湖口大橋東塔樁基凍結(jié)法施工技術(shù)介紹模板

1、湖口大橋東塔樁基 凍結(jié)法施工技術(shù)介 紹【關(guān)鍵詞】湖口大橋東塔樁基凍結(jié)法施工技術(shù)1引子湖口大橋東塔基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注注樁，但由于該橋地質(zhì)水文情況及設(shè)計(jì)構(gòu)造的復(fù)雜性，導(dǎo)致采用鉆機(jī)成孔存在很多實(shí)際困難。 為確保工期、 工程質(zhì)量及減少投入,由施工方提出在項(xiàng)目方支持， 專家咨詢論證的前提下，將煤炭系統(tǒng)多年來行之有效的凍結(jié)固壁法 首次引進(jìn)橋梁深水基礎(chǔ)施工，并取得圓滿成功，現(xiàn)對其進(jìn)行簡單介 紹。2湖口大橋工程概況湖口大橋位于江西省湖口縣，地處鄱陽湖與長江的交匯之處約三公 里,是九江至景德鎮(zhèn)一級汽車專用公路上的特大橋。橋長3799米。其主橋?yàn)殡p索面三跨預(yù)應(yīng)力大小塔斜拉橋，半漂浮體系，跨徑布置為188m+3

2、18m+130m,連續(xù)長度為 636m,橋?qū)?7.5m 該橋大小塔基礎(chǔ)均采用 4根大直徑鋼筋混凝土灌注樁，其中小塔 （根據(jù)所處方位稱為東塔，基礎(chǔ)灌注樁直徑 4m）橋址處地質(zhì)情況 十分復(fù)雜，基礎(chǔ)覆蓋層均為軟弱松散沖擊層 ，厚度達(dá)19m之多,土 性以淤泥和淤泥質(zhì)亞粘土為主，基巖主要由石英砂巖組成，巖性堅(jiān) 硬脆,裂隙較發(fā)育。3.東塔樁基施工方案選擇由于本橋主塔樁基設(shè)計(jì)構(gòu)造和地址水文情況十分復(fù)雜，因此選擇一種正確合理的成孔方案顯得格外重要，這將直接影響到工程質(zhì)量和工程進(jìn)度。經(jīng)過對樁基設(shè)計(jì)構(gòu)造特點(diǎn)、橋址地質(zhì)水文情況及施工設(shè)備能力進(jìn)行綜合分析后，擬定鉆孔灌注樁和凍結(jié)法挖孔灌注樁兩 種施工方法進(jìn)行比選。依據(jù)

3、加快工程進(jìn)度、保證工程質(zhì)量、最大限度減少投入的原則，最終確定采用凍結(jié)法人工挖孔灌注樁方案進(jìn) 行湖口大橋東塔樁基的施工。3.1采用傳統(tǒng)方法鉆孔成樁施工特點(diǎn)3.1.1東塔樁徑達(dá)4m,穿過的軟弱松散沖擊層厚度大，采用傳統(tǒng)鉆 機(jī)成孔，鋼護(hù)筒直徑將達(dá)4.5m以上,要下沉到基巖層將十分困難， 機(jī)具設(shè)備難以滿足施工要求；3.1.2由于樁徑大且存在變截面，采用傳統(tǒng)鉆機(jī)成孔澆筑水下混凝土風(fēng)險(xiǎn)大；3.1.3傳統(tǒng)鉆機(jī)成孔，設(shè)備龐大，移位困難，4根樁難以平行作業(yè)，工 期難以確保。3.2凍結(jié)法人工挖孔施工特點(diǎn)凍結(jié)法施工技術(shù)，即是利用人工制冷的方法把土壤中的水凍結(jié)成冰 形成凍土帷幕，用人工凍土帷幕結(jié)構(gòu)體來反抗水土壓力，以

4、保證人工開挖工作順利進(jìn)行。作為一種成熟的施工方法，凍結(jié)法施工技術(shù)在國際上被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)和煤礦建設(shè)中，已有100多年的歷史,中國采用凍結(jié)法施工技術(shù)至今也已有40多年的歷史，主要用于煤礦井筒開挖施工，其中凍結(jié)最大深度達(dá) 435m,凍結(jié)表土層最大厚 度達(dá)375m。經(jīng)過多年來國內(nèi)外施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)凍結(jié)法施工有 以下特點(diǎn)：3.2.1可有效隔絕地下水，其抗?jié)B透性能是其它任何方法不能相比的,對于含水量大于10%的任何含水、 松散,不穩(wěn)定地層均可采用凍結(jié)法施工技術(shù)；322凍土帷幕的外形和強(qiáng)度可視施工現(xiàn)場條件，地質(zhì)條件靈活布置和調(diào)整，凍土強(qiáng)度可達(dá)5- 10Mpa,能有效提高工效；3.2.3凍結(jié)法施工對四

5、周環(huán)境無污染，無異物進(jìn)入土壤，噪音小，凍 結(jié)結(jié)束后，凍土墻融化，不影響建筑物四周地下結(jié)構(gòu)；3.2.4凍結(jié)施工用于樁基施工或其它工藝平行作業(yè)，能有效縮短施 工工期。經(jīng)過對上述兩種施工方法的比較可知，采用凍結(jié)法施工，凍土帷幕能滿足受力要求，不需下沉龐大的鋼護(hù)筒，也無需大噸位鉆機(jī)，解決 了起重設(shè)備能力不足的困難，降低了施工難度；而且能有效地隔絕 了地下水，實(shí)現(xiàn)樁基干處施工，減小大直徑樁澆注水下混凝土的風(fēng) 險(xiǎn)；同時(shí),能有效提高工效，比常規(guī)方法施工方法節(jié)約工程成本。因 此,湖口大橋東塔樁基選擇凍結(jié)法施工更為合理：4.湖口大橋東塔樁基凍結(jié)法施工技術(shù)方案雖然凍結(jié)法施工技術(shù)已應(yīng)用多年，經(jīng)過長期的實(shí)踐，已建立起

6、一整套完整的施工工藝流程，但此次應(yīng)用在湖口大橋樁基施工中，在橋梁深水建設(shè)史上還屬首次，具有相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)，因此,我們非常重 視。結(jié)合東塔樁基構(gòu)造及地質(zhì)水文特點(diǎn)，進(jìn)行了具體的施工技術(shù)設(shè)計(jì),并經(jīng)多次專家論證會論證，最終確定了凍結(jié)深度、凍結(jié)壁厚 度、凍結(jié)方式、凍結(jié)孔布置、凍結(jié)需冷量計(jì)算、樁基嵌巖段鉆爆法施工、低溫混凝土施工等關(guān)鍵要素，這些都是在實(shí)施東塔樁基凍結(jié)施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)控制的工作內(nèi)容，現(xiàn)就其中的主要部分作簡單介紹：4.1凍結(jié)深度的確定東塔樁基穿過的地層，松散沖積層厚度達(dá)19m左右,土性以淤泥和 淤泥質(zhì)亞粘土為主，十分軟弱，基巖段裂隙發(fā)育，富含裂隙水。為確 保人工挖孔時(shí)的安全，采用樁基全長凍結(jié)。橋位處

7、枯水季節(jié)水位一 般在+ 10m左右,最高歷史水位為+ 13m左右，為保險(xiǎn)起見，將凍結(jié) 施工平臺用鋼管樁圍堰加高到+ 20m。為確保樁底凍結(jié)止水墊封 水可靠，設(shè)計(jì)凍結(jié)深度超過樁底 5m,達(dá)到23m,凍結(jié)深度自+20m 起,共計(jì)43m深。4.2.凍結(jié)壁厚的確定凍結(jié)壁厚度可根據(jù)樁基四周地壓值與凍土抗壓強(qiáng)度按照無限長厚壁圓筒理論進(jìn)行計(jì)算確定。4.2.1樁基四周地壓計(jì)算根據(jù)該區(qū)的地質(zhì)水文情況，淤泥含水豐富且在湖水下面，地壓計(jì)算可參照地質(zhì)及各種不利因素，按懸浮理論由重液公式計(jì)算；F= rhA+Rw 或 P= 1.3H式中：r土的重度，KN/m3;A 土側(cè)壓力系數(shù)，A = tg2;H 深度；Rw 水壓力。取

8、其大者作為沖積層最大地壓P= 4.11Kg/cm2422凍結(jié)壁厚度計(jì)算設(shè)計(jì)單機(jī)制冷，鹽水溫度為25C- 28C ,凍結(jié)壁平均溫度取 6C ,淤泥質(zhì)亞粘土凍土抗壓強(qiáng)度根據(jù)凍土試驗(yàn)結(jié)果取3.46Mpa;根據(jù)凍結(jié)壁彈塑性理論，按無限長厚壁圓筒計(jì)算凍結(jié)壁厚度為：E= R / - 2p 1/2- 1式中：R凍結(jié)井壁半徑凍土抗壓強(qiáng)度E凍結(jié)壁厚；E= 1.83m4.3凍結(jié)方式為確保基巖工作面的溫度滿足混凝土的養(yǎng)護(hù)要求，以及減少凍結(jié)孔的冷量損失，采用局部凍結(jié)方式，凍結(jié)段標(biāo)高分別為：外圈主凍結(jié)孔：+20m23m樁內(nèi)孔：18m23m4.4凍結(jié)孔的布置根據(jù)東塔樁基開挖時(shí)的孔徑及凍結(jié)壁厚度的要求，將凍結(jié)孔布置成圓筒狀

9、，共分為3圈，外圈為主排孔，圈徑6.0m,布孔19個(gè)，開孔間 距0.992m;中圈及內(nèi)圈孔為樁內(nèi)封底孔，中圈孔圈徑3.5m,布孔5 個(gè)，開孔間距2.2m;內(nèi)圈孔圈徑1.5m,布孔3個(gè)，開孔間距1.57m; 每樁布置兩個(gè)測溫孔，樁內(nèi)樁外各一個(gè)，測溫孔應(yīng)視現(xiàn)場情況布置 在凍結(jié)有效發(fā)展范圍內(nèi)，并盡量布在間距最大的凍結(jié)孔四周。4.5凍結(jié)需冷量計(jì)算設(shè)計(jì)冷凍鹽水溫度為25 C28C ,考慮施工期內(nèi)湖口地區(qū)的氣 候條件，冷量損失取15 % ,則總需冷量為：Q = 1.15nsHq 式中：n冷凍管根數(shù)，取n = 4= 108（根）s冷凍管直徑，s= 0.5mH 凍結(jié)深度，H = 43mq冷凍管吸冷量，考慮施工水位較高，圍堰封水不安全，取q =879.23kj/m2h 即 Q = 1878.2MJ/h4.6凍結(jié)時(shí)間計(jì)算根據(jù)長期實(shí)踐證實(shí)，表土層凍土發(fā)展速度為 22mm25mm/米,基巖 交圈速度為40mm/天，據(jù)此推算，凍結(jié)壁厚度達(dá)到1.83m需時(shí)為 1830/= 35。4.7東塔樁基基巖段鉆爆法施工設(shè)計(jì)當(dāng)凍結(jié)期結(jié)束后，測溫資料表明凍結(jié)壁交圈且強(qiáng)度可滿足樁基開挖 要求時(shí)，即開始進(jìn)行開挖工作。對樁孔經(jīng)過的沖積層部分，采用傳統(tǒng)人工挖孔施工，對基巖部分則采用鉆爆法施工。根據(jù)對凍結(jié)法施 工和鉆孔法挖孔施工特點(diǎn)