竇宏宇
(中鐵二十二局集團第一工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000)
隨著我國經(jīng)濟與技術(shù)的發(fā)展,為了滿足交通的需求,大跨度橋梁的設(shè)計與建造逐漸增多。承臺作為承受、分布由墩身傳遞的荷載,對橋梁的承載能力有直接的影響,尤其對于特大橋而言,對承臺的施工質(zhì)量和技術(shù)要求也就越高。特大橋的深基坑承臺施工具有施工難度大、技術(shù)復(fù)雜、受環(huán)境影響較大的特點,針對這種特殊的工程需要更為具有針對性的、有效的施工方案指導(dǎo)施工。
陳昆等對深基坑周圍土體卸載現(xiàn)象進行了研究,利用監(jiān)測值驗證了其方法的科學性,并總結(jié)了相對應(yīng)的方法用作基坑計算。艾鴻濤對于基坑在開挖周圍存在地鐵隧道的情況進行了研究,研究結(jié)果表明,這種周圍環(huán)境的影響不可忽視。汪志強等對基坑開挖對于周邊環(huán)境的影響進行了研究,并基于現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果總結(jié)其影響規(guī)律。史春樂等研究認為,基坑開挖對于建筑群的影響與單一建筑的影響有很大區(qū)別。左殿軍、趙笑男采用數(shù)值模擬方法對基坑開挖進行了分析。
本文結(jié)合工程實際,對深基坑承臺施工這種高難度施工作業(yè)的具體施工方案進行闡述,同時,為保證其施工的質(zhì)量與安全,采用有限元對鋼板樁施工進行有限元模擬。
哈爾濱某新建快速路工程,地處嚴寒凍脹地段,其中某承臺結(jié)構(gòu)主體外輪廓最大平面尺寸為14.6m×10.6m,深基坑深度為6.2m,承臺采用鋼板樁基坑支護進行開挖施工。承臺尺寸為14.6m×10.6m×3m,地質(zhì)結(jié)構(gòu)自上而下第一層粉質(zhì)粘土,約1.5m,承載力60kPa,第二層中砂,約1m,承載力200kPa,第三層細圓粒土2.8m,承載力250kPa,第四層以下為全風化花崗巖,承載力300kPa。
采用拉森Ⅳ型鋼板樁進行支護,鋼板樁長度為12m,鋼板樁采用履帶式打板機打設(shè),打設(shè)完成后挖除部分土方,設(shè)置一道布置在距鋼板樁頂面2.0m 處?;娱_挖前要周全的準備好施工前期工作,提前考慮預(yù)測開挖過程中可能遇到的問題,例如,人工開挖和機械開挖是否沖突,深基坑不同土層開挖方式。開挖時采用雙鉤機上下同時開挖,基坑成型后如坑內(nèi)滲水應(yīng)及時對基坑進行排水,并迅速施工混凝土墊層,原槽澆筑,避免基礎(chǔ)澆筑之前持力層長時間暴露大氣、泥水污染,便于清潔。
(1)前期準備工作。在施打鋼板樁之前,先用裝載機和挖機配合將表土剝離運至存土場,并將地面整平,然后進行鋼板樁施工。平整施工場地,測量精確放樣出基坑的四個角點外擴1m,打上木樁并撒上石灰線。鋼板樁施工是最關(guān)鍵的施工步驟之一,其關(guān)系到基坑支護的安全性,施工前要明確所處位置的地下管線情況,打樁過程中,時刻監(jiān)測鋼板樁的誤差不超過規(guī)范值。鋼板樁打設(shè)完成后,挖土至牛腿底部,在基坑內(nèi)壁的鋼板樁上焊接牛腿,牛腿頂面高度設(shè)置在同一平面上,在牛腿上設(shè)置32a 雙拼工字鋼圍檁,圍檁橫橋向長度為12m,順橋向長度為9m,接口處采用焊接,工字鋼接長處采用滿焊,并在接縫外側(cè)設(shè)置幫條鋼板,接口處錯開布置,如圖1 所示。
圖1 鋼板樁支護示意圖
采用屏風式打發(fā)進行打樁,這樣的方法使得精度更高,將鋼板樁放置在規(guī)定位置,輕輕錘擊,使用全站儀對其位移進行監(jiān)測控制。在打樁方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板,防止板樁偏移。
(2)基坑開挖。挖至原地面至圍檁底土方后,開挖剩余土方,流出20cm 以內(nèi)的土層,剩下的采用人工挖土的方法進行清除至10cm,清除完畢過后,采用小型夯實機夯至基底。水排至基坑外便道側(cè)排水溝中。待基坑水降低后,繼續(xù)用挖掘機挖除基坑土,挖除過程中隨時測量承臺底標高,防止超挖。
(3)基坑回填。承臺施工完畢后,必須在承臺混凝土強度達到設(shè)計強度的75%,并瀝青渣油等隱蔽工程驗收合格后進行回填?;靥钋芭懦觾?nèi)積水,地下水位以下基坑及強風化、弱風化巖石巖面以下基坑釆用粉黏粒含量不小10%的中粗砂或卵礫石回填,余釆用原狀土回填,壓實系數(shù)K 不小于0.86。以免形成積水。其回填厚度不大于30cm 并用電動沖擊夯層層夯實,回填過程中,應(yīng)防止水的侵害?;靥罡叨葹樵孛娓叨?。
(4)鋼板樁的拔除。在基坑回填完畢后,進行鋼板樁的拔除工作,注意拔除的順序。以免由于拔樁的振動影響與拔樁帶土過多會引起地面沉降和位移,給己施工的地下結(jié)構(gòu)帶來危害。為了減少拔除工程中的“帶土現(xiàn)象”,采用灌水、灌沙的方法進行處理,拔除時,采用拔樁機夾住樁頭進行震動,以震落樁周圍附著的泥土,減小摩擦力,然后輕輕地向上拔除,此時,時刻注意拔樁機的情況,當出現(xiàn)拔樁困難的情況,立刻停止,繼續(xù)震動2min 后再嘗試拔除,若還是拔除困難,重復(fù)該步驟幾次即可。
采用水準儀測量樁頂高程,并用紅油漆將樁頂鑿除部分做好標記;樁頭鑿除前,用切割機在測量好的標高位置進行環(huán)切,環(huán)切深度控制在5cm,環(huán)切后人工用風鎬鑿除樁基鋼筋籠主筋外側(cè)的混凝土,將樁基鋼筋與樁頭混凝土剝離后,將樁頭在環(huán)切處剔除;樁基采用低應(yīng)變法進行檢測,檢測前將樁基頂面按照等邊三角形打磨3 個碗口大小的平面,由檢測機構(gòu)對樁基的成樁質(zhì)量進行檢測,合格后施工承臺;采用全站儀采用極坐標法放樣出承臺的邊線,用水泥釘將邊線點釘在墊層混凝土表面,用墨線彈出承臺鋼筋的擺放邊線;承臺鋼筋在1#鋼筋場地集中加工,運至現(xiàn)場后人工安裝,鋼筋安裝前,先將墊層表面清理干凈,并用尺子排好鋼筋的擺放位置,按照排好的位置將鋼筋按編號依次綁扎成型,并將底部墊好墊塊設(shè)置好保護層,在每根樁的主筋上設(shè)置一根接地鋼筋,并引至墩身內(nèi);承臺模板安裝:模板使用前將表面打磨干凈,涂刷脫模劑,承臺模板采用9015 標模,M12 螺栓對接,接縫處用雙面膠條密封,模板背后采用φ50 鋼管縱橫向加固,對拉筋對拉,立管間距0.6m,橫管間距0.9m,模板加固完成后,測量混凝土頂面高程,并用油漆將混凝土澆筑高度標記在模板四周。
承臺內(nèi)預(yù)埋塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件和連續(xù)梁支架預(yù)埋件,按設(shè)計圖紙要求在相應(yīng)位置埋設(shè),并加固完成后報請監(jiān)理單位現(xiàn)場檢查驗收,合格后澆筑承臺混凝土;承臺混凝土澆筑:澆筑前在橫橋向設(shè)置測溫點4 處,采用φ50mm 鋼管插入承臺底以上0.5m 處,用于養(yǎng)護期間測試溫度,承臺混凝土澆筑選擇在一天中溫度較低的時段進行,作用是降低混凝土水化熱的升溫速率,混凝土在1#拌合站集中拌制,泵車泵送入模,插入式振搗器人工振搗,混凝土澆筑時采取分層澆筑,每層厚度控制在0.3m,澆筑至冷卻管以上時,將冷卻管內(nèi)注入循環(huán)水對混凝土芯部進行降溫,注入的水溫與混凝土的溫度不超過20℃,并確?;炷恋淖罡邷囟炔怀^65℃,澆筑時現(xiàn)場制作養(yǎng)護試件,標養(yǎng)2 組,同養(yǎng)3 組。
混凝土澆筑完成后,對其表面進行灑水養(yǎng)護,強度>2.5MPa 后將表面進行覆蓋養(yǎng)護,混凝土測溫每晝夜進行4 次,每次分別測量混凝土底部、中部、上部、表面和環(huán)境溫度共5 個值,當混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差不大于20℃,且能滿足模板拆除后棱角不受損傷,可將模板拆除。模板由人工進行拆除,先將拉筋處螺栓卸下,將模板背部的鋼管卸下后,再逐塊拆除承臺四周的模板,然后切除混凝土表面的拉筋,涂刮瀝青油渣,瀝青油渣厚度為1.0cm。
Midas 有限元軟件中板單元截面體現(xiàn)在“厚度”操作上,本項目中由于拉森Ⅳ型的鋼板截面在建模中存在建模煩瑣等問題,因而在建模前根據(jù)慣性矩相等的原則將拉森截面等效為矩形截面,具體操作,如圖2 所示。
圖2 拉森截面轉(zhuǎn)換示意圖
由于拉森截面采用鎖扣連接,因而采用在單位寬度內(nèi)慣性矩相等的原則。查表得到拉森Ⅳ型的鋼板截面單位寬度(1m)慣性矩I=39600cm4。假設(shè)矩形截面的高度h,因而有式:
式中,b=100cm。因而得到h=16.8cm。得到等效截面后,建立板厚度。本項目中的鋼板樁以殼單元形式建立,將單元網(wǎng)格尺寸確定為400mm×500mm,如圖3 所示。
圖3 模型建立
對于鋼板樁強度、圍檁強度、斜撐強度以及鋼板樁的剛度有限元分析結(jié)果如圖4 所示。
圖4 鋼板樁有限元分析結(jié)果根據(jù)分析結(jié)果可
得出,鋼板樁最大應(yīng)力為51.9MPa<271MPa,滿足規(guī)范要求;圍檁(雙拼工36a)最大組合應(yīng)力為187.2MPa<215MPa,最大剪應(yīng)力為42.8MPa<215MPa,滿足規(guī)范要求;斜撐(雙拼工36a)最大組合應(yīng)力為131.8MPa<215MPa,最大剪應(yīng)力為0.7MPa<215MPa,滿足規(guī)范要求;鋼板樁基坑最大位移為23.2mm<30mm(L/200),滿足規(guī)范要求。
(1)特大橋的基坑承臺施工是橋梁建設(shè)中重要環(huán)節(jié),本文結(jié)合實際工程基坑承臺施工,對鋼板樁與承臺施工方法進行詳細的闡述。
(2)并采用Midas 有限元軟件對鋼板樁進行模擬,由于拉森鋼板樁在建模過程中的復(fù)雜性,采用合理的截面模擬方式,在建模前,根據(jù)慣性矩相等的原則將拉森截面等效為矩形截面。
(3)結(jié)果發(fā)現(xiàn),鋼板樁最大應(yīng)力為51.9MPa;圍檁最大組合應(yīng)力為187.2MPa,最大剪應(yīng)力為42.8MPa;斜撐最大組合應(yīng)力為131.8MPa,最大剪應(yīng)力為0.7MPa,基坑支護結(jié)構(gòu)強度、剛度及穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)范要求,為施工安全提供了保障。