唐華
雙壁鋼圍堰著床后,吸泥、下沉是橋梁基礎(chǔ)施工的重難點(diǎn)之一。以跨淮河特大橋主橋鋼圍堰穿越覆蓋層施工為背景,結(jié)合其他實(shí)際施工案例,通過施工前消除堰區(qū)偏載,清理堰底雜物,施工過程中采取擾動刃腳土層,堰區(qū)挖、吸結(jié)合除土等技術(shù)措施,較好地保證了鋼圍堰順利下沉至設(shè)計(jì)位置,可為類似施工提供參考。
淮河特大橋主橋?yàn)?-(112+228+112)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)箱梁-柔性拱組合結(jié)構(gòu),全長452m?;A(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ),雙肢薄臂墩,梁體為混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu),采用單箱雙室變高度箱形截面,拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu),采用等高度啞鈴形截面。
主橋墩號為293#~296#墩,其中293#、296#墩為邊墩,位于河岸灘地上,294#、295#墩為主墩,位于河中;主墩樁基礎(chǔ)均采用鉆孔柱樁。圍堰內(nèi)覆蓋層主要為淤泥、細(xì)沙、硬塑性粉質(zhì)粘土等。294#墩處原為碼頭位置,建渣、片石等棄置雜物較多,河岸坡度較大。設(shè)計(jì)承臺厚6m,矩形承臺,平面尺寸24m×30.6m?;A(chǔ)采用先樁后堰,其中承臺采用雙壁鋼圍堰施工方案。鋼圍堰設(shè)計(jì)為分離式隔艙,外輪廓尺寸:34.8m(長)×28.2m(寬);內(nèi)輪廓尺寸:30.8(長)×24.2m(寬)。
鋼圍堰采用工廠加工后運(yùn)至現(xiàn)場拼裝,通過搭設(shè)鋼圍堰拼裝平臺,在加高的鋼護(hù)筒頂部分別設(shè)置型鋼及貝雷梁縱、橫梁,利用千斤頂形成鋼圍堰同步精度可達(dá)2mm的提升、下放系統(tǒng)。鋼圍堰下放過程中,通過焊接在鋼圍堰內(nèi)壁上的弧形滑板導(dǎo)向系統(tǒng)以及千斤頂、葫蘆等手段,不斷地修正圍堰高程或平面位置,確保圍堰精準(zhǔn)下沉至河床面后,開始進(jìn)入覆蓋層除土、吸泥下沉作業(yè)。除土、吸泥下沉需要根據(jù)刃腳及圍堰內(nèi)不同地質(zhì)情況采用不同技術(shù)措施。
294#墩鋼圍堰岸側(cè)河床與河心側(cè)高程最大高差達(dá)16m,且岸側(cè)緊鄰施工棧橋。為滿足施工安全并利于圍堰下沉施工控制,在圍堰岸側(cè)采用雙排鉆孔樁對棧橋、河岸加強(qiáng)支護(hù)后,對圍堰岸側(cè)土方進(jìn)行清理,盡量將圍堰區(qū)域內(nèi)河床底部高差降至一致,消除河床土體對圍堰偏壓的不良影響,同時(shí)便于圍堰刃腳能同步著床,減少圍堰下沉控制難度。
根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,在孔樁開始施工前,先對基坑圍堰區(qū)內(nèi)存在的片石、煤矸石、建渣等雜填物進(jìn)行清理,探明并基本清除影響后續(xù)施工的已有地下障礙物。鋼圍堰開始下放前,清理掉落入基坑范圍的型鋼、鋼筋、方木等雜物。
對于含有大量建渣、片石等雜物的河床,可先采用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行清理,配合空氣吸泥機(jī)可將大部分建渣等雜物清除;河床內(nèi)存在的大塊石可采用繩鋸或沖擊鉆頭解小后清除,型鋼可采用水下切割后清除;對于大粒徑或情況不明的物件,需要由潛水員水下探明后再制定針對性措施給予清除,避免為后續(xù)圍堰下沉埋下隱患。
采用伸縮臂挖掘機(jī)(吊裝臂長30m貝殼斗)、旋挖鉆機(jī)(180型)、泵吸反循環(huán)鉆機(jī)(3臺)、高壓射水設(shè)備(2臺)、空氣吸泥機(jī)(帶高壓射水325mm直徑)、攪吸泵(2臺250KW、2臺125KW)等設(shè)備配合,開展挖土、松土、吸泥、除泥作業(yè)。除土、吸泥下沉過程受圍堰范圍土層性質(zhì)及回填物不同影響,需采取不同的措施。
(1)淤泥層、沙層
淤泥層、沙層多為圍堰下沉前期遇到的覆蓋層,此時(shí)采用大功率攪吸泵為主,小功率攪吸泵為輔的吸泥設(shè)備配置吸泥效果明顯,圍堰下沉速度較為理想。對大型圍堰吸泥下沉前期,需要事先做好各吸泥、除土設(shè)備的位置布置,確保吸泥點(diǎn)位布置合理,使圍堰能實(shí)現(xiàn)整體同步、均勻下沉。攪吸泵布置時(shí)要確保距離刃腳一定距離,避免導(dǎo)致該側(cè)刃腳下沉過快,形成圍堰不均勻下沉。圍堰下沉過程要控制好下沉速度,便于圍堰姿態(tài)控制。
(2)粘土及硬塑性粘土層
圍堰下沉過程中,刃腳部位土層會受土層性質(zhì)不均勻或局部板結(jié)、粘性變化等影響難以下沉。采用潛水員水下高壓射水配合清理刃腳部位土層,啟用空氣吸泥機(jī)對攪吸泵吸泥盲區(qū)進(jìn)行清理,可有效提高下沉效率。
刃腳穿越粘土層時(shí),采用配備螺旋鉆頭的攪吸泵松動粘土層,再更換花刀鉆頭攪碎粘土吸泥出渣。刃腳部位泥、土采用改裝的帶轉(zhuǎn)角的攪吸泵吸除。
當(dāng)刃腳處為硬塑性粘性土層時(shí),圍堰下沉速速度明顯降低,僅僅依靠圍堰自重或壓重入土難度大。在圍堰平臺拼裝前,利用鉆孔平臺,通過配備螺旋鉆頭的旋挖鉆機(jī)對刃腳處土層進(jìn)行攪動、破壞,使刃腳附近土層松動,便于圍堰下沉。
針對圍堰內(nèi)板結(jié)嚴(yán)重、強(qiáng)度較高的硬塑性土層,優(yōu)先考慮采用長臂挖掘機(jī)除土;在其除土效率不高的情況下,將旋挖鉆機(jī)吊入圍堰施鉆,在硬塑性粘土層中鉆孔,形成多個(gè)柱狀空腔,再采用伸縮臂挖掘機(jī)開挖、松動土層,最后再用長臂挖掘機(jī)挖除、清除土體。在板結(jié)或膠結(jié)嚴(yán)重的土層吸泥時(shí),增加射水措施可提高吸泥效率,提升圍堰下沉效率。
深茂鐵路潭江特大橋主橋施工時(shí),采用增設(shè)反循環(huán)鉆機(jī)分區(qū)吸泥,對圍堰內(nèi)膠結(jié)的粘土層吸泥也取得了較好效果。
(3)砂層、砂卵石層
對于砂層、含礫中粗砂層、膠結(jié)不強(qiáng)的砂卵石層,采用空氣吸泥機(jī)效果較好;當(dāng)遇到較強(qiáng)膠結(jié)的卵石層時(shí),增加高壓射水措施后,吸泥除土效果也較為理想。
在鋼圍堰距離設(shè)計(jì)標(biāo)高大約2m左右時(shí),需要加強(qiáng)對基底地質(zhì)情況的核查,嚴(yán)格控制好基底吸泥工序。接近設(shè)計(jì)高程時(shí),開始進(jìn)行基底清理工序,對堰內(nèi)基坑高程及虛土進(jìn)行清理。土層范圍鋼圍堰內(nèi)吸泥順序?yàn)橄戎虚g,后周邊,通過對稱、均衡取土,使基坑底大致形成鍋底狀。結(jié)合圍堰頂部高程變化情況,及時(shí)對坑底高程進(jìn)行測設(shè),為后續(xù)除土、吸泥提供參考。
圍堰沉降穩(wěn)定并到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后,采用型鋼將鋼圍堰與鋼護(hù)筒焊接固定牢固,開始進(jìn)行基底清理。圍堰內(nèi)基坑土體清理主要依靠水下攪拌器攪松泥土、吸砂泵進(jìn)行。基底清理完成后,需對整個(gè)基坑面高程進(jìn)行測量,并繪制測量地形圖。確認(rèn)基底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求后,由潛水員對圍堰內(nèi)壁及護(hù)筒外壁進(jìn)行清理,鋪設(shè)并整平碎石墊層,為后續(xù)封底混凝土施工做準(zhǔn)備。
在圍堰施工前,應(yīng)先對圍堰范圍內(nèi)的實(shí)際地質(zhì)、水下填埋物等情況進(jìn)行現(xiàn)場核查,確保充分掌握圍堰范圍河床情況?,F(xiàn)場核查除查看施工圖、勘察資料外,更要注意現(xiàn)場復(fù)勘資料,通過雷達(dá)掃描或潛水員潛水實(shí)地調(diào)查獲得準(zhǔn)確河床情況,這對確保后續(xù)圍堰施工按計(jì)劃開展尤為重要。
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)核查情況,在鋼棧橋、鉆孔平臺等臨時(shí)措施設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分地考慮為后續(xù)可能采取的措施預(yù)留施工空間。比如,需對刃腳部位土體進(jìn)行松動作業(yè)時(shí),應(yīng)在棧橋或作業(yè)平臺間預(yù)留足夠空間,滿足后續(xù)鉆機(jī)操作需要。
圍堰著床進(jìn)入覆蓋層后,隨著沉入深度的加大,圍堰高程、垂直度等姿態(tài)的調(diào)整難度也隨之加大。故在圍堰下沉過程中,需加強(qiáng)對圍堰尤其底口位置的監(jiān)控。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,利用定位導(dǎo)向裝置,葫蘆、千斤頂?shù)韧饬κ侄危ㄟ^對刃腳處不均勻吸泥,壓重等的控制,過程中及時(shí)調(diào)整、消除圍堰位置偏差。當(dāng)出現(xiàn)超預(yù)期的圍堰偏差時(shí),需及時(shí)分析原因,通過實(shí)地水下勘察確認(rèn)后采取針對性措施將圍堰姿態(tài)調(diào)整到規(guī)定位置。
保持圍堰四周刃腳部位能同步入土,利于圍堰下沉控制。當(dāng)圍堰區(qū)高差過大,條件具備時(shí)可先將河床面盡量清理平整;對于僅靠圍堰自重較難下沉的硬塑性粘土層,可先對刃腳部位對應(yīng)河床位置進(jìn)行挖槽或擾動處理。
對于巖層基礎(chǔ)地段,可采用鉆機(jī)在圍堰底部位置施作溝槽,便于刃腳能整體同步、均勻下沉。
河床為裸露的傾斜巖面時(shí),視情況可先采用片石找平,也可先采用水下爆破開挖,將巖面大致開挖平整后再開展圍堰下沉作業(yè)。
對圍堰范圍內(nèi)進(jìn)行吸泥前,先通過電磁鐵、潛水員打撈等手段對圍堰內(nèi)的施工散落物等雜物進(jìn)行清理,避免損毀攪吸設(shè)備。
在對圍堰內(nèi)存在建渣地段吸泥時(shí),空氣吸泥機(jī)能將部分建渣吸出,但受管徑影響,部分大粒徑建渣無法有效清除。通過加大吸泥管徑,增加供風(fēng)壓力,并在吸泥管前端增設(shè)過濾隔斷,可有效提高大粒徑建渣吸除效率。吸泥時(shí),管口距泥面距離與泥渣粒徑、管口直徑等因素都有關(guān)系,距離太小易堵管,過大則吸泥效率較低,需根據(jù)不同的地質(zhì)情況、設(shè)備配置等具體情況試驗(yàn)確定。同時(shí),吸泥時(shí)利用吊裝設(shè)備擺動吸泥管,能有效提高吸泥效率。吸泥過程應(yīng)注意管口與刃腳保持一定距離,并做好圍堰是否均勻下沉的過程監(jiān)測。
跨淮河特大橋主墩鋼圍堰在施工前,通過圍堰區(qū)現(xiàn)場核查,對存在的基坑偏載、坑底高差、建渣等雜填物進(jìn)行處置,提前對刃腳部位板結(jié)或粘性土層進(jìn)行松動;鋼圍堰下沉過程中,根據(jù)不同覆蓋層地質(zhì)特性,采取不同技術(shù)措施,較好地完成了鋼圍堰的下沉、定位施工,實(shí)現(xiàn)了鋼圍堰施工的安全、質(zhì)量、工期目標(biāo),為類似施工提供了較好的借鑒。