邕江特大橋水中墩基巖處理施工工藝
2017-11-13
1 工程概況
邕江特大橋是南寧樞紐工程南環(huán)線邕寧——那羅段控制工期的重點(diǎn)工程，與既有鐵路大致平行，相距約30m。它跨越邕江（規(guī)劃Ⅱ級(jí)航道）及仙湖大道，橋梁全長(zhǎng)1055.5m，共計(jì)25跨，主橋?yàn)椋?2+168+92）m連續(xù)梁。主橋16#、17#墩位于水中，水深8-13m。主墩采用直徑5.8m的圓端型實(shí)體墩，16#墩高22m，17#墩高26m。主墩基礎(chǔ)施工采用雙壁鋼圍堰。16#和17#承臺(tái)底標(biāo)高分別為：+51.08m和+47.769m。設(shè)計(jì)施工最高水位為+63.85m。16#墩承臺(tái)埋入河床約11m，17#墩承臺(tái)底與河床面基本平齊。地質(zhì)、水文情況：百年一遇的水位為+77.08m，通航最高水位+73.51m，最高施工水位+63.85m，本橋受水文、立交、地形的影響，航道為規(guī)劃II級(jí)。水流與線路方向呈81°，最高流速為2.5m/s。地質(zhì)資料不夠詳細(xì)，初步設(shè)計(jì)圖中顯示，16#墩為泥巖夾頁(yè)巖，強(qiáng)度為0.18MPa，17#墩位處為灰?guī)r，強(qiáng)度為0.8MPa，并存在溶洞，巖溶發(fā)育，并呈串珠狀。
2 方案的選擇
根據(jù)施工周期，本橋施工至少跨越一個(gè)汛期，再結(jié)合本橋地質(zhì)情況及施工最高水位，對(duì)16#墩、17#墩實(shí)行不同的水上施工組織；兩個(gè)主墩基礎(chǔ)采用“先圍堰后樁基”的方法組織施工，圍堰頂標(biāo)高按照施工最高水位63.85m+1m進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。17#墩雙壁鋼圍堰處底層為裸露基巖，在下沉鋼圍堰時(shí)需要將河床開(kāi)挖到圍堰封底混凝土地面以下，常規(guī)的處理方法是用水下爆破法，將鉆機(jī)安裝在浮箱上進(jìn)行鉆孔，然后用有資質(zhì)的專業(yè)爆破隊(duì)伍實(shí)施水下爆破作業(yè)。爆破需要采用合適的參數(shù)，計(jì)算出裝藥量。爆破后采用長(zhǎng)臂挖機(jī)在駁船上進(jìn)行清基，基坑石方裝船運(yùn)到指定地點(diǎn)。清基完成后派潛水員下水進(jìn)行摸探，保證爆破滿足雙壁鋼圍堰下沉的需要。
水下爆破施工周期長(zhǎng)，效率低，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工期安排，河床爆破需在汛期進(jìn)行，施工難道相當(dāng)大，根據(jù)現(xiàn)有施工圖進(jìn)行放樣后，新建橋梁中心線與老橋中心線距離不足30米，而雙壁鋼圍堰的直徑為24米，經(jīng)放樣與老橋的圍堰基本重合，因此如果采用水下爆破必將對(duì)老橋承臺(tái)產(chǎn)生一定影響，在加上水下爆破位置離既有鐵路橋較近，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致工期拖長(zhǎng)，很難滿足工期要求。見(jiàn)圖1所示的橋位平面圖。
經(jīng)過(guò)多方協(xié)調(diào)與論證，決定采取另一種方法來(lái)處理河床基巖。本文簡(jiǎn)要介紹一下處理17#墩圍堰河床基巖的方法。它是將沖擊鉆機(jī)安裝在浮平臺(tái)上進(jìn)行沖擊破碎基巖，利用水流將石渣帶走。
3 施工方法
浮平臺(tái)的搭設(shè)：
浮平臺(tái)是由16節(jié)中-60舟節(jié)（舟橋器材）及4個(gè)分水節(jié)（舟橋器材）組成四條舟體，將兩條舟體拼在一起組成一組，兩組舟體拉開(kāi)2m空檔，將兩組舟體通過(guò)多組雙拼的400工字鋼栓接連接成整體，四個(gè)角上安裝上錨機(jī)，通過(guò)鋼絲繩與水中重力錨進(jìn)行連接。再在浮平臺(tái)上安裝三臺(tái)鉆機(jī)呈“品”字型布置。鉆機(jī)選用鋼絲繩沖擊式鉆機(jī)，鋼絲繩直徑為？準(zhǔn)36鋼絲繩，鉆頭直徑為1.5m的實(shí)心鉆。沖擊基巖的范圍要比鋼圍堰外徑要大1m，圍堰尺寸為圓端直徑為15.6m，直線部分長(zhǎng)8.4m，內(nèi)外壁間距1.5m。鋼圍堰刃腳部分要沖擊平整沒(méi)有死角，以免影響圍堰的下沉。因此在沖擊圍堰刃腳部分時(shí)要進(jìn)行無(wú)縫沖擊，相鄰沖擊樁位距離不大于鉆頭半徑，其他部分不小于鉆頭直徑。見(jiàn)圖3所示的沖擊樁位示意圖。
測(cè)量定位，是通過(guò)岸上的測(cè)量定位儀器來(lái)測(cè)定浮平臺(tái)，平臺(tái)的移動(dòng)是靠四個(gè)角的錨機(jī)來(lái)調(diào)整浮平臺(tái)的位置，只要測(cè)定浮平臺(tái)空擋中軸線在樁位的橫軸線上即可，在通浮平臺(tái)上的鉆機(jī)橫向移位來(lái)確定每個(gè)沖擊樁位，鉆機(jī)的橫向移位要靠導(dǎo)鏈水平拖動(dòng)來(lái)完成，這樣形成一道槽一道槽的沖擊面，基坑周邊形成鋸齒型直壁。
深度的控制，由于沖擊鉆鋼絲繩的長(zhǎng)度受水位的影響較大，必須每天記錄水位的變化情況，應(yīng)在鋼絲繩上做好刻度，根據(jù)水位變化適時(shí)調(diào)整鋼絲繩的長(zhǎng)度。
由于受流速和流向的影響，實(shí)際上水下沖擊的樁位和水面測(cè)定的樁位是有偏差的，為了消除這種偏差，必須計(jì)算好偏移量及方位。下面簡(jiǎn)要介紹一下：
基本數(shù)據(jù)：①施工期間在9月份下旬流速基本趨于穩(wěn)定平均1m/s，水深15m。②沖擊鉆機(jī)鋼絲繩直徑36mm，鉆頭直徑1.5m，高2m，呈圓錐狀，重5.2t。③水流方向與線路前進(jìn)方向呈81°角。
作用于鉆頭及鋼絲繩水阻力為：R=KrF■（kg） 式中：K為擋水星座系數(shù)（矩形為1，流線形為0.75）；
r為水的容重為1000kg/m3；
F為阻水面積。
R=1×1000×（0.036×13+0.5×1.5×2）×1/（2×9.8）=100kg；
重量G=5200+13×4.56=5259kg；
浮力：F=（5.2/7.85+0.018×0.018×3.14×13）×1000=676kg；
tgθ=100/（5259-676）=0.0218；
則順?biāo)鞣较蛞莆唬?Delta;L=15×tgθ=15×0.0218=0.33m。
水流方向與線路前進(jìn)方向α=81°，線路方向及垂直方向移位：ΔX=ΔL×sinα=0.33×sin81°=0.33m；ΔY=ΔL×cosα=0.33×cos81°=0.05m。
因此在測(cè)量定位中一定要考慮到這些因素，否則沖擊的基坑與實(shí)際有偏位現(xiàn)象，鋼圍堰不能準(zhǔn)確就位，影響施工。施工完后又改用鉆頭直徑為2m的大鉆機(jī)進(jìn)行清掃一遍，再用水下聲納探測(cè)儀進(jìn)行復(fù)核。檢測(cè)結(jié)果顯示沖擊效果非常好，基本達(dá)到圍堰下沉要求。施工開(kāi)始于9月25日，結(jié)束于11月5日歷時(shí)40天，共清理石方1250m3。沒(méi)有使用任何清渣設(shè)備，對(duì)航道也沒(méi)有產(chǎn)生不利影響。
施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)：①由于是在水上施工，注意人員及設(shè)備安全，應(yīng)配備必須的救生設(shè)施和警示標(biāo)識(shí)，防止人員落水和過(guò)往船只的碰觸。要與水文氣象部門(mén)保持聯(lián)系，做好水文氣象預(yù)報(bào)；②合理安排工序，浮平臺(tái)移位盡量在白天進(jìn)行；③沖擊鉆沖擊力很大，要經(jīng)常對(duì)浮體連接處進(jìn)行檢查；④動(dòng)力配備要充足，并有備用電源。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)這次施工給我們處理類似問(wèn)題時(shí)獲得了寶貴經(jīng)驗(yàn)，此方法在實(shí)踐中施工簡(jiǎn)單，便捷，而且提高功效，節(jié)約成本和工期，尤其在臨近既有線水中墩施工中不失一種好方法。
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