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水中承臺沉井圍堰施工技術(shù)研究

2015-09-30 532 0

   摘要:本文針對府河黃河大橋的當?shù)氐乩?、水文、氣候條件,為避免黃河水位受汛期變化等對工期安排產(chǎn)生不確定因素的影響,提出采用不封底沉井法施工河道內(nèi)承臺及墩身,既緩解了工期壓力,又節(jié)約了成本,保障了施工進度的要求。
 
  1工程概況
 
  府河黃河大橋加寬工程位處于陜西最北端秦、晉、蒙交界處,起自收費廣場,線路長939m,橋全長827.96m,橋位河段位于天橋電站庫區(qū),屬于峽谷型河道。水深4~6米,河床比降0.298‰,百年一遇設計洪峰流量Q1/100=15600立方米/秒,橋位河段穩(wěn)定封凍期為90天左右,多年平均流冰量為0.993億m3,實測最大日平均流冰量592m3/s,最大冰塊144m2,冰厚0.8m。河段內(nèi)夏汛期一般為7~9月,持續(xù)90天左右。府河黃河大橋共16跨,其中6號至15號全部位于黃河河道內(nèi),橋梁設計采用鉆孔樁基礎,C30混凝土矩形承臺,承臺尺寸最大9.5×10.3×3m,最小為:8.3×9.5×2m。因此如何保證施工不受黃河受汛期變化的影響,避開汛期完成水中基礎及承臺墩身作業(yè)是該工程的重難點。

  2工藝原理
 
  沉井施工時為克服下沉時的土壓力和水壓力先制作刃腳,刃腳收階成井壁。然后利用挖土設備對稱均勻挖出井內(nèi)土層,沉井借助自身的重量來克服井壁與土層之間的摩阻力,不斷下沉至設計標高。隨沉井的不斷下沉,井內(nèi)地下水由設于井內(nèi)的潛水泵抽出,最后澆筑墊層混凝土替代傳統(tǒng)施工中的墊層混凝土及沉井封底施工。
 
  3施工工藝流程及操作要點
 
  3.1沉井施工工藝流程
 
  平整場地→測量放線→開挖基坑→沉井制作→沉井下沉→墊層混凝土澆筑。
 
  3.2沉井制作
 
  3.2.1制作順序
 
  場地整平→放線→挖土2m深→夯實基底→抄平放線→鋪砂墊層→挖刃腳土模→綁扎鋼筋→支刃腳、井身模板→澆筑混凝土→拆模、養(yǎng)護
 
  3.2.2地基處理
 
  沉井制作時一般先挖土2m深以減少下沉工程量,沉井制作前先對下挖土坑進行處理,以防地基不均勻下沉引起井身裂縫。處理方法采用砂、砂礫、碎石墊層。
 
  3.2.3刃腳支設
 
  由于沉井尺寸及下沉高度較小,經(jīng)計算承載力復核要求,對沉井制作時引起的不均勻沉降無太大影響,所以采用在基坑底夯實地基上直接開挖出刃腳,再綁扎刃腳鋼筋及井壁預埋筋,澆筑刃腳混凝土采用土模的方式直接澆筑刃腳,這樣既方便施工,又節(jié)省了時間。
 
  3.2.4井壁制作
 
  ⑴制作方式
 
  由于沉井為不封底型式,在沉井下沉完畢,墊層混凝土澆筑完成后,沉井內(nèi)還會出現(xiàn)水流,所以考慮沉井比承臺尺寸三面放大30cm(保證承臺尺寸),一面放大1m(承臺施工時抽水),沉井制作時中間設排水溝、集水井,使地下水位降至比基坑低約0.5m。此橋最大沉井高度為9m,分兩節(jié)制作。
 
  ⑵鋼筋綁扎
 
  綁扎順序為:先內(nèi)后外,由下至上。在預埋筋的基礎上接長豎向筋,如沉井分節(jié)支座,則接長至比施工縫高出50~100mm,錯開接頭。水平筋分段綁扎,與前一節(jié)井壁連接處伸出的插筋采用焊接連接,接頭錯開1/4,以保證鋼筋位置正確,用水泥砂漿墊塊控制砼保護層厚度。
 
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  沉井模板采用定型鋼模組裝而成,每節(jié)模板的長度定成5m。采用模板支設時先支井內(nèi)模,一次支到比施工縫高約500mm處,豎縫處用方木支撐在內(nèi)部腳手架上,外模亦一次支到施工縫略高500mm處,豎縫亦用木方或腳手管桿與外腳手架緊固。模板支設時內(nèi)設鋼筋撐子以保證井壁的厚度,設鋼筋對拉片以使外模穩(wěn)固,增強模板整體的穩(wěn)定性。模板支設過程中應進行垂直度、平整度校正。
 
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  混凝土澆筑采用混凝土儲料斗儲料,吊車運送混凝土至澆筑口均勻澆筑。
 
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 ?、賾獙⒊辆譃槿舾啥瓮瑫r對稱澆筑,每層厚度300mm,以避免造成地基不均勻下沉或傾斜;
 
 ?、诨炷翍淮芜B續(xù)澆筑,第一節(jié)混凝土強度達到70%后方可澆筑下一節(jié);
 
  ③為使井壁達到抗?jié)B要求,上下水平的接縫應采用凸形水平縫,水平縫處沖洗鑿毛處理后,再繼續(xù)下一節(jié)澆筑,并在下一節(jié)澆筑前先澆一層半石子混凝土。
 
  3.3沉井下沉
 
  沉井下沉時應具有一定強度,第一節(jié)混凝土達到設計強度的90%,其上一節(jié)達到70%后,方可開始下沉。
 
  為遇到障礙物便于處理,下沉過程中便于控制,沉井下沉采用內(nèi)排水、內(nèi)開挖施工法。
 
  3.3.1下沉排水方法
 
  為便于施工,節(jié)約成本,采用井內(nèi)設集水井的方法。在集水井內(nèi)放置潛水泵排水,潛水泵隨沉井的下沉而下降,直至沉井下沉至設計標高。
 
  3.3.2下沉挖土方法
 
  采用井內(nèi)人工挖土,由設于井外的提升設備將土從井內(nèi)移出。人工挖土的方法隨土質(zhì)情況而定,一般方法如下:由沉井中間開始向四周,每層挖土0.4m~0.5m,沿刃腳周圍保留0.5m~1.5m土堤,然后再沿沉井壁,每2m~3m一段向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻的削薄土層。刃腳下方土方邊挖邊清理。
 
  3.4墊層混凝土施工方法
 
  當沉井下沉至比承臺設計標高低0.3m時,刃角底部處于強風化巖層,沉井基本趨于穩(wěn)定經(jīng)觀測在8h內(nèi)累計下沉量不大于10mm時,即可進行混凝土墊層施工,墊層厚度為0.3m,在放大1m側(cè)開挖比其他開挖底面低100cm深積水坑,墊層施工前先采用編織袋裝入砂土,沿井壁四周至積水坑堆置成排水溝,讓井內(nèi)涌水順水溝流至集水井,利用水泵將水抽出,在水溝上放置竹膠板做蓋板,然后在竹膠板上澆筑墊層混凝土,積水坑位置不澆筑混凝土,由于集水井比其他地方低,所以地下水始終保持在墊層混凝土以下。待墊層混凝土強度達到70%時,鑿出樁頭,樁基監(jiān)測后綁扎承臺鋼筋及澆筑承臺混凝土,最后回填基坑,進行上部結(jié)構(gòu)施工。
 
  3.5控制與觀測
 
  沉井施工中,經(jīng)常遇到傾斜偏移、容易開裂、下沉過快過慢停沉、超欠下沉等問題,在施工中及時觀測,發(fā)現(xiàn)沉井偏斜時,立即進行糾正。
 
  3.5.1監(jiān)測方法
 
  ⑴沉井位置的控制:在沉井外部地面及井壁頂部設置縱橫十字中心線,并通過全站儀經(jīng)常測量和復核,控制沉井位置。
 
 ?、瞥辆畼烁叩目刂疲涸诔辆陧斆嬖O置水準基點,在下沉前及下沉中隨時觀測點位高程及相對高差,確保沉井高程控制及確定是否傾斜。
 
 ?、浅辆怪倍鹊目刂疲撼辆鲁燎霸诰趦?nèi)側(cè)用垂球作出垂直軸線的標記,挖土時,應隨時采用垂球觀測沉井的垂直度,若發(fā)現(xiàn)垂球偏離墨線即確定沉井傾斜,應及時采取糾偏措施。
 
 ?、瘸辆鲁量刂疲涸谕鈧?cè)井壁上的四個側(cè)面用墨線彈出標尺,用水準儀及時觀測沉降值。
 
  ⑸地質(zhì)變化時的控制:沉井下沉時,會遇到四周地質(zhì)不同,承載力不均勻的情況,在施工時先開挖沉井中間部分的土,再分段對稱開挖地基承載力較好側(cè)土并及時用砂礫回填夯實,待巖層部分都開挖完回填后,再整體對稱均勻開挖下沉。
 
  3.5.2監(jiān)測要點
 
  ⑴在挖土時,隨時觀測垂直度,發(fā)現(xiàn)傾斜時,立即進行糾正。
 
 ?、瞥辆鲁習r應加強位置、垂直度和標高的觀測,每天至少觀測兩次,并做好記錄。
 
 ?、侨绨l(fā)現(xiàn)傾斜、位移和扭轉(zhuǎn)時應及時糾正,使偏差控制在允許的范圍內(nèi)。
 
  3.5.3沉井傾斜糾偏措施
 
 ?、牌谕良m偏法
 
  當沉井入土較淺,糾正傾斜時,可采取在沉井刃腳高的一側(cè)進行挖土,以減少此側(cè)下沉的阻力,使偏差在下沉過程中逐步糾正。
 
  ⑵增加偏土壓或偏心壓重糾偏法
 
  在沉井傾斜低的一側(cè)回填砂或土,使低側(cè)產(chǎn)生的土壓力大于高側(cè)的土壓力,也可在沉井高側(cè)壓重使該側(cè)刃腳下的應力增大,從而達到糾偏的作用。
 
 ?、浅辆恢门まD(zhuǎn)時的糾正方法
 
  沉井位置如發(fā)生扭轉(zhuǎn),采用對角偏除土,借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩,使沉井在下沉過程中逐步糾正其位置。
 
 ?、扔龉率瘜е聝A斜的糾正方法
 
  沉井下沉時,遇到孤石會導致沉井傾斜,應掏空周邊土撬出孤石,然后回填砂礫,若撬出較困難時,采用風鎬破碎成小塊后清除。
 
  4結(jié)束語
 
  采用本工藝施工在傳統(tǒng)工藝基礎上省去封底工序,工序簡單,質(zhì)量可靠,施工中采用原地預制,井內(nèi)開挖,土方工程中無需放坡,不超挖,地下水采用井內(nèi)排水,無需井點降水,因此對周圍固有土壤不造成影響,節(jié)約了成本,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

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