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        深水裸巖地質(zhì)條件下鋼板樁施工技術(shù)研究

        2022-11-19 01:33:28楊寶生
        西部交通科技 2022年8期
        關(guān)鍵詞:圈梁合龍圍堰

        楊寶生

        (廣西南玉鐵路有限公司,廣西 南寧 530025)

        0 引言

        目前我國正處于高速鐵路快速發(fā)展的階段,各類復(fù)雜地質(zhì)條件下的橋梁基礎(chǔ)施工越來越多,施工難度相對較大,對后續(xù)工序起著制約作用。鋼板樁圍堰作為水域基礎(chǔ)施工中的一種常規(guī)方法,適用于各類土層,具有工藝簡單、防水性能好、可周轉(zhuǎn)性強、成本低等特點,被廣泛地用于水域基礎(chǔ)施工中[1-3]。但在深水裸巖地質(zhì)條件下使用鋼板樁圍堰,由于插打困難、錨固長度不足、整體穩(wěn)定性差、封底控制難等,給施工帶來了各種不確定性因素,直接關(guān)系著工程建設(shè)周期的推進。本文以新建南玉鐵路六景郁江特大橋基礎(chǔ)施工為案例,參照同類型鋼板樁圍堰施工經(jīng)驗[4-7],對裸巖地質(zhì)情況下深水鋼板樁圍堰的設(shè)計和施工技術(shù)進行專項研究,有效地解決了裸巖地質(zhì)條件下鋼板樁圍堰插打難、封底效果差等難題,確保工程質(zhì)量與安全,為以后類似橋梁的施工建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗。

        1 工程概況

        新建南玉鐵路六景郁江特大橋243#~246#墩,采用(65+120+65)m連續(xù)梁跨越甘棠河,線路與河道夾角為50°。為最大限度地保證橋梁基礎(chǔ)不侵占河道,不影響河道通航及過水要求,連續(xù)梁244#、245#主墩下構(gòu)設(shè)計為順河道方向,墩梁之間存在50°夾角,施工控制水位+62 m。兩個主墩均位于水中,墩處水深為10 m,河床無覆蓋層,為裸巖地質(zhì)。承臺設(shè)計為低樁承臺,承臺位于河床面以下,承臺尺寸為17.3 m×12.5 m,高3.6 m,承臺底標高為+55.08 m。

        2 圍堰方案設(shè)計

        2.1 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)布置

        承臺基礎(chǔ)采取先搭設(shè)鋼棧橋平臺進行樁基施工,后采用拉森Ⅳ鋼板樁圍堰施工承臺的方案[8-9]。搭設(shè)平臺之前在河床進行水下爆破作業(yè),需保證承臺范圍內(nèi)爆破后標高≤+54.28 m,確保滿足最小封底厚度80 cm??紤]到定位施工誤差,圍堰平面尺寸采用21.14 m×17.14 m,詳見圖1。圍堰鋼板樁長度為12 m,圍堰頂標高為+64.08 m、底標高為+52.08 m。為了保證鋼板樁的錨固長度,采用旋挖鉆引孔后插打鋼板樁合龍,在引孔內(nèi)灌注混凝土,確保圍堰錨固的整體穩(wěn)定性及不透水性。圍堰設(shè)置兩道內(nèi)支撐體系,第一層和第二層圈梁分別為雙拼40a工字鋼和雙拼56a工字鋼,內(nèi)支撐為φ630 mm×8 mm鋼管,詳見圖2。

        圖1 鋼板樁圍堰平面尺寸圖(cm)

        圖2 鋼板樁圍堰平面結(jié)構(gòu)圖(cm)

        2.2 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計

        圍堰抽水完成,此時第二層圈梁及內(nèi)支撐均已安裝,最大水頭為7.72 m,此工況受力最不利[6-7],鋼板樁最大彎矩為101.9 kN·m,詳見圖3。單米鋼管樁圍堰抗彎模量為2.27×106mm3,最大彎曲應(yīng)力為45 MPa,小于允許彎曲應(yīng)力215 MPa,滿足要求[10-11]。

        圖3 鋼板樁彎矩云圖(kN·m)

        封底后抽水至第二層內(nèi)支撐安裝前,此工況受力最大,最大彎矩為106 kN·m,詳見圖4。單米鋼管樁圍堰抗彎模量為2.17×105mm3,最大彎曲應(yīng)力為49 MPa,小于允許彎曲應(yīng)力215 MPa,滿足要求。

        圖4 圈梁彎矩云圖(kN·m)

        內(nèi)支撐最大軸力為758.7 kN,詳見圖5,推算最大應(yīng)力為48.5 MPa,滿足要求。

        圖5 內(nèi)支撐軸力云圖(kN)

        3 鋼板樁圍堰施工工藝

        3.1 鋼板樁引孔

        樁基施工完成后拆除鉆孔平臺,保留三側(cè)的支棧橋,作為鋼板樁圍堰的引孔操作平臺。對鋼板樁圍堰的軸線位置進行放樣,采用旋挖鉆配φ80 cm鉆頭沿圍堰四周重疊鉆孔,相鄰孔位咬接20 cm,成槽深度為1.7 m。

        3.2 鋼板樁插打

        在鋼板樁插打前,先安裝第一層內(nèi)圈梁,后利用履帶式打板機插打,選定遠離岸邊側(cè)的一個鄰近角樁的位置作為起步控制樁,采用限位卡板嚴格控制垂直度,每根樁插打后及時與安裝的第一道內(nèi)圈梁進行鎖定固定,確保平面位置,每完成2 m測量校正1次,在過程中實現(xiàn)精準控制。鋼板樁選擇在距離角樁4~5根的位置進行合龍,便于合龍偏差的調(diào)整。

        3.3 圍堰清基

        在鋼板樁圍堰插打合龍后,對基底的淤泥及爆破碎塊重新進行清理。清基采用抓斗和空氣吸泥機配合使用,抓斗用于清理基坑中的較大石塊,吸泥機清理基坑中及孔槽內(nèi)的淤泥等雜物。同時,采用高壓風管沖洗鋼板樁的內(nèi)壁、鋼護筒的外側(cè)壁,并安排潛水員進行水下專項檢查摸排,確保清基質(zhì)量[12]。

        3.4 圍堰封底

        圍堰采用水下封底法,在圍堰4個角點布置4套導管進行主灌,兩套導管布置在中間位置進行補充灌注。先采用4套導管在圍堰四周外側(cè)進行錨固槽的灌注,灌注高度為1.7 m,先保證圍堰內(nèi)、外部隔離且不貫通,確保圍堰內(nèi)的封底質(zhì)量。待圍堰外側(cè)四周錨固槽封底到位后,將4套導管移至圍堰內(nèi)側(cè)的錨固槽中,進行內(nèi)側(cè)封閉灌注,灌注高度為1.7 m。

        待內(nèi)外錨固槽均灌注完成后,進行圍堰內(nèi)側(cè)封底,水下灌注80 cm厚度的混凝土。正常灌注時,每隔15 min進行一次混凝土面測量,要嚴格控制導管埋深?;炷磷罱K灌注要求比設(shè)計封底混凝土標高低5 cm,在封底混凝土強度達到設(shè)計強度后進行抽水,完成后再灌注找平。

        3.5 抽水及內(nèi)支撐安裝

        封底完成后,按設(shè)計要求焊接好內(nèi)支撐,內(nèi)支撐由斜撐和直撐組成,采用φ630 mm×8 mm的鋼管。為確保內(nèi)支撐與圈梁整體受力,對內(nèi)支撐與圈梁連接處設(shè)置限位加勁板,起到增加受力的作用。對圈梁與鋼板樁間存在間隙的,為避免局部應(yīng)力集中,在圈梁與鋼板樁縫隙處塞木楔和支墊鋼板,確保均勻受力。

        封底混凝土達到設(shè)計強度后利用水泵進行抽水作業(yè)。在抽水過程中由于水位不斷降低,鋼板樁圍堰的受力狀態(tài)將持續(xù)向最不利的情況變化,因此在抽水過程中應(yīng)及時對鋼板樁圍堰進行監(jiān)測,如鋼圍堰出現(xiàn)局部漏水,應(yīng)邊抽水邊堵漏,直至圍堰內(nèi)水位降至第二道內(nèi)支撐位置。然后安裝第二道圈梁及內(nèi)支撐。

        4 結(jié)語

        六景郁江特大橋跨甘棠河連續(xù)梁主墩基礎(chǔ)位于裸巖地層,施工地質(zhì)條件復(fù)雜,經(jīng)過圍堰受力檢算及專家論證,選取的圍堰結(jié)構(gòu)形式為拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰,采用兩層內(nèi)支撐體系,從理論分析確保了結(jié)構(gòu)的安全。施工中經(jīng)過研究探索,先采用旋挖鉆進行疊孔洗槽引孔,確保了鋼板樁的錨固長度。插打時采用邊插打邊固定的施工方案,確保了鋼板樁的垂直度及平面位置,插打過程中實現(xiàn)“2 m一復(fù)核”,提升了過程的精度控制。封底采用三工序法,即“先鋼板樁外側(cè)錨固槽外封閉,再鋼板樁內(nèi)側(cè)錨固槽封底,最后整體封底”的施工工藝,從工藝上保證鋼板樁的錨固受力和內(nèi)外隔離不漏水,從根本上確保了封底質(zhì)量,解決了裸巖地層錨固和封底的技術(shù)難題,為后續(xù)類似復(fù)雜地質(zhì)條件下圍堰施工提供了寶貴的經(jīng)驗。

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