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尾矿库区桥梁基础施工安全防护控制技术

2011-05-09刘小军

中国新技术新产品 2011年5期
关键词:矿砂钢护筒尾矿库

刘小军

(中铁四局集团第二工程有限公司,江苏 苏州215131)

1.前言

尾矿库内桥梁施工安全防护控制重点为钻孔桩桩基础及承台基础施工,消除桥梁基础施工对尾矿库矿砂所带来的不安全影响因素,确保红线外尾矿库矿砂的稳定,确保桥梁结构自身安全。

2.工程概况

铜山大桥全桥孔跨布置为6-31.5m简支梁,全长208.980延米,铜山大桥线路沿右侧山坡坡脚穿越尾矿库边缘,线路经过的尾矿库边缘无堤坝,尾矿库三面环山,桥位远离堤坝,桥位距离左侧尾矿库堤坝300m,距离左侧尾矿库内水塘220m。铜山大桥共5个墩,2个台,墩台基础全部为钻孔桩基础,桩径为1.0m,桩长17.5m~28m不等,每个墩位设置8根钻孔桩,每个桥台设置9根钻孔桩,除4#墩外,其余墩台均按柱桩基础设计。承台为矩形承台,高为2.0m;墩身为双线收坡式矩形墩,墩高3m、4m不等,墩顶位于原地面以下0.5m~1m,墩身施工前需对尾矿砂进行挖除至梁底以下1.5m。该桥所处范围主要为人工填土,为铜钼矿弃碴,呈粉状,松散,饱和,局部厚度较大,层厚3.7m~12.00m。对坑壁稳定性影响较大,需对坑壁采取支护措施。

3.尾矿库内桥梁基础施工工艺

在桥位线路右侧修建贯通便道,红线两边采用SMW工法挡土墙确保施工红线外尾矿库矿砂的稳定,防止因矿砂清移和流动产生的侧压力,威胁到桥梁结构安全。钻孔桩施工采用钢护筒穿过尾矿库矿砂的底层,冲击钻机成孔,导管法灌注水下混凝土。承台基坑支护采用井点降水结合钢板桩围堰支护,承台基坑采用挖掘机开挖,人工配合清基,模板采用大块定型钢模板。墩身采用大块定型钢模板施工,汽车吊配合人工立、拆模板,汽车泵送混凝土浇筑成型。桥台分两次立模成型,采用竹胶板、方木、拉杆加固,汽车泵送混凝土浇筑成型。砼由搅拌站集中拌制,砼罐车运输,砼输送泵泵送或吊车吊装入模,砼养生采用塑料薄膜包裹养生。钢筋在钢筋棚内集中加工,半成品运至工地现场绑扎安装。

4.安全防护控制重点及施工技术措施

4.1 场地平整

根据现场轻型触探试验检测,南京台位于山坡坡脚粘土层,基本承载力280KPa;1号~5号墩及上海台位于尾矿库中,基本承载力为164~218KPa;场地平整后,利用压路机将整个场地静压2~3遍,保证整个场地平整、密实,并在两侧红线边缘人工开挖排水沟,确保排水畅通,场地不积水。

4.2 征地边界SMW工法挡土墙施工

为了防止桥梁施工对尾矿库的影响,在桥梁征地边线两侧各施工一道SMW工法挡土墙,全长416m,SMW工法挡土墙如图1所示。SMW工法挡土墙利用三轴搅拌机就地钻进切削土体,同时在钻头端部将水泥浆液注入土体,经充分搅拌混合后,再将φ25螺纹钢筋按照50cm的间距插入搅拌桩体内,形成地下连续墙体,利用该墙体直接作为挡土和止水结构,消除桥梁基础施工对红线外的矿砂所带来的不安全影响因素,确保红线外尾矿库矿砂的稳定,同时也防止因矿砂清移和流动产生的侧压力,威胁到桥梁结构自身安全。SMW工法挡土墙主要特点是构造简单,止水性能好,工期短,对周围环境污染小,非常适合铜山大桥基础施工现场实际情况的需要。

图1 SMW工法挡墙施工布置图

三轴水泥搅拌桩桩长为12~19m,墙厚0.9m。三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度。水泥浆液制备及浆液注入浆液的搅制采用32.5普通硅酸盐水泥,参考浆液配合比范围为水泥:膨润土:水 =(270~360kg):(5~15kg):(450~900kg),具体配合比应通过加固土室内试验的检验方能使用,15%浆液配比为1:1.7,20%浆液配比为1:2.5,注浆压力为1.5MPa~2.5MPa。桩体搅拌6小时以内完成钢筋插入。

4.3 钻孔平台、施工便道修筑

放样出墩台位置,洒出钻孔平台边线,平台尺寸为15*12m左右,大小满足两台钻机同时施工,且不干扰混凝土运输及灌注。在表层填筑山皮石厚度为0.6~1.0m,压路机分层碾压密实,作为钻孔桩施工平台,确保钻机施工中不下沉,不倾斜。

在红线线路右侧修筑一条宽4.0m的施工便道,采用山皮石填筑,填筑厚度0.8~1.2m,压路机分层碾压密实。在既有水沟位置埋设直径1.0m钢筋混凝土涵管,保证既有水系畅通。

4.4 护筒的制作与埋设

①护筒制作

本桥护筒有两种,一种为永久性钢护筒,长度为承台底至砂层底段,为保证桩体质量及以后不被破坏而设置的;另外一种钻孔桩施工临时钢护筒,该段钢护筒在承台开挖后割除。护筒均采用厚度δ=12mm的钢板制作,内径为140cm。护筒长6~12m,护筒顶宜高出钻孔平台顶面0.5m左右,护筒底穿过尾砂层。为便于泥浆循环,在护筒顶端设高300mm、宽500mm的出浆口。

②钢护筒埋设施工

护筒分段连接埋设,底段护筒长3~5m,采用30t汽车吊吊装就位,DZJ140型振动锤沉放。汽车吊停放在平整好的钻孔平台面上,吊装钢护筒至人工挖好的导向基坑里面后(导向基坑深度为1.5m),慢慢放松吊机钢丝绳,由于护筒自重而不再沉入土层时,检查护筒的垂直度。

每次振动持续时间不宜超过10~15min,过长则振动锤易遭到破坏,太短则难以下沉。护筒的下沉应一气呵成,不可中途停顿或有较长时间的间隙,以免护筒周围土层密实后造成继续下沉困难。当第一节钢护筒下沉至预定深度后(钢护筒顶高出原地面1m),停止振动,将振动锤调出钢护筒,吊装第二节钢护筒,进行护筒对接,经检验焊接合格后,开始第二节钢护筒下沉。依次连接至护筒穿过砂层,进入稳定的粘土层。

4.5 泥浆池、泥浆槽

在相近的2个钻孔平台中间开挖泥浆池,设置5×4×3m的沉淀池和5×7×2.5m的泥浆循环池,采用沟渠连通,形成一个循环体系。造浆用水及施工用水由水车送至现场水池。泥浆池开挖土方及时运出场地至弃土场。钻孔时排放的废浆及时用泥浆专用车辆运至指定地点排放。各墩台钻机布置面向废浆池方向。

由于尾矿库矿砂存水较差,砂层不稳定,本桥所有泥浆池、水池开挖后均采用彩条布铺垫,确保泥浆不会流失。桩位流经泥浆池的泥浆槽,宽为55cm,高为50cm,沟槽中采用彩条布铺垫,两侧用编织袋装粘土挡护。这样不仅保证了施工用水,也减小了施工对尾矿库所产生的影响。

4.6 承台施工基坑开挖

承台的最后一根钻孔桩施工完毕一周后,方可进行承台基坑开挖。开挖前放样出承台开挖角点,测量地面标高,根据开挖深度和放坡计算出承台开挖开口大小,用白灰撒出开口线。开口线的确定如下式:

本桥承台埋入地下2.5~3.5m,基坑深度为4.5~5.5m。南京台位于山坡坡脚的粘土层上,土质较好,考虑放坡开挖即可;1#~5#墩及上海台位于尾矿库矿砂中,为确保基坑稳定性,开挖时采用井点降水、钢板桩支护,如图2所示。井点管长6m,降水3~4天后,根据出水量大小确定开挖时间。开挖时根据地质情况,钢板桩桩长为9m,钢板桩顶口采用钢围领及斜撑加固。

基坑采用机械开挖,人工辅助清理,机械开挖至设计坑底0.2m以上时人工开挖,防止机械扰动基底原土。开挖土汽车运至弃土场,基坑顶2m范围不得临时堆放土方。要求基坑顶面四周开挖50*40cm的截水沟,坑底开挖30*30cm的排水沟、对角设40*40cm的集水井,并设置排水设施。一旦承台施工完毕后,立即进行分层压实回填,桥墩承台基坑采用粘土回填,桥台承台基坑台后及两侧采用C15混凝土回填,正面采用粘土回填。

图2 承台施工降水及支护布置图

结束语

SMW工法挡土墙与井点降水相结合的支护工艺在尾矿库内桥梁基础施工中首次使用并取得了良好的效果,通过桥梁基础施工来看,基坑开挖支护、尾矿库大坝的稳定均达到施工要求,在以后同类型结构施工中,是一项值得推广的安全防护控制技术,创造更好的经济效益。

[1]史佩栋主编.实用桩基工程手册[M].中国建筑工业出版社,北京,1999.(5).

[2]余志成,施文华编著.深基坑支护设计与施工[M].中国建筑工业出版社,北京,2000.(6).

[3]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社,北京,2000.

[4]屈庆余.高压喷射灌浆生产性试验[J].中国三峡建设,1999(11).

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