裸巖陡坡鋼護(hù)筒施工技術(shù)

橋梁樁基施工是橋梁主體施工前最關(guān)鍵的工程之一，尤其在裸巖陡坡中樁基的施工顯得更加重要。研究出一套合理有效的施工方案，達(dá)到降低施工難度，提高施工進(jìn)度，從而解決裸巖陡坡條件下鋼護(hù)筒的埋設(shè)技術(shù)難題，在同類(lèi)工程中具有重要意義。

工程概況

貴州省貞望特大橋是望謨、貞豐兩個(gè)縣城的交通連接紐帶，跨越北盤(pán)江龍灘水庫(kù)，是連接兩岸交通的關(guān)鍵性控制工程。貞望大橋?yàn)榭缭奖北P(pán)江龍灘水庫(kù)而設(shè)，河谷呈V型，河谷兩岸地勢(shì)較陡，望謨岸水平傾角25°～30°，貞豐岸水平傾角30°～45°。

貞望大橋5#、6#主墩基礎(chǔ)采用9根?2.8m鉆孔樁，豐水期時(shí)位于水中，樁間中心距5.6m，采用?3.2m鋼護(hù)筒施工。

自然條件

地質(zhì)地貌

橋位區(qū)地貌為構(gòu)造剝蝕、溶蝕低山河谷地貌。境內(nèi)地勢(shì)西北高、東南低，山巒起伏，河流縱橫，沿河兩岸有大小不等的壩地。

5號(hào)橋墩覆蓋層為充填土及軟塑紅黏土層，厚度為1.8m～2.9m，土質(zhì)較軟，不宜做地基持力層。6號(hào)橋墩覆蓋層為充填土及紅黏土層，厚度為1.8m～2.9m，充填土主要為北盤(pán)江蓄水后堆積而成，含有細(xì)沙、粗砂、軟粘土等，結(jié)構(gòu)松散；紅粘土土質(zhì)不均勻，含有風(fēng)化石細(xì)顆粒及殘塊，呈塊狀、濕軟塑狀態(tài)。

水文氣象

貞望大橋位于北盤(pán)江上，北盤(pán)江樂(lè)元段受下游龍灘水電站蓄水影響，水位變化幅度較大。水庫(kù)庫(kù)區(qū)死水位為330.00m，最低通航水位355.00m，龍灘電站一期最高蓄水位375.00m。

橋位區(qū)屬于亞熱帶溫濕季風(fēng)氣候，具有明顯的春早、夏長(zhǎng)、秋晚、冬短的特點(diǎn)。年平均氣溫19℃，極端最低氣溫為零下4.8℃，極端最高氣溫41.8℃。

原理介紹

本文介紹了一種“埋入法”橋梁樁基鋼護(hù)筒施工技術(shù)，適用于巖層條件下樁基鋼護(hù)筒施工，尤其適用于傾斜裸巖復(fù)雜條件下，可保證鋼護(hù)筒嵌固在巖層中穩(wěn)定工作，且具有施工難度低、工藝簡(jiǎn)單、投入少、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

如圖1（a）所示，“埋入法”技術(shù)即首先確定鋼護(hù)筒嵌巖位置，在鋼平臺(tái)上利用沖擊鉆整平傾斜裸巖層，再使用大沖程鉆機(jī)鉆至鋼護(hù)筒預(yù)埋的深度，其鉆孔的大小須比鋼護(hù)筒外徑略大，鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)排出碎石渣。安裝鋼護(hù)筒導(dǎo)向架系統(tǒng)，系統(tǒng)上下設(shè)置兩層導(dǎo)向架，確保下沉中鋼護(hù)筒的豎向傾斜度在規(guī)范要求范圍內(nèi)。下沉鋼護(hù)筒至預(yù)埋深度處，在定位孔內(nèi)鋼護(hù)筒外澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除下層導(dǎo)向架，用填土將其填埋壓實(shí)，如圖1（b）所示。

圖1 施工原理圖

施工方案

在斜坡、裸巖條件下沉設(shè)鋼護(hù)筒，主要存在“巖面傾斜較大、對(duì)鋼護(hù)筒限位不足”兩個(gè)問(wèn)題。對(duì)此，分別采取了“預(yù)先鑿平巖面、設(shè)置導(dǎo)向架”兩項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施。

預(yù)先鑿平巖面

巖層鑿平可直接在平臺(tái)上利用鉆機(jī)進(jìn)行，采用比鋼護(hù)筒直徑大100mm以上的鉆錘對(duì)巖面理坡。檢驗(yàn)理坡效果，觀察沖擊錘自由下落時(shí)鉆頭是否平穩(wěn)，采用測(cè)深錘檢查巖面鑿平效果，當(dāng)樁位處的巖面最大高差小于100mm時(shí)視為合格，可進(jìn)行后續(xù)施工。

鋼護(hù)筒定位孔鉆擊成形

在平臺(tái)上安裝鉆機(jī)并精準(zhǔn)定位，采用略大于鋼護(hù)筒直徑的大沖程鉆機(jī)，在定位孔處鉆擊基巖，直至鉆到鋼護(hù)筒底設(shè)計(jì)深度處。

根據(jù)沖擊鉆的活塞效應(yīng)工作原理，增加定位孔的深度加大沖擊錘沖擊時(shí)的活塞效應(yīng)，如圖2所示，故可在定位孔處加設(shè)2m的鋼套箱，在鋼套箱內(nèi)繼續(xù)沖孔成形。

鋼護(hù)筒加工、拼裝

為了保證鋼護(hù)筒下放的垂直度，先進(jìn)行岸上預(yù)拼裝，在導(dǎo)向架系統(tǒng)的控制下整體插入定位孔內(nèi)。首先，在岸上水平布置型鋼預(yù)拼臺(tái)座。臺(tái)座采用型鋼進(jìn)行制作，主橫梁材料為工字鋼，立柱材料為角鋼對(duì)焊成方鋼，立柱間斜撐材料為角鋼或螺紋粗鋼筋，在預(yù)拼臺(tái)座的主橫梁上安放滑輪組，使鋼護(hù)筒在預(yù)拼時(shí)可以隨意滾動(dòng)，保證相鄰的兩節(jié)鋼護(hù)筒調(diào)整到最佳的對(duì)接位置。

圖2 鋼套箱示意圖

為了保證鋼護(hù)筒在制作加工、運(yùn)輸過(guò)程中的圓弧度，采用螺旋撐桿安裝在鋼護(hù)筒兩段和中間。螺旋撐桿由兩根可調(diào)節(jié)的剛性材料制成，通過(guò)旋轉(zhuǎn)十字架檢查和校正鋼護(hù)筒的圓弧度。鋼護(hù)筒拼接前不拆除螺旋撐桿，以保證鋼護(hù)筒在運(yùn)輸安裝過(guò)程中不變形。

鋼護(hù)筒沉放

弧形限位計(jì)導(dǎo)向架設(shè)計(jì)與施工：導(dǎo)向架系統(tǒng)采用槽鋼25a雙拼組成，在上下兩層中每層的橫架中點(diǎn)各設(shè)有弧形限位計(jì)四個(gè)，呈四邊形布置，導(dǎo)向架每層呈“口”字型，尺寸為3320mm×3320mm。頂層導(dǎo)向架與平臺(tái)型鋼焊接，保證鋼護(hù)筒下放過(guò)程中鋼護(hù)筒與導(dǎo)向架的整體穩(wěn)定性。弧形限位計(jì)與鋼護(hù)筒外側(cè)最大空隙達(dá)60mm，便于下放鋼護(hù)筒（如圖3所示）。

圖3 弧形限位計(jì)導(dǎo)向架

圖4 有限元分析結(jié)果

限位計(jì)制成與鋼護(hù)筒弧度一致的弧形，四個(gè)均固定在液壓千斤頂上，其中千斤頂緊固于導(dǎo)向架的橫架上，控制千斤頂可進(jìn)行調(diào)節(jié)弧形限位計(jì)伸縮。

弧形限位計(jì)導(dǎo)向架通過(guò)各層限位計(jì)對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行限位，鋼護(hù)筒下沉過(guò)程中可對(duì)鋼護(hù)筒平面位置及傾斜度進(jìn)行有效控制。

平面位置及傾斜度控制：鋼護(hù)筒在下放過(guò)程中平面位置和傾斜度控制是重要的環(huán)節(jié)，在施工中加以控制和調(diào)整。下沉鋼護(hù)筒時(shí)，將鋼護(hù)筒沿著導(dǎo)向架系統(tǒng)準(zhǔn)確沉放至定位孔內(nèi)，若有傾斜角度，則調(diào)節(jié)液壓千斤頂，直至滿(mǎn)足豎直度要求為止。

澆筑混凝土及填埋

鋼護(hù)筒平面位置和傾斜度調(diào)整好后，采用C35水下速凝混凝土，使用導(dǎo)管沿著鋼護(hù)筒外圍在定位孔內(nèi)均勻澆筑混凝土，澆筑至定位孔上部處。等到混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除導(dǎo)向架系統(tǒng)的下半部分，將土石填料分層填埋鋼護(hù)筒上半部分并壓實(shí)，形成階梯形平臺(tái)。

有限元模型分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證嵌固在巖層與埋入在土層中的鋼護(hù)筒穩(wěn)定性，建立有限元模型，分別對(duì)鋼護(hù)筒的位移和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，確保鋼護(hù)筒能夠正常工作。

有限元分析模型的建立

鋼護(hù)筒厚δ=10mm，直徑D=3.2m，高度取H=6.0m，材料選取A3鋼。采用有限元軟件MIDAS Civil建立分析模型，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，縱向劃分為40個(gè)單元，橫向劃分為15個(gè)單元，共劃分為600個(gè)有限單元進(jìn)行分析。鋼護(hù)筒外側(cè)土壓力采取線性荷載施加，其荷載的添加采用流體壓力荷載代替周?chē)翂毫奢d。

有限元分析結(jié)果

鋼護(hù)筒埋入填土中深度取4m，其分析結(jié)果如下圖4所示。

從應(yīng)力和位移分析圖中可以看出，鋼護(hù)筒的有效應(yīng)力和位移最大值均出現(xiàn)在下部，σmax=2.70×104KN/m2＜[σ]，umax=0.37mm，均滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求，鋼護(hù)筒能夠正常工作。