史建偉 郭富
中交三航局南京分公司
蒙華鐵路華容河特大橋連續(xù)梁主墩深基坑施工工藝優(yōu)化
史建偉 郭富
中交三航局南京分公司
本文以蒙華鐵路華容河特大橋連續(xù)梁主墩深基坑施工工藝為背景,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況將原設(shè)計(jì)雙壁鋼圍堰輔助施工優(yōu)化為鋼板樁圍堰施工,此舉大大縮短了施工進(jìn)度,節(jié)省了施工成本,同時(shí)增加了施工的安全可靠性。
施工設(shè)計(jì)優(yōu)化;實(shí)施效果
新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程MHTJ-25標(biāo)段華容河特大橋中心里程為DK1354+233.56,起訖里程為DK1352+848.85~DK1355+618.28,全橋長(zhǎng)2769.43m。
華容河特大橋于DK1354+260~DK1354+480處跨越華容河及兩岸大堤,設(shè)計(jì)采用1-(64+96+64)m連續(xù)梁跨越,連續(xù)梁起訖里程為DK1354+266.62(43#墩)~DK1354+481.32(46#墩),96m主跨跨越華容河河道,64m邊跨跨越兩側(cè)堤壩,線路位于直線上。線路與河道正交,河面寬度約116m,此處河道較規(guī)整,44#、45#主墩分別位于河道兩側(cè)近岸處。橋址位于華容縣萬(wàn)庾鎮(zhèn),橋位處華容河目前為Ⅵ級(jí)航道。
44、45號(hào)墩為1-(64+96+64)m連續(xù)梁主墩,每個(gè)主墩設(shè)有18根φ1.5m灌注樁;主墩承臺(tái)尺寸為13.5m(寬)×18.5m(長(zhǎng))×3.5m(高)、承臺(tái)加臺(tái)尺寸為8.5m(寬)×14.5m(長(zhǎng))×2.7m(高);橋墩采用圓端形實(shí)體橋墩,墩身平面尺寸為10m(長(zhǎng))×4.0m(寬)。
44號(hào)墩處河床標(biāo)高約為25.73m(承臺(tái)范圍內(nèi)最低處),44號(hào)墩承臺(tái)侵入大堤坡腳約為8.2m;45號(hào)墩處河床標(biāo)高約為23.82m(承臺(tái)范圍內(nèi)最低處),距大堤坡腳約11m。主墩承臺(tái)均位于河床以下。
圖1 橋位布置圖
圖2 主墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)圖
44、45號(hào)墩承臺(tái)參數(shù)見下表。
表1 承臺(tái)參數(shù)表
華容河屬長(zhǎng)江水系,是長(zhǎng)江至洞庭湖河道,橋位處水下泥面高程23~28m,流量、流速隨季節(jié)變化明顯,區(qū)內(nèi)水深3-8m,受季節(jié)性影響較大,豐水期和枯水期水位高差較大。華容河設(shè)計(jì)洪水位為34.27m(1954年當(dāng)?shù)刈罡咚唬?,設(shè)計(jì)流速1.27m/s;設(shè)計(jì)最高通航水位33.74m,最低通航水位25.06m。
根據(jù)從當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門、水文觀測(cè)站及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的資料,華容河每年4~9月為汛期,10月~翌年3月為枯水期;根據(jù)2012~2014年華容河水文觀測(cè)資料整理,連續(xù)近三年來(lái)的汛期水位26.5~32.74m,枯水期水位24.5~26.5m。
枯水期華容河上游將關(guān)閉水閘(調(diào)弦口),疏理華容河河道。華容河水文觀測(cè)站(六門閘)提供的信息是枯水期的最大水位變幅約為1.0m,實(shí)測(cè)當(dāng)前水位為24.7~25.1m。
線路通過(guò)地區(qū)屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候,光能充足、熱量豐富、無(wú)霜期長(zhǎng)。多年平均氣溫在16.1℃~17.2℃,1月最冷,月平均氣溫在3.1℃~4.6℃之間,極端最低氣溫為-11.4℃,極端最高氣溫為40.0℃。歷年平均相對(duì)濕度70%~78%,歷年平均最小濕度13%~29.9%。本區(qū)年平均降雨量949.4~1454mm,最大年降水量2033mm;最小年降水量750.9mm;雨量集中在4-8月,雨量達(dá)800mm以上。年平均蒸發(fā)量達(dá)803.2mm~1370.3mm,本區(qū)主導(dǎo)風(fēng)為WNW(西北西)風(fēng)向,最大風(fēng)速為20.7m/s;本區(qū)無(wú)凍土。
橋位地質(zhì)從上至下分層為:(1)第四系人工堆積層,①素填土,為人工壓實(shí)填土,分布于華容河兩側(cè)河堤,厚度為0~11.5m;(2)第四系沖積層,①2粉質(zhì)粘土,硬塑,σ0=150kpa,層厚1.0~4.5m,位于華容河河堤下層;①3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,軟塑,σ0=60kpa,層厚8~13m,位于華容河河床下;(3)第四系中更新統(tǒng),②粉質(zhì)粘土,硬塑,σ0=180kpa,層厚7~15m,位于華容河河床下。
根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的工程地質(zhì)詳勘資料,主墩位置附件地質(zhì)如下:
BDZ-HRH-44-2孔(44號(hào)墩處):(孔口高程+25.63m)
表2 44#地質(zhì)分層表
D12Z-HRH45孔(45墩處):(孔口高程+28.97m)
表3 45#地質(zhì)分層表
44#、45#墩承臺(tái)施工原設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰輔助施工。雙壁鋼圍堰是承臺(tái)施工的擋水結(jié)構(gòu),也是作為水下封底砼和承臺(tái)鋼筋砼施工的側(cè)模板。施工前,將根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、水流、水深等進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。
雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)根據(jù)承臺(tái)施工時(shí)的水文特征,制作、運(yùn)輸、吊裝方式,結(jié)合承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸等因素綜合考慮。雙壁鋼圍堰主要由側(cè)板、內(nèi)支撐、吊裝吊耳等部分組成。雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)立面、平面布置見圖2-1、2-2(圖中圍堰、樁基及承臺(tái)僅為示意)。
承臺(tái)封底施工7~8天后,封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后,抽干套箱內(nèi)的水,并同時(shí)將套箱內(nèi)部適當(dāng)加強(qiáng),割除多余的鋼護(hù)筒,鑿除樁頭,對(duì)樁基進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。樁基檢測(cè)合格后,綁扎鋼筋,支立模板,灌筑混凝土。模板采用大塊鋼模板,混凝土用攪拌車運(yùn)輸,泵送入模。
圖3 雙壁鋼圍堰立面結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 雙壁鋼圍堰平面示意圖
2.2.1 總體方案
根據(jù)從當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門、水文觀測(cè)站及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的水文資料,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況,選擇在2016年1-3月份華容河枯水期的有利時(shí)間進(jìn)行承臺(tái)施工。
主要工藝為采用鋼板樁圍堰進(jìn)行施工。利用枯水期承臺(tái)范圍的河床均位于水位以上,填筑施工平臺(tái),進(jìn)行陸域鋼板樁圍堰施工。采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行基坑開挖,基坑開挖到位后立即澆筑封底混凝土,承臺(tái)模板采用定型鋼模板,鋼筋在鋼筋加工場(chǎng)地集中加工成半成品后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)綁扎,砼由自由拌和站集中供應(yīng),砼運(yùn)輸車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后泵送入模,插入式振搗器密實(shí)砼。
2.2.2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)
主墩承臺(tái)平面尺寸為18.5m×13.5m,位于河道近岸側(cè),利用枯水期填筑平臺(tái)后進(jìn)行陸域施工。綜合考慮圍堰打設(shè)方便、承臺(tái)模板安裝的作業(yè)空間,以及施工期間圍堰內(nèi)土方開挖、降水、集水井設(shè)置等因素,確定圍堰的平面幾何尺寸為20.8m×15.6m。
華容河當(dāng)前實(shí)測(cè)水位約為+25.1m,綜合調(diào)查后確定枯水期(1-3月份)最高水位約為+26.1m。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,確定44、45號(hào)承臺(tái)鋼板樁圍堰頂標(biāo)高分別為+26.7m和+27.2m,鋼板樁采用拉森Ⅳ型15m長(zhǎng)鋼板樁,鋼板樁底標(biāo)高分別為+11.7m和+12.2m。
鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)采用的工藝:鋼板樁插打合攏后進(jìn)行基坑開挖,開挖過(guò)程中采用邊挖邊撐的方法,為了在開挖過(guò)程及承臺(tái)施工過(guò)程中控制基坑的變形及位移,基坑設(shè)置2道圍檁和內(nèi)支撐,圍檁采用雙拼400×400×13×21H型鋼,內(nèi)支撐采用8道雙拼400×400×13×21H型鋼四角斜撐和1道φ609mmδ16mm鋼管直撐,鋼板樁圍堰的詳細(xì)布置見鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)圖。開挖至支撐位置必須盡快完成支撐安裝,然后方可繼續(xù)開挖,開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,澆筑封底砼,然后進(jìn)行承臺(tái)施工。承臺(tái)施工完成后,在承臺(tái)與鋼板樁之間填注砂土混合物并密實(shí),及時(shí)拔出鋼板樁。
圖5 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)布置圖
在分公司技術(shù)部門及設(shè)計(jì)單位的幫助下,目前兩個(gè)承臺(tái)已澆筑完成,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工結(jié)果證明,采取上述技術(shù)方案及現(xiàn)場(chǎng)安全管理措施后,鋼板樁圍堰處于受控狀態(tài),保證了施工人員在圍堰內(nèi)的施工安全,封底砼采取長(zhǎng)臂挖機(jī)直接挖土、水下封底等工藝,封底效果較好,沒(méi)有基坑管涌及隆起的跡象,鋼板樁施工取得了令人滿意的效果。
圖6 承臺(tái)鋼板樁圍堰挖土施工及樁頭鑿除作業(yè)
圖7 主墩承臺(tái)混凝土澆筑
針對(duì)本工程特點(diǎn)、投標(biāo)情況對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化,以提高經(jīng)濟(jì)效益,降低工程成本,縮短施工工期,輔助措施費(fèi)為現(xiàn)階段項(xiàng)目的主要盈利點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙華容河特大橋主墩采用雙壁鋼圍堰施工方案,我部從科研、設(shè)計(jì)等上游端入手進(jìn)行方案優(yōu)化,利用冬季華容河水位較低,春節(jié)期間進(jìn)行華容河主墩開挖施工,使用筑土平臺(tái)工藝和鋼板樁圍堰工藝,保證了施工進(jìn)度、安全,取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益,該優(yōu)化方案在類似的工程中具有一定的推薦意義。