大跨度拱橋基礎(chǔ)施工控制要點(diǎn)

鄧海洪

【摘 要】拱橋基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)具有其獨(dú)特的特點(diǎn)，如基坑深度較深、規(guī)模較大，其施工的安全質(zhì)量控制是關(guān)鍵。大跨度拱橋基礎(chǔ)基坑支護(hù)、開挖安全，以及基礎(chǔ)施工的質(zhì)量控制是施工過程中的主要控制環(huán)節(jié)。文章以柳州市某鋼箱拱橋基礎(chǔ)施工為例，該基坑存在臨水基坑、基底存在不良地質(zhì)等環(huán)境因素的影響，筆者從基坑咬合樁、止水施工、基坑監(jiān)控等方面闡述了該橋大型拱座深基坑施工控制要點(diǎn)及處理措施，為后續(xù)相關(guān)橋梁施工提供了現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】大跨度拱橋；基坑支護(hù)；止水；基坑監(jiān)控

【中圖分類號(hào)】U448.22 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）08-0085-04

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通流量也在持續(xù)地增長，為適應(yīng)交通量不斷增長和對橋梁結(jié)構(gòu)外形美觀的需要，大型鋼構(gòu)橋梁得到了越來越多的應(yīng)用。鋼箱拱橋作為鋼構(gòu)橋梁的重要結(jié)構(gòu)形式，在保持了拱橋自身歷史特色的同時(shí)，也融入了現(xiàn)代化因素，新型建設(shè)方法和新型建設(shè)材料的采用，都使得拱橋結(jié)構(gòu)建設(shè)方法日漸豐富。鋼結(jié)構(gòu)材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得鋼構(gòu)橋梁的跨度也逐步提升，大跨度橋梁基礎(chǔ)的規(guī)模、難度及相關(guān)施工控制要求也越來越高。拱橋基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)具有其獨(dú)特的特點(diǎn)，如基坑深度較深、規(guī)模較大，其施工的安全質(zhì)量控制是關(guān)鍵，因此必須在橋體建設(shè)與施工中注重理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，并通過對施工中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面檢測，從而有效地提高橋體的施工質(zhì)量。本文以柳州市某大橋的基礎(chǔ)施工控制為例，對這一大跨度鋼管混凝土拱橋的施工控制進(jìn)行了綜合分析，并通過對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工、止水施工、基坑監(jiān)控等內(nèi)容進(jìn)行探討，為大跨度拱橋的建設(shè)提供借鑒。

1 大跨度拱橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大跨度拱橋一般指跨度為100 m以上的大型橋梁，由于橋梁跨度較大、寬度較寬，設(shè)計(jì)荷載數(shù)值較大，其基底主要承擔(dān)拱橋拱肋傳遞的豎向承載力及水平推力，對基底要求較高。大跨度拱橋基礎(chǔ)基坑支護(hù)、開挖安全，以及基礎(chǔ)施工的質(zhì)量控制是施工過程中的主要控制環(huán)節(jié)。

2 大跨度拱橋基礎(chǔ)范例

柳州市某大橋拱座基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)擴(kuò)大基礎(chǔ)，縱橋向長30 m，橫橋向?qū)?6 m，縱橋向基礎(chǔ)底部與基巖接觸面設(shè)置成臺(tái)階狀，基底標(biāo)高為73.875～63.378 m。拱座為分離式鋼筋混凝土拱座，單側(cè)拱座頂部寬約7 m，底部縱橋向?qū)?3.5 m，橫橋向?qū)?1.616 m，豎向軸線與水平線夾角為80°。該橋?yàn)榭缃瓨蛄?，基礎(chǔ)位于江邊，基坑開挖地質(zhì)情況如下：上層主要為黏土層及筑島回填土，下層為3～5 m巖層，基坑開挖深度為7.125～17.622 m，基底裂隙稍發(fā)育。

3 拱座基礎(chǔ)施工方案設(shè)計(jì)

拱座基礎(chǔ)及基坑支護(hù)采用先筑島圍堰，再采用沿拱座基礎(chǔ)周邊設(shè)置1排鋼筋混凝土咬合樁，同時(shí)基坑開挖范圍內(nèi)設(shè)置高壓注漿封閉，鋼筋混凝土咬合樁外側(cè)設(shè)置止水帷幕。圍堰外側(cè)設(shè)置鋼筋網(wǎng)石籠護(hù)坡保持堰體穩(wěn)定、防止沖刷。基坑內(nèi)設(shè)置2層支撐，第一層支撐設(shè)置在基坑頂，采用混凝土支撐；第二層支撐設(shè)置在中部，采用鋼管支撐?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)形式如圖1、圖2所示。

4 拱座基礎(chǔ)施工控制要點(diǎn)

4.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工控制

拱座基礎(chǔ)豎向承載力、水平推力較大，對基底及基礎(chǔ)后背支撐要求較高，基礎(chǔ)施工時(shí)須確保無水作業(yè)。由于該橋開挖深度達(dá)到了17.622 m，基底位于常水位以下14.622 m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在保證了基坑支護(hù)足夠的強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，需確?；又顾Ч?/p>

拱座基坑四周采用鋼筋混凝土咬合樁支護(hù)，樁徑為1.5 m，樁間距為1.3 m，并在兩樁之間設(shè)置連接器，在保證支護(hù)樁有足夠的強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，通過相鄰兩樁的相互咬合（20 cm），達(dá)到止水目的。

鋼筋混凝土咬合樁采用旋挖鉆機(jī)鉆孔，先施工帶有連接器的鋼筋混凝土A樁，再施工普通鋼筋混凝土B樁。樁基施工時(shí)需控制以下幾點(diǎn)。

一是控制成樁時(shí)間。為保證咬合質(zhì)量和滿足鉆機(jī)施工工藝，在施工B樁時(shí)必須保證A樁成樁時(shí)間大于24 h并小于48 h。在施工配合比方面，混凝土通常采用水下緩凝型混凝土。在施工組織方面安排好樁基施工順序和銜接時(shí)間。

二是嚴(yán)格控制成樁質(zhì)量。樁基作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，受力較大，如樁基本身質(zhì)量存在缺陷，容易造成基坑坍塌事故。樁基施工應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔、清孔、鋼筋籠下放、二次清孔、混凝土灌注等施工環(huán)節(jié)。由于咬合樁設(shè)置了連接器，為避免影響下一輪次樁基施工，需嚴(yán)格控制好A樁鋼筋籠軸線。

三是控制支護(hù)樁咬合質(zhì)量。該樁基本身即為止水的第一道關(guān)卡，如果咬合不緊密，則容易造成基坑滲水甚至出現(xiàn)涌水。該工序的控制關(guān)鍵在于B樁孔內(nèi)清理、在B樁成孔后，采用刷壁器清理干凈連接器上附著的土和雜物?？讟豆嘧⑦^程中，應(yīng)做好混凝土配合比適配、灌注質(zhì)量保證措施，避免樁身出現(xiàn)斷樁、離析等質(zhì)量缺陷，成為漏水點(diǎn)。

4.2 基坑止水措施

基坑止水措施主要有3個(gè)：一是咬合樁本身止水效果，其施工要點(diǎn)已在咬合樁施工章節(jié)介紹，在此不再累述。二是在鋼筋混凝土咬合樁外側(cè)設(shè)置止水帷幕，止水帷幕分為土層止水帷幕和巖層止水帷幕2種，土層采用2排高壓旋噴樁，巖層采用高壓注漿。高壓旋噴樁采用雙管法施工，在咬合樁施工完成后進(jìn)行。高壓旋噴樁采用“之”字形布置，樁間距為0.5 m，樁徑為0.6 m。高壓旋噴樁共設(shè)置2排，排間距為0.45 m，靠近咬合樁一排軸線距離咬合樁為0.25 m，旋噴樁與咬合樁疊合0.05 m。高壓注漿止水帷幕設(shè)置在旋噴樁底部，底標(biāo)高為基坑底以下5 m（即58.378 m標(biāo)高）。高壓注漿止水帷幕間距為1.5 m，共設(shè)置2排，排距為0.6 m。高壓注漿采用直徑為150 mm潛孔鉆機(jī)引孔至基底標(biāo)高再洗孔壓力施灌的施工工藝。三是在基坑底部進(jìn)行高壓注漿處理。由于該橋拱座基坑位于泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層泥巖地質(zhì)，存在溶巖及節(jié)理發(fā)育現(xiàn)象?；A(chǔ)底面標(biāo)高位于常水位以下14.622 m，開挖時(shí)容易引起基底滲水或涌水。鑒于拱座基礎(chǔ)對基底要求較高，需坐落于基巖上，故采用在開挖前巖層注漿施工?；鬃{孔采用梅花形布置，間距為1.0 m，在基坑開挖范圍內(nèi)均布，深度為基坑底以下6 m。

4.3 基坑開挖過程控制

基坑土方開挖必須嚴(yán)格按照基坑工程施工規(guī)程的要求施工。充分利用“時(shí)空效應(yīng)”以提高工程施工質(zhì)量，確保施工安全。

（1）基坑開挖必須在支護(hù)樁、冠梁混凝土達(dá)到強(qiáng)度100%方可開挖，基坑開挖過程中必須確保地下水位于底板以下1 m，否則采用開挖降水井的方式降低地下水位。

（2）基坑開挖時(shí)，其縱橫向邊坡應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、環(huán)境條件及開挖時(shí)的安全坡度，根據(jù)地質(zhì)情況計(jì)算確定，但不得陡于1∶3，必須分段、分區(qū)、分層、對稱進(jìn)行，不得超挖。每步開挖所暴露的寬度宜控制在3～6 m，每層開挖深度不大于2 m，嚴(yán)禁在一個(gè)工況條件下一次開挖到底。

（3）縱向放坡開挖時(shí)，應(yīng)在坡頂外設(shè)置截水溝或擋水土堤，防止地表水沖刷坡面和基坑外排水再回流滲入坑內(nèi)。

（4）基坑開挖后，應(yīng)及時(shí)設(shè)置坑內(nèi)排水溝和集水井，防止坑底積水。

（5）土方開挖的順序、方法必須與設(shè)計(jì)工況相一致，并遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。

（6）每種工況下的挖土施工和鋼支撐的安裝不得超過12 h。

（7）機(jī)械挖土?xí)r，坑底應(yīng)保留200～300 mm厚土層用人工挖除整平，防止坑底土擾動(dòng)。

（8）采用機(jī)械挖土?xí)r，挖土機(jī)械和車輛不得直接在支撐上行走操作，嚴(yán)禁挖土機(jī)械碰撞支撐、立柱、井點(diǎn)管、圍護(hù)樁。鋼支撐頂面嚴(yán)禁堆放雜物。

（9）土方開挖時(shí)，棄土堆放應(yīng)在2倍基坑開挖深度范圍以外。

4.4 基坑開挖過程監(jiān)控

依據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和監(jiān)控方案，主要監(jiān)控內(nèi)容如下：圍堰頂水平位移觀測；圍堰沉降觀測；對周邊邊坡頂?shù)某两涤^測；基坑地下水位監(jiān)測；支撐梁軸力監(jiān)測。

4.4.1 監(jiān)控點(diǎn)的布設(shè)

監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)依據(jù)該橋拱座基坑圍堰、支護(hù)設(shè)計(jì)圖紙資料及建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，充分考慮基坑施工特點(diǎn)及地形、地質(zhì)特點(diǎn)和測量方法的可行性，監(jiān)測范圍一般為從基坑邊緣以外1～3倍開挖深度范圍。

4.4.2 監(jiān)控控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范要求，監(jiān)測與測試的控制要求和報(bào)警值見表1。

4.4.3 監(jiān)控的頻率

在土方開挖之前應(yīng)進(jìn)行基數(shù)測量，且次數(shù)不少于2次。觀測時(shí)間為從第一層冠梁施工開始到基坑開挖完成每天至少觀測1次，以后每2 d觀測1次，半個(gè)月后5～7 d觀測1次，一直觀測到拱座基坑回填施工完畢。在觀測值變化較大的臨界高度時(shí)應(yīng)增加觀測頻率及加強(qiáng)內(nèi)力支撐。觀測后及時(shí)整理繪制“時(shí)間—位移量”關(guān)系曲線。

為了保證觀測精度，除按照規(guī)范要求施測外，還應(yīng)符合“五固定”的原則，即采用固定觀測路線，使用固定觀測方法、固定儀器、固定觀測人員，在基本相同的環(huán)境和條件下工作。

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移警戒值為累計(jì)位移3 cm，變化速率為3 mm/d，沉降值累計(jì)沉降2 cm，變化速率為2 mm/d。

4.4.4 監(jiān)控結(jié)果的處理

每次觀測結(jié)束后，要檢查記錄計(jì)算是否正確，精度是否合格，并進(jìn)行誤差分配。然后將觀測值列入觀測成果表中，計(jì)算出累計(jì)位移量，并注明觀測日期、氣象情況。

繪制時(shí)間—沉降量曲線。時(shí)間—沉降量的關(guān)系曲線以時(shí)間T為橫軸、位移量S為縱軸，根據(jù)每次觀測日期、位移量按比例畫出各點(diǎn)，然后將各點(diǎn)連接起來，并在曲線的一端注明觀測點(diǎn)號(hào)。

5 結(jié)語

本文以柳州市某鋼箱拱橋基礎(chǔ)施工為例，該基坑存在臨水基坑、基底存在不良地質(zhì)等問題，筆者從基坑咬合樁、止水施工、基坑監(jiān)控等方面闡述了該橋大型拱座深基坑施工控制要點(diǎn)及處理措施，為后續(xù)相關(guān)橋梁施工提供了現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李紅軍，張潔，李洪毅.超大深基坑工程承壓水控制設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究[J].土木工程，2015，4（1）：1-7.

[2]GB 50497—2009，建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]