深水基礎(chǔ)工程中鉆孔樁與深水承臺(tái)結(jié)合的施工技術(shù)

深水基礎(chǔ)工程中鉆孔樁與深水承臺(tái)結(jié)合的施工技術(shù)

京滬高速鐵路是中國(guó)第一座高速鐵路，設(shè)計(jì)速度為350公里。其中，五松江大橋位于上海西郊，是整個(gè)線路的主要控制區(qū)。主橋設(shè)計(jì)為60m+100m+60m連續(xù)梁,占用河岸約230m,以31°斜角上跨吳淞江,其中5#、6#主墩分別位于兩岸水中,墩中心距岸邊約為9～13m。橋梁每個(gè)主墩有21根群樁基礎(chǔ),樁徑?1.5m,樁間距3.9m,在圓形范圍內(nèi)布置,每根樁長(zhǎng)92m;下承臺(tái)為圓柱形,直徑20.5m、高4m;上承臺(tái)為圓臺(tái)形,下上直徑分別分14m、11.4m,高3m。1主墩承臺(tái)基礎(chǔ)位置吳淞江為五級(jí)通航河道,來(lái)往船只較多。航道要求凈寬不小于45m,凈高不小于5m。規(guī)劃河底標(biāo)高-3.622m,規(guī)劃河底寬38m,可通行500t的船舶。為保證通航要求,主墩承臺(tái)基礎(chǔ)置于規(guī)劃河床線以下,而水下基礎(chǔ)施工須占用兩岸的河道長(zhǎng),占用后通航凈寬為24m。如何保證駁岸安全,保證正常通航條件下按期完成施工,是本工程的難點(diǎn)。2項(xiàng)目所在地和水文2.1全心統(tǒng)青稞組地層橋位地層均為第四系松散堆積層,總厚度在100m以上。上部近50m范圍分布第四系全心統(tǒng)青浦組(Q4q)地層,主要為沖-海積、海-沖積,巖性以粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主;下部主要分布第四系上更新統(tǒng)南匯組(Q3n)地層,主要為沖-海積、海-沖積,海積相成因,巖性以粉質(zhì)黏土、黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂為主。2.2橋址區(qū)下游水文條件地下地表水豐富,河流水位受季節(jié)影響明顯,雨季水量豐沛,有生活和工業(yè)廢水的排入,排泄方式以逕流、蒸發(fā)為主。吳淞江屬平原感潮河網(wǎng),本橋橋址常水位H常=0.8m,100年一遇的內(nèi)澇水位H1/100=2.59m,50年一遇的內(nèi)澇水位H1/50=2.52m。橋址區(qū)河水流向從西向東,遇大潮時(shí)流向相反。河水通常流速0.5m/s,通常流量約130m3/s。橋址區(qū)河面平均寬度為64m,水深2～6m,流量約268m3/s,河床坡度較平緩,形態(tài)較順直。橋址區(qū)地表水及地下水有硫酸鹽侵蝕,環(huán)境作用等級(jí)H1。3施工方案的確定為確保安全質(zhì)量和工期,結(jié)合主墩的地形地質(zhì)和水文情況,設(shè)計(jì)了2個(gè)不同的施工方案:A、鋼板樁圍堰+填芯筑島;B、雙壁鋼箱圍堰+水上鉆孔平臺(tái)。通過(guò)從工程造價(jià)、工期、施工風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行綜合比較,結(jié)論如下:主墩采用方案A,即鋼板樁圍堰+填芯筑島。4施工工藝施工工藝流程如圖2所示。4.1混凝土構(gòu)件基礎(chǔ)水中平臺(tái)基礎(chǔ)利用樁基護(hù)筒,護(hù)筒之間設(shè)平聯(lián),岸上設(shè)混凝土條形基礎(chǔ)?？v梁為六四軍用梁,設(shè)置橫聯(lián),鋪I20型鋼作分配梁,10mm厚鋼板作橋面。4.1.1共4根入土深度插打中間的樁基鋼護(hù)筒,鋼護(hù)筒內(nèi)徑?1800mm,壁厚12mm,共4根,每根長(zhǎng)度15m,入土深度9m。水中安放六四軍梁框架作護(hù)筒定位架,采用全站儀監(jiān)測(cè)護(hù)筒的垂直度、平面位置、標(biāo)高,特別是作好入土初期的控制,如發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾偏。4.1.2護(hù)筒的安裝和焊接插打?800mm鋼管樁作橋臺(tái)基礎(chǔ),插打完成中間4個(gè)護(hù)筒,安裝和焊接護(hù)筒頂部牛腿,牛腿部位的護(hù)筒用鋼板加固,焊縫高度12mm,雙面滿焊,控制好牛腿標(biāo)高。4.1.3安裝軍梁安裝六四軍用梁縱梁,檢查標(biāo)高、平面位置,安裝桁架橫聯(lián);安裝I20a橋面分配梁;安裝10mm厚橋面鋼板,與I20a點(diǎn)焊。4.2插桿木框架4.2.1確定最高水位經(jīng)調(diào)查,吳凇江歷史水位未溢出河堤(標(biāo)高2.8m),為保證圍堰的正常使用,圍堰頂標(biāo)高設(shè)為3m,比最高水位高0.41m,比常水位0.8m高2.2m。鋼板樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度24m,插入河床以下約18m,承臺(tái)底面以下10.78m。承臺(tái)為圓形,鋼板樁圍堰為圓形,預(yù)留1.5m的施工空間,鋼板樁圍堰內(nèi)徑設(shè)計(jì)為?23.5m。4.2.2擋墻基礎(chǔ)在上、下游堤岸與圍堰之間各打6根6m長(zhǎng)的?60cm鋼管樁,碼砂袋封水。在下游圍堰外順堤向插打鋼板樁臨時(shí)護(hù)岸,臨時(shí)護(hù)岸長(zhǎng)7.2m。測(cè)定岸上圍堰位置,在河堤背后進(jìn)行試探性開(kāi)挖,查明擋墻基礎(chǔ)的影響范圍。將河堤逐段向上游方向拆除,挖開(kāi)下游堤背土方,將底下的樁基礎(chǔ)拔除。4.2.3外導(dǎo)向+內(nèi)導(dǎo)向相結(jié)合插打靠近圍堰內(nèi)壁的12根鋼護(hù)筒,護(hù)筒壁厚10mm,長(zhǎng)9m,入土深度3m,采用工20a作平聯(lián),連成穩(wěn)定的框架。為確保圍堰插打精度,先安裝工20a內(nèi)、外導(dǎo)向定位架,導(dǎo)向架作上口內(nèi)外圍檁,再增加工10槽鋼作外圍檁,并在鋼板樁與圍檁之間的空隙間插打木楔夾緊。定位架與鋼護(hù)筒之間采用工20a平聯(lián)連接牢靠,然后順定位架插打鋼板樁。4.2.4接長(zhǎng)鋼板樁的圍堰鋼板樁先插打上游樁,分別向兩邊分,最后破除堤岸,在岸上合龍。先插打河上游的第1根鋼板樁,第1根鋼板樁長(zhǎng)22m,為通長(zhǎng)樁,其它樁長(zhǎng)為24m,為接長(zhǎng)鋼板樁,接長(zhǎng)鋼板樁所用鋼板為鋼板樁切割的原鋼板,以確保材質(zhì)相同,焊接縫合性能好。在第1根鋼板樁兩邊插打,逐漸向兩邊分,對(duì)打好的鋼板樁進(jìn)行檢查,并與內(nèi)外定位圈進(jìn)行連接,空隙處插上木楔,保證鋼板樁與定位圈密貼,保證插打鋼板樁圍堰質(zhì)量。插打圍堰鋼板樁,直到合龍。4.3填土?xí)r要透水,或填土安裝外圍檁對(duì)圍堰進(jìn)行加固。堰內(nèi)分層填土(40cm一層),每層基本找平后再填上一層,采用透水性好的砂土,一邊填土,一邊抽水,確保堰內(nèi)外壓力基本平衡。拆除鋼平臺(tái)橋面及縱梁。將島面填筑成中間比周邊高1m的隆起,理順排水,防止島面積水。圍堰填筑成型后,在填土頂面鋪一層碎石以增強(qiáng)其承載能力。4.4孔和注射樁的施工采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)法成孔,設(shè)沉淀池和泥漿池(可利用鋼護(hù)筒),循環(huán)造漿。泥漿采用汽車或船舶中運(yùn)至指定地點(diǎn)。4.5添加鋼模板設(shè)計(jì),安裝預(yù)應(yīng)力鋼墻(1)采用長(zhǎng)臂挖機(jī)分層開(kāi)挖、高壓水槍、吸泥機(jī)等設(shè)備開(kāi)挖承臺(tái)基坑,泥土采用汽車和輪船運(yùn)到環(huán)保部門指定的棄土場(chǎng)。(2)大面開(kāi)挖到標(biāo)高+1.1m時(shí),安裝第一道圍檁(0.4×0.4m雙室鋼箱)。第一層內(nèi)圍檁采用10mm的鋼板自行加工成圓形鋼箱。內(nèi)圍檁在加工場(chǎng)加工成8個(gè)組件,采用履帶吊吊裝至設(shè)計(jì)位置。在鋼板樁側(cè)壁上焊接牛腿,圍檁安裝在牛腿上。第一層內(nèi)圍檁安裝完畢后,進(jìn)行內(nèi)支撐安裝,內(nèi)支撐與圍檁間采用焊接。內(nèi)支撐安裝完畢,方可進(jìn)行下層開(kāi)挖。(3)邊開(kāi)挖邊抽水,分層開(kāi)挖,5#墩大面開(kāi)挖到標(biāo)高-2.25m和-5.021m時(shí),安裝鋼筋、模板、焊錨固鋼筋、安裝塑料隔膜,各澆注C40圍檁混凝土(1.1×1.1m)。(4)5#墩大面開(kāi)挖到標(biāo)高-7.021m時(shí)(6#墩開(kāi)挖到標(biāo)高-7.221m),澆注1×1mC40混凝土(連續(xù)墻第一次澆筑)。(5)5#墩大面開(kāi)挖到標(biāo)高-8.021m時(shí)(6#墩開(kāi)挖到標(biāo)高-8.221m),安裝模板、鋼筋、并與上層墻體鋼筋相連、安裝塑料隔膜,澆注1m高、0.5m寬C40混凝土(連續(xù)墻第二次澆筑)。連續(xù)墻豎向分節(jié)開(kāi)挖,分節(jié)施工澆注,連續(xù)墻高度共4m。4.6確定封底混凝土作為承臺(tái)底標(biāo)高(1)連續(xù)墻完工,強(qiáng)度達(dá)到75%后,繼續(xù)開(kāi)挖,比承臺(tái)底超挖1m,基底找平,澆注1m厚封底混凝土,并在坑底四周預(yù)留排水溝、積水坑等。封底頂標(biāo)高即為承臺(tái)底標(biāo)高,封底采用C20混凝土。為保證以后鋼板樁好拔出,在鋼板樁與封底混凝土之間10mm厚的泡沫板作隔離層,以便于以后鋼板樁拔出。(2)封底混凝土與承臺(tái)混凝土分開(kāi)。封底時(shí),精確測(cè)量,嚴(yán)格控制封底混凝土頂面標(biāo)高,高鑿平,低墊平,使封底混凝土不侵占承臺(tái)截面,確保承臺(tái)底面標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。(3)作水下封底應(yīng)急預(yù)案,作好水下封底的準(zhǔn)備,施工中作好觀察,如出現(xiàn)基礎(chǔ)底部發(fā)生隆起、管涌流量大等情況,停止干處挖基,改成水下挖基,水下封底。4.7防裂劑的防裂劑施工以連續(xù)墻作模板,澆注下承臺(tái)混凝土。承臺(tái)為大體積混凝土,采用埋設(shè)冷卻水管、減小澆注層厚、覆蓋養(yǎng)生等溫控防裂措施。(詳細(xì)施工工藝不在贅述)。5為鋼渣邊坡施工引入的質(zhì)量控制措施5.1對(duì)稱插打鋼板樁(1)鋼板樁打設(shè)之前,在鉆孔平臺(tái)周圍用工20a設(shè)置定位導(dǎo)向架,定位架要安裝精確,固定牢靠,保證鋼板樁的插打精度。(2)為了確保插打位置準(zhǔn)確,第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。插打在導(dǎo)向架上設(shè)置一個(gè)限位框架,大小比鋼板樁每邊放大1cm,插打時(shí)鋼板樁背緊靠導(dǎo)向架,邊插打邊將履帶吊鉤緩慢下放。這時(shí)在互相垂直的兩個(gè)方向用經(jīng)緯儀觀測(cè),以確保鋼板樁插正、插直,然后以第一根鋼板樁為基準(zhǔn),再向兩邊對(duì)稱插打鋼板樁。(3)在整個(gè)鋼板樁圍堰施打過(guò)程中,開(kāi)始時(shí)插一根打一根,即將每一片鋼板樁打到設(shè)計(jì)位置,到剩下最后5片時(shí),要先插后打,若合龍有誤,用倒鏈或滑車組對(duì)拉使之合龍,合龍后,再逐根打到設(shè)計(jì)深度。(4)在鋼板樁鎖口內(nèi)涂黃油,安置吊點(diǎn),根據(jù)履帶吊起重高度可在樁頂利用拔樁孔系千斤頂,如起重機(jī)高度不夠,可用鋼絲繩在鋼板樁1/3以上處捆扎,捆扎處有夾板,并墊有木塊,膠皮以防滑移和受力后吊點(diǎn)處鎖口變形。(5)在鋼板樁下端系攬風(fēng)繩2根,履帶吊起吊鋼板樁接近垂直狀態(tài)時(shí),利用攬風(fēng)繩控制正反方向。(6)鋼板樁就位下插,第一片鋼板樁沿活動(dòng)導(dǎo)向下插是整個(gè)圍堰的基準(zhǔn),要反復(fù)測(cè)量檢查,使其方向垂直,位置準(zhǔn)確,必要時(shí)可加輔助設(shè)施,控制樁在導(dǎo)向內(nèi)的位置。(7)復(fù)核樁的垂直度、位置,認(rèn)可后進(jìn)行插打。使鋼板樁(第一片或第一組)下沉到河床設(shè)計(jì)標(biāo)高,其它鋼板樁則以插打好的樁為準(zhǔn)。(8)在插打過(guò)程中,鋼板樁下端有上擠壓,鋼板樁鎖口和鎖口之間縫隙較大,上端總會(huì)產(chǎn)生向遠(yuǎn)離第一根鋼板樁的方向傾斜。因此,每打四五根鋼板樁就要用垂球吊線,將鋼板樁的傾斜度控制在1%以內(nèi),超限時(shí)給予糾偏(一次性糾偏不能太多,以免鎖口卡住)。當(dāng)鋼板樁偏移太多時(shí),采用多次糾偏的方法逐步減少偏移量,若因土質(zhì)太硬糾偏困難時(shí),采用四滑輪組糾偏。5.2鋼板樁表面鎖口設(shè)置檢查鋼板樁整體質(zhì)量的均勻性,發(fā)現(xiàn)孔洞缺口,要封補(bǔ)嚴(yán)密,防止漏水。抽水時(shí)如發(fā)現(xiàn)有滲漏,用潛水工下水在鎖口處填塞棉絮、砂等堵漏。鋼板樁表面鎖口部位噴射止水帶。在鋼板樁施打過(guò)程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫,采用順著鋼板樁的接縫下溜較干細(xì)砂的方法,借助水壓力將細(xì)砂吸入接逢內(nèi)而達(dá)到堵漏的目的。5.3確定圍堰結(jié)構(gòu)和材料規(guī)格在承臺(tái)開(kāi)挖時(shí),要分