李家沙特大桥主墩围堰设计与施工.pdf

第 3 6卷 第 1 4期 3 0 8 2 0 1 0年 5月 山 西 建 筑 s hanxi archi tecture vl0 i _ 3 6 no 1 4 m a y2 0 1 0 文章编号： 1 0 0 9 6 8 2 5 ( 2 0 1 0 ) 1 4 0 3 0 8 0 3 李 家沙特大桥 主墩 围堰设计与施工 唐 春 阳 摘要： 结合李家沙大桥工程所在地的水文地质条件， 对其 z 3号、 z 4号承台方案进行 了比选， 确定采用圆形钢板桩围堰 施工， 具体阐述了承台分步施工的方法和步骤， 并总结 了设计和施工过程 中的体会， 以期指导类似工程施工。 关键词 ： 特大桥， 围堰 ， 钢板桩， 拱圈， 变形监测 中图分 类号 ： u4 4 5 5 5 6 文献标识码 ： a 1 工 程概 况 1 1 工程概 述 李家沙大桥位于广州番 禺区和佛山顺德区交界的李家沙水 道处， 桥跨布置为( 1 1 0 +2 2 0+1 1 0 ) m三跨双塔四索面预应力混 凝土斜拉桥， 全长 4 4 0 m， 采用平行的上下行两幅桥 ， 两主梁横向 完全分离， 斜拉索布置在主梁两侧成空间四索面。 主墩 z 3 ， z 4在靠近大堤内侧。z 3号、 z 4号主墩共 4个承台， 每个承台设置 9根 5 m桩基， 桩长约 4 5 m5 0 m。承台结构 尺寸为 1 4 2 m( 长) 1 5 7 m( 宽 ) 5 5 m( 高) ， 封底混凝 土厚 为 1 m。z 3号、 z 4号主墩承台底标高改为一致 ， 皆为 一6 0 0 m。 1 2工程水文地质条件 而保证这两点要求。而对于经济、 美观的要求则没有具体的指标 进行衡量。当然 ， 在方案设计和评审阶段会考虑到经济和美观的 要求， 中小桥梁主要关注经济性， 而大型和特大型桥梁对美观问 题越来越重视， 但需要指出的是该阶段对经济性的评估往往是只 注重考虑建设成本， 而对于后期的养护 、 维修等的长期综合成本 缺乏考虑。因此， 这种评估经常是 比较片面的。 我国正处在基础建设的投资巨大的时期。桥梁结构设计首 先要满足交通的需要， 适应若干年内交通增长的需要， 同时也要 适应当时当地的经济发展状况， 根据桥位处实际环境合理制定桥 梁结构形式及规模 ， 不能刻意标新立异， 不能刻意追求大跨度 ， 或 是不根据实际经济状况和周围环境状况而采取各种实现起来 比 较困难的桥型。新颖是桥梁美所追求 的， 但不是唯一的审美标 准。如果单纯为了这个目的而使得桥梁建设费用非常昂贵， 对于 促进经济发展来说付出的代价过大。对桥梁经济性的评价， 还包 括对后期维修养护等费用的考虑。某些桥型也许建设时期费用 相对于别的桥型较低， 但是建成之后的维修养护费用却较高， 一 个典型的例子是斜拉桥的换索问题。由于 目前技术水平的限制， 斜拉桥拉索的平均使用寿命在 2 0年3 0 年之间， 也就是在其服 役期间至少要进行一次换索 ， 如果考虑到后期换索 的巨大投入， 那么在跨度 1 0 0 0 m 以下的桥型竞争中， 悬索桥与斜拉桥在经济 性方面的差距将大大减小。所以对于桥梁经济性 的评价应该包 括建设期和建成后的养护期两方面。 李家沙水道规划为国家 1 级航道。根据目前水位情况。 最高 水位 2 2 m左右。水流速较缓， 一般在 1 m s 以内。 围堰 范围 内涉 及 的地质 情况简 述如下 ： 淤泥 ： 该 层主要 分 布在表部 ， 厚度3 m7 m。呈深灰、 灰黑色， 呈流塑状， 饱和， 该层 属高压缩性土 ， 力学 强度低 。粉砂 ： z 4墩处有 此层 ， z 3墩位 处 无 。厚度变化大 ， 为 4 m1 0 m左 右 ， 呈 松散 饱和状 。含淤泥 质 约 1 o 3 0 ， 部分地层含贝壳约 2 0 3 0 。容许承载力 o -0 =8 0 k p a ， 桩极限摩阻力 1 =3 0 k p a 。全风化花岗岩： 桥 位处厚度 3 3 m-2 0 5 m。黄色 ， 红褐色 。原 岩矿 物已基本风 化 变异 ， 岩 芯呈砂 土状 ， 稍湿 ， 硬 塑 坚 硬状 ， 手捻 易碎 。该 层天 然 状态下力学强度较高， 工程性能较好， 但该层具有泡水易软化、 崩 对于城市景观桥梁， 由于它除了交通功能之外 ， 其景观作用、 精神文化作用也很重要 ， 所以对这类桥梁， 经济上要求相对较宽 松。但是介人认为 ， 尽管如此， 还是应该对桥梁及其周边环境进 行认真的研究， 在达到预计的交通功能和景观等其他功能的同 时 ， 还是可 以尽量达到经济性 的_ 4 j 。 3 结语 桥梁设计师在加强美学素养的同时应该与建筑师通力合作， 桥梁方案设计应该有建筑师的参与， 使桥梁的结构创新与桥梁美 学价值的体现协调发展。桥梁设计应该结合本地区的实际经济 发展状况、 近期城市规划及远期城市规划 ， 既要适应本地经济发 展情况， 满足近期规划需要， 又要尽量方便城市远期规划的实现。 在满足实际需要的前提下 ， 尽量考虑桥梁的经济性， 做到可持续 发 展。 参考文献 ： 1 张师定 桥梁建筑的结构构思与设计技巧 m 北京： 人民 交 通 出版 社 ， 2 0 0 2 2 高振宇 ， 郭文军 ， 陈峰 桥 梁设 计与 环境协 调 的美学考 虑 j 铁道标准设计， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 6 - 1 0 3 盛 勇 桥梁美学中关于景观设计与评价的研究 d 西安： 长安大 学硕士论文 ， 2 0 0 1 4 杨德灿， 张先蓉 桥 梁美学的价值需求与体现 j 中外公 路 ， 2 0 0 4( 5) ： 5 1 5 2 th e c i t y b r i d g e a r c hi t e c t u r e a e s t h e t i c a pp r e c i a t i o n a nd v a l u e a na l y s i s luo zh i - g u o ab s t r a c t ：th e b r i d g e a r c h i t e c t u r e a e s t h e t i c e xp r e s s i o n f o r m a n d t h e c o o r d i n a t i o n r e l a t i o n b e t we e n b r i d g e a r c h i t ect u r a l a e s t h e t i c v alu e a n d i t s e c o n o mi c w e r e i l l u s t r a t e d i t p o i n t ed o u t t h a t a s c i e n t i f i c a n d a r t i s t i c b r i d g e n e ed d esi g n e r c o n s i d e r b r i dge eco n o my a n d s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t ke y w o r d s ： c i t y b ri dge ，a e s t h e t i c ， v al u e ， e c o n o my 收稿 日期： 2 0 1 0 0 1 2 8 作者简介： 唐春 阳( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 工程师 ， 广东省东南城际轨道交通有限公司 ， 广东 广州5 1 0 6 2 1 第 3 6卷 第 1 4期 2 0 1 0年 5月 唐春阳： 李家沙特大桥主墩围堰设计与施工 3 0 9 解， 使强度降低的不 良特性。容许承载力 0 =2 5 0 k p a ， 桩极限 摩阻力 2 “ i =7 0 k p a 。强风化花岗岩 ， 层厚不均匀 ， 为 2 m 2 0 2 m。黄色、 黄绿色， 花斑状 ， 以土状为主， 手捏易散 ， 局部夹弱 风化碎块 ， 呈薄饼及碎块状 ， 岩质稍硬。容许承载力 0 =5 0 0 k p a ， 桩极限摩阻力 r =1 2 0 k p a 。 2 z 3号、 7 , 4号承台方案 比选 2 1 方 形钢板 桩 围堰 采用方形钢板桩围堰， 从技术上讲， 比较成熟。但其内支撑 较多 ， 给承台开挖及承台结构施工带来比较大的影响， 特别是 内 支撑与模板钢筋相互妨碍， 给模板的吊装、 钢筋 的吊装带来很多 不便 ， 施工效率较低 。 2 2 无 支撑 圆形拱 圈支护钢 板桩 围堰 除了常规的直线形支护结构， 当基坑的平面形状较方正时， 在平面上还可将支护结构布置成圆形或近似圆形 ， 由于土体对拱 圈的弹性约束， 使圆拱具有更好的受力性能。另一方面， 从理论 上及工程实践数据来看 ， 作用在圆形支护结构上的主动土压力较 常规的直线形支护结构上的土压力小， 且支护结构半径越小这种 现象越显著， 即可以降低支护结构的内力和变形。从而可减少围 堰内支撑的复杂程度 ， 为施工提供充足的工作面， 提高施工效率。 李家沙大桥主墩承台平面尺寸为 1 4 2 m1 5 7 r r l ， 比较方 正 ， 采用 圆形 围堰进行 承台施工是一种理想 的选择 。 3 承 台总体施工方案 主墩承台采用 1 2 r n圆形 钢板 桩 围堰 ， 共设 4道 拱圈进行 支护， 拱圈采用 c a0混凝土。第一层拱圈标高为2 0 m， 第二层拱 圈标高为一1 0 m， 第三层拱圈标高为 一3 0 m， 第四层拱圈标高 为 一5 0 m， 基坑底标高 一6 3 1t i 。z 3 ， z 4主墩地质存在差异， 其 中 z 3主墩覆盖层较浅 ， 钢板桩底 打人基坑 底不小 于 3 m， 打人 全 风化层不小于 2 m。z 4主墩覆盖层较厚 ， 板桩打人基 坑底不小 于 5 it i ， 打入全风化层不小 于 1 m。 其施工步骤为： 钢板桩打设一围堰内开挖至标高 2 0 m一浇 筑第一层拱圈一开挖至标高 一1 0 m一浇筑第二层拱圈一开挖至 标高 一3 0 m一浇筑第三层拱圈一开挖至标高 一5 0 m一浇筑第 四层拱圈一开挖至基坑底一浇筑封底混凝土一承台结构施工。 4 承 台分步施工 4 1 钢板 桩打 设 4 1 1 钢板桩 围堰施工要 点 1 ) 钢板桩插打方法。采用逐片插打， 逐渐纠偏， 直至合龙， 以 及先合龙 ， 后插打进入岩层的方法。 2 ) 钢板桩插打过程控制。为了确保插打位置准确， 第一片钢 板桩插打是关键。具体方法为： 在定位桩上安装两层导向架 ， 在 导向架上设置限位装置 ， 大小比钢板桩每边大 1 0 mm， 插打时钢 板桩背紧靠导向架， 边插打边缓慢下放。严格控制好钢板桩插打 的垂直度， 尤其是第一片桩要从两个相互垂直的方 向同时控制， 确保其垂直度， 然后以第一片钢板桩为基准， 再向两边对称插打。 在插打过程 中， 钢板桩下端受土挤压， 钢板桩锁 口之间缝隙较大， 上端总会产生远离第一片钢板桩方向的倾斜。因此 ， 每打五片钢 板桩就要用垂球吊线检查其垂直度， 确保钢板桩垂直度控制在 0 5 以内， 超过此限度值时应采取措施予以纠偏。一次纠偏不 能太多 ， 以免锁 口卡住， 影响下一片钢板桩插打。当钢板桩偏移 太多时， 只能采取制作异形钢板桩的方法一次纠偏到位。每次插 打完 五片钢板桩并经 纠偏 后 ， 将钢 板桩 点焊 固定 于 内导 向架 j i ， 减少累计偏移位移， 利于围堰合龙 。在插打过程中应做到： 插桩 正直， 分散偏差， 有偏即纠， 调整合龙。 4 1 2钢板桩围堰合龙 1 ) 合龙前的准备。在即将合龙时， 开始测量并计算出钢板桩 底部的直线距离 ， 再根据钢板桩的宽度， 计算出所需钢板桩的片 数 ， 按此确定 钢 板桩 的下一 步 如何 插 打 。2 ) 钢 板 桩 的合 龙采 取 “ 先合龙 ， 后插打到位” 的方法 ， 即根据在合龙侧 ， 先将钢板桩逐块 插打进入河床一定深度， 而不直接一次性插打到位， 打入深度以 保证其自身稳定为度。因钢板桩进入河床较浅， 可适当调整钢板 桩的位置， 合龙较容易。钢板桩合龙后 ， 再将其逐块复打到设计 标高。3 ) 合龙时钢板桩的调整处理。钢板桩围堰在合龙时， 两侧 锁口不尽平行， 可实测板桩上下间距 ， 制作异形桩进行合龙。 4 2 围堰 内开挖 、 拱 圈浇筑及 拱 圈应 力监 测 1 ) 挖方。围堰内工作面比较开阔， 采用机械开挖。一个围堰 内安设两台小挖机， 围堰外用长臂挖掘机提升弃土。在弃土时， 根据围堰周边地势， 有意识填到低洼处， 使土压力荷载平衡。在 围堰周边地形较平整时， 应用载重车拖走。2 ) 拱圈浇筑。当开挖 至拱圈标高时， 对拱圈处进行整平， 并铺设一层砂浆垫层 ， 整个垫 层的标高需严格控制， 保证整个拱圈在同一个平面内。拱圈的钢 筋骨架分段在加工厂整体制作 ， 在现场焊接成型。模板采用 1 m 长钢组合模板。为方便以后拱圈的拆除 ， 在拱圈与钢板桩接触面 涂脱模剂， 钢板桩凹槽处需用硬纸板隔离， 防止水泥浆进入钢板 桩连接缝中， 导致拔桩困难。拱圈采用 c a0混凝土， 并添加早强 剂， 缩短等待混凝土强度时间。在拱圈混凝土强度达到 8 0 以上 时， 才能进行下一步开挖。3 ) 拱圈应力及变形监测。在拱圈施工 时 ， 拱 圈 中预埋应力 片 ， 对拱 圈应力 进行 监测 。一 层拱 圈共 8个 断面内外 层设置应 力 片 ， 8个 断面 成 4 5 。 角 均匀 布 置。 同时在这 8个断 面处 设置变形观测点 。在拱圈 混凝 土达 到强 度后 ， 进 行 土 方开 挖施 工 。土方每开挖 0 5 m1 m 对拱圈 的内力 和变形监测 一 次 ， 了解拱 圈 内力 情况 。并对数 据进行 对 比分析 ， 了解 与理论 计算偏差情况， 为下一步施工起到指导作用。由于拱圈受力从第 一 层到第四层是逐渐变大的， 但拱圈截面是同等大小的， 可以根 据第一层 、 第二层监控结果与理论值进行比较， 如果监控值偏大， 对第三层、 第四层拱圈受力进行 同比例放大， 检算拱圈承载安全 性， 如果超出安全范围， 可通过加大拱圈截面来增大拱圈承载力。 5 设计与施工过程中的体会 1 ) 施工方案设计与施工现场紧密联系： 应该根据实际的地质 情况和地下渗水情况确定合理的施工方案， 选择排水或不排水开 挖， 计算灌注封底混凝土厚度。2 ) 荷载计算是核心： 钢板桩计算 的核心内容就是基坑周 围土压力 的计算， 根据实际施工需要 ， 基 坑周围的堆载、 车辆荷载、 水压力等都要考虑到计算中去， 此外根 据地质情况还要考虑水对基坑周围土体的浮力作用 ， 以保证方案 的安全系数。3 ) 钢板桩围堰的施工过程计算： 钢板桩围堰的计算 工况要囊括整个施 工过程 ， 对于每一个施 工工况 都对应着 不同 的 受力状况。4 ) 内支撑的设计计算 ： 内支撑的设计考虑到基坑开挖 的方便性， 合理的布置内支撑的形式， 既要保证受力简单合理， 又 要使得基坑开挖有足够的操作空间。5 ) 主墩承台现已经顺利施 工完毕， 由于基坑渗水情况 比较理想， 采用了排水开挖的方案进 行基坑 开挖 。从总 的施工过程来 看 ， 钢板桩 围堰 及 内支撑是安 全 可靠的。由于实际的岩层埋深较浅， 和设计提供 的地质资料有差 别 ， 钢板桩人土深度未达到设计要求， 再者两道支撑间的距离较 大 ， 钢板桩 自身的刚度较弱 ， 在基坑开挖未到第二道支撑标高时 第 3 6卷 第 1 4期 3 1 0 2 0 1 0年 5 月 山 西 建 筑 shanxi archi tecture vo l _ 3 6 no 1 4 m a y 2 01 0 文章编号 ： 1 0 0 9 6 8 2 5 ( 2 0 1 0 ) 1 4 0 3 1 0 0 2 特 长 公 路 隧 道 施 工 通 风 设 计 陈 志 摘要： 以某特长隧道通风设计为例， 根据隧道的特点和实际情况， 选取了合理的通风方式， 并对通风设计及计算、 通风 布置作了深入探讨， 以保证施工进度， 降低工程成本， 取得满意的通风效果。 关键 词 ： 公路 隧道 ， 通风设计 ， 风量 计算 ， 施工 中图分类号 ： u4 5 3 5 文献标识码 ： a 1 工 程概况 某高速公路隧道为双向四车道分离式隧道， 左右净距 1 7 m 5 5 m， 左线全长4 9 1 8 m， 右线全长 4 9 7 0 m， 属特长公路隧道。隧 道单 口掘进长 ， 工期紧， 洞内爆破、 机械作业频繁， 通风排烟压力 大 ， 本文以进口端为例 ， 作专门的施工通风设计和组织， 选择经济 的通风设备和合理的通风方案， 以取得满意的通风效果， 保证施 工进度， 降低工程成本。 2 通风方式的选取 结合类似隧道的施工经验， 根据本隧道的特点和实际情况， 确定随着施工进展， 分两阶段采用不同的通风方式： 第一阶段为 第一道车行横洞贯通前， 采用左右洞独立的管道压入式通风 ， 即 在洞口安装轴流风机， 通过风筒向工作面压入新鲜风流， 污浊风 流沿洞身排出； 第二阶段为车行横洞贯通后， 轴流风机移入洞内， 将左洞作为进风巷， 右洞作为回风巷， 并辅以射流风机， 变管道通 风为管道加巷道通风 。 3 通风设计 3 1 通风设计参数 确定两阶段主要通风参数如表 1所示。 表 1 两阶段主要通风参数 项目 第一阶段 第二阶段 管道通风最大距离 m 8 0 0 1 0 0 0 围岩级别 级 围岩为主 级围岩为主 开挖断面积 s r n 2 1 0 2 9 0 一 次爆破用药量 a k g 2 3 0 2 1 0 衬砌后断面面积 l2 8 0 洞内最多作业 人数 1 0 0 最 长爆破后排烟 时间 t r a in 4 0 ( 差 0 5 m) 钢板桩的变形已经大于了 1 0 0 r n m， 而内支撑的安装都 采用的是被动撑的受力方式， 这导致了第二道内支撑未达到设计 标高， 和设计状态差别 比较大。因此， 建议在施工中采用主动支 撑的方式， 这样可以消除开挖过程中钢板桩的变形， 从而与设计 3 2 管道压入式通风计算 3 2 1 按 同一时间爆破的最大炸药量计算风量 爆破产生 的烟尘 主要集 中在掌 子面附近的一定范 围内， 在烟 尘排出过程和风量计算 方 法的研 究方 面 ， 有 多种 不 同的观点 ， 提 出的计算方法各不相 同。较具代表性且贴近实际情况 的为吴中 立公式， 认为烟尘的排出既有主风流的运移作用 ， 又有风流紊流 扩散的作用， 是两者综合过程。独头巷道的压入式通风包括两个 区段 ， 一个为工作面区， 即炮烟抛出带； 一个为通风区段， 即洞内 炮烟抛出带以外的区段。工作面的烟尘排 出过程为风流紊流扩 散过程 ， 通风区的烟尘排出过程为紊流变形过程， 并假定炮烟抛 出带长度大于风筒末端距工作面的长度 ， 吴中立公式如下： q = 0 0 4 7 4 + ( + ) ( 1 一 言 ) a 乩 。 其中， t 为爆破后通风排烟时间， re _ i n ； s为隧道断面面积， m2 ； l为通风区段 长度 ， m； a 为同时爆破最 大用药量 ， k g ； z 为风 筒末端距工作面的长度， m； z 为炮烟抛出带长度， m。 取 t =4 0 ， s=1 0 2 ， l=8 0 0 ， a =2 3 0 ， =4 0 ， l x=7 0 ， 得 出 q =2 2 0 4 m3 rai n 。 3 2 2 按洞内柴油机排放的废气污染计算风量 由于我国目前尚缺乏隧道内使用柴油机的成熟经验和数据， 基本上均采用按柴油机功率计算风量， 其计算公式为： q=q k i x 。 其中， q为柴油机所要求的供风量， m3 ( mi n - k w) ； 为计 算的柴油机功率 ， k w； ki 为柴油机利用系数。 隧规 规定 q =3 ， 是针对有净化装置的柴油机来讲的， 对于 废气排放量超标的柴油机需增大 q值， 一般取 4 0 。 状态相符。 参 考文献 ： 1 母泽友 柳河双线特 大桥钢板桩围堰施工工艺探 究 j 山 西建筑 ， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 1 7 ) ： 3 3 8 3 3 9 th e ma i n pi e r c o f f e r da m d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f l i j i a s h a s u p e r l a r g e b r i d g e tang c