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1、钢围堰环形封底在深水扩大 基 础 施 工 中 的 应 用 何 志 X (铁道部第十四工程局) 提 要 围堰封底一般采用全封法施工,信江桥深水扩大基础钢围堰封底采用环封法,取得成功。 本文对环封法作一般介绍,重点介绍了该桥环形封底中发生的质量问题及采取的施工措施,可供 同类型基础施工借鉴。 主题词 钢围堰 环形封底 信江桥 扩大基础施工 应用 浙赣复线贵溪信江大桥是浙赣复线控制工期的工程。该桥1994年9月开工, 1995年11 月建成通车。 全桥24个双线墩台, 11个水中墩基础,其中7个墩设计为扩大基础。 钢围堰是扩 大基础施工的必备条件,围堰封底是基础施工成功的关键。为确保工期,降低成本,
2、 7个钢围堰 采用环形封底施工方法。 经过9个月紧张施工, 6个墩扩大基础采用环形封底,取得成功 (10 号 墩扩大基础因环形封底失败改为钻孔桩基础)。现把围堰环形封底施工方法介绍如下。 1 工程概况 1. 1 桥位概述 信江桥在江西省贵溪县城北郊跨越信江。 信江是长江流域鄱阳湖水系的三大河流,因桥位 下游4. 7 km处有一个以发电为主的滚水坝,回水影响至桥位上游2. 0 km处。桥位枯水季节 江面宽400 m ,水深7. 0 m左右;设计水流速度2. 66 ms。 桥位河床覆盖层为砂夹卵砾石,厚1. 03. 0 m ,以下是极严重风化的红砂岩,厚约4. 0 m; 再下是严重风化的红砂岩,厚
3、2. 04. 0m ,直至颇严重风化的红砂岩。施工中发现,基岩面 由于常年流水的冲刷、 冲沟满布,最大沟深50 cm。当地年降雨量较大, 57月份为雨季,降雨 频繁, 6月份为洪水期,施工水深在8. 0 m15. 0 m间变化,水上施工很难。 1. 2 大桥设计简介 信江特大桥全长798. 34 m ,桥式布置为:杭州方设1032 m普通预应力钢筋混凝土梁, 1998年3月 第1期(总 57) 铁 道 工 程 学 报 JOURNAL OF RA I LWA Y EN GI N EER I N G SOC IETY M arch 1998 No. 1(Ser. 57) X本文收稿日期: 1998
4、0118 何 志 高级工程师 铁道部第十四工程局总工程师 邮编: 250014 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 中间通航孔设248 m半穿式钢桁架梁,株州方设1132 m普通预应力钢筋混凝土梁, 24个 双线墩台, 7#17#为水中墩, 7#9#、17#墩为钻孔桩基础, 10#16#墩为扩大基础,基底嵌 入基岩5. 06. 0 m。 2 水中墩扩大基础施工方案 2. 1 围护结构 围护结构是扩大基础施工的必备条件。该桥为双线墩,基础尺寸较大,围护结构不宜采用 混凝土薄壁沉井,确定采用
5、钢围堰。 经分析比较,圆形围堰受力较好,整体式较组合式防透水性 较好,单壁较双壁节省钢材且能满足结构要求。最后确定采用整体式单壁钢围堰。 2. 2 围堰挖土下沉方法 根据设计提供的地质资料,河床覆盖层为砂夹卵砾石,无大漂石,确定采用空气吸泥机挖 土下沉。为确保顺利施工,备用抓斗,防止出现大漂石。施工证明,采用抓斗效率高,因此施工 中挖土以抓斗为主,仅清底时采用空气吸泥机。围堰下沉深度,拟定方案时考虑基岩表层极严 重风化,有可能嵌入基岩0. 30. 5 m ,施工中发现,表层基岩比较坚硬,开挖困难,围岩韧脚只 能置于基岩面。 2. 3 围堰封底 该桥7个钢围堰均置于基岩面,封底后抽水,再开挖基坑
6、。 用于临时围护结构的围堰封底, 不管是钢筋混凝土薄壁沉井,还是钢板桩围堰、 钢套箱、 单双壁钢围堰,一般采用全封法封底。 该桥扩大基础施工,采用全封法施工增加了封底和基坑开挖工程数量,不仅影响了工期,而且 加大了成本;如基坑开挖部分不封底,仅环围堰周边封底(即环封法 ), 虽经济合理,但增大了施 工难度。环封法在浅水基础施工中有工程范例,在深水基础施工中无成功经验。在缺少施工资 料,又无法进行试验的情况下,我们从围堰稳定计算理论、 地质条件、 施工工艺等进行了全面分 析。首先从浮力计算理论分析,一个物体在水中的浮力是由于上下水压力差产生,若无水压力 差,物体则不受浮力影响。围堰置于不透水层,
7、如果封底后不透水,无上下水压力差,围堰则不 会受浮力而浮起。从理论上分析,环封法是可行的。从地质条件和施工工艺分析,该桥围堰韧 脚均置于基岩上,基岩整体性好,为不透水层,施工中认真清底、 堵漏,严格控制封底混凝土施 工工艺,封底混凝土与基岩密封可以做到(施工证明封底混凝土与基岩绝对密封不透水是做不 到的)。另外,基岩表面不平,封底混凝土与基岩间有一定的粘结力,围堰稳定性有一定的安全 储备。基于以上分析,最后确定采用环形封底施工方法。 3 围堰环形封底施工方法及关键施工技术 3. 1 环形封底施工方法 围堰环形封底,首先要确定封底混凝土高度和宽度两个主要技术参数。 根据钢围堰内侧圆 34第1期何
8、志:钢围堰环形封底在深水扩大基础施工中的应用 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 形桁架的高度和韧脚高度,封底混凝土高度、 宽度均应在1. 5 m以上,考虑清底及水下混凝土 施工质量影响,为确保封底成功,确定宽度为2. 0 m ,高度为1. 52. 0 m。(见图 1) 图1 环形封底混凝土示意图 其次是设计安装组合式钢内模,为避免混凝土不连续灌注发生质量问题,内模设间隔板, 封底混凝土分块灌注。 另外,根据施工规范规定,并借鉴有关资料,制定施工细则,做好清底、 堵 漏、 混凝土配合比设
9、计、 混凝土拌合、 运输、 导管布置、 水下混凝土灌注。为提高混凝土和易性, 防止混凝土离析,掺加UWB23型絮凝剂和UN F25型减水剂。待水下混凝土达到设计强度后, 抽水开挖基坑。 3. 2 环形封底关键施工技术 环形封底仅靠围堰周边封底混凝土防渗水、 防漏水,封底施工质量要求很高。虽然环形封 底施工方法比较简单,但确保封底混凝土防渗水、 防漏水并不容易。 由于缺乏施工经验,先期施 工的10#、11#、12#、13#四个围堰环形封底多次出现质量问题。10#墩三次环封均失败,改为 钻孔桩基础; 11#墩一次成功; 12#墩第三次环封成功; 13#墩第二次环封成功。 为了便于分析比 较,四个墩
10、封底情况列表归纳(见3表)。在总结四个围堰环形封底经验和教训的基础上, 14#、 15#、16#墩三个围堰环形封底改进施工措施,认真控制施工质量,均一次成功。我们体会到,把 握好几个施工环节,是环形封底成功的关键。 下面把施工中出现的质量问题及采取的施工措施 总结如下。 3. 2. 1 清底和堵漏。10#墩第一次及第二次封底均未成功,抽水至封底混凝土顶面时,施工人 员可明显看到封底混凝土底面向围堰内涌水,潜水员检查,围堰局部韧脚下有覆盖层约40 cm。经分析,一是围堰未全部沉至基岩面,二是基岩面冲沟多清底不彻底。为保证围堰韧脚下 清底质量,吸泥管端部增设弯头,并派潜水员掌握吸泥管,防止出现漏吸
11、部位。清底后认真检 查,并对韧脚下用砂袋堵漏。 3. 2. 2 控制灌注封底混凝土时的施工水位 10#墩第三次封底, 13#墩第一次封底, 12#墩第二次封底均未成功。 经分析,主要是灌筑混 凝土时堰外施工水位升高,堰内外产生水压差,堰底流水将新浇筑封底混凝土水泥浆冲走,导 44 铁 道 工 程 学 报1998年3月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 致封底失败。为防止围堰内外出现水位差,冲走新灌注混凝土水泥浆,灌注混凝土应避开雨天 施工。另外,当围堰外水位升高时,停止施工,向围堰内注
12、水,使围堰内外水位保持平衡。 3. 2. 3 缩短水流对封底混凝土的冲刷时间 11#墩封底93天后,桥墩施工已全部完成,封底混凝土底部涌水; 12#墩封底42天后,墩 身正在施工,封底混凝土底部涌水。经分析,认为流水一般冲刷和局部冲刷使封底混凝土与基 岩面间局部受到破坏,导致围堰底部涌水。 为缩短水流对封底混凝土的冲刷时间,基坑开挖、 基 础、 墩身应连续施工,缩短施工时间。 3. 2. 4 控制封底混凝土的质量 从几个墩抽水后检查,影响封底混凝土质量主要有以下几个环节。 一是首次灌筑初存量不 足,导管埋入深度不够。二是掺加絮凝剂的混凝土灌筑施工工艺不成熟,导管的设置及拔管的 高度不当,混凝土
13、出现离析。 三是导管移动距离控制不严,灌筑时对高度量测不准,使局部封底 高度不够。另外,混凝土拌合、 运输应按规范要求严格控制。 3. 2. 5 控制封底混凝土的宽度 12#墩围堰第二次封底,由于对环封法认识不足,封底面积过大(见封底示意图 ), 抽水时 围堰和封底混凝土同时浮起近2. 0 m。经分析,混凝土底部涌水产生很大浮力,可见封底混凝 土宽度不适当会导致环形封底彻底失败。环形封底的理论依据是封底混凝土与基岩面密封不 透水,围堰不致因浮力失稳。 由于水下施工,质量难控制,封底后难免有渗水、 漏水,围堰会受浮 力影响。 如按浮力检算围堰稳定,经计算封底混凝土高度不变时,浮力随宽度增加而增大
14、;封底 混凝土宽度不变时,浮力随高度增加而减小(表1、 表 2) 。 因此,确定封底混凝土技术参数时,宽 度应适当减小,高度应适当增加。 图2 10#墩底部位图 54第1期何志:钢围堰环形封底在深水扩大基础施工中的应用 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图3 10#墩底示意图 表1 环封混凝土高度不变,浮力与宽度的关系(高度1. 5m) 项目 (m) 宽度 2. 02. 53. 03. 54. 04. 5全 封 封底混凝土面积(m 2) 107130151170188205283 自重
15、浮力差(kN)2 8703 5904 2704 8905 4806 0108 520 表2 环封混凝土宽度不变,浮力与高度的关系(宽度2. 0m) 高 度 (m)1. 52. 02. 53. 0 自重浮力差(kN)2 8701 697520- 657 备注:表中浮力计算围堰外径采用19. 0 m 围堰自重采用55 t 水深按6. 5 m计 封底混凝土比重 C= 2. 2 tm3 3. 2. 6 围堰顶宜压重 清底、 堵漏及封底混凝土灌注,均为水下作业,施工困难,质量不稳,封底混凝土与基岩完 全密封很难保证,渗漏水难免,为增加围堰稳定性的可靠度,确保一次成功,围堰顶宜压重,以 平衡无法计算的浮力
16、。压重吨位,根据施工经验,建议不超过环形封底部分产生的浮力。 64 铁 道 工 程 学 报1998年3月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表3 10#、11#、12#、13#墩钢围堰环形封底情况表 项目 墩号 第 一 次 封 底第 二 次 封 底第 三 次 封 底 封底 情况 抽水 情况 抽水效果及分析 封底 情况 抽水 情况 抽水效果及分析 封底 情况 抽水 情况 抽水效果及分析 10# 1. 28 27. 3 2. 06 27. 6 围堰内水位降至 封底混凝土顶面 时可看到底部大 量涌水,刃脚局部 未沉至基岩面,冲 沟清底差,混凝土 水泥浆被水冲走 2. 21 27. 5 3. 04 27. 1 围堰内水位降至 封底混凝土顶面 以上0. 5 m时,涌 水明显。三处涌水 认为是冲沟内覆 盖层未清除。 5. 07 28. 0 5. 22 28. 8 堰内水位降至 封底混凝土顶 面以上0. 5 m 不再下降。灌筑
