南京長(zhǎng)江第四大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)施工監(jiān)控技術(shù)_圖文

1、文章編號(hào):1003-4722(2009S1-0066-04南京長(zhǎng)江第四大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)施工監(jiān)控技術(shù)趙有明,李冰,牛亞洲,樊挺(中交第二公路工程局有限公司,陜西西安710065摘要:南京長(zhǎng)江第四大橋北錨碇采用沉井基礎(chǔ),尺寸為69.0m ×58.0m ×52.8m ,距長(zhǎng)江大堤僅90m 。沉井體積龐大,所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜,覆蓋層較厚。依據(jù)規(guī)范并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn),提出沉井幾何姿態(tài)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。介紹沉井下沉深度和平面位置及偏斜、刃腳踏面反力、沉井側(cè)壁土壓力、沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力、地下水位與井內(nèi)水位、沉井底部土體開挖地形、地表沉降和長(zhǎng)江防洪大堤沉降量的監(jiān)測(cè)方案。通過施工監(jiān)測(cè),掌握沉井下沉的

2、實(shí)時(shí)信息,為施工提供指導(dǎo)信息,確保施工安全順利進(jìn)行。 關(guān)鍵詞:橋梁基礎(chǔ);沉井;監(jiān)測(cè)技術(shù);監(jiān)測(cè)方案;施工監(jiān)控中圖分類號(hào):U445.557;U445.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AConstruction Monitoring T echniques for North Anchorage C aissonFoundation of the Fourth N anjing Changjiang River B ridgeZHAO Y ou 2ming ,L I Bing ,N IU Y a 2zhou ,FAN Ting(The 2nd Highway Engineering Co.,L td.,China C

3、ommunicationConstruction Corporation ,Xi an 710065,China Abstract :The caisson in dimensions of 69.0m ×58.0m ×52.8m is used for t he foundation of t he nort h anchorage of t he Fourt h Nanjing Changjiang River Bridge and is set at a place only 90m apart f rom t he river dyke.The caisson is

4、 huge ,t he place where it is located is geologically complicated and t he overburden st rat um is deep.In accordance wit h t he technical specification and wit h reference to t he previous const ruction experiences ,t he criteria for monitoring t he stat us of t he caisson during sinking are formul

5、ated.The specific monitoring of t he sinking dept h ,plane po sitions ,off setting ,cutting edge reaction force ,side wall soil resistance ,struct ural st ress of t he caisson ,t he underground water level ,t he water level inside t he caisson ,t he excavated ground to 2pograp hy at t he bottom of t

6、 he caisson ,t he ground surface settlement and t he settlement t he river dyke are all p resented herewit h.Through t he monitoring ,t he real 2time information of t he caisson sinking has been understood ,t he guidance to t he construction has been p rovided and t he safe and smoot h p roceeding o

7、f t he const ruction of t he caisson has been ensured.K ey w ords :bridge foundation ;caisson ;monitoring technique ;monitoring scheme ;construc 2tion monitoring 收稿日期:2009-05-13作者簡(jiǎn)介:趙有明(1963-,男,高級(jí)工程師,1985年畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院橋梁工程專業(yè)(zhaoym 。1工程概況南京長(zhǎng)江第四大橋北錨碇采用沉井基礎(chǔ),尺寸為69.0m ×58.0m ×52.8m (長(zhǎng)×寬&

8、#215;深。沉井頂面標(biāo)高+4.300m ,底面標(biāo)高-48.500m 。沉井共分11節(jié),第1節(jié)高6m ,為鋼殼混凝土沉井;第210節(jié)各高5m ,第11節(jié)高1.8m ,均為鋼筋混凝土沉井。沉井區(qū)域地質(zhì)以砂層為主,細(xì)砂層較厚,沉井底部置于密實(shí)卵礫石層上。沉井下沉過程中易出現(xiàn)傾斜、扭轉(zhuǎn)、涌砂或下沉不到位等不利狀況。根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn),通過計(jì)算分析并參考以往類似工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn),確定將11節(jié)沉井分4次接高下沉。沉井施工總體方案為:采用砂樁復(fù)合地基加固法進(jìn)行地基加固,在加固地基上拼裝第1節(jié)鋼殼沉井并澆注混凝土;澆注接高第24節(jié)鋼筋混凝土沉井,降排水施工下沉19.0m,累計(jì)下沉19.0m;澆注接高第58節(jié)沉井,不排

9、水施工下沉20.0m,累計(jì)下沉39.0m;澆注接高第911節(jié)沉井,下沉13.8m至設(shè)計(jì)標(biāo)高-48.5m,累計(jì)下沉52.8m。北錨碇沉井體積龐大,所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜,覆蓋層較厚,下沉施工面臨諸多難題。為保證沉井下沉過程中的施工質(zhì)量,確保施工安全順利進(jìn)行,必須對(duì)下沉施工實(shí)施監(jiān)控。2沉井幾何姿態(tài)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)沉井下沉的幾何姿態(tài)監(jiān)測(cè)以設(shè)計(jì)要求為標(biāo)準(zhǔn),并滿足公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(J T G F80/12004等相關(guān)規(guī)范,結(jié)合類似成功的施工案例和經(jīng)驗(yàn),確定了本工程沉井施工監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(表1。表1沉井下沉幾何姿態(tài)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)檢查項(xiàng)目規(guī)定值或允許偏差檢查方法和頻率1平面尺寸±120mm尺量,每節(jié)段2井壁

10、厚度±15mm尺量,每節(jié)段沿周邊4點(diǎn)3刃腳高程-2000mm 水準(zhǔn)儀,測(cè)48處頂面高程反算4中心偏位25cm 全站儀或經(jīng)緯儀,測(cè)沉井兩軸線交點(diǎn)5最大傾斜度1/300井高6平面扭轉(zhuǎn)角0.5°全站儀或經(jīng)緯儀,測(cè)沉井兩軸線交點(diǎn)3監(jiān)測(cè)總體布置北錨碇沉井監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變和幾何姿態(tài)。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目所采用的監(jiān)測(cè)儀器及監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表2。4監(jiān)測(cè)方案4.1沉井下沉深度、平面位置及偏斜監(jiān)測(cè)沉井下沉深度(下沉量是直觀評(píng)價(jià)施工中沉井幾何姿態(tài)的重要參數(shù),下沉量在平面分布上的傾斜度、水平位移與水平扭轉(zhuǎn)差異是下沉過程中的最重要的監(jiān)控指標(biāo),是指導(dǎo)下沉施工和糾偏的重要依據(jù)1。(1監(jiān)測(cè)手段和頻率。沉井

11、下沉深度、平面位置及偏斜采用全站儀、水準(zhǔn)儀、自動(dòng)高程監(jiān)測(cè)微壓傳感器和測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)頻率為沉井下沉過程中每10min1次,沉井接高期間每天1次。(2測(cè)點(diǎn)布置。為監(jiān)測(cè)沉井的下沉量和下沉量在平面上的差異,在每次接高后的沉井井壁頂面布置由9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成的觀測(cè)網(wǎng),9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別構(gòu)成3條縱向觀測(cè)剖面和3條橫向觀測(cè)剖面,監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體布置見圖1。在接高后的沉井頂端的四角和周邊居中部位以及沉井中心各布置1套自動(dòng)高程監(jiān)測(cè)微壓傳感器,并用水力連通管連接所有的測(cè)點(diǎn)。以沉井中心部位的微壓傳感器為基準(zhǔn)點(diǎn),來監(jiān)測(cè)沉井頂端的沉降差異。在每次接高后沉井頂端的四周各布置1個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)、四角各布置1個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn),利用全站儀

12、觀測(cè)每一測(cè)點(diǎn)的水平位移。在沉井中心布置1個(gè)沉井整體傾斜監(jiān)測(cè)孔,監(jiān)測(cè)孔隨沉井的接長(zhǎng)而接長(zhǎng),并在接長(zhǎng)后的監(jiān)測(cè)孔中及時(shí)安裝雙向傾斜儀,安裝后的雙向傾斜儀即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、快速的沉井整體傾斜監(jiān)測(cè)。表2沉井施工監(jiān)測(cè)總體布置匯總監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容儀器測(cè)點(diǎn)數(shù)量沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力首節(jié)鋼殼沉井刃腳關(guān)鍵部位的應(yīng)力第2節(jié)沉井底部截面水平環(huán)向應(yīng)力鋼板計(jì)/鋼筋計(jì)鋼筋計(jì)7/74刃腳踏面反力井壁刃腳踏面和隔墻反力土壓力計(jì)13沉井側(cè)壁土壓力(摩阻力土壓力側(cè)壁摩阻力土壓力計(jì)、振弦式土壓力盒摩阻力儀405沉井下沉深度、平面位置及偏斜下沉量及其差異、水平位移傾斜度全站儀、水準(zhǔn)儀自動(dòng)高程監(jiān)測(cè)微壓傳感器、測(cè)斜儀128地下水位與井內(nèi)水位周邊地

13、下水位沉井內(nèi)水位測(cè)繩、滲壓計(jì)測(cè)繩1220沉井底部開挖地形井內(nèi)水下地形測(cè)量測(cè)繩、潛水系統(tǒng)、多波速測(cè)深系統(tǒng)20地表沉降和長(zhǎng)江大堤沉降量長(zhǎng)江大堤變形地下水力坡降滑動(dòng)式伺服加速度測(cè)斜儀、剖面沉降儀滲壓計(jì)25圖1沉井施工期監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體布置4.2刃腳踏面反力監(jiān)測(cè)沉井刃腳踏面反力既反映沉井下沉過程中所遇到的地層阻力,也客觀反映了沉井的受力情況,是下沉過程中的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)。通過測(cè)定沉井在下沉過程中的刃腳踏面反力,為及時(shí)、直觀地了解沉井下沉過程中所遇到的土層阻力提供資料。(1監(jiān)測(cè)手段和頻率。刃腳踏面反力采用土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)頻率為每天觀測(cè)2次,接高期間每天觀測(cè)1次。(2測(cè)點(diǎn)布置。在沉井井壁刃腳踏面上布置8個(gè)刃腳踏

14、面反力監(jiān)測(cè)點(diǎn),每點(diǎn)布置1支土壓力計(jì);在沉井隔墻的底部布置5個(gè)反力監(jiān)測(cè)點(diǎn),每點(diǎn)布置1支土壓力計(jì),布置示意見圖1。為了精確獲得刃腳踏面反力,同時(shí)不致在沉井下沉過程中使土壓力計(jì)損壞,刃腳踏面土壓力計(jì)應(yīng)采取保護(hù)措施,其安裝示意見圖2。4.3沉井側(cè)壁土壓力(側(cè)壁摩阻力監(jiān)測(cè)側(cè)壁摩阻力反映沉井的受力情況,通過埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器獲取數(shù)據(jù), 系統(tǒng)深入分析側(cè)壁摩阻力的分布圖2刃腳踏面反力土壓力計(jì)的安裝示意規(guī)律具有較高的實(shí)用價(jià)值。(1監(jiān)測(cè)手段和頻率。沉井側(cè)壁摩阻力是本工程監(jiān)測(cè)的難點(diǎn),采用摩阻力儀直接測(cè)試,并根據(jù)側(cè)壁土壓力監(jiān)測(cè)的土體應(yīng)力,間接計(jì)算側(cè)壁摩阻力,同時(shí)采用振弦式土壓力盒監(jiān)測(cè)其側(cè)向土壓力,相互印證結(jié)果。側(cè)壁土壓力(

15、側(cè)壁摩阻力監(jiān)測(cè)頻率為沉井下沉過程每天觀測(cè)2次,沉井接高期間每2天1次。(2測(cè)點(diǎn)布置。沉井側(cè)壁土壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在沉井的第1、3、5、7節(jié)上。每個(gè)側(cè)壁布置2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),四壁共8個(gè)測(cè)點(diǎn)。第1節(jié)鋼殼沉井布置2層,分別布置在該節(jié)的底部和頂部;第3、5、7節(jié)各布置1層測(cè)點(diǎn),布置在該節(jié)的頂部。側(cè)壁土壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布置5層,40個(gè)測(cè)點(diǎn)。選取側(cè)壁(棲霞側(cè)1列豎向5個(gè)土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置各布置1套側(cè)壁摩阻力儀,監(jiān)測(cè)側(cè)壁摩阻力,測(cè)點(diǎn)布置見圖1。鋼殼沉井采用如下方法安裝土壓力計(jì):在沉井鋼壁上切出與土壓力計(jì)保護(hù)套直徑相同大小的孔,將土壓力計(jì)測(cè)力面與鋼沉井外壁平齊,用鋼板將土壓力計(jì)固定,導(dǎo)線通過沉井內(nèi)保護(hù)鋼管伸至監(jiān)測(cè)總站,土壓

16、力計(jì)保護(hù)罩內(nèi)充填密實(shí)細(xì)砂,背面基板與鋼墊板之間采用環(huán)氧樹脂粘接。鋼殼沉井段土壓力計(jì)安裝示意見圖3 。圖3鋼殼沉井段土壓力計(jì)安裝示意4.4沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變是客觀反映沉井結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)的最直觀指標(biāo)。應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要目的在于評(píng)價(jià)沉井下沉過程中結(jié)構(gòu)的受力情況,為安全施工提供預(yù)警信息。(1監(jiān)測(cè)方法和頻率。沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)通過埋設(shè)的鋼板計(jì)和鋼筋計(jì)監(jiān)測(cè)鋼板和鋼筋的應(yīng)力。結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)頻率為首次下沉過程每天觀測(cè)3或4次,第2次以后下沉每天觀測(cè)2次,接高期間每2天1次。(2測(cè)點(diǎn)布置。首節(jié)鋼殼沉井刃腳關(guān)鍵部位刃腳水平方向應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在井壁和隔墻上,具體布置為:順橋向井壁和隔墻中部布置4個(gè)測(cè)

17、點(diǎn),橫橋向軸線井壁和隔墻中部布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)(在垂直方向上,7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在刃腳以上0.5m 的位置,見圖1。在每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)部位的鋼板上布置1支鋼板計(jì),監(jiān)測(cè)鋼板應(yīng)力;在每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)部位的鋼筋上布置1支鋼筋計(jì),監(jiān)測(cè)鋼筋應(yīng)力。鋼板計(jì)采用弧焊式表面應(yīng)變計(jì),安裝在鋼節(jié)空腔內(nèi),為防止空腔充填混凝土?xí)r損壞儀器,使用保護(hù)罩保護(hù)安裝應(yīng)變計(jì),見圖4。第2節(jié)混凝土沉井底部截面水平環(huán)向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置:在第2節(jié)井壁內(nèi)側(cè)四周中央各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置1支水平向鋼筋計(jì),用于監(jiān)測(cè)混凝土沉井底部截面水平環(huán)向應(yīng)力 。圖4鋼板計(jì)安裝俯視示意4.5地下水位與井內(nèi)水位監(jiān)測(cè)沉井前4節(jié)采用降排水方法施工下沉,沉井周邊管井降水和井內(nèi)抽

18、泥會(huì)引起周邊地下水位變化,應(yīng)對(duì)地下水位和井內(nèi)水位進(jìn)行定期監(jiān)測(cè),控制沉井下沉和接高過程中周邊土體的水力梯度滲透變形。(1監(jiān)測(cè)手段和頻率。采用測(cè)繩和滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)地下水位與井內(nèi)水位。監(jiān)測(cè)頻率為下沉過程中每天3次,接高期間每天1次。(2測(cè)點(diǎn)布置。地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)可利用降水井進(jìn)行監(jiān)測(cè),同時(shí)在抽水井外圍沉井四周布置4條剖面,每條剖面布置3或4個(gè)地下水位觀測(cè)孔,監(jiān)測(cè)地下水降落漏斗。在每個(gè)隔倉(cāng)布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)井內(nèi)水位。4.6沉井底部土體開挖和地形監(jiān)測(cè)為確保沉井均勻下沉,應(yīng)對(duì)沉井底部土體開挖和地形進(jìn)行觀測(cè)。(1監(jiān)測(cè)手段和頻率。排水下沉期,沉井底部地形監(jiān)測(cè)采用目測(cè)的方法。不排水下沉期,水下地形監(jiān)測(cè)以測(cè)繩、潛水員操作等常規(guī)手段為主。監(jiān)測(cè)頻率為下沉期間每天施工前、施工后各測(cè)1次。(2測(cè)點(diǎn)布置。沉井每個(gè)隔倉(cāng)中各布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)。4.7地表沉降和長(zhǎng)江防洪大堤沉降量監(jiān)測(cè)沉井距長(zhǎng)江大堤約90m ,下沉施工及降水助沉引起土內(nèi)細(xì)顆粒的流失以及土體有效應(yīng)力增加,易導(dǎo)致周邊地基開裂和塌陷、大堤產(chǎn)生滲漏和管涌破壞隱患。(1監(jiān)測(cè)手段和頻率。沉降采用水準(zhǔn)沉降觀測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè);水平位移采用滑動(dòng)式伺服加速度測(cè)斜技術(shù)監(jiān)測(cè);滲透變形采用水力坡降