小間距大斷面小傾角豎撐單設(shè)備開挖施工技術(shù)

馬小麗

(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

近年來，拱橋的結(jié)構(gòu)型式與跨度都在不斷創(chuàng)新。在西南高山峽谷地區(qū)，大跨度橋梁多數(shù)采用拱橋形式。拱橋的最大特點(diǎn)是：在豎向荷載作用下，將豎向力轉(zhuǎn)化成沿拱軸線的壓力，傳至拱腳處。拱腳基礎(chǔ)不僅承受豎向反力，而且存在水平推力，所以拱腳基礎(chǔ)也承受拱圈傳遞的縱向與橫向雙向力[1]。根據(jù)地質(zhì)條件，拱座基礎(chǔ)主要有整體式擴(kuò)大基礎(chǔ)、群樁基礎(chǔ)、組合式基礎(chǔ)等。為應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)情況，組合式基礎(chǔ)的型式也越來越多樣，施工難度也隨之增加。

小間距大斷面小傾角豎撐單設(shè)備雙井開挖施工技術(shù)是中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司在原有豎撐開挖施工技術(shù)的基礎(chǔ)上研究改進(jìn)而成的，應(yīng)用于怒江四線特大橋組合式基礎(chǔ)的開挖施工。關(guān)鍵技術(shù)通過科技部西南信息中心查新顯示在國內(nèi)未見文獻(xiàn)報道，經(jīng)過中國鐵建股份公司組織專家鑒定，認(rèn)為本工法技術(shù)成熟，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 工程概況

怒江四線特大橋是“一帶一路”上的重難點(diǎn)工程之一，位于怒江峽谷之上。怒江四線特大橋為上承提籃拱式鋼桁拱橋，主拱圈跨度為490m，一跨飛躍怒江，使天塹變通途，橋梁布置見圖1。橋上設(shè)置四線車站，橋上相鄰線路間距為5m。橋梁全長1024.2m，橋面至江面226m。橋址瑞麗側(cè)為30°～50°自然陡坡，大理側(cè)為20°～40°自然橫坡，形成陡峭的V字峽谷階地。全橋共有8個豎撐基礎(chǔ)，累計開挖深度達(dá)366m，累計開挖方量達(dá)43247m3，4個拱座基礎(chǔ)，累計澆筑混凝土15152m3。

圖1 怒江四線特大橋跨布置立面

1.1 工程特點(diǎn)

橋梁豎撐基礎(chǔ)處于怒江峽谷，兩岸陡峭，施工場地有限，故采用龍門吊作為提升設(shè)備，實現(xiàn)豎撐的開挖作業(yè)。以鋼筋混凝土護(hù)壁作為豎撐的支護(hù)方式，施工中采用整體鋼管支架、組合式木模板進(jìn)行模板架設(shè)。本工法主要適用于帶傾角豎井開挖及混凝土護(hù)壁工程，也適用于多井同時開挖，但開挖豎井的范圍需在龍門吊跨度之內(nèi)。

1.2 施工原理

采用爆破開挖的方式，提升設(shè)備采用龍門吊，實現(xiàn)了吊點(diǎn)可隨開挖面中心點(diǎn)變化同步調(diào)整?；炷磷o(hù)壁采用整體鋼管支架、組合式定型木模板，實現(xiàn)了單提升設(shè)備雙井同時開挖的效果[2]。整體鋼管支架、組合式定型木模板便于拆卸、維護(hù)和更換，豎撐護(hù)壁施工可操作性強(qiáng)、各工序銜接緊湊，施工效率高。施工工藝流程見圖2。

圖2 豎撐開挖工藝流程

2 施工操作要點(diǎn)

本技術(shù)的重點(diǎn)在于根據(jù)豎撐設(shè)計位置做出合理的場地布置以滿足雙井同時開挖要求。施工中需做好雙井的工序調(diào)節(jié)工作，注意控制開挖精度與鋼筋混凝土護(hù)壁質(zhì)量。

2.1 場地布置

橫橋向澆筑龍門吊基礎(chǔ)，保證龍門吊行走方向通過兩個豎撐，預(yù)留出土場地，便于渣土裝車外運(yùn)。將開挖場地劃分為豎撐開挖作業(yè)區(qū)、出渣存放區(qū)、車輛行走區(qū)、材料存放加工區(qū)4個區(qū)域(見圖3)。

圖3 場地布置

2.2 鎖扣施工

鎖口設(shè)計為3臺階型式，每節(jié)臺階擴(kuò)大30cm，深度1.5m，地質(zhì)條件為灰土。鎖口開挖使用挖掘機(jī)挖掘，風(fēng)鎬、風(fēng)鏟修邊的開挖方法。根據(jù)測量放點(diǎn)位置，對豎撐進(jìn)行鎖口的開挖，開挖尺寸比設(shè)計外擴(kuò)10cm，以確保豎撐的凈空尺寸。豎撐鎖口開挖土方完成后，進(jìn)行鎖扣位置復(fù)測，測量鎖扣位置無誤后，進(jìn)行鎖口鋼筋綁扎作業(yè)。鎖扣模板施工和豎撐開挖施工見圖4。

圖4 鎖扣模板施工和豎撐開挖施工

鋼筋隱蔽檢驗合格后，進(jìn)行模板架設(shè)，模板使用組合式木模，鎖口模板內(nèi)外兩側(cè)用鋼管加固牢靠，以保證澆筑混凝土?xí)r不會跑模。模板內(nèi)部采用鋼筋進(jìn)行斜向、立向及橫向支撐。澆筑時采用溜槽將混凝土溜到鎖口模板中。澆筑一次成型，采用預(yù)拌混凝土，澆筑時用振搗棒仔細(xì)振搗，鎖口表面壓實抹光，混凝土初凝后覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)[3]。

2.3 龍門吊架設(shè)

豎撐帶有傾角，施工不同于真正意義上的豎撐開挖，運(yùn)輸設(shè)備需滿足垂直運(yùn)輸、順橋向運(yùn)輸、橫橋向運(yùn)輸?shù)囊?，不是固定點(diǎn)豎向垂直出土，出土為動態(tài)式豎向提升，本技術(shù)選定的運(yùn)輸設(shè)備為門式龍門吊，豎撐基礎(chǔ)施工中龍門吊主要吊運(yùn)小型挖機(jī)、整體鋼管支架、組合式定型木模板，進(jìn)行土方外運(yùn)，根據(jù)吊運(yùn)重物最大質(zhì)量選定龍門吊的最大吊重為50t。根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況確定龍門吊的跨度為16m，使其在跨越豎撐的前提下，有足夠的空間來行駛自卸車、挖掘機(jī)等出渣設(shè)備；軌道長度為50m，滿足雙井同時開挖需求[4]。

2.4 豎撐鉆孔爆破

基巖段采用小藥量淺孔松動爆破開挖，以減少對護(hù)壁的影響。

爆破器材：乳化防水炸藥。

藥卷規(guī)格：32mm×200mm，重150g。選用電雷管起爆，段數(shù)為1、3、5、7、9段。

炮孔直徑：鉆孔采用鑿巖機(jī)，鉆頭直徑42mm，成孔直徑44mm。

炮孔布置：依據(jù)開挖斷面，周邊眼間距按50cm控制，掏鑿眼間距按50cm間距控制，輔助眼按100cm控制，呈梅花形布置(見圖5)。

圖5 炮眼布置(單位：mm)

2.5 豎撐出渣

待爆破、通風(fēng)完成后，龍門吊主鉤將小型挖掘機(jī)吊入豎撐內(nèi)進(jìn)行扒渣作業(yè)。再由龍門吊主鉤將裝渣桶吊入豎撐內(nèi)進(jìn)行裝渣作業(yè)，裝渣完成后，將裝渣桶吊至出渣存放區(qū)進(jìn)行卸渣。最后用裝載機(jī)將渣土裝入自卸車，外運(yùn)至指定棄渣場。

2.6 豎撐鋼筋混凝土護(hù)壁

出渣完成后，由質(zhì)檢人員對基槽尺寸進(jìn)行復(fù)核，確保坑壁無欠挖后，方可進(jìn)行鋼筋作業(yè)，護(hù)壁鋼筋按照設(shè)計圖紙施做。護(hù)壁鋼筋全部采用綁扎方式，鋼筋底部預(yù)留足夠長度埋入碎渣內(nèi)，以便同下一板護(hù)壁鋼筋進(jìn)行搭接，上下兩板護(hù)壁鋼筋間采用搭接焊，搭接長度滿足規(guī)范要求。護(hù)壁鋼筋綁扎時，首先將受力筋根據(jù)配筋圖和鋼筋下料表下放到位，然后與箍筋綁牢。

鋼筋隱蔽檢驗合格后，進(jìn)行模板的搭設(shè)。豎撐混凝土護(hù)壁采用木模加整體支撐架的支護(hù)方案。木模采用竹膠板加背楞的組合方式，在竹膠板一面每隔30cm布置一根條形方木背楞，裁剪組合為3.5m高的木模。支撐架分三層，層間距1.5m，每層橫縱向每隔2m布置一根φ200鋼管焊接固定，層與層間用10號槽鋼焊接固定。支撐架見圖6。

圖6 支撐架示意圖 (單位：m)

混凝土澆筑采用便攜式串筒和長漏斗灌注的方法，把混凝土倒流至澆筑點(diǎn)。后澆的模板上部設(shè)置高20cm左右的漏斗形澆筑口，在豎撐長邊方向設(shè)置3個，短邊方向設(shè)置2個；便攜式串筒自卸料口延伸至楔形布料口(見圖7)，中間用數(shù)根繩索控制走向。

當(dāng)混凝土澆筑至布料口高度時，依靠澆筑混凝土自重壓力和振搗器將混凝土縫隙填充密實。待護(hù)臂混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，拆除組合式模板，將楔形口突出混凝土鑿除，將護(hù)臂表面修鑿平整。為防止接口處滲漏，澆搗結(jié)束后，用手錘敲打布料口，通過振動將氣泡和析水排放至布料口外[5]。

圖7 楔形布料口示意圖

2.7 雙井同時施工工序調(diào)整

因雙井同時開挖使用單臺龍門吊，故雙井施工工序需合理調(diào)整，才能滿足雙井連續(xù)作業(yè)。原則為豎撐1進(jìn)行出渣作業(yè)時，豎撐2進(jìn)行鉆孔或混凝土澆筑施工，避免雙井同時使用龍門吊情況，以滿足雙井同時開挖要求[6]。隨著開挖深度的增加，同體積渣土的出渣時間隨之增加，計算單位體積出渣時間，及時調(diào)整爆破深度，也是保證施工進(jìn)度的關(guān)鍵。

3 施工材料與設(shè)備

本工法主要材料見表1。

本工法主要設(shè)備見表2。

表1 豎撐開挖主要材料

表2 斜豎撐開挖主要設(shè)備

表3 豎撐成孔質(zhì)量要求

4 施工關(guān)鍵部位質(zhì)量要求

施工關(guān)鍵部位質(zhì)量要求包括豎撐成孔質(zhì)量要求(見表3)和鋼筋混凝土護(hù)壁模板尺寸要求(見表4)。

表4 模板質(zhì)量要求

5 效益分析

經(jīng)統(tǒng)計分析，采用常規(guī)的井架施工豎撐，需要井架4臺次，合計投入達(dá)到200萬元；采用龍門吊僅需2臺次，投入80萬元，直接節(jié)省設(shè)備成本120萬元。護(hù)壁混凝土施工采用整體鋼管支架、組合式木模板，減少鋼模投入100t，節(jié)省材料成本50萬元，雙井同時開挖有效提高了工作效率，總工期節(jié)約30天，人工節(jié)約成本40萬元。合計節(jié)約成本210萬元。

6 結(jié) 語

綜上所述，本工法應(yīng)用于大瑞鐵路怒江四線特大橋交界墩拱座基礎(chǔ)斜豎撐的開挖施工，實現(xiàn)了雙井同時開挖的目標(biāo)，最大程度上實現(xiàn)了設(shè)備的資源共享，減少了設(shè)備的投入，提高了設(shè)備的周轉(zhuǎn)使用效率。護(hù)壁混凝土施工采用整體鋼管支架、組合式木模板，在保證護(hù)壁質(zhì)量的情況下，便于拆卸、維護(hù)和更換，可操作性強(qiáng)、工序銜接緊密，工效高。從開挖至成孔，施工過程進(jìn)展順利，豎撐孔位、尺寸未出現(xiàn)偏差，凈空都達(dá)到設(shè)計要求，且從未出過質(zhì)量、安全問題。為我國組合式拱座基礎(chǔ)施工，特別是大斷面帶傾角豎撐的施工提供了寶貴經(jīng)驗，推廣和應(yīng)用前景十分廣闊。