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        鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用

        2022-12-29 12:26:38高海健
        關(guān)鍵詞:工字鋼樁體圍堰

        高海健

        (中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司,河北涿州 072750)

        水庫橋梁工程施工難度較大,影響因素眾多,整體拼裝式圍堰需要進(jìn)行整體拼裝,再起吊下放,最后定位,需要用到大量設(shè)備,而且施工過程控制難度較大,安全系數(shù)低,不利于水庫橋梁施工。在水庫橋梁工程施工中,經(jīng)常采用圍堰來創(chuàng)造陸上施工條件,圍堰結(jié)構(gòu)形式種類比較多,適用性也不相同,需要結(jié)合承臺(tái)結(jié)構(gòu)來選擇合適的圍堰形式,以保證在水庫橋梁工程施工的安全性、施工工期,其中鋼鎖管圍巖是眾多圍堰形式的一種,鋼鎖管圍堰具有很高的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等,可實(shí)現(xiàn)充分利用,符合綠色環(huán)保施工理念的要求,且鎖口部位自帶連接、定位、止水等功能,加工制作和施工更加簡單快捷,可有效縮短施工工期,保證施工的安全性,滿足水庫橋梁工程施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求?;诖耍归_鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用分析就顯得尤為必要。

        1 工程概述

        六角宮水庫中橋位于德化縣梁春村,白林安隧道與梁春隧道之間,全長111.60m,橋墩位于六角宮水庫庫區(qū),巖土層地質(zhì)為軟土、碎石土、砂巖及弱風(fēng)化砂巖,無巖溶、土洞及塌陷滑坡等不良地質(zhì)情況,且地形起伏較大,施工時(shí)需跨越水庫庫尾;2#墩基巖裸露無覆蓋層,施工中水深約為15m~19m,施工水位時(shí)河流底面寬度約為70m,水流速較大;水庫枯水期時(shí)間僅4 個(gè)月,工期緊,汛期水位上漲快,加劇了施工困難。其中1#—2#墩位于水庫水中:1#墩承臺(tái)長9.1m、寬7.7m、高3m,河床面高程+521.35m~+525.71m、承臺(tái)底高程+522.71m;2#墩承臺(tái)長9.1m、寬7.7m、高3m,河床面高程+519.135m~+523.47m、承臺(tái)底高程+521.59m。為了滿足下部結(jié)構(gòu)施工的需要,綜合考慮水文地質(zhì)、施工條件及成本,確定采用鋼鎖管圍堰作為1#—2#墩承臺(tái)施工的重要輔助措施。

        2 鋼鎖管圍堰結(jié)構(gòu)組成分析

        鋼鎖管圍堰比較適用于水庫水深小于20m,流速小于3m/s,河床多為砂類土、粘性土地質(zhì)條件的圍巖施工中。在本工程施工中,為滿足1#墩和2#墩承臺(tái)尺寸施工及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工的要求,需要單根鋼鎖管圍堰的尺寸如下:長度不小于15m,寬度不小于13m,在長度布置上要以承臺(tái)的橫向中心線作為界限,在靠近岸邊的圍堰施工時(shí),可采用12m長的鋼鎖管,靠近水中一側(cè)的圍巖在施工時(shí),則可以采用長度為15m 的鋼鎖管【1】。其他兩側(cè)可結(jié)合地質(zhì)情況,合理搭配選擇12m 或者15m 的鋼鎖管。在圍堰支撐體系上至少要布置兩道鋼鎖管,其中第一道布置在承臺(tái)面以上約4.5m 的位置,第二道布置在承臺(tái)面上約0.5m 的位置,圍堰工字鋼選擇了2I40工字鋼,角撐材料為2I40工字鋼,支撐鋼管選擇了Ф530*8 鋼管,此種結(jié)構(gòu)形式,可有效滿足水庫橋梁工程承臺(tái)施工的要求,具體橫斷面結(jié)構(gòu)布置圖如圖1 所示:

        圖1 鋼鎖管圍堰結(jié)構(gòu)橫斷面結(jié)構(gòu)布置圖(mm)

        3 鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用

        3.1 鋼鎖管加工

        本工程在施工中鋼鎖管由I14 工字鋼+Ф530鋼管+Ф120 鋼管共同組成,為更好地利用工程所在地區(qū)的地質(zhì)條件,決定采用長度為12m搭配15m的鋼鎖管。各項(xiàng)材料在進(jìn)入施工現(xiàn)場之前需要進(jìn)行的詳細(xì)檢測,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的原材料及時(shí)做返廠處理,不能應(yīng)用在施工中。此外,在鋼鎖管加工時(shí)所選擇的焊條、焊絲等都必須符合國家相關(guān)規(guī)定。加工完成之后,對(duì)焊縫質(zhì)量要進(jìn)行詳細(xì)檢測,達(dá)到要求之后才能進(jìn)行鋼鎖管插打【2】。

        3.2 鋼鎖管插打

        在鋼鎖管插打之前,要先進(jìn)行導(dǎo)向定位樁施工,并在護(hù)筒上焊接工字鋼形成牛腿,通過導(dǎo)向架來保證每根鋼鎖管插打的垂直度符合要求。插打吊車停靠在距離鋼鎖管插就近的鋼平臺(tái)上,進(jìn)行側(cè)向插打,便于現(xiàn)場管理人員和測量人員控制鋼鎖管插打質(zhì)量。在振動(dòng)錘選型時(shí),為保證鋼鎖管能夠順利打入設(shè)計(jì)好的土層中,需要對(duì)振動(dòng)錘的的型號(hào)和規(guī)格進(jìn)行計(jì)算選擇,保證振動(dòng)錘在插打時(shí)形成的激振力P 大于鋼鎖管的貫入摩阻力Q,促使P/Q>1.1。鋼鎖管的貫入摩阻力Q計(jì)算公式如下:

        此公式中Q 表示單根鋼鎖管在插打過程中的貫入摩阻力(kN);λs表示土壤的振動(dòng)液化系數(shù),在本工程施工中取值在0.3~0.6 之間;u 表示單根鋼鎖管樁的周長(m);τi表示鋼鎖管樁周第i 層土體的極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)值(kPa);li表示鋼鎖管樁周第i層土的厚度(m)。

        在振動(dòng)錘下落時(shí)開啟液壓口,拉一根樁到插打樁錘的下方,并在鎖扣上均勻涂抹一層潤滑油,然后提升振動(dòng)錘。當(dāng)鋼鎖管底部離開水平面30cm 以上時(shí),停止上升,將振動(dòng)錘落下,促使樁位于夾口中,啟動(dòng)液壓機(jī),夾緊樁體,同時(shí)提升樁和振動(dòng)錘,至打樁點(diǎn)。對(duì)準(zhǔn)樁和定位樁的鎖口,振動(dòng)錘下落,利用振動(dòng)錘和樁體自身的重力,壓到淤泥以下無法再下降的位置。試開打樁錘30s之后,停止振動(dòng),利用振動(dòng)錘的慣性,將樁體插打到堅(jiān)實(shí)的土層中【3】。然后啟動(dòng)振動(dòng)錘繼續(xù)打樁下降,但要嚴(yán)格控制振動(dòng)錘下降的速度,盡量保證樁體豎直下落,從而保證鎖口能夠順利咬合,進(jìn)一步提升止水能力。

        樁體達(dá)到設(shè)計(jì)高度30cm~40cm 時(shí),停止振動(dòng),通過振動(dòng)錘自身的慣性,將樁體插打到設(shè)計(jì)高度。然后關(guān)閉液壓夾口,促使振動(dòng)錘緩慢上升,繼續(xù)插打第二根,以此類推,打完所有樁體,達(dá)到合攏的樁體,然后進(jìn)行鋼鎖管圍堰止水處理。

        3.3 清淤和回填

        當(dāng)鋼鎖管插打完成之后,將鋼鎖管和導(dǎo)向架連接為一個(gè)整體,再對(duì)鋼鎖管圍堰施工標(biāo)高進(jìn)行詳細(xì)測量,利用抽砂泵和高壓射水相互配合的方式,將圍堰中高于封底底面的砂土全部清理干凈,而低于封底的部位需要進(jìn)行回填處理?;靥顣r(shí)多采用碎石回填,具體施工示意圖如圖2所示:

        圖2 封底碎石回填示意圖

        本工程地質(zhì)條件復(fù)雜,靠近岸邊的圍巖土層難以插打進(jìn)入鋼鎖管,因孤石、弱風(fēng)化層的存在,致使鋼鎖管難以貫入到設(shè)計(jì)標(biāo)高。為解決這一問題,等支撐加固完成之后,對(duì)標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核,采用內(nèi)側(cè)黃土沙袋堆配合現(xiàn)澆混凝土方法進(jìn)行堵漏處理。且本工程的承臺(tái)處于邊坡位置上,為最大限度上保證鋼鎖管的穩(wěn)定性和強(qiáng)度,可在靠近河中的一側(cè),回填堆砌規(guī)格小于1m 的沙袋到封底頂面標(biāo)高位置,然后進(jìn)行加固處理【4】。

        3.4 封底處理和硬化混凝土澆筑

        鋼鎖管圍巖回填和清渣結(jié)束之后,可開始水下混凝土封底施工,本工程在封底施工中,采用了強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土,封底厚度控制在100cm~150cm之間。封底施工立面圖如圖3所示:

        圖3 封底施工立面圖

        封底施工和養(yǎng)護(hù)結(jié)束后,對(duì)圍巖支撐進(jìn)行抽水及加固施工,嚴(yán)控抽水高度及速度,同時(shí)設(shè)置一道安全支撐在圍堰頂端。抽水達(dá)到預(yù)定深度后,立即進(jìn)行加支撐防護(hù)【5】。在導(dǎo)向槽鋼上將鋼鎖管全部焊固。綜合考慮施工場地小,水下地質(zhì)差的條件,為確保施工安全和方便后期承臺(tái)鋼筋模板施工,因此決定在圍堰內(nèi)部采用雙拼I40 工字鋼圍堰和2I40工字鋼斜撐骨架進(jìn)行內(nèi)支撐,內(nèi)部支撐共分上下兩層。具體施工示意圖如圖4所示:

        圖4 鋼鎖管施工平面示意圖

        硬化混凝土采用強(qiáng)度為C30混凝土,要求混凝土坍落度在18cm~22cm 之間,并且具有良好的流動(dòng)性,加入適量的UWB 避免混凝土在水下分散,達(dá)到封底密實(shí)、抗?jié)B、不離析、效率高等要求。嚴(yán)格按照鋼鎖管的施工尺寸和孔樁護(hù)筒阻擋情況,合理布置導(dǎo)管,以保證混凝土能夠澆筑到角落,提升封底效果,導(dǎo)管的長度要充足,距離基底15cm~30cm,以降低混凝土拌合發(fā)生的集中堆積問題【6】。

        3.5 防滲和堵漏

        為提升鋼鎖管圍堰施工質(zhì)量,避免發(fā)生滲漏水問題,影響水庫橋梁工程施工進(jìn)度和質(zhì)量,在鋼鎖管插打之前,需要在鎖口內(nèi)部涂抹一定量黃油和鋸末混合物,以封堵每根鋼鎖管之間的間隙。當(dāng)鋼鎖管圍堰合攏之后,在鎖扣位置布置角樁,具體情況如圖5所示:

        圖5 鋼鎖管圍堰角樁示意圖(mm)

        角樁布置完成之后,在鎖扣位置進(jìn)行混凝土注漿,在樁腳漏水位置,通過局部混凝土封底的方法進(jìn)行處理。鋼鎖管圍堰完成圍堰支撐和堵漏措施后,進(jìn)行抽水(封底混凝土至少達(dá)到70%的強(qiáng)度),最后進(jìn)入后續(xù)主體施工(后續(xù)的破樁頭、承臺(tái)及水中部分的墩身施工)【7】。

        4 施工效果分析

        在本工程施工中,為保證橋梁工程施工質(zhì)量,采用鋼鎖管圍堰施工技術(shù),取得了良好效果,圍堰內(nèi)口尺寸誤差小于30mm,傾斜度小于h/500,每個(gè)構(gòu)件之間的接縫、分塊之間的拼縫都沒有明顯的凹凸面,施工質(zhì)量比較高。鋼鎖管圍堰在下沉過程中,對(duì)隔艙中的水位高差嚴(yán)格控制,保證水位高差小于6m,避免在河水汛期進(jìn)入圍堰,為水庫橋梁工程施工提供了良好環(huán)境,施工效果顯著,值得類似工程參考借鑒。

        5 結(jié)束語

        總之,文章以六角宮水庫中橋?yàn)檠芯繉?shí)例,對(duì)鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析,研究表明,水庫橋梁工程施工難度較大,涉及到的影響因素也比較多,圍堰施工可為水庫橋梁工程施工提供陸地施工條件,從而降低水資源對(duì)橋梁工程造成的影響。鋼鎖管圍巖在施工速度、施工的便捷性等方面有顯著優(yōu)勢。因此,本工程在施工中,采用了鋼鎖管圍堰施工技術(shù),1#~2#墩承臺(tái)采用鋼鎖管圍堰后進(jìn)行承臺(tái)施工,根據(jù)水下情況,采用12m搭配15m長鋼鎖管進(jìn)行施工,考慮到后期承臺(tái)鋼筋、模板及內(nèi)支撐的施工方便,并根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況及單個(gè)承臺(tái)鋼鎖管圍堰大小比承臺(tái)尺寸加寬2.0m~3.5m 設(shè)計(jì),按照此種方法施工的圍堰,穩(wěn)定性比較高,可滿足橋梁工程施工的要求,值得大范圍推廣應(yīng)用。

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