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        樁排式圍堰在卵石地質(zhì)深基坑中的應用

        2014-09-26 06:35:14周東坡劉金峰李志武
        城市道橋與防洪 2014年7期
        關(guān)鍵詞:排樁卵石圍堰

        周東坡,劉金峰,李志武

        (中國建筑第七工程局有限公司,河南鄭州 450004)

        1 工程概況

        蘭州市元通黃河大橋,主橋全長310 m,為(80+150+80)m連續(xù)梁-拱組合橋。主橋兩個主墩(Pm09、Pm10)位于黃河河道內(nèi),承臺長25.5 m,寬13.8 m,厚4 m,承臺采用C30混凝土;河道水位高程約1 513.5 m,河床高程約1 510 m,承臺底高程為1 503.5 m;承臺圍堰設計封底1 m厚的C20混凝土。

        根據(jù)勘探資料,主墩位置地質(zhì)情況為:

        (1)卵石,層厚約2.3 m~6.2 m,青灰色,一般粒徑3 cm~8 cm,最大粒徑40 cm,大于2 cm的顆粒占質(zhì)量的60%。

        (2)強風化含礫砂巖,層厚3.4 m~20 m,桔紅色,礫石含量15%~20%,粒徑0.5 cm~2 cm,最大粒徑40 cm。

        (3)中風化含礫砂巖,勘探揭露最大層厚64.2m,桔紅色,礫石含量15%~20%,粒徑0.5 cm~2 cm,最大粒徑40 cm。

        水文情況為:

        工程地址河道寬度210m,常水位標高1 512.5m,09#墩處水深2 m,10#墩處水深3.3 m,河水流速3 m/s左右,流量為1 006 m3/s。

        根據(jù)工地現(xiàn)場特點,樁基礎施工采用土石混合料筑島作為鉆孔平臺。

        2 承臺基坑圍堰方案比選

        由于主橋墩施工跨越洪水期(為了保證防洪,水利管理部門要求必須于5月1號之前拆除筑島平臺),且承臺設置位置低于河床10 m,屬于深水基礎。根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)及以往施工經(jīng)驗和鄰近橋梁施工情況,初步考慮以下三種施工方案進行比選。

        2.1 鋼板樁圍堰

        鋼板樁圍堰施工速度快,但是該項目地質(zhì)持力層為中風化巖層,鋼板樁施工入巖難度比較大,要穿越卵石層,破損率高,止水效果難以保證。且蘭州本地鋼板樁稀缺,需遠途調(diào)運。

        2.2 混凝土沉井

        沉井施工需要待主墩樁基全部施工完畢之后再整體制作下沉,沉井高度十多米,需要經(jīng)過3次接高下沉。對模板要求高,每節(jié)混凝土施工和養(yǎng)生時間較長。經(jīng)了解鄰近橋梁的施工經(jīng)驗,比較順利的下沉時間為2個月,若不順利時可能要延長到3~4個月,下沉過程長,特別是穿越卵石層時涌水量巨大,水下作業(yè)工程量很大。

        2.3 樁排式地下連續(xù)墻

        地下連續(xù)墻有壁板式和樁排式兩種。

        壁板式施工需要專業(yè)大型機械,該工程量較少,場地有限,不予考慮。

        樁排式地下連續(xù)墻,使用常規(guī)樁機即可施工,工藝簡單,可操作性強,最為主要的是:通過合理調(diào)配,可以與主橋樁基交叉施工,縮短整體工期。具體方法是:主墩樁基優(yōu)先施工外側(cè)樁基,承臺每邊樁基施工完畢后即可安排連續(xù)墻樁基的施工,待圍護樁施工完畢后,即可對圍堰土石方進行開挖外運,承臺基坑與之平行施工。

        與沉井方案相比,可以大大縮短整體工期,既能滿足總體施工進度和質(zhì)量要求,又能滿足防洪部門5月1日前拆除筑島平臺的要求。

        綜上所述,選用樁排式地下連續(xù)墻做為承臺施工圍堰。

        3 樁排式地下連續(xù)墻承臺基坑圍堰

        3.1 半梅花相切樁排圍護布置型式選用

        目前,主要的圍護布置型式可以分為三大類:拉列式、連續(xù)式、組合式。其中,拉列式應用于陸地基坑圍護,或無水、少地下水基坑圍護使用,深水基坑中無法使用;組合式樁排圍護主要是采用鉆(挖)孔灌注樁與水泥防滲墻組合使用型式,該工程無法進行水泥防滲墻施工,不能采用。

        連續(xù)式樁排布置形式,其組合形式大體可分為半梅花切布置,單排連續(xù)式布置兩種,該工程基坑深度達10 m以上,不僅需要樁排圍堰有一定穩(wěn)定性,其自身穩(wěn)定性也要達到一定的效果,兩種布置形式相比較,半梅花相切式布置更為穩(wěn)定安全,另一特點是可以采用常規(guī)鉆機施工,最適用于該工程,所以采用半梅花相切式樁排布置型式(見圖1)。

        圖1 半梅花相切樁排布置示意圖

        3.2 樁排式地下連續(xù)墻圍堰樁徑的選用

        該工程基坑地層范圍多為卵石層,承臺圍堰尺寸:25.5 m×13.8 m采用沖擊成孔工藝,常規(guī)樁徑有1 m、1.2 m、1.5 m,按圍堰尺寸分別需要88根、72根、60根樁。三種類型樁徑安裝工期及工程量對比優(yōu)化見圖2、圖3所示。

        圖2 樁數(shù)(樁徑)變化趨勢圖

        圖3 樁徑與積值關(guān)系圖

        樁的數(shù)量代表工期,因為不同樁徑的樁成孔進尺基本一樣,都是每天1.5 m?;炷练搅繋缀蹩梢苑从吃靸r。

        樁徑在1.0 m以下鉆孔施工,數(shù)量偏多將一定程度上減緩施工進度。同時,樁徑相切角度過大,圍堰內(nèi)側(cè)平整度較差,承臺模板支護難度較大,樁身較小,其自身穩(wěn)定、安全性較差。樁徑大于1.5 m以上,雖然在施工進度上、圍堰受力安全穩(wěn)定性上有所提高,但由于樁排采用的半梅花形式布置,混凝土用量較多,費用將增加,不可取。最終選用1.2 m樁徑作為承臺圍堰用樁。

        3.3 樁排式地下連續(xù)墻基坑圍堰施工

        采用內(nèi)外排交錯半梅花相切排列方式,內(nèi)排樁基內(nèi)側(cè)距承臺邊20 cm,外排樁和內(nèi)排緊挨相接。每個承臺布置72根樁。

        樁頂標高為筑島高度,樁底標高為1 501.5 m,低于承臺底面2 m。Pm09樁長12.5 m,Pm10樁長13.5 m。

        考慮開挖深度較深,初步考慮設置兩道內(nèi)支撐,第一道支撐面位于樁頂面以下2 m位置,第二道位于承臺頂面以上1 m位置。

        承臺基坑土石方開挖至第一道支撐面位置,進行圍囹、橫撐及角撐安裝,完成后進行下層基坑土石方開挖,最后進行圍堰頂層支撐安裝(見圖4~圖6)。

        圖4 圍堰樁位示意圖

        圖5 圍堰支撐平面圖

        圖6 圍堰支撐立面示意圖(標高:m)

        4 樁排式地下連續(xù)墻圍堰施工控制重點

        (1)測量放樣必須準確。如樁基不能形成完整相切,將會出現(xiàn)滲水、透水等情況,同時將影響圍堰整體穩(wěn)定、安全性。

        (2)在施工過程中,排樁施工順序不能連續(xù)施工,間隔跳樁施工。已完成灌注排樁混凝土強度未達到強度要求,緊鄰施工可能倒致卵石擠進已完成樁身,使樁身受到破壞,形成空洞,開挖后存在透水危險。

        (3)在排樁施工過程中,樁身豎直度嚴格控制,防止因樁身傾斜而不能形成相切效果。

        (4)在排樁施工過程中,泥漿比重盡可能減少,防止樁身側(cè)壁泥層過厚,不利于相鄰樁更好的相切粘合,從而形成線型夾縫。長時間開挖后可能由滲水逐漸形成透水情況。

        (5)在排樁成孔灌注混凝土前,為防止樁身泥層過厚,可適當調(diào)整鉆機中心位置,在排樁相切位置進行空拉處理,盡可能減少泥層厚度,以便更好與鄰樁相切粘合。

        (6)樁間滲水、透水處理:

        a.因樁間泥層過厚,存在泥漿夾層,而形成的滲水,僅清理內(nèi)排樁身面,安裝模板、澆筑混凝土,不需對樁間夾層做清理,就能達到滿意的效果。

        b.當樁間出現(xiàn)小范圍透水情況時,可能存在透水壓力過大,混凝土無法封堵的情況。按上述方案處理的同時,用常規(guī)隔水材料(如塑料布等)隔擋于透水面層,下部包裹隔水閥,做透水通水閥使用。澆筑混凝土后,水閥正常通水,以減少水壓力對混凝土凝結(jié)的影響。待混凝土強度滿足后,關(guān)閉隔水閥,就能夠形成真正閉水。

        c.如出現(xiàn)透水情況嚴重或樁身缺陷,以上方法無法處理,可采用排樁外側(cè)補樁加強,重新閉水,或者根據(jù)實際地質(zhì)情況選用水泥攪拌樁等其它工藝,個別部位補強。

        5 樁排式地下連續(xù)墻圍堰運用效果

        該工程采用的樁排式地下連續(xù)墻圍堰,穿過筑島平臺土層4 m,卵石層6 m,其中10#墩圍堰基坑南側(cè)卵石層達到近10 m,深入中風化土層中錨固?;娱_挖后,穩(wěn)定性、安全性均滿足施工需要,尤其在止水方面,取得很大的效果,09#、10#墩基坑全部實現(xiàn)在干作業(yè)施工。

        圖7為施工現(xiàn)場實景。

        圖7 施工現(xiàn)場實景

        6 結(jié)語

        樁排式地下連續(xù)墻圍堰在該工程中,與主橋樁基同時施工,從而大大地縮短了施工工期;半梅花相切型樁排布置,使基坑圍堰穩(wěn)定性、安全性得到了很大程度上的提高;穿過深卵石層,止水效果相當明顯,承臺完全實現(xiàn)干作業(yè)施工,功效顯著。同時,與其它同類圍堰形式比較,在經(jīng)濟上取得了很大的效益。樁排式地下連續(xù)墻圍堰,在厚卵石層復雜地質(zhì)條件下的運用,還將會發(fā)揮其更大的優(yōu)勢,將會取代常規(guī)圍堰形式在深厚卵石復雜地質(zhì)條件下的使用。

        [1]土力學[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

        [2]路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [3]JTG/TF50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

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