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1、浅谈深基坑土围堰的施工路桥工程设计与施工韩晓斌南通市交通建设咨询监理有限公司江苏南通226005摘要:深基坑施工一般都采用钢板桩围堰施工的方法,但钢板桩的成本较高,给工程带来了很大的经济负担,结合江苏南通地区土质的特点,在焦港河大桥的主墩承台施工中,使用了土围堰后大开挖的施工方法.关键词:深基坑土围堰钢板桩施工焦港河大桥位于焦港村境内,在334省道K101+919.4跨越焦港河,桥梁中心线与河道中心线正交.桥位处焦港河现有河口宽95m左右,水面宽约72m,焦港河为规划级航道.焦港河大桥主桥桥梁通航净空尺寸707m,设计最高通航水位3.187m.总体跨径布置为825m+48m+80m+48m+8
2、25m=576m.桥面宽度12.75m+0.5m+12.75m=26m.主桥采用48m+80m+48m三跨预应力变截面连续梁跨越焦港河,两侧引桥各采用825m先简支后连续部分预应力砼组合箱梁.主桥中墩采用扁柱式墩,低桩承台,钻孔灌注桩群桩基础.主墩承台厚3.0米,平面尺寸为10.6m10.6m,承台底标高为一4.5米,基桩为3排共计9根,直径1.5米钻孔灌注群桩,纵横桩间距3.8米.主墩灌注桩施工结束,进行承台施工.承台施工采用围堰,围堰后进行大面积开挖.根据要求,整个承台围堰平面尺寸控制为2613m.设计图纸中9#,10#主墩承台底标高为.4.5m,经初步计算,采用台阶开挖法,开挖面形成1:
3、1坡面,同时承台底浇筑0.3m厚的封底混凝土以满足承台的施工工艺需要.承台施工时处于枯水期,现实测水面标高2.0m,围堰顶高程按3.0m控制.围堰顶宽详见平面图.施工后期根据水位变化情况,必要时采用袋装沙土的方式把围堰加高13m.1,围堰施工1.1施工准备施工准备的充分与否,直接影响围堰施工的进度,质量和安全,它包括以下几方面的内容:技术准备:针对施工过程的各种工况对围堰进行验算,包括开挖面坡度的确定,围堰坡面的防护验算,制定出切实可行的基坑开挖和基坑支护方案以及技术等,专家组论证通过后,经监理组,总监办审批.计算过程如下:1.2计算取值因9,10#主墩处地质情况基本相同,因此在计算时以1墩处
4、的地质情况为计算依据.(1)地层地质情况,根据工程地质勘察报告,10#主墩处地质情况为:标高1.70m5.8m范围内为粉土夹粉砂,标高一1.Om1.7m范围内为粉砂,标高-18.40m一1.0m范围内为粉砂.实测水面标高1.5m,承台处实测河床平均标高lm,承台底标高一4.5m.主要力学参数为:粉质夹粉砂:土的重度v=19.2kN/m,土的内摩擦角=15.9.,土的黏聚力c=21kPa;(2)水面标高取+1.5m,考虑围堰周围部分土体挖除,土面标高取+2.0围堰防护后,清除围堰内挖掘采用长臂挖掘机或人工配合吊车进行承台基坑开挖,开挖坡面采用l:1的坡度进行放坡,第一次开挖约至一1m标高位置,并
5、在标高一lm位置设置宽度为2米的台阶.台阶平面回填5%水泥土30cm,整平碾实后继续采用长臂挖掘机或人工配合吊车开挖约至一4.6m高程位置,余下20cm采用人工加机械进行整理以防止超深.开挖坡面采用1:1的坡度进行放坡,开挖至承台底以下0.3m(标高为-4.8m)位置.1.3开挖至一lm处时边坡的高度验算,稳定性验算内摩擦角15.9;土壤的稳定坡角45.(1:1)I黏聚力21kPa;土壤容重19.2kN/m(浮重度9.2kN/m)H为边坡临界高度,c土壤粘聚力(kPa),R土壤容重(KN/M3)N为稳定系数(由边坡的坡度角及土壤内摩擦角而定的系数)查表得N为0.08(实用土木工程手册泰罗氏边坡
6、稳定验算法)232ChinaScience&TechnologyOverviewN-C/(rh1=u.08H=C/(rN)=21/(19.20.08)=13.67m>3.5m边坡临界高度大干实际开挖高度,开挖高度符合符合要求.由此得出此时边坡是稳定的.1.4开挖至一4.5m处时边坡的高度验算内摩擦角15.9.;土壤的稳定坡角45.(1:1);黏聚力21kPa;土壤容重19.2kN/m(浮重度9.2kN/m)H为边坡允许高度,C土壤粘聚力(kPa),R土壤容重(KN/M3)N为稳定系数(由边坡的坡度角及土壤内摩擦角而定的系数)查表得N为0.08N=C/(r术h1=0.08H=C/(
7、rN)=21/(19.20.08)=13.67m>6.8m边坡临界高度大于实际开挖高度,开挖高度符合要求.由此得出此时边坡是稳定的.1.5围堰木桩验算基坑开挖开挖至标高为-lm,水面标高为+1.5m,河床底标高为一1.5m,围堰顶标高为2.5ITI.木桩长8m,木桩顶标高3m,底标高一5m.此时基坑深度H=2.5+1=3.5m.围堰周围土层以均质土对待,其力学参数取各层土的加权平均值.即:土的重度v=19.2kN/m(浮重度v浮=9.2kN/m),土的内摩擦角=15.9.,土的黏聚力c=21kN/m2;主动土最大压力强度:pa土=v浮Htg2(45.一,一2ctg(45.一=9.26.5
8、2(45.一孚一221tg(45.一孚=2-374kIm主动水最大压强pa水=v水H=103=30kN/m2强度叠加后:P=2.37+30=32_37采用20cm的槐树,经查表得槐树的径向极限强度为74.7,大干所施加的强度,满足要求,围堰是安全的.1.6基坑涌水量及排水的计算根据已知条件,基坑尺寸为1426”7m,该基坑所在土层为粉砂层,紧位于焦港河岸边,设计图纸提供地下水位2.12.8m,故采用管径井点降水.基坑总涌水量计算Q=I.366K=158m/dK为渗透系数取(5m/d)Q管井系统总涌水量H抽水影响半径为R的一点水位N管井数xoN想半径S井点群重心处水位降低值X1,X2,X3.XO
9、各井点至井点群的重心距离深井泵采用6JD364型号,该型号查表得知流量36(m3/h),扬程38(m)本工程共设置了12I:1管井(中3O20m),每个管井放置一个深井泵,总流量为:Q=36.12=432m/h>158经计算,能够及时的降水和排水,符合要求.1.7基坑底管涌验算基坑开挖到底后,由于内外水头差,极有可能出现管涌现路桥工程设计与施工象.抗管涌安全系数为K,不发生管涌的条件为:kl5k一式中字母含义v浮:土的浮重度h:水位到基坑底的距离Y水:地下水的重度t:钢管桩的入土深度(桩底到基坑的距离)不考虑封底混凝土的影响,各字母数值如下:Y浮=9.2kN/m3,h=7m,Y水=10k
10、N/m.t-5.2m则k.9.2(7+25.2),(710)兰寰2.2>1.5抗管涌方面满足安全要求.(1)人员准备:围堰施工范围大,工序多,并且连续性要求高,因此配备若干名技术人员.技术工人及特殊工种主要包括打桩工,起重工,电焊工及各种司驾人员,根据施工进度安排配备.合理组织和配备劳务人员,满足施工需求.(2)施工机具准备:起重机具用于各类构件的起吊,安装和拆卸,主要配备汽车吊.DZ45A电动振动桩锤主要用于木桩,钢管桩的打入施工.(3)施工材料准备:根据施工方案,施工材料种类较多,数量较大,施工材料的准备工作充分与否直接影响围堰施工的顺利进行.施工材料主要有早强水泥,蛇皮袋,打入桩材
11、料,支撑材料,施工作业平台材料等.2,打木桩测量人员放出承台位置,按l:1的坡度及宽度为1米的台阶外侧计算得出插打木桩的位置.木桩的直径不小于2O厘米,长为68米,排距为1米.打入深度不小于3m,内侧在基坑迎河面二层坎上打钢管桩,排距按lm计算.经计算,应打入标高一10m左右.各项工作就绪后,打设定位桩.施工时,首先控制好第一根角桩的垂直度.在打桩过程中用仪器从两个相互垂直的方向同时控制,同时对木桩以及钢管桩进行横向联结,确保垂直不偏.3填筑堰体打入木桩,钢管桩插打结束后,即迎河面使用编织袋装土垒堰体,加竹筏片和塑料彩条布铺满,防止船只行驶产生波浪的冲刷.堰体水位以上填筑5%水泥土.具体的施工
12、流程为:竹茬片和墨料影条描迎水面围堰平面图打入桩插竹靶和塑料布外侧加三层用编织袋装土垒堰体填筑堰体碾压养生一周具体的结构如图所示:4基坑开挖一围堰内基坑采用干挖法进行施工.完成打入桩的工作后,在+2.5m位置设置宽度为3米的堰体.外口使用竹筏片和彩条布防止船只行驶产生的浪水冲刷.清除围堰内挖掘采用长臂挖掘机或人工配合吊车进行承台基坑开挖,开挖坡面采用1:1的坡度进行放坡,第一次开挖约至一1.3m标高位置,并在标高?1.3m位置设置宽度为1.5米的台阶.台阶平面回填5%水泥土士30cm,整平碾实后继续采用长臂挖掘机或人工配合吊车开挖约至一4.6m高程位置,余下10cm采用人工加机械进行整理以防止
13、超深.开挖坡面采用1:1.5的坡度进行放坡,开挖至承台底以下0.3m(标高为-4.5m)位置.基坑开挖到底标高后,人工对基底进行找平和修整并在基坑四周设置集水槽和集水坑,及时采用井点降水抽掉基坑内的少量渗水.基底处理完成后及时进行混凝土封底施工.并对迎河面基坑边坡采用喷射素水泥浆,厚度2cm,为确保喷射质量和厚度,用竹钉或者钢筋头打入土深度5cm,竹钉或者钢筋头露出坡面2cm,由于坡面较高,喷洒面后期可能产生裂纹现象,在用塑料薄膜覆盖.在基坑开挖过程中随时观察,观测木桩,管桩以及土体坡面的坍塌和渗水情况,如果木桩,钢管桩或土体坡面的因土压力过大则及时停止开挖,在进行坡面防护后重新进行抽水,开挖
14、.具体的开挖剖面及平面见下图:蒸蜿横捌蔼强5基坑内坡面的防护承台开挖至高程一1米处,设置1.5米的台阶,即对坡面进行喷射混凝土防护以防止雨水的冲刷.喷射混凝土的厚度在23cm.即进行坡面的防护.6基坑排水在二层坎上,即一1.0m处,设置9个管径为30厘米深度为20米的深井进行降水,及时将渗水使用水泵抽送处基坑外,经常保持基坑底部无渗水现象,确保连续正常作业.具体的布置见下图:ChinaScience&TechnologyOverview233路桥工程设计与施工7,封底施工围堰完成后,将9口井点降水井完成,连续排地下水位两天,然后干挖到底,直接进行封底混凝土浇筑施工,采用混凝土罐车运输混
15、凝土,混凝土泵车往基坑内输送混凝土,用振捣棒振捣.封底混凝土厚0.3m,封底混凝土施工方法同普通混凝土的浇筑方法相同,采用分层浇筑,沿横桥向方向从一端向另一端进行.施工过程中控制好混凝土的密实度及承台底面高程(中心部位采用钢筋或木条做好浇筑标高).封底混凝土一次性浇筑成型,做到边顺直,表面平整.封底砼设计:封底砼为C2o,砼量为182m3,项目部砼搅拌站每小时最大有效供应量60m,共需浇筑3小时左右.为保证封底砼施工后能及时进行承台的施工,对砼试配性能提出如下要求:(1)5天强度不小于20MPa,(2)砼初期坍落度为1216cm;(3)混凝土的初凝时间不少于2.5小时.8.监测及应急措施围堰监
16、测主要是指对木桩的位移,河水的冲刷,及坡面的防护和地下水的渗透,围堰施工的全过程中对各部分构件的标高和平面位置变化(位移),渗水,构件局部变形,地下水位变化等进行观察,测量,并通过分析,及时了解围堰的工作情况.通过对围堰坡面防护施工过程的分析和监测,就施工情况进行预测并及时了解掌握围堰支护结构的工作状况,制定相应的应急措施,以便在发生异常情况时能够及时处理.标高和平面位置变化观测点的设置以能全面反映围堰支护结构的标高和平面位置变化为原则.采用全站仪和水准仪对观测点进行观测,每天两次,详细记录观测结果.发现异常要分析原因,并及时处理.从开挖开始观察出露部分围堰的渗水情况,集中渗漏处要设法测定渗水
17、量,每天观测两次,详细记录观测结果,渗水量增幅较大的要及时处理.对打入桩进行局部变形观测,每天观测两次,详细记录观测结果,同时对坡面进行观测.在围堰上口设置多个位移观测点,高频次对围堰的位移情况进行监测,如位移值大干计算结果时,及时增加锚桩进行地面临时拉锚.9.打入桩,围堰的拆除承台施工完毕,承台四周用土每层回填夯实,待墩柱及台前护坡施工完毕后拔除桩木和钢管桩.拔除方法如下:利用振动锤产生的振动拔力,扰动土体,破坏木桩周围土的粘聚力,以克服其拔桩阻力.通过附加起吊力的作用将桩拔除.木桩拆除后,即可进行围堰的清除工作,使用挖泥船将堰体清除,恢复至原状,达到航道的要求为止.10结语(1)该施工方法
18、操作简单,节约工程直接成本达110万元.(2)安全工作是本工程的重中之重,项目部组织向现场技术员,工段负责人和各班组长进行书面技术,安全交底,内容包括施工方法,技术数据,质量与安全措施等,再由各班组负责人向参与施工的所有人员进行针对性交底.使参建者明确自己的岗位职责,工艺技术,以确保围堰的质量和安全.参考文献I】镪筑结构静力计算手册.中国建筑工业出版社.2J装配式公路桥梁使用手册_交通部交通战备办公莹31结构力学.中国建筑工业出版社.4(/厶路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.中华人民共和国交通部.【5】钢结构*,中国建筑工业出版社.234ChinaScience&Technolo
19、gyOverviewoOO上接230页决要求施工单位清退该批石料约46包,共92吨.3.8重视原路面病害处治和路面清理,确保实施效果微表处罩面厚度薄(1cm)不作为结构层,只作表面抗滑表层,所以对原路面的要求较高,对路面的坑槽,裂缝,唧浆等病害必须先彻底处治.本项目施工前认真进行病害处治,采用热接缝修补抗槽5.16,压缝带修补裂缝16199m,严重唧浆处治140处.补充说明,本次路面处治重点是唧浆处治,聘请中交二院院进行调查,并对病害进行处治方案设计,主要处治方案为换填基层+回填SBSAC一16+增设盲沟的处治方案,实施后处治效果较为理想;另本项目采用森林强吹风机清洁,路面受污染的,要求施工单
20、位提前l天水洗清理,并报监理验收合格才能进行摊铺,有效保证了罩面实施质量.4技术改进4.1在规范范围内对微表处工程集料级配进行技术改进,优化配合比设计针对微表处抗滑性能衰减过快,噪音大等问题,聘请技术咨询单位对微表处配合比进行了技术改进,在保证在保证混合料级配满足规范和技术指南要求的同时,在集料4.759.5ram之间增JI17.5ram档.实施后路面抗滑能力提高明显,工后测得抗滑摆值(BPN)平均值为65,同时抗滑衰减过快,噪音大等缺陷问题得以减缓或降低.4.2积极引进新设备,新工艺基于微表处施工具有机械化高,质量要求高的技术要求,我们通过比选和论证,采用施工现场直接补料(碎石,沥青,水,水
21、泥)的新工艺,新方法,新方法改变传统摊铺车到材料补给的作法,大大提高了工作效率(传统的方法是一台摊铺车约6000mV天,新的施工方法一台摊铺车约16000mV天),减少材料损耗(新工艺接近零损耗).同时由于一台车施工,也大大减少传统多台车施工产生的质量差异性.5.施工建议本次微表处实施过程通过大量的理论研究,室内试验,施工监控和现场检验,虽然在微表处混合料级配组成设计方法,施工过程控制等方面取得一系列的改进与创新,但由于各方面影响因素众多,以下几点希望同类工程予以参考和借鉴:(1)5n强原材料及混合料的质量控制,特别是砂当量的控制,实行动态跟踪分析,及时发现问题,解决问题.(2)养生后的厚度对
22、保证表面均匀,密实,延长使用寿命至关重要,应予加强控制.(3)积极开展技术创新与改进措施的尝试和研究.总的来说此次微表处还是很成功的,基本达到了预期效果.然而,当今科技突飞猛进,新材料,新工艺层出不穷,微表处预防性养护技术始终是道路工程领域不断深入探索和丰富的一个重要研究课题,需要广大道路工作者在实际工作中不断深入研究,探索和实践.与此同时,本项目的创新与技术改进措施也需要在实践中进一步应用,检验和丰富.6,结语阳茂高速公路微表处实施后质量良好,无车辙,推移变形,泛油等现象,交工验收阶段经集团检测中心检测各技术指标优良,路面横向力系数SFC平均值由原来38(O8年数据)提高到60l构造深度平均值为1.12mm;平整度指数平均值为1.33m/kinl路面渗水系数在O.51.8mL/min之间,评定结果均为”优”.罩面明显改善了路面技术状况,提高了道路服务质量,较好起到预防性养护作用.
