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岩土研究院

桥梁锚碇地下连续墙基础施工方案解析(组图+详解)

395 2020-10-27 16:29:30





1.工程概况

S3标大沙水道桥采用主跨为1200m的单跨钢箱梁悬索桥结构;

东锚碇位于海鸥岛,距大沙水道堤岸260m.


1.1  工程结构


锚碇由地下连续墙基础、锚体及锚固系统三部分组成。
地连墙、帽梁、内衬等支护结构C35混凝土共25400方。
底板、顶板C30混凝土共53700方、填芯C20混凝土52800方。
锚体C30混凝土50700方。

地连墙外径82m,内径79m,墙厚1.5m;
成槽浇筑顶标高+0.5m,帽梁顶标高为+1.50m,底标高为-34.50~-43.00m,总深度36m~44.5m。
地下连续墙C35混凝土14630方,HRB400钢筋 1727t。


1.2 施工条件


地形地貌
锚碇施工区域地形平坦,地势低洼。
施工区内主要为渔塘,少量道路及农舍。
地面标高-0.70~-0.5m。
路面标高1.2 ~1.5m。


地层分布
锚碇施工区地质情况复杂,土层分布不均,高差起伏大。


不良地质分析
淤泥:淤泥层厚10~20m,承载力低,含水率高,压缩性高,孔隙比大,影响地连墙成槽及后续基坑开挖施工。


软质泥岩:锚碇地连墙持力层为强风化及中风化泥岩,根据广东沿海类似工程施工经验,软质泥岩泥质、钙质含量大,浸水软化,易使泥浆的比重和粘度大幅增加,导致铣槽机在钻进过程中产生托轮和糊钻现象。

浅层气体:锚碇区附近地层中存在不明浅层气,钻探过程中最大喷出高度约20m,持续时间约2.5小时。

水文
地下水由第四系孔隙承压水和基岩裂隙承压水组成,以第四系孔隙水为主。
淤泥(淤泥质土)、粉质黏土、风化岩层可视为相对弱透水层及相对隔水层;砂层为主要储水层,连通性、透水性好;
地下水水力梯度小,水平排泄缓慢,水位埋深较浅。

气象
降水:年平均降水量1813.2mm,年内雨水主要集中在汛期(4-9月份),占全年雨量的82.8%;冬半年(10-翌年3月)降水量只占全年的17.8%。
相对湿度:年平均相对湿度77%,在春夏季高湿季节,相对湿度时常达到100%,冬季干燥季节,极端最小湿度只有11%。
工程区域的灾害性天气包括热带气旋、暴雨、龙卷、雷击,其中热带气旋具有强度强、频率高。


1.3 施工重难点分析





2.总体施工方法及工艺流程


2.1 总体施工方法


结合工程特点和难点,制定总体施工方法如下:
节约施工用地,将泥浆循环系统布置在导墙内侧,在地连墙基坑下游设置废浆池,避免施工过程中浆液污染。
对每个槽段进行地质补勘,为各槽段成槽工艺选择提供理论依据;释放浅层气体,保证施工安全。
在地连墙两侧导墙下方进行粉喷桩施工,加固软土地基,保证槽壁在淤泥地层的稳定性。
通过首件槽段施工,对不同地层中的成槽工艺进行比选,总结出科学可行的成槽工艺组合。
地连墙钢筋笼在加工场分两节加工,采用炮车运输至槽孔附近,两台吊车协同完成钢筋笼起吊、转体、下放工序。
采用大集料斗、“拔塞法”浇筑首批槽段水下混凝土。
Ⅰ期槽段浇筑至顶端时下放导向板,对Ⅱ期槽段的铣进起到导向作用。


2.2 总体施工工艺流程





3.施工总平规划





4.施工方案简述


4.1 施工准备


设备选型
地连墙成槽设备包括卡特320挖机、BC-32型液压铣槽机,金泰SG-50型液压抓斗。
QUY70履带吊为主要起重设备。
160t炮车作为地连墙钢筋笼运输设备。


地质补勘
地质图纸提供16处锚碇区钻孔勘测资料。
在地连墙槽段补勘40个孔,为每一个地连墙槽段提供准确的土层参数。
在地连墙内部补勘4处,为后期锚碇基坑开挖提供理论依据。

导墙施工
导墙由两个“L”形钢筋混凝土墙组成,布置在地连墙两侧。
导墙环形导线中心直径为80.5m,径向平面宽度5.2m,净距为1.6m;
墙厚0.5m,高1.8m;导墙顶面标高为+2.50m,底标高+0.7m。
导墙C30混凝土共1000方,HRB400钢筋50t。

导墙共划分为14个节段,弧长18.06m;
划分施工缝位置与地连墙铣接接头错开布置;
由起始段向两侧对称施工。

施工平台
外侧环形施工宽度14m,内侧环形施工平台宽5m。
外侧平台边缘设置泥浆沟,断面尺寸为50cm×50cm。
泥浆沟外侧设置施工环道,桥轴线上游环道宽8m,下游环道宽5m。
泥浆循环系统布置在地连墙基坑中心。

外侧平台与导墙连接处顶标高+1.5m;
内侧平台顶标高为+2.5m;
平台设置1%排水横坡。

泥浆制备循环系统场地顶标高为+1.5m;
运渣道路标高+2.5m;
导墙内侧其他位置填筑至标高+0.7m。

施工平台方案比选(平台标高)

施工平台方案比选(平面布置)

泥浆制备循环系统
膨润土仓库
制浆机
泥浆箱
泥浆净化器
集渣坑
废浆池


泥浆循环管线布置
泥浆管布置不设置固定管线,随槽段位置变化沿直线布置。
线路一:泥浆搅拌机新制泥浆输送至泥浆箱,通过渣浆泵向施工槽段补充泥浆。
线路二:液压铣反循环施工抽出泥浆至泥浆净化器;
线路三:泥浆净化器将循环泥浆筛分处理后通过渣浆泵回浆至施工槽段;
线路四:水下混凝土浇筑时通过泥浆泵将回收泥浆输送至泥浆箱;
线路五:混凝土浇筑后期顶层废弃泥浆通过泥浆沟输送至废浆池。


排水及出渣
在地连墙内侧平台设置排水沟和集水井,集水井内布置潜水泵。
泥浆施工时废水及下雨积水从集水井内抽至废浆池,经沉淀处理后排至附近 河渠。
泥浆废渣由反铲开挖,运渣车运送至指定处理地点。



液压铣进场拼装
液压铣拼装需用时35天,在地连墙施工前40天进场。
拼装场地尺寸为10×50m,利用原有道路拓宽。


钢筋笼加工场
地连墙钢筋笼加工场平面尺寸为170×20m,配置两台20t龙门吊作为起重设备
地连墙钢筋笼加工场设置4条I期槽钢筋笼加工胎架、2条Ⅱ期槽加工胎架,4条钢筋笼存放台座。

钢筋笼加工胎架
钢筋笼加工胎架长44m,I期槽段钢筋笼胎架宽3.0m, Ⅱ期槽段钢筋笼胎架宽2.6m。
胎架设置40×40×50cm独立基础,横向间距1.5m,纵向5m。
胎架上部结构采用I12型钢作为主纵梁,间距4m的[8型钢作横向分配梁,采用4跟纵向Φ32钢筋精调胎架标高。


4.2 槽段划分及施工顺序


地连墙槽段划分
地连墙施工槽段共计54个,分Ⅰ、Ⅱ期两种, 。
Ⅰ期槽段中心弧长7.07m,三铣成槽;
Ⅱ期槽段中心弧长2.8m,一铣成槽;
Ⅰ、Ⅱ期槽段搭接长度为25cm。

地连墙施工工序
从靠近江岸侧1#槽段开始,顺时针方向依次跳槽施工,Ⅰ期槽顺序按1-5-9-3-7…;
当相邻两Ⅰ期槽强度达75%时,开始进行其间的Ⅱ期槽施工,避免混凝土强度过高,增加铣削的难度。
槽段合龙前,后浇Ⅰ期槽混凝土适当加大标号,减小两侧Ⅰ期槽的强度差异,防止铣削时发生孔斜现象。


单槽成槽工序
Ⅰ期槽采用三铣成槽,Ⅱ期槽采用一铣成槽,Ⅰ期槽铣削按①→②→③的顺序进行。


4.3 地连墙成槽施工


成槽施工工艺流程

地连墙成槽方法
地连墙成槽施工工艺可分为挖机开挖、抓斗抓泥、纯铣法三种;
覆盖层施工时,根据土层分布特点,通过首个槽段施工,对挖机开槽结合纯铣法、抓斗抓泥开槽结合纯铣法两种施工方案进行工效与质量比选总结,确定最合适的成槽方法。

挖机开挖:
卡特320DGC挖机最大开挖深度可达5.5m,满足后续铣槽机工作深度要求;
在外侧施工平台搭设临时钢平台,挖机正对地连墙环向中轴线进行开挖作业。

液压抓斗抓土:
槽段顶部7~8m淤泥质土及覆盖土层采用液压抓斗抓取。
液压抓斗配导向板,垂直度可控。

纯铣法:
导墙顶部开挖深度需大于4m,保证液压铣的吸渣泵进入工作位置。
开启导向架液压千斤顶顶紧导墙内壁,实现导向架定位。
液压铣入槽切割土层,通过反循环工艺将泥浆与碎块抽出开挖槽。
独立测斜仪监测铣进过程中垂直度。


地连墙连接
墙段连接采用“铣接法”。进行Ⅱ期槽铣槽施工时,铣掉Ⅰ期槽端头的部分混凝土形成锯齿形搭接。
为保证铣接头处混凝土结合质量,Ⅱ期槽段清孔换浆结束前,采用钢丝刷子钻头自上而下分段刷洗Ⅰ期槽端头的混凝土孔壁。

垂直度控制
为防止槽孔出现偏斜现象,采用接头板定位的施工工艺,在I期槽浇筑砼前,在孔口接头位置下设长6m的导向板,砼浇筑完毕一段时间(由混凝土初凝时间确定)后将导向板拔出,预留出II期槽孔的准确位置。


成槽质量控制标准
当强风化岩层厚度小于10m时,地连墙嵌入中风化岩层不小于6m,且总嵌固深度不小于9m;
当强风化岩层厚度大于10m时,地连墙嵌入中风化岩层不小于3m(根据补充详勘事先确定终孔深度,成槽时将钻碴与详勘地质剖面图进行对比确认);


质量检测
终孔后,进行槽孔验收。
终孔验收的项目有深度、宽度和孔形。
采用日本KODEN公司的DM604超声波测井仪或铣槽机进行测量。


4.4 泥浆固壁及清孔


泥浆原材选择
膨润土:采用国产Ⅱ级钙土;
水:采用地下水或江水;
分散剂:采用工业碳酸纳(Na2CO3)等;
增粘剂:采用中粘度羧甲基纤维素(CMC)。
浆液配比

泥浆循环
泥浆循环:铣削钻孔时,置于铣削头中的泥浆泵抽吸孔底泥浆并经输浆管路送至地面的泥浆净化系统进行除砂处理,处理后的泥浆经管路返回槽孔中。
浇筑混凝土时,自孔口返回的泥浆直接用泥浆泵输送至泥浆箱中,作为其它槽孔开挖用泥。
混凝土浇筑后期6m左右的泥浆由泥浆泵输送至废浆池。

槽段清孔
即利用铣槽机反循环系统,将孔底的泥浆输送至地面上的泥浆净化机,经净化后流回到槽孔内,循环直至回浆达到“砼浇筑前槽内泥浆”的标准。
在清孔过程中,根据槽内浆面和泥浆性能状况,加入适当数量的新浆以补充和改善孔内泥浆。
沉渣标准:浇筑混凝土之前,孔底沉淀厚度≤20cm。

浆液性能指标


4.5 地连墙钢筋笼施工


地连墙I期槽段钢筋笼54条,Ⅱ期槽段钢筋笼27条。
钢筋笼最长为43.7m, 最重约24t。
钢筋笼分两节加工,单节加工标准段长度为24m。

钢筋笼加工


钢筋笼加工控制标准

钢筋笼平移及存放
钢筋笼加工完成后,使用两台20t龙门吊配合吊运钢筋笼至存放区。
在碎石硬化场地上塞垫间隔5m的木枋,作为钢筋笼存放基础。

钢筋笼运输
钢筋笼单节较长(24m), 考虑到运输场地限制及施工功效要求,采用运梁炮车运输钢筋笼。

钢筋笼运输路线

钢筋笼起吊安装
Ⅰ期槽段钢筋笼最重最大达14t,标准节段24m,平面尺寸为1.4×3.0m,采用一台70t履带吊、一台50t汽车吊配合起吊。70t履带吊为主吊,50t汽车吊车为抬运及空中翻转之用。


为减小钢筋笼变形,24m长钢筋笼纵向设计三排吊点(主吊点1排,副吊点2排)。
副吊点分布在钢筋笼内弧侧,每排布置两个;
主吊点在钢筋笼内外两侧各分布三个。
钢筋笼吊点焊接加劲骨架进行局部加固。

钢筋笼转体
将钢筋笼吊离地面30cm左右;
停机检查吊点的可靠性及钢筋笼的平衡情况;
缓慢移动主吊及辅吊,副吊抬起后逐步前送,通过滑轮组保持吊点的平衡,直至竖起后重量全部转移到主吊车上。

钢筋笼下放
在钢筋笼下设时,对准槽段中心轴线,吊直扶稳,缓缓下沉,避免碰撞孔壁。
顶节钢筋笼下到孔口时,采用加强的槽钢将钢筋笼的加强顶部稳固住并架立在导墙上。
起吊上节钢筋笼,竖直后,使上、下节各主筋一一对上,连接直螺纹套筒连接主筋。

钢筋笼下放控制标准


4.6 混凝土施工


地连墙C35混凝土浇筑总方量为14630方。
Ⅰ期槽段单次最大浇筑理论方量为461方,
Ⅱ期槽段单次浇筑最大理论方量为183方。
混凝土由自建搅拌站提供,罐车运输至现场,混凝土采用集料斗拔球法灌注。

配合比设计
混凝土坍落度:入仓时坍落度 20~22cm,
扩散度45~50cm ;2小时塌落度损失小于3cm;
凝结时间:初凝≥8h,终凝≤24h。
混凝土拌制
采用2台120 m3/h拌合站进行拌制。
槽孔浇筑时,砼拌合的最小强度应达到60m3/h。
混凝土运输及泵送
采用6辆10m3混凝土搅拌车运送混凝土。
因导墙高出平台1m, 施工平台布置一台拖泵。

导管布置
Ⅰ期槽布置两根导管,Ⅱ期槽布置一根导管。

混凝土浇筑
计算得出首封混凝土方量为16方。
采用14方大集料斗进行首封,由拖泵将混凝土泵送至中心集料斗,分两个卸料口卸料。
封底完成后,进入水下混凝土常规浇筑施工,罐车直接卸料至0.3m³小料持续浇筑。


混凝土浇筑质量控制措施及标准
混凝土面平均上升速度宜大于4m/h。各导管均匀进料,混凝土面高差不大于0.5m,导管埋深不得小于2m,不宜超过6m。
混凝土终浇高程为+1.0m(高出设计标高50cm),以保证地连墙顶部混凝土浇筑质量。


4.7 首件槽段施工


为准确掌握施工区域地质特点和成槽工效,制订合理的成槽工艺,根据需要,以地连墙首个Ⅰ期槽段作为地连墙施工首件槽段。




5.施工进度计划


本工程地连墙工程施工准备期78天,成槽施工工期135天,具体安排如下:
2014年7月15日前完成主施工便道修筑。
2014年8月20日完成钢筋加工场建设,具备钢筋笼生产加工条件。
2014年7月5日~2014年9月3日,完成粉喷桩、导墙外环道、内外平台及导墙施工。
2014年8月10~9月15日,液压铣进场组装及调试工作。
2014年9月16日~2015年1月29日,完成地连墙施工。

地连墙成槽工效分析
在理想状态下平均4.1天可完成一条Ⅰ期槽及一条Ⅱ期槽段的成槽施工,考虑设备维修,不良影响等因素,则取5天完成两个槽段计算,则地连墙成槽工期为54×5/2=135天。




6.资源配置计划


6.1 人力资源配置计划



6.2 材料设备配置计划



6.3 材料计划