0@200(上部4mφ8.0@100),加强筋φ20@2000。

4 灌注桩截面计算

挡土灌注桩一般按钢筋混凝土正截面受弯构件计算,周边均匀配置纵向钢筋的圆形钢筋混凝土受弯构件,截面内纵向钢筋不少于6根的按下式计算:

式中,M——标准荷载下的弯矩;

fcm——混凝土抗弯曲强度设计值(C25混凝

土,fcm=13.5N/mm2);

r——圆形截面的半径(r=500mm);

A——挡土 灌 注 桩 截 面 面 积 (A=785000mm2);

fy——钢筋抗拉强度设计值(fy=290N/mm2);

As——全部纵向钢筋的截面积(As=9420mm2);

rs——纵向钢筋所在圆周的半径(rs=500-50-10=440mm);

a——受压区混凝土截面面积的圆心角与2π的比值;

at——纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值,当 a＞0.625时,at=0。

整理式(2),令b=fyAs/fcmA

则有a=(1.25+sin2a/2a)/(1+3b)

已知b=290×9420/13.5×785000=0.26将b代入上式,用试算法求得a=0.69＞0.625

则有at=0

将以上数据代入式(1)得

M=2×13.5×785000×500×sin(3×0.69)/3+290×9420×440×sin(0.69π)/π=952kN.m＞620.3kN.m(满足要求),在安全范围。

5 钻孔桩支护施工

桥墩桩基施工前,测量放出支护的钻孔桩桩位,采用旋挖钻进行支护钻孔桩施工,钻孔顺序间隔进行。钻孔桩钻出的渣土用汽车运至废弃场。钻至设计标高验孔合格后吊车下放钢筋笼,导管法浇筑混凝土。桩身混凝土强度达到设计强度80%以上时进行钻孔桩施工。