南京長江第四大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)施工監(jiān)控技術(shù)_圖文

1、文章編號:1003-4722(2009S1-0066-04南京長江第四大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)施工監(jiān)控技術(shù)趙有明,李冰,牛亞洲,樊挺(中交第二公路工程局有限公司,陜西西安710065摘要:南京長江第四大橋北錨碇采用沉井基礎(chǔ),尺寸為69.0m ×58.0m ×52.8m ,距長江大堤僅90m 。沉井體積龐大,所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜,覆蓋層較厚。依據(jù)規(guī)范并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗,提出沉井幾何姿態(tài)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。介紹沉井下沉深度和平面位置及偏斜、刃腳踏面反力、沉井側(cè)壁土壓力、沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力、地下水位與井內(nèi)水位、沉井底部土體開挖地形、地表沉降和長江防洪大堤沉降量的監(jiān)測方案。通過施工監(jiān)測,掌握沉井下沉的

2、實時信息,為施工提供指導(dǎo)信息,確保施工安全順利進行。 關(guān)鍵詞:橋梁基礎(chǔ);沉井;監(jiān)測技術(shù);監(jiān)測方案;施工監(jiān)控中圖分類號:U445.557;U445.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AConstruction Monitoring T echniques for North Anchorage C aissonFoundation of the Fourth N anjing Changjiang River B ridgeZHAO Y ou 2ming ,L I Bing ,N IU Y a 2zhou ,FAN Ting(The 2nd Highway Engineering Co.,L td.,China C

3、ommunicationConstruction Corporation ,Xi an 710065,China Abstract :The caisson in dimensions of 69.0m ×58.0m ×52.8m is used for t he foundation of t he nort h anchorage of t he Fourt h Nanjing Changjiang River Bridge and is set at a place only 90m apart f rom t he river dyke.The caisson is

4、 huge ,t he place where it is located is geologically complicated and t he overburden st rat um is deep.In accordance wit h t he technical specification and wit h reference to t he previous const ruction experiences ,t he criteria for monitoring t he stat us of t he caisson during sinking are formul

5、ated.The specific monitoring of t he sinking dept h ,plane po sitions ,off setting ,cutting edge reaction force ,side wall soil resistance ,struct ural st ress of t he caisson ,t he underground water level ,t he water level inside t he caisson ,t he excavated ground to 2pograp hy at t he bottom of t

6、 he caisson ,t he ground surface settlement and t he settlement t he river dyke are all p resented herewit h.Through t he monitoring ,t he real 2time information of t he caisson sinking has been understood ,t he guidance to t he construction has been p rovided and t he safe and smoot h p roceeding o

7、f t he const ruction of t he caisson has been ensured.K ey w ords :bridge foundation ;caisson ;monitoring technique ;monitoring scheme ;construc 2tion monitoring 收稿日期:2009-05-13作者簡介:趙有明(1963-,男,高級工程師,1985年畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院橋梁工程專業(yè)(zhaoym 。1工程概況南京長江第四大橋北錨碇采用沉井基礎(chǔ),尺寸為69.0m ×58.0m ×52.8m (長×寬&

8、#215;深。沉井頂面標(biāo)高+4.300m ,底面標(biāo)高-48.500m 。沉井共分11節(jié),第1節(jié)高6m ,為鋼殼混凝土沉井;第210節(jié)各高5m ,第11節(jié)高1.8m ,均為鋼筋混凝土沉井。沉井區(qū)域地質(zhì)以砂層為主,細(xì)砂層較厚,沉井底部置于密實卵礫石層上。沉井下沉過程中易出現(xiàn)傾斜、扭轉(zhuǎn)、涌砂或下沉不到位等不利狀況。根據(jù)地質(zhì)特點,通過計算分析并參考以往類似工程實施經(jīng)驗,確定將11節(jié)沉井分4次接高下沉。沉井施工總體方案為:采用砂樁復(fù)合地基加固法進行地基加固,在加固地基上拼裝第1節(jié)鋼殼沉井并澆注混凝土;澆注接高第24節(jié)鋼筋混凝土沉井,降排水施工下沉19.0m,累計下沉19.0m;澆注接高第58節(jié)沉井,不排

9、水施工下沉20.0m,累計下沉39.0m;澆注接高第911節(jié)沉井,下沉13.8m至設(shè)計標(biāo)高-48.5m,累計下沉52.8m。北錨碇沉井體積龐大,所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜,覆蓋層較厚,下沉施工面臨諸多難題。為保證沉井下沉過程中的施工質(zhì)量,確保施工安全順利進行,必須對下沉施工實施監(jiān)控。2沉井幾何姿態(tài)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)沉井下沉的幾何姿態(tài)監(jiān)測以設(shè)計要求為標(biāo)準(zhǔn),并滿足公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)(J T G F80/12004等相關(guān)規(guī)范,結(jié)合類似成功的施工案例和經(jīng)驗,確定了本工程沉井施工監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)(表1。表1沉井下沉幾何姿態(tài)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)序號檢查項目規(guī)定值或允許偏差檢查方法和頻率1平面尺寸±120mm尺量,每節(jié)段2井壁

10、厚度±15mm尺量,每節(jié)段沿周邊4點3刃腳高程-2000mm 水準(zhǔn)儀,測48處頂面高程反算4中心偏位25cm 全站儀或經(jīng)緯儀,測沉井兩軸線交點5最大傾斜度1/300井高6平面扭轉(zhuǎn)角0.5°全站儀或經(jīng)緯儀,測沉井兩軸線交點3監(jiān)測總體布置北錨碇沉井監(jiān)測內(nèi)容主要有結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變和幾何姿態(tài)。各監(jiān)測項目所采用的監(jiān)測儀器及監(jiān)測點數(shù)量統(tǒng)計見表2。4監(jiān)測方案4.1沉井下沉深度、平面位置及偏斜監(jiān)測沉井下沉深度(下沉量是直觀評價施工中沉井幾何姿態(tài)的重要參數(shù),下沉量在平面分布上的傾斜度、水平位移與水平扭轉(zhuǎn)差異是下沉過程中的最重要的監(jiān)控指標(biāo),是指導(dǎo)下沉施工和糾偏的重要依據(jù)1。(1監(jiān)測手段和頻率。沉井

11、下沉深度、平面位置及偏斜采用全站儀、水準(zhǔn)儀、自動高程監(jiān)測微壓傳感器和測斜儀監(jiān)測。監(jiān)測頻率為沉井下沉過程中每10min1次,沉井接高期間每天1次。(2測點布置。為監(jiān)測沉井的下沉量和下沉量在平面上的差異,在每次接高后的沉井井壁頂面布置由9個監(jiān)測點組成的觀測網(wǎng),9個監(jiān)測點分別構(gòu)成3條縱向觀測剖面和3條橫向觀測剖面,監(jiān)測點總體布置見圖1。在接高后的沉井頂端的四角和周邊居中部位以及沉井中心各布置1套自動高程監(jiān)測微壓傳感器,并用水力連通管連接所有的測點。以沉井中心部位的微壓傳感器為基準(zhǔn)點,來監(jiān)測沉井頂端的沉降差異。在每次接高后沉井頂端的四周各布置1個水平位移觀測點、四角各布置1個水平位移觀測點,利用全站儀

12、觀測每一測點的水平位移。在沉井中心布置1個沉井整體傾斜監(jiān)測孔,監(jiān)測孔隨沉井的接長而接長,并在接長后的監(jiān)測孔中及時安裝雙向傾斜儀,安裝后的雙向傾斜儀即可實現(xiàn)實時、連續(xù)、快速的沉井整體傾斜監(jiān)測。表2沉井施工監(jiān)測總體布置匯總監(jiān)測項目監(jiān)測內(nèi)容儀器測點數(shù)量沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力首節(jié)鋼殼沉井刃腳關(guān)鍵部位的應(yīng)力第2節(jié)沉井底部截面水平環(huán)向應(yīng)力鋼板計/鋼筋計鋼筋計7/74刃腳踏面反力井壁刃腳踏面和隔墻反力土壓力計13沉井側(cè)壁土壓力(摩阻力土壓力側(cè)壁摩阻力土壓力計、振弦式土壓力盒摩阻力儀405沉井下沉深度、平面位置及偏斜下沉量及其差異、水平位移傾斜度全站儀、水準(zhǔn)儀自動高程監(jiān)測微壓傳感器、測斜儀128地下水位與井內(nèi)水位周邊地

13、下水位沉井內(nèi)水位測繩、滲壓計測繩1220沉井底部開挖地形井內(nèi)水下地形測量測繩、潛水系統(tǒng)、多波速測深系統(tǒng)20地表沉降和長江大堤沉降量長江大堤變形地下水力坡降滑動式伺服加速度測斜儀、剖面沉降儀滲壓計25圖1沉井施工期監(jiān)測點總體布置4.2刃腳踏面反力監(jiān)測沉井刃腳踏面反力既反映沉井下沉過程中所遇到的地層阻力,也客觀反映了沉井的受力情況,是下沉過程中的重要監(jiān)測指標(biāo)。通過測定沉井在下沉過程中的刃腳踏面反力,為及時、直觀地了解沉井下沉過程中所遇到的土層阻力提供資料。(1監(jiān)測手段和頻率。刃腳踏面反力采用土壓力計監(jiān)測。監(jiān)測頻率為每天觀測2次,接高期間每天觀測1次。(2測點布置。在沉井井壁刃腳踏面上布置8個刃腳踏

14、面反力監(jiān)測點,每點布置1支土壓力計;在沉井隔墻的底部布置5個反力監(jiān)測點,每點布置1支土壓力計,布置示意見圖1。為了精確獲得刃腳踏面反力,同時不致在沉井下沉過程中使土壓力計損壞,刃腳踏面土壓力計應(yīng)采取保護措施,其安裝示意見圖2。4.3沉井側(cè)壁土壓力(側(cè)壁摩阻力監(jiān)測側(cè)壁摩阻力反映沉井的受力情況,通過埋設(shè)監(jiān)測儀器獲取數(shù)據(jù), 系統(tǒng)深入分析側(cè)壁摩阻力的分布圖2刃腳踏面反力土壓力計的安裝示意規(guī)律具有較高的實用價值。(1監(jiān)測手段和頻率。沉井側(cè)壁摩阻力是本工程監(jiān)測的難點,采用摩阻力儀直接測試,并根據(jù)側(cè)壁土壓力監(jiān)測的土體應(yīng)力,間接計算側(cè)壁摩阻力,同時采用振弦式土壓力盒監(jiān)測其側(cè)向土壓力,相互印證結(jié)果。側(cè)壁土壓力(

15、側(cè)壁摩阻力監(jiān)測頻率為沉井下沉過程每天觀測2次,沉井接高期間每2天1次。(2測點布置。沉井側(cè)壁土壓力監(jiān)測點布置在沉井的第1、3、5、7節(jié)上。每個側(cè)壁布置2個監(jiān)測點,四壁共8個測點。第1節(jié)鋼殼沉井布置2層,分別布置在該節(jié)的底部和頂部;第3、5、7節(jié)各布置1層測點,布置在該節(jié)的頂部。側(cè)壁土壓力監(jiān)測點共布置5層,40個測點。選取側(cè)壁(棲霞側(cè)1列豎向5個土壓力計監(jiān)測點位置各布置1套側(cè)壁摩阻力儀,監(jiān)測側(cè)壁摩阻力,測點布置見圖1。鋼殼沉井采用如下方法安裝土壓力計:在沉井鋼壁上切出與土壓力計保護套直徑相同大小的孔,將土壓力計測力面與鋼沉井外壁平齊,用鋼板將土壓力計固定,導(dǎo)線通過沉井內(nèi)保護鋼管伸至監(jiān)測總站,土壓

16、力計保護罩內(nèi)充填密實細(xì)砂,背面基板與鋼墊板之間采用環(huán)氧樹脂粘接。鋼殼沉井段土壓力計安裝示意見圖3 。圖3鋼殼沉井段土壓力計安裝示意4.4沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變是客觀反映沉井結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)的最直觀指標(biāo)。應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測主要目的在于評價沉井下沉過程中結(jié)構(gòu)的受力情況,為安全施工提供預(yù)警信息。(1監(jiān)測方法和頻率。沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測通過埋設(shè)的鋼板計和鋼筋計監(jiān)測鋼板和鋼筋的應(yīng)力。結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測頻率為首次下沉過程每天觀測3或4次,第2次以后下沉每天觀測2次,接高期間每2天1次。(2測點布置。首節(jié)鋼殼沉井刃腳關(guān)鍵部位刃腳水平方向應(yīng)力監(jiān)測點布置在井壁和隔墻上,具體布置為:順橋向井壁和隔墻中部布置4個測

17、點,橫橋向軸線井壁和隔墻中部布置3個測點(在垂直方向上,7個監(jiān)測點布置在刃腳以上0.5m 的位置,見圖1。在每個測點對應(yīng)部位的鋼板上布置1支鋼板計,監(jiān)測鋼板應(yīng)力;在每個測點對應(yīng)部位的鋼筋上布置1支鋼筋計,監(jiān)測鋼筋應(yīng)力。鋼板計采用弧焊式表面應(yīng)變計,安裝在鋼節(jié)空腔內(nèi),為防止空腔充填混凝土?xí)r損壞儀器,使用保護罩保護安裝應(yīng)變計,見圖4。第2節(jié)混凝土沉井底部截面水平環(huán)向應(yīng)力測點布置:在第2節(jié)井壁內(nèi)側(cè)四周中央各布置1個監(jiān)測點,每個監(jiān)測點布置1支水平向鋼筋計,用于監(jiān)測混凝土沉井底部截面水平環(huán)向應(yīng)力 。圖4鋼板計安裝俯視示意4.5地下水位與井內(nèi)水位監(jiān)測沉井前4節(jié)采用降排水方法施工下沉,沉井周邊管井降水和井內(nèi)抽

18、泥會引起周邊地下水位變化,應(yīng)對地下水位和井內(nèi)水位進行定期監(jiān)測,控制沉井下沉和接高過程中周邊土體的水力梯度滲透變形。(1監(jiān)測手段和頻率。采用測繩和滲壓計監(jiān)測地下水位與井內(nèi)水位。監(jiān)測頻率為下沉過程中每天3次,接高期間每天1次。(2測點布置。地下水位監(jiān)測點可利用降水井進行監(jiān)測,同時在抽水井外圍沉井四周布置4條剖面,每條剖面布置3或4個地下水位觀測孔,監(jiān)測地下水降落漏斗。在每個隔倉布置1個監(jiān)測點,監(jiān)測井內(nèi)水位。4.6沉井底部土體開挖和地形監(jiān)測為確保沉井均勻下沉,應(yīng)對沉井底部土體開挖和地形進行觀測。(1監(jiān)測手段和頻率。排水下沉期,沉井底部地形監(jiān)測采用目測的方法。不排水下沉期,水下地形監(jiān)測以測繩、潛水員操作等常規(guī)手段為主。監(jiān)測頻率為下沉期間每天施工前、施工后各測1次。(2測點布置。沉井每個隔倉中各布置1個測點。4.7地表沉降和長江防洪大堤沉降量監(jiān)測沉井距長江大堤約90m ,下沉施工及降水助沉引起土內(nèi)細(xì)顆粒的流失以及土體有效應(yīng)力增加,易導(dǎo)致周邊地基開裂和塌陷、大堤產(chǎn)生滲漏和管涌破壞隱患。(1監(jiān)測手段和頻率。沉降采用水準(zhǔn)沉降觀測技術(shù)監(jiān)測;水平位移采用滑動式伺服加速度測斜技術(shù)監(jiān)測;滲透變形采用水力坡