桥梁基础设计与施工技术研究

2015-11-28张立群

城市道桥与防洪 2015年12期

关键词：沉箱沉井护筒

张立群

(浙江龙翔建设有限公司,浙江温州 325402)

桥梁基础设计与施工技术研究

张立群

(浙江龙翔建设有限公司,浙江温州 325402)

在桥梁基础工程设计施工中,由于其所处环境的复杂性,会受到各种外界因素的影响。为了保证桥梁基础的施工质量,需要对其进行合理的设计,并使用合理的施工技术。基于此,对桥梁基础设计与施工技术进行研究探讨。

桥梁基础;设计;施工;钻孔灌注桩

1　案例介绍

某桥梁工程的主桥分别由两个T构组成,其中两边跨分别为125 m,主跨为230 m,桥面宽度为42 m。桥梁的宽度和跨径均处于国内同类型桥梁的前列。两个承台之间的距离为1.6 m,承台施工水位为62.5 m,承台顶面的高程为62 m。桥墩所在河床表层属于砂夹卵砾石、粉石,底层为泥岩夹粉岩。

2　桥梁基础工程的设计特征

(1)桥梁基础工程将群桩深基、大跨、长集于一体，具有很高的科技含量,125 m+230 m+l25 m连续刚构是主桥一联采用的，主墩桩基共32根,长度分别为77 m、70 m。

(2)结构混凝土的数量比较多，一部分的结构是大体积的混凝土。该桥梁混凝土的浇筑量约为10万m3，其中19.9 m×19.9 m×5 m是主桥的承台结构尺寸，属于大体积的混凝土。浇筑温度是施工过程必须要严格控制的，保证混凝土内外的温差与规范要求相一致，大体积混凝土的质量可以得到保障。

(3)主跨桥墩的施工是深水墩施工，施工要求安全性高、环保、质量高,深水中墩是主桥10#墩，水深13 m左右，深水高桩承台作为承台，进行施工时设计钢板桩围堰,但是施工的技术难度系数高，需要很好地保护环境。

3　大桥基础设计方案选择

在选择桥梁基础类型时,首先要分析桥梁所在位置的自然因素、气象因素以及地质水文因素,在进行综合对比后,选择出合理的施工方案。参考以往的施工经验,当水下持力层深入10 m以内时,最经济的施工方式是使用防水围堰抽水。当水下持力层深入在30 m以内时,使用桩基础的经济性最佳「1]。因此,在常规的水文条件下,持力层的深度大于10 m时,一般会选择造价相对较低的管柱基础和桩基础。但在深水环境中,由于水流所产生的水平力比较大,因此需要使用沉箱、沉井之类的重力基础才可以达到建筑物对刚度的要求。该工程经过综合对比后,最终使用经济性更佳的桥梁深水桩基础进行施工。和沉井、沉箱基础相比,具有以下优点。

(1)沉入的深度方面:与沉井、沉箱相比,桩基所需下沉的深度相对较小。

(2)用料:桩基与沉井、沉箱的深度相同时，与沉井、沉箱相比,桩基基础的用料比其少用40%～60%,所以通常桩基的造价与沉井、沉箱相比要低一些。

(3)刚度:桩基也存在一些缺点,与沉井、沉箱相比,桩基的刚度基础小,特别是流动的速度大。

(4)基础底的拉力(由抵抗力矩或水平力产生)使基础牢固地嵌固在地基中。

4　深水桩基础施工技术

该桥梁工程9#墩由31根直径为2.0 m、长度为77 m的深水桩构成,是该工程中施工难度最大的基础工程。由于水比较深,基础质量很难保证,对整个项目的进度和质量均有影响。因此,以9#墩为例,对深水桩基础的施工技术进行探讨。

4.19#墩钻孔的施工措施

4.1.1搭设施工平台

按照横向布置的方式,使用4台回旋钻机进行承台施工,使用厚度为10 mm的钢管桩进行施工。使用15 cm×15 cm的方木组成施工平台,并将施工平台高程控制在65.5 m,如图1所示。

图1　9#墩施工平台的搭设(单位:cm)

进行钢护筒的定位。使用厚度为10 mm的钢板来制作钢护筒,护筒的长度为18 m，直径为2.4 m，一共有10根,使用导向护筒进行就位钢护筒、钻机就位成孔的固定平台,要保证固定平台的整体性以及刚度,达到钻机成孔的基本要求。将导向架安装在固定平台上,然后按照设计要求下沉护筒。使用型钢和护筒的上端进行连接,用泥浆槽将临近的护筒连接成一个整体。为了避免对水体造成污染,使用运输船将多余的沉渣和泥浆运输到指定的位置「2]。

4.1.2钻孔灌注桩施工

(1)检修设备和试运转后再进行钻机的就位工作,就位后与泥浆循环系统连接好，把泥浆泵开动保持泥浆循环2～3 min，然后开始钻孔工作。小冲程是冲击钻孔时较适合使用的，如果孔底在处于护筒脚下3～4 m，冲程加大的幅度可根据实际情况调整,进行钻进时要及时对护筒及成孔情况进行检查，对钻碴进行分析，钻进方式和泥浆参数可以根据需要调整，同时专门记录,根据具体情况解决钻孔事故。

(2)成孔。用自制笼式钢筋检孔器进行检查,成孔检测使用标准测锤。

(3)清孔。检查完终孔,若合格则利用抽浆法进行第一次清孔工作,将钢筋笼及导管安装，用高压射风喷射法进行二次清孔工作,然后进行灌注水下硅操作，清孔的标准与设计或规范相符。

(4)钢筋笼的吊放。按设计规范制作钢筋笼及检测管,钢筋笼的吊放需要用浮吊分段进行操作,完成孔内焊接后进行定位吊放。

(5)安装导管。导管选用300 mm快速接头导管，完成水密试验后,使用钻机机架或浮吊吊放入孔。

(6)水下混凝土的灌注。利用商品混凝土，用设置在栈桥桥头的4台HBT60输送泵灌注9#墩,混凝土性能指标需要与水下混凝土灌注的需要相一致。

必须严密组织，紧凑、连续地进行导管法灌注水下混凝土，切忌中途停工。导管埋入混凝土的深度大于1 m是首批混凝土灌注的高度,完成首批混凝土灌注后，对探孔内混凝土面的高度进行测试，对管埋置的深度进行计算，如果与要求一致就可以正常灌注。灌注时派专门人员对管内混凝土下降与孔内水位升降的情况密切观察，对孔内混凝土面高度及管内外混凝土面高差及时测量，正确指挥导管提升和拆除，对水下混凝土灌注记录认真填写。

4.29#墩承台施工操作

9#墩的施工水深为13 m左右，承台底与河床的距离为7.6 m左右，是深水高桩承台，承台轮廓呈矩形且尺寸较大，与圆形围堰相比，其不能形成稳定的受力结构以抵抗外力。如果将普通的钢板桩作为围堰，其内撑的密集程度导致施工不能进行，并且因为较深的插打与抽水深度，较大的内外水侧压力，钢板桩围堰的抗弯模量与截面抵抗矩之间的矛盾越来越大;如果用钢套箱作为围堰，则需要大量的钢材、大型施工场地及大型运输「3]。由于受限于通航条件及浮吊设备,大型拖船及浮吊设备很难到达桥墩的施工地点，所以选择钢套箱围堰也很困难。通过反复比较方案,最终确定了锁口钢管桩的围堰方案，如图2所示,特点表现如下。

图2　围堰断面图(单位:m)

(1)截面的强度与刚度都比较大，支撑比较简单。

(2)施工的速度较快，便于制作加工与安装下沉，工艺简易，不需要大型的机具设备和大型的浮运设施。

(3)各种复杂的地质、地层都可以利用。相关地质资料显示，在该地区地质可以进行钢管桩的插打操作。

(4)结构形式简单灵活，各种形状的水下承台基础形式都可以使用此方案。

(5)具有可重复利用性,很经济实用。将钢管桩拔出后， O#块支撑架、跨路、跨防洪堤支撑柱都可以用其做成,此外,深基坑开挖支护也可以选择它，具有很高的利用价值。

4.3锁口钢管桩围堰施工

钢管桩使用不等边角钢和螺旋管加工制成,加工过程中对精度要求比较高,尤其是母扣和公扣的轴线要成180。,转角成90。,钢管和角钢之间使用双面满焊。为了提升公扣和母扣之间的强度,要使用一个加强钢板焊接在公扣和母扣的两侧,板厚要大于1 cm。在安装钢管桩时,要保证第一根钢管和地面保持垂直,并且位置准确。在进行安装时,要先将导向架定位好,然后顺着导向架对钢管桩进行插打。安装好第一根钢管后,在其两侧安装定位架,并顺着同一个方向顺次进行插打。由于围堰很大,各个钢管桩之间的误差也很大,所以,要处理好封口钢管。在大到封口位置后,要将各个封口之间的距离测好,然后加入一两根钢管调节各个钢管桩之间的距离,确保锁口可以顺利完成。

4.4锁口灌浆

在整个施工过程中,锁口灌浆是一个非常重要的环境,灌浆质量对围堰止水有非常大的影响。在进行锁口灌浆时,首先要保证布袋过程中不出现绞缠,布袋的长度要可以保证灌浆工作一次到位。布袋的口径要超出锁口的口径,使用防水油布来加工布袋。在进行灌浆时,要严格按照试验的配比来进行制作,使用特制的漏斗进行灌注,控制好灌注速度,不宜太快,要注意对灌浆的速度和稠度进行观测,出现问题后立即进行处理。

4.5浇筑封底混凝土

封底混凝土主要作用是将承台底部的渗水通道封住,并承担上部承台的重量。在进行封底之前,要先使用砂砾石填充到围堰内,填充高度为7 m。虑到水下整平难度大,所以使用干封的方法进行施工。首先将围岩中的水抽干,然后使用机具整平,在围堰两角将集水坑预留出来进行抽水,不要一次性将底封好,将水库所在位置预留出来,以达到降低水压力的目的。当混凝土达到强度要求后,对集水坑进行集中封堵。