王 培,梁磊磊,徐財(cái)進(jìn),李忠寧,宋建剛
(中交二公局第二工程有限公司,陜西 西安 710119)
錦江特大橋北引橋跨渝懷鐵路橋跨設(shè)計(jì)為40m預(yù)制T梁,左、右幅分離式設(shè)計(jì)。下部結(jié)構(gòu)采用薄壁空心墩,7#墩墩高68m,采用分離式承臺(tái),每個(gè)承臺(tái)下設(shè)4根直徑1.8m的嵌巖樁,樁長(zhǎng)18m;8#墩設(shè)計(jì)墩高66.5m,采用整體式承臺(tái),承臺(tái)下設(shè)8根長(zhǎng)28m、直徑1.8m的嵌巖樁。
7#墩樁基與既有線中線最小距離為11m,最大距離為23.6m,樁基持力層為中風(fēng)化粉砂巖,上覆中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(厚約8m)和塊石土(厚約1m);8#墩樁基與既有線中線最小距離為15m,最大距離為23.6m,樁基持力層為中風(fēng)化粉砂巖,上覆土層為人工填土(厚約2m)和強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖(厚約8m)。
銅懷高速錦江特大橋北引橋第8跨上跨渝懷鐵路既有線路基段(K548+480處),該鐵路為Ⅰ級(jí)單線鐵路,接觸網(wǎng)頂距路線設(shè)計(jì)線約70m,橋軸線與被交鐵路交角為65°。因臨近營(yíng)運(yùn)鐵路,樁基施工工藝受限。
錦江特大橋北引橋樁基與既有線中線最小距離為11m,且緊鄰鐵路路基,樁基所選用的施工工藝不能影響鐵路通行安全,且不能對(duì)鐵路邊坡造成威脅[1]。施工方案需滿足以下要求:(1)所選施工工藝應(yīng)為低振動(dòng)工藝;(2)所采用的施工方案應(yīng)減少使用水,避免浸泡開(kāi)挖后的鐵路邊坡;(3)所采用的施工方案要避免塌孔,以免造成樁基周圍邊坡下陷。
根據(jù)施工要求,適合錦江大橋跨鐵路橋跨的施工方法主要有沖擊鉆成孔、人工挖孔(水磨鉆)和液壓靜態(tài)爆破成孔。
(1)沖擊鉆成孔。沖擊鉆成孔是采用優(yōu)質(zhì)泥漿作為護(hù)壁,并利用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升沖錘,反復(fù)沖擊巖石使其破碎,碎石渣隨泥漿循環(huán)排出孔內(nèi)??赏ㄟ^(guò)測(cè)繩判斷孔深,根據(jù)泥漿循環(huán)帶出的石渣判斷入巖情況。優(yōu)點(diǎn):①?zèng)_擊鉆成孔適用范圍廣;②使用設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便;③施工動(dòng)力簡(jiǎn)單,能耗小。缺點(diǎn):①錦江特大橋橋位處屬于貴州喀斯特地貌,地下可能存在巖溶等不利情況,且?guī)r層內(nèi)裂隙水較豐富,如采用沖擊鉆成孔,可能出現(xiàn)泥漿護(hù)壁水頭損失或泥漿稠度變化等突發(fā)情況,存在較大的塌孔風(fēng)險(xiǎn);②鉆孔采用的泥漿、鉆孔產(chǎn)生的鉆渣處理會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用。
(2)水磨鉆人工挖孔。水磨鉆人工挖孔主要是利用巖石抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn),施工時(shí)通過(guò)用水磨鉆機(jī)沿樁徑邊緣一圈取芯,使樁芯巖石周圍形成臨空面,然后將剩余的樁基巖芯分成小塊從孔內(nèi)運(yùn)出。依次按照分層取芯、破裂樁芯巖石、運(yùn)出巖塊的順序循環(huán)作業(yè),最終完成樁基成孔作業(yè)[2]。優(yōu)點(diǎn):①施工設(shè)備簡(jiǎn)單,振動(dòng)小、噪音低;②施工現(xiàn)場(chǎng)干凈,有利于施工現(xiàn)場(chǎng)文明、環(huán)保;③對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的原有結(jié)構(gòu)物影響?。虎苁┕に俣瓤?,可多樁孔同時(shí)施工;⑤土層情況明確,可直接觀察地質(zhì)變化情況;⑥場(chǎng)地要求低,適應(yīng)各種地形。缺點(diǎn):①遇有害氣體會(huì)發(fā)生人身傷亡事件;②如孔口防護(hù)不到位,孔外物體落入孔內(nèi),可能會(huì)造成人員傷亡事件;③需要預(yù)防缺氧問(wèn)題;④通常情況下,人工挖孔只適用于地下水位以上的地層,且地下無(wú)有毒有害氣體。
(3)靜態(tài)爆破成孔。靜態(tài)爆破同樣是利用巖石抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn),通過(guò)破碎劑(膨脹劑)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或分裂機(jī)械使爆破面巖石破碎,達(dá)到爆破效果。由于巖石的抗拉強(qiáng)度為2~10MPa,遠(yuǎn)小于巖石的抗壓強(qiáng)度,因此由破碎劑(膨脹劑)膨脹或分裂機(jī)械所提供的水平力只要超過(guò)巖石抗拉強(qiáng)度,就可以使炮孔周圍產(chǎn)生龜裂,從而使其破碎。破碎劑靜態(tài)爆破法是利用破碎劑與水混合后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),使破碎劑體積膨脹,從而產(chǎn)生膨脹力使巖石破碎。使用破碎劑的方法與普通炸藥光面爆破的方法相似,其施工順序也是用鉆機(jī)在爆破面鉆孔,然后在孔內(nèi)充填破碎劑。鉆孔的直徑、間距、排列以及深度均根據(jù)破碎現(xiàn)場(chǎng)的情況或破碎后的處理內(nèi)容等分別進(jìn)行調(diào)整。破碎劑隨拌隨用,水與破碎劑的重量比為28%~35%,將粉狀破碎劑和水混合,充分?jǐn)嚢?,液體混合均勻后進(jìn)行裝填。裝填的同時(shí)應(yīng)繼續(xù)攪拌漿體,延遲其開(kāi)始反應(yīng)時(shí)間、固化時(shí)間,確保施工人員安全。機(jī)械靜態(tài)爆破法則是采用液壓機(jī)械臂,利用高壓油泵為能量源,由液壓泵輸出的高壓油通過(guò)增壓器機(jī)械放大后驅(qū)動(dòng)分裂棒向外伸出脹裂巖石。優(yōu)點(diǎn):無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪音、無(wú)粉塵。缺點(diǎn):①破碎劑材料生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜、材料成本較高;②現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)復(fù)雜、影響因素多;③反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),施工效率低;④分裂機(jī)械巖石破碎效果不太理想,尤其在沒(méi)有臨空面的情況下,巖石開(kāi)裂效果不明顯,出渣難度較大。
經(jīng)對(duì)比分析,水磨鉆施工具有對(duì)施工場(chǎng)地要求小、對(duì)周邊影響小等特點(diǎn),最適合錦江特大橋跨鐵路跨樁基施工。
(1)水磨鉆施工人員、設(shè)備投入如表1所示。
(2)水磨鉆施工工效。DLP160型鉆機(jī)每循環(huán)取芯長(zhǎng)度為50~60cm,鉆孔直徑為16cm。取芯數(shù)量根據(jù)樁徑進(jìn)行確定,錦江特大橋北引橋樁基直徑為180cm,共布置32個(gè)取芯孔。每根樁基采用2個(gè)水磨鉆機(jī),2個(gè)鉆機(jī)互為備用,每施工兩個(gè)循環(huán)更換一次備用鉆機(jī),交替使用。
因錦江大橋7#、8#墩基樁上覆蓋有人工填土,如填土層采用混凝土護(hù)壁,存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)。因此,樁基上部的覆蓋層采用人工挖孔,用鋼護(hù)筒作為護(hù)壁,護(hù)筒長(zhǎng)度以伸入覆蓋層以下1m進(jìn)行設(shè)計(jì);施工進(jìn)入中風(fēng)化巖層后,改用水磨鉆鉆進(jìn)施工,護(hù)壁采用混凝土護(hù)壁,護(hù)壁可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行設(shè)置,如巖層情況較好,可不設(shè)置護(hù)壁[3]。
具體施工流程:施工準(zhǔn)備→樁位放樣→澆筑鎖口→人工挖孔→護(hù)筒跟進(jìn)至中風(fēng)化巖層→布置取芯點(diǎn)→水鉆鉆取柱狀巖芯→分裂中部巖石、出渣→樁孔尺寸檢查,若不合格,需孔位修正至合格→安裝護(hù)壁模板→澆筑混凝土護(hù)壁→孔樁檢測(cè)→安裝鋼筋籠、澆筑混凝土。
(1)上層覆蓋層開(kāi)挖。樁基上部覆蓋層開(kāi)挖應(yīng)從上到下逐層進(jìn)行,先挖中間部分的土方,然后擴(kuò)及周邊,有效地控制開(kāi)挖樁孔的截面尺寸。每節(jié)開(kāi)挖高度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)狀況確定,一般為1.0m。每開(kāi)挖一節(jié),護(hù)筒及時(shí)跟進(jìn)一節(jié)。每一節(jié)段樁孔土方開(kāi)挖完成后,檢查其孔位及孔徑符合要求后方可進(jìn)行護(hù)筒跟進(jìn),以保證整個(gè)樁基的孔徑及垂直度。
(2)鋼護(hù)筒跟進(jìn)。首節(jié)護(hù)筒下放時(shí),在護(hù)筒頂端焊接定位鋼板,護(hù)筒通過(guò)定位鋼板固定在鎖口上。然后繼續(xù)開(kāi)挖樁基,開(kāi)挖完成第二節(jié)后接長(zhǎng)護(hù)筒。接長(zhǎng)護(hù)筒時(shí),采用吊車起吊接長(zhǎng)節(jié),然后與首節(jié)護(hù)筒焊接,拆除定位鋼板,通過(guò)吊車將護(hù)筒緩慢下沉至孔底;在接長(zhǎng)護(hù)筒上焊接定位鋼板,并將定位鋼板與鎖口預(yù)埋鋼板連接,然后繼續(xù)開(kāi)挖,如此循環(huán),直至護(hù)筒埋設(shè)完成。護(hù)壁接長(zhǎng)示意圖如圖1所示。
圖1 護(hù)壁接長(zhǎng)示意圖
(3)水磨鉆施工。開(kāi)挖至中風(fēng)化粉砂巖后,改用水磨鉆繼續(xù)挖孔。①水磨鉆開(kāi)孔沿樁孔四周進(jìn)行,每循環(huán)鉆孔深度50~60cm。鉆孔時(shí)鉆頭向樁基外側(cè)傾斜3°左右,以保證成孔樁徑滿足設(shè)計(jì)要求。取芯過(guò)程中,適時(shí)對(duì)鉆機(jī)加水,避免鉆機(jī)溫度過(guò)高。②樁孔周圍形成臨空面后,便可破碎樁芯巖石,首先用電鉆在樁基剩余樁芯巖體上鉆眼,以便破裂樁芯巖體。③在樁芯巖體上的孔內(nèi)打入鋼楔,用大錘錘擊鋼楔將巖體拉裂;也可采用液壓設(shè)備進(jìn)行樁芯巖石的分裂。④為了不影響鐵路四周環(huán)境,應(yīng)及時(shí)組織出渣。出渣采用孔口支架和卷?yè)P(yáng)機(jī)組成的提升系統(tǒng)將孔內(nèi)石渣運(yùn)至孔外,地面用手推車推出孔邊至施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的臨時(shí)土方堆放場(chǎng)地,裝載機(jī)配合人工裝車,運(yùn)至棄土區(qū)。挖孔土方及時(shí)裝車運(yùn)走,避免較長(zhǎng)時(shí)間堆放孔邊,影響孔壁穩(wěn)定,產(chǎn)生塌孔等事故。⑤樁芯巖石全部運(yùn)出孔外后,敲掉侵占樁基空間的巖石,檢查樁孔偏位、樁徑及垂直度等參數(shù),如樁孔出現(xiàn)偏位應(yīng)及時(shí)糾正,同時(shí)放樣出下一個(gè)循環(huán)取芯位置。
(4)孔壁防護(hù)。開(kāi)挖至中風(fēng)化粉砂巖以下1m后,巖層相對(duì)穩(wěn)定,即可停止鋼護(hù)筒跟進(jìn),采用混凝土護(hù)壁,鋼護(hù)筒與混凝土護(hù)壁搭接長(zhǎng)度為10cm。護(hù)壁采用內(nèi)齒式混凝土護(hù)壁,每開(kāi)挖1.0m深時(shí)立模澆筑護(hù)壁混凝土,護(hù)壁采用C30混凝土。為加速混凝土凝結(jié),縮短施工工期,在混凝土中摻入速凝劑,并在護(hù)壁中插入Φ12的鋼筋網(wǎng)來(lái)加固,以加強(qiáng)砼壁受力性能,防止開(kāi)裂。
綜上所述,水磨鉆成孔工藝適用于較為復(fù)雜的橋梁等樁基施工,在施工過(guò)程中既能保證施工人員及施工結(jié)構(gòu)自身的安全,又能保證既有線路的安全,最大限度地減小了對(duì)既有線路的影響,具有極大的推廣意義。