桥梁桩基施工技术在岩溶地质区的应用.pdf

第 3 6卷 第 2 7期 3 2 4 2 0 1 0年 9月 山 西 建 筑 shanxi a rchi te( r ure vo i 3 6 no 2 7 s e p 2 01 0 文章编号 ： 1 0 0 9 6 8 2 5 ( 2 0 1 0 ) 2 7 0 3 2 4 。 0 3 桥梁桩基施工技术在岩溶地质区的应用 罗 科 进 摘要： 以云南新街一河口高速公路第五合同段大弯 3号大桥桩基施z - 2实例， 结合河 口地 区的地质状况， 分析 了岩溶 发育区的桥梁桩基施工注意事项， 以确保其施工进度与质量。 关键词 ： 岩溶地 质 ， 桥 梁， 桩基施工 中图分类号： u4 4 5 5 5 文献标识码： a 1 概 述 新河高速公路位于云南省东南部， 属云贵高原南缘、 横断山 系哀牢山余脉的大围山地区， 全线基本处于 中越边境红河沿岸， 地质情况复杂多变 ， 岩溶现象非常普遍 ， 使该地区的桥梁基础施 工面临着比较严峻的考验。 笔者在 2 0 0 5 年 7月2 0 0 7年 1 月参加了云南新河高速公路 第五合 同段 k 1 0 7 +4 9 2大弯 3 号大桥的施工， 根据该桥桩基施工 中曾出现的问题 ， 现分析和总结桥梁桩基施工应注意的一些事项。 2 工程简介 2 1 工程概 况 云南新河高速公路第五合同段 k1 0 7+4 9 2大弯 3号大桥为 桥梁的第六阶自振频率 6 =2 2 8 3 h z ， 振型表现为边跨结构 为主的二阶竖向反对称弯曲特点， 主跨和边跨呈现出两个半波的 振动态势。频率比一阶提高 2 8 2 倍。 桥梁的第七阶振型频率 m ， =3 1 9 8 hz ， 相应振型表现为主跨 的反对称二阶扭转振动的特点， 频率比第一阶提高 4 3 5倍。 桥梁的第八阶振型频率 ：3 3 5 6 h z ， 相应振型表现为主塔 的反对称面外或横桥向弯曲振动， 说明本桥虽然是单索面桥梁， 但由于其塔“ 矮” ， 横向弯曲刚度相对较大的特点 ， 这也是区别斜 拉桥的一个显著特点。频率比第一阶提高4 6 1 倍。 桥梁的第九阶振型频率 。 ：3 6 4 5 h z ， 相应振型表现为以梁 的主跨三阶对称扭转伴随边跨扭转振动和主塔的对称横向弯曲 振动的特点。桥梁的五、 七、 九阶振型分别为桥梁箱梁的一、 二、 三阶扭转振动， 一方面说明本桥单箱三室箱梁扭转刚度大的特点， 同时也反映出本桥桥面宽的特点。频率比第一阶提高 5 0 9 倍。 桥梁的第十阶振型频率 】 0 =3 6 6 8 h z ， 相应振型表现为以 主梁高阶竖向弯曲振动为主伴随塔的侧向弯曲振动的振动特点。 频率比第一阶提高 5 1 3 倍。 3 结语 通过对前 1 0阶振型进行分析， 可以得到如下结论： 从桥梁的 2 2 - 2 0 m先简支后 连续 预应力钢筋混凝土空心板， 左 右幅各 1 1 孔。0号， 1 号， 右幅2号， 5号1 1 号墩台基础为 + 1 2 0 c m桩 基共 4 2根 ， 左幅 2号 ， 3号 ， 4号墩为 + 1 5 0 c r n桩基共 1 0根 。柱式 墩 ， 桥台为桩柱式和肋板式。 2 2 地质资料 覆 盖层 1 0 m1 5 m深 ， 由上而下分为 ： 填土 1 m2 m厚 ； 黏土 ， 红褐色， 硬塑状， 3 m5 m厚； 中风化片麻岩， 灰白色， 角砾状 ， 厚 6 m8 m， 下伏为弱风化片麻岩 ， 灰黑色， 柱状 ， 质坚 硬。桩基嵌岩深度要求不小于 1 m。 3技术处理措施 k1 0 7 +4 9 2大弯 3号大桥 自2 0 0 5 年 5月开工以来， 桩基施工 前 1 0阶振动频率和振型， 各阶振动竖向、 纵向及扭转的频率相差 不大， 桥的竖向一阶振动、 纵向平动、 竖向二、 三阶振动、 扭转振 动 、 竖向多阶振动和对称、 反对称振动交替出现， 说明箱梁结构的 梁高变截面曲线设置以及腹板的设置方式均在合理范围之内。 梁的抗扭刚度的增大使扭转振型后移， 这将有利于增强桥梁的抗 风性能。由十阶振型没有出现整体横向弯曲振动的特点可知该 桥横向刚度 比较大。同时说明本桥有限元计算模型正确 ， 边界条 件模拟符合工程实际。 参考文献 ： 1 倪燕平 兰州银滩黄河大桥地震反应分析 d 兰州： 兰州铁 道学院硕士学位论文。 1 9 9 8 2 郭继武 建筑抗震设计( m 北京： 高等教育出版社， 1 9 9 1 3 范立础 桥梁抗震 m】 上海： 同济大学出版社 ， 1 9 9 6 4 李国豪 桥梁结构稳定与振动 m 北京： 中国铁道 出版社， 1 9 9 2 5 沈志林 独塔单索面斜拉桥稳定性计算方法的探讨 j 铁 道标 准设计 ， 2 0 0 3 ( 9 ) ： 3 1 3 2 6 范立础 桥梁抗震 m 上海： 同济大学出版社， 1 9 9 7 7 刘世忠， 欧阳永金 独塔单索面部分斜拉桥力学性能及建设 实践 m 北京 ： 中国铁 道 出版社 ， 2 0 0 6 ： 3 ana l y s i s o n s o me c a b l e - s t a y e d br i dg e m o d e o n li a nt a i br i dg e z h ao q i y a h ab s t r a c t ：th i s p a p e r b ri e f l y d e s c ri b e s s t r u c t u r e f e a t u r e s o f s o me c a b l e - s t a y e d b r i d g e t o g e t h e r wi t h g i r d e r b rid g e a n d c o mmo n c a b l e - s t a y ed b ri d g e wi t h l i a n t a i b r i d g e a s a n e x a mp l e ，i t e s t a b l i s h e s f i n i t e e l e me n t c a l c u l a t i o n mo d e l o f s o me l i ant a i c a b l e - s t a y e d b r i dges o n t h e b a s i s o f ans ys p l a t f o r m ，ma k es a s i mu l a t i o n analy s i s f o r i t resu l t s s h o w t h a t ：t h e b r id g e b o x g i r d e r d esi g n i s r e a s o n a b l e ，f i n i t e e l e me n t mo d e l i s c o t r e c t ，a n d t h e bou n d a r y s i mu l a t i o n c o n d i t i o n s me e t t h e e n g i n e e r i n g c o n c l u s i o n s k e y w o r d s ： some cab l e - s t a y e d b ri dge ，m oda l a n a l y s i s ， c a l c u l a t i o n mo d e 1 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 2 1 作者简介 ： 罗科( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 助理工程师 ， 中铁十二局集 团第三工程有 限公 司， 山西 太原0 3 0 0 2 4 第 3 6卷 第 2 7期 2 0 1 0年 9月 罗科进 ： 桥梁桩基施工技术在岩 溶地 质区的应用 3 2 5 屡遇岩溶， 进展十分缓慢。 3 1 前 期施 工 经验 及教 训 项目部曾采用以下施工方法， 试图解决桩基施工进展缓慢的 问题 ： 1 ) 1 11 固护壁法。提高护壁混凝土标号， 由 c 1 5提升至 c 2 5 ， 并采用 2配合木板插入溶洞淤泥中进行支撑 ， 以及配备 4 , 1 o钢 筋网片加固护壁。该法曾经解决过本标段其余桥梁桩基开挖在 遇单个小型溶洞时的问题。但在该桥涌水量大， 且地下溶沟溶槽 连通的情况下， 无法奏效， 刚支护起的护壁很快被涌水挤得变形 直至垮塌。 2 ) 帷幕注浆法。首先在桩基外 围设孔， 间距 3 0 c m， 孔径 1 0 c m， 再采用 4 2 5号普通混凝土硅酸盐水泥制备的水泥浆进行 注浆， 水灰比为 0 8 ： 1 0 ， 7 d 后， 再继续开挖桩孔。 由于地下水量过大， 水泥浆还未凝固就已被冲走 ， 此法也不 能奏效 。 3 2 正确 选择 成孔 方案及 设备 项 目部在总结了经验教训之后 ， 决定重新选择成孔方法。 桩基成孔 目前常用方法有人工挖孔、 旋转钻机成孔、 冲击钻 进成孔和冲抓钻进成孔四种。 k1 0 7 +4 9 2大弯 3号大桥桩基长度均小于 3 0 m， 岩石强度 比 较高， 地下岩溶发育较强 ， 综合比较了以上四种施工方法， 我项目 部决定彻底摈弃人工挖孔， 采用 冲击钻成孔法 ， 并从 昆明购进 2台大型冲击钻， 昼夜施工。使用冲击钻后， 施工变得顺利 ， 进度 迅速赶上。 3 3 冲击钻 孔技 术 处理措 施 3 3 1 制 备泥浆 泥浆的作用是对桩孔进行护壁和浮渣 。 一 般应选用塑性指数 1 0的黏性土或膨润土， 对于岩溶 地区， 由于桩壁地质不稳定 ， 我们需采用相对密度较大的泥浆， 这 样可以加强泥浆的护壁效用。一般采用 1 2 1 4 ， 本桥采用 1 3 。 3 3 2泥浆漏失及岩溶问题的处理 1 ) 投放水泥法 。 发生漏浆时， 迅速往孔内投放水泥， 一般在 3 0 mi n 后 ， 水位下 降会得到有效控制， 待水位完全稳定后 ， 再加大泥浆的浓度 ， 控制 钻进速度继续缓慢下钻。在本桥左幅 2号一 b桩基的钻孔施工中， 笔者曾采用此法有效阻止了漏浆。 2 ) 补浆法。 如果存在较大溶洞时， 先准备足够的小片石和黏土以及一台 小型装载机， 当遇到溶洞漏浆时， 迅速铲起黏土和片石填孔， 同时 大量补水， 采用小冲程轻砸 ， 将黏土和片石完全挤入溶洞内壁， 使 其形成稳定的护壁， 等漏浆现象完全消失后再正常钻进。在本桥 4 号墩桩基的钻孔施工中， 笔者曾采用此法阻止了漏浆。 3 ) 灌注水下混凝土。 如果以上方法仍不能控制漏浆， 可直接灌注水下混凝土， 用 正常灌注水下混凝土的施工方法， 用水下混凝土来填充溶洞。等 混凝土灌注深度超过溶洞顶 1 m时， 如混凝土面不再下降即可。 等混凝土强度达到 3 0 -5 0 ， 再正常钻进。在进行本桥右幅 7 号一 b 、 右幅 8 号一 b桩基钻孔施工时， 用以上两种方法皆未能有效控 制住漏浆， 在采用该法后才得以有效阻止， 避免了坍孔的严重后果。 据文献 ， 也可采用钢护筒穿过溶洞或采用帷幕防渗技术， 以 保证钻进 的顺利进 行 ， 防止漏浆 、 塌孔 。 4 判别终孔 应尽量探明桩底以下有无溶洞， 使桩承载于整体岩层并嵌入 岩内0 5 m1 0 m， 摩擦桩则应达到设计桩长 ， 实际施工中可从 以下几方面综合判断 ： 1 ) 钎锤触探 ， 锤头触岩时 ， 会出现轻微反弹 。 2 ) 捞取钻渣， 岩屑含量 5 0 -7 0 ， 且含泥、 含砂量小于 4 时 ， 认为人岩 。 3 ) 以设计钻孔柱状图提示岩面高程作为参考。 4 ) 查阅钻机施工记录， 可将基岩进尺速度 0 1 m h -0 2 m h 作为进入全岩面的控制速度。 5 灌桩过程 中处理混凝土流失的问题 5 1 加 大导管埋深 可将导管埋深由平时的 2 m-4 m提高到 3 m6 m， 这样可 以防止混凝土过快流失而使混凝土面脱离导管下 口， 造成断桩。 灌注时勤于测量混凝土面的高程， 对灌注过程中出现的缓慢下降 要 有准确的判断 。 5 。 2 加大混凝土灌注高度 对于漏浆严重的桩孔， 在成孔过程中， 我们就应做到心中有 数 ， 及早提防。灌注混凝土时加大高度， 一般超过桩顶设计标高 1 5 m2 m， 避免灌注完毕拔 出导管后， 混凝土面标高降至设计 桩顶标高以下， 造成短桩。 5 3 加大首盘混凝土量 这也是最重要的一个方法。首盘混凝土数量必须能使导管 的首次埋深不小于 1 0 r n ， 并填充导管底部， 首盘混凝土量计算公 式 如下 ： vt r d ( h1 +h2 ) 4 +丁 c h 1 4 。 其中， 为灌注首批混凝土所需数量， r n 3 ； d为桩孔直径 ； h1 为桩孔底 至导管 底端 间距 ， 一般为 0 3 m0 4 m； h2为导管 首 次埋深 ， m； d为导管 内径 ； h 1 为桩 孔 内混凝 土达 到埋置 深度 h2 时， 导管内混凝土柱平衡导管外( 或泥浆) 压力所需的高度， it i 。 一 般在公式计算的基础上增加 2 0 -3 0 。 5 4 加 强成 桩后 的检 测 本桥使用的桩基检测法有无破损检测法和钻芯取样法， 由于 本桥为岩溶发育区， 且无破损法无法检测桩底基岩情况 ， 故加大 了钻芯取样的频率 ， 对上述 7根桩 ， 两种方法都用上了， 避免了后 顾之忧， 确保了质量。 6结语 云南新河高速公路第五合同段 k1 0 7+4 9 2大弯 3号大桥桩 基施工后期 ， 由于正确的摸清了地质情况 ， 果断的采用了得当的 施工方法 ， 遇到 问题 时及 时采用 了正 确 的处理措 施 ， 顺 利在 一个 月内攻下了阻碍施工进度的剩余桩基。因此 ， 在岩溶地区施工桥 梁桩基础 ， 我们应在设计给出的地质图上做进一步的分析 ， 结合 以往的施工经验 ， 做进一步的勘察， 及时掌握岩溶发育的分布规 律 ， 选择正确的施工方案， 避免带来不必要的损失及加大不必要 的投入， 并加大岩溶地区的桩基检测力度， 确保桥梁施工的质量 和安全 。 参考文献 ： 1 向中富 桥梁施工控制技术 m 北京： 人 民交通 出版社， 2 0 0 1 2 罗骐 先 桩 基 工程检 测 手 册 m 北 京 ： 人 民交通 出版 社 ， 2 0 0 3 3 秦安鸿 太湖大列咀大桥桩基施工 j 山西建筑， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 4) ： 3 1 0 3 1 1 第 3 6卷 第 2 7期 3 2 6 2 0 1 0年 9月 山 西 建 筑 shanx i archi tecr ure vo 1 3 6 no 2 7 s e p 2 0 1 0 文章编号 ： 1 0 0 9 6 8 2 5 ( 2 0 1 0 ) 2 7 0 3 2 6 0 2 高速公路桥 空心薄壁高墩翻模施 工技术 李 金 亮 摘要 ： 对雅( 安) 泸( 沽) 高速公路( 二 3合同段烟溪沟大桥9 2m双柱武空心薄壁高墩施工进行分析， 从模板施工方案的选 定、 翻模的设计及构成和翻模的施5 7 _ 工艺等方面进行了论述， 详细阐述了空心薄壁高墩翻模施工技术的具体应用， 为今 后类似工程 的施工提供 了指 导。 关键词 ： 桥梁 ， 薄壁 空心高墩 ， 翻模 ， 施工技术 中图分类号 ： u4 4 5 文献标识码 ： a o 引言 随着近几年我国交通基础设施的大力发展， 尤其是高速公路 建设在向山区延伸的过程中， 受到山区公路线形指标控制、 特殊 地形地貌和地质条件限制， 路线在傍山路段布设时， 不可避免地 要遇到地形高差大、 桥梁受路线标高控制等技术难题。目前应用 空心薄壁高墩桥梁进行穿越 的方法是一种行之有效的方法。一 般来说， 空心薄壁高墩是指墩身高度大于 3 0 m， 墩身形式多为空 心、 薄壁、 变截面矩形的桥墩。但高墩桥技术要求高， 施工难度 大， 特别是模板施工工艺的选择尤为重要， 这将是关乎空心薄壁 高墩桥梁工程质量的重要因素。 1 工程概 况 雅( 安) 泸( 沽) 高速公路 合同段烟溪沟大桥位于四川雅安 荥经县境内， 该桥为老虎石隧道雅安端左右分线上跨烟溪沟及机 耕道而设置， 本桥高墩聚集 ， 最大桥高 9 7 5 m， 桥梁标高受路线标 高控制。桥梁上部结构左、 右桥均采用 1 5 4 0 m预应力混凝土简 支 t形梁， 左 、 右桥均为 四联。下部结构采用半幅桥宽双柱式钢 筋混凝 土 矩 形 变 截 面 实 心 墩 、 空 心 薄 壁 墩 ， 左 、 右 幅 4号 1 2 号桥墩高均在 4 0 m以上 ， 其中7 号墩为全桥最高墩， 桥墩高度 为 9 2 m， 单幅从基顶起每 2 0 m高设置高度为2 6 m的横向系梁， 将两个空心薄壁墩联接成一体。墩身平面尺寸： 顺桥向 4 8 7 m ( 变截面 8 0 ： 1坡度收坡) ， 横桥向 2 6 m( 等截面) ， 壁厚为 5 5 c m。 2 施工方案的选定 空心薄壁墩是桥梁高墩结构中常见的墩柱构造形式， 高墩的 施工方法有滑升模板法 、 爬升模板法 、 提升翻模法 以及使用液压 技术的液压翻模法。上述施工方法都需要大型机械设备配合 ， 如 塔式起吊机、 液压提升、 爬升设备等； 采用滑升模板法施工极易产 生支承杆弯曲、 混凝土水平裂缝或被模板带起、 局部坍塌等多种 问题， 且模板耗钢量大， 一次性投资费用较多； 采用爬升模板法施 工， 速度慢 ， 安全性差。而吊机提升式翻模施工操作简单， 进度也 可以满足工期要求， 在严格施工控制下， 还可以减少模板错台等 不利因素。因此， 结合工程特点 ， 以降低施工难度、 提高操作的可 行性以及降低成本为原则， 通过综合考虑， 该大桥桥墩采用无支 架塔吊翻模施工工艺。 3 翻模的设计参数及主要构成部分 3 1 外模 的结 构 为确保墩身外观质量， 墩身钢模均采用精制的大块定型钢模 在正规厂家进行加工制作。外模模板采用 2 m标准节， 两节 4 m， 每次混凝土浇筑一节模板高 2 m， 为方便模板安装及防止浇筑混 凝土时漏浆， 两节模板间采用公母隼的方式连接， 公隼嵌入母隼 的深度为 5 c n 9 。模板面板采用 艿=6 mm国标钢板 ， 横肋及纵肋 均用 1 0槽钢， 横肋间距 4 0 c m， 纵肋间距 3 0 t t n ， 横向龙骨采用两 根 1 0槽钢， 拉杆采用 o 2 2精轧螺纹钢筋， 外加 p v c套管。拉杆 背肋采用两根 1 6槽钢， 单幅两个薄壁墩同步施工， 每个循环架立 模板 高度 为 1 节 2 m， 共需 4节 8 m。 3 2内模 的结 构 内模与外模同步架立， 由于墩身为变截面空心薄壁墩 ， 墩身 较高， 内模采用组合钢模 ， 拉杆与外模连接。考虑到内模作业空 间小， 且拆除时无落点存放 ， 只能随着墩身混凝土不断的提升 ， 经 精确计算各项荷载， 制作时弱化其结构 ， 与内井字架构成可拆分 的整体结构。分节以能脱模为原则， 底节固定在终凝混凝土上。 3 3模板 的 固定 对拉杆的层距为 1 0 0 c m， 水平间距为 8 0 c m， 拉杆孔垂直位置 设置在拉杆背肋上； 通气孔位均在拉杆位置 ， 不再另行留设 ， 非通 气孔位置的拉杆洞在拆模时及时堵好。每一节段顺桥方向定型 模 、 角模及层间均在拉杆背肋焊接钢板螺栓联接成一个整体。 3 4支架 系统 及动 力 系统 支架系统由模板、 人行爬梯、 操作平台和内支架组成。利用 已有大模板在其背面加焊角钢形成固结式施工操作平台及安全 护栏 ， 内井字架作为 内模安拆和钢筋 绑扎 的支架 。动力 系统采用 5 t 手动倒链葫芦配合塔吊吊运拆卸和安装。 4 翻模的施工工艺 4