下穿高速大体积双孔框架桥高精度的顶推技术.doc

下穿高速大体积双孔框架桥高精度的顶推技术一、工程概况下穿桂海高速K1329+632顶推框架桥，采用钢筋混凝土结构，框架桥长67米，分四节分别是10m、23.5m、23.5m和10m，框架桥箱体宽14.7米，高7.9米，顶板、中墙和侧壁厚0.9米，底板厚1.0米,单孔净空为6m6m，经计算框架桥最大顶力为4182吨，采用预制两边同时顶进的施工方案。框架桥轴线与高速公路斜交夹角90度，框架桥两侧开挖明渠与高速东、西两渠相接。业主要求，框架桥接通两渠，桥下常年水深为1.5m，允许小游船通行，通行宽度要求分离双向通行，单向净宽不小于5米，净高不小于3.5米；采用2-6x6框架桥顶推施工的方式下穿桂海高速公路。桂海高速公路路基高约5米，框架桥顶覆土厚5.5米左右。根据地质资料显示框架桥位于粘土层中，框架桥底的土层可硬塑状，该处的地下水稳定水位为原地面向下6.7米。1、工程地质条件1.1地形地貌 勘察场地属溶蚀准平原地貌，地形起伏不大，地面高程在8592m，最大高差约7m，地势开阔、平坦，地表多为第四系人工填筑层、第四系残积层覆盖，无基岩出露，未见大型滑坡、塌陷等不良地质现象。1.2地层岩性根据钻探、野外地质调绘及钻探揭示，场地内地层主要为第四系人工填筑层（Qme）、第四系残积层（Qel）和石炭系上统（C3）地层组成。1.3地质构造及地震桥位区未发现区域性断裂构造，区域地质较稳定。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）划分，桥位区地震动峰值加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，对应的地震基本烈度VI度。二、技术难点1.框架桥箱体长23.5米，宽14.7米，高7.9米，顶板、中墙和侧壁厚0.9米，底板厚1.0米,最大顶力为4128吨；该框架桥尺寸及自重过大，在顶推施工如何减小摩擦力，保证箱体顺利顶进成为施工首要难题。2.框架桥采用预制两边同时顶进的施工方案，在顶推施工中对箱体的定位精度控制难度较大。3.该框架为下穿桂海高速框架桥，桂海高速公路作为广西壮族自治区的主要交通干道，日平均交通量约为15000辆左右，在本项目中框架桥顶的覆土5.7米厚，而框架桥宽度14.7米，顶进长度47米，施工时如果处理不好，路面可能会出现随框架桥移动，从而发生断裂、塌陷等现象，这样，势必会影响甚至阻断桂海高速公路的正常交通。因此，保证高速公路安全为为施工难题之一。三、主要技术措施（一）框架桥箱体四周泥浆润滑框架桥箱体长23.5米，宽14.7米，高7.9米，顶板、中墙和侧壁厚0.9米，底板厚1.0米,最大顶力为4128吨；该框架桥尺寸及自重过大，为保证箱体顺利顶进本工程创新性的采用了框架桥箱体四周泥浆润滑技术。在顶进施工过程中，随着顶进箱体长度的增加，管道外壁与土体之间的摩擦力会越来大，为了克服摩擦力就必须提供越来越大的动力。既增加了工程费用，又延长了工期，摩擦力过大时甚至无法施工。因此，工程施工中必须采取减阻措施。常用的减阻措施是在管道外壁形成一种润滑膜。这种润滑膜是由膨润土（主要成份高岭土）、废机油及其它润滑剂混合成糊状，通过管道上预留的注浆孔，由泵加压注入到管外壁。由于是通过泵加压的，所以这种润滑泥浆能沿着管外壁流动，使四周都有这种润滑剂，从而达到减小摩擦阻力的目的。1.注浆孔的预留箱体预制施工时，在箱体侧壁处每间隔1.5米预埋一个直径3cm的无缝钢管，无缝钢管应与结构钢筋绑扎牢固，两端用废纸堵住，以防混凝土施工时将管堵死。2.泥浆制备选用的泥浆配合比应使泥浆性能具有良好的润滑性。一般采用的泥浆配合比(重量比)为粘土3545，水5565，另加分散剂碳酸钠0.40.6，其中粘土或粉质粘土要求塑性指数不小于15，含砂率小于6。这种泥浆对箱体壁起润滑作用，它与箱体壁间摩阻力仅35kPa大大降低了箱体壁摩阻力(一般粘性土对井壁摩阻力为2550kPa，砂性土为1225kPa)，因而有提高顶推的施工效率。泥浆调制 第一次制作泥浆时，泥浆在搅拌机中搅拌，搅拌时，先将定量的清水加入搅拌机，然后按慢慢地加进粘土，再加增粘剂，最后加分散剂。由于增粘剂可能会影响粘土的溶胀，所以要在粘土之后放入。并开动机械搅拌，成浆后，打开出浆门将泥浆流入泥浆池内的储浆池中。泥浆的搅拌方法对粘土的溶胀程度影响很大。搅拌不够充分，泥浆的粘度和失水量都会受到影响。泥浆搅拌完全均匀所需的时间根据搅拌机的搅拌能力、粘土的质量以及加料方式不同而差异，原则上要根据搅拌试验的结果在现场决定搅拌时间。以后调制泥浆时根据现场实际情况，利用既有钻孔桩的钢护筒作搅拌池进行泥浆拌制，按以上顺序加入泥浆原材料，开机搅拌均匀后取样进行泥浆检测，检测合格后，将拌制完成的成品泥浆注入泥浆池中贮存。（二）滑板及滑轨技术在顶推法施工中，只需很小的水平顶推力，能将笨重的混凝土框架桥箱体移动，这里顶推滑板和滑轨起了重要作用，所以合理地设置滑板、滑轨是减小箱梁滑动摩阻力的关键技术问题同时也是框架桥在顶进时防止出现扎头和抬头现象的主要措施之一。1.滑板施工滑板长27米，宽15米，从下至上为80cm厚片石底基层，30cm厚级配碎石垫层，40cm厚C30钢筋砼底板。 滑板应满足预制桥涵主体结构所需强度及稳定要求。 按中线、标高打出施工水平桩及尺寸桩。开挖完成后换填80cm厚片石底基层，30cm厚级配碎石垫层，40cm厚C30钢筋砼底板。框架桥滑板采用钢筋混凝土板结构，要求滑板表面平整，并采取措施保证滑板稳定，不被前顶的框架桥带走。滑板顶面平整度用3m平整度尺检查，不大于2mm，为使滑板顶面达到较高的平整度，采用网格法控制高程法控制，即在浇筑滑板前放样水平控制桩，水平控制桩用16的钢筋打入工作坑土体内，形成2.5m2.5m的方格网，钢筋头顶面为滑板顶面高程，浇筑混凝土时，以钢筋顶面为准控制，按点找平，最后用1:3的水泥砂浆抹面整平处理。考虑到箱体节段较大，箱体自重较大，为减小顶推阻力，在滑板上进行喷蜡处理。2、滑轨为控制框架桥顶进精度减小框架桥箱体与土体的摩擦力，框架桥箱体底设计3条顶进滑轨，由97014mmQ235钢管组成，内灌注滑C15砼。滑轨施工精度要求：（1）开孔误差10mm；（2）终孔斜偏：垂直方向20mm，水平方向50mm。（三）管棚技术本项目中框架桥顶的覆土5.7米厚，而框架桥宽度14.7米，顶进长度47米，施工时如果处理不好，路面可能会出现随框架桥移动，从而发生断裂、塌陷等现象，势必会影响甚至阻断桂海高速公路的正常交通。因此，要求采用大管棚支护技术进行顶进框架桥的顶部防护，以大管棚有效支撑土体的重量避免上面土体的坍塌，并隔离上面的土体和下面的框架桥，避免上面土体在框架桥顶进时随框架桥一起移动。管棚的施工采用钻进工艺，钻孔时不得坍孔。管棚钢管直径为245毫米，间距不大于50厘米。钢管和孔壁之间的空隙压满水泥浆，不得留有空隙。管棚钻孔时采用隔孔跳钻的方法钻进，以避免钻孔时出现坍孔和较大的沉降。管棚底距框架桥顶在入口处不小于20厘米，出口处不小于30厘米。 管棚布置图1.施工机具（1）钻机选择管棚施工采用HTG100跟管钻机两台，钻具扭矩4000Nm，给进力16T，行程4.5m。（2）管棚施工主要机械设备见下表。序 号名 称型 号数 量1跟管钻机HTG1002台2泥浆泵BW2002台3导向钻具2套4泥浆搅拌机DW1002台5导航仪器MARK-1112套2管棚施工工艺管棚施工工艺流程下图所示。3管棚钻进施工为保证管棚施作精度，采用MARK-111型导向仪无线导向方法，进行地面跟踪，随时监控钻进方向，及时纠偏。（1）搭设工作平台根据钻孔位置、方位角、仰角不同，每个工作面搭设平台，可升降和调节角度。（2）设备组装流程钢垫板固定H型钢轨摆正找平下行车组装轨道焊接下节立柱安装第一层角钢第二层槽钢锁紧斜拉筋4柱对角找方摆放工作台板水平钻机安装电器安装前后丝杠、顶杠安装试运转。合格钻机固定施工准备钻机就位钻机大臂矫正测量布孔先导向钻进后管棚跟进撤管棚机清孔注浆效果检查退机钻孔接长准备加工管棚及管节矫正注浆机准备注浆材料准备不合格管棚施工工艺流程图（3）开孔在基面预埋开孔管，开孔深度为1m；开孔进度一般为0.5m/h采用仪器监测，确保钻机安装准确。安装调试仪器，连接第一根钻具同时连接钢管。（5）导向钻进施工管棚导向孔各采用一台钻机施工。采用测量仪器进行地表放线，标记整体管棚中的每一根钢管在地表位置。导航仪器严格遵守使用技术规程，正确安装，细心调试，直到深度测量误差小于10cm为止。安装钻具，首先接第一根钻杆，而后在其前端安装导向钻头。起动泥浆泵，确认水口畅通后再进行钻进。由于钻孔位置要求严格，在第一根钻杆钻进过程中一定要控制钻进参数：转数100转/分，泥浆泵量120L/分，给进泵压2MPa。地表测量要严格遵守测试技术规程，每钻进2米必须进行所有参数测定，包括深度、方位、倾角。准确详实记录每个测量点各参数（如深度、轨迹方向等）及时与司钻联系，确保钻孔施工准确无误。钻孔施工中严格控制钻孔轴线，若有偏向要及时进行纠正，纠偏遵守“勤纠少纠”的原则。在钻进最后10米时按照第分项要求施工，确保孔位准确无误。（5）跟进套管采用导向钻头超前钻孔4.5米。钻进跟进套管4.5米，第一根套管前端安装薄壁合金钻头。套管采用丝扣连接，每根长度为4.5米。跟管钻进参数：转数约为60转/分，泥浆泵量150L/分，泵压为15MPa。每根钢管端头露出工作壁20cm。4 管棚注浆施工（1）注浆材料注浆材料根据设计要求采用1：1水泥砂浆，水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥。（2）注浆采用后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出气管与进浆管，由阀门来控制开关。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。（3）关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。（4）注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，再结束注浆。（5）注浆结束标准及效果检查 单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80，或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。5技术要求和沉降控制措施（1）施工前测量人员须校对布置好的孔位，计算角度。（2）孔口管的埋设，其方位角、仰角，外留长度、埋设长度须严格按设计执行。钻孔纠偏角的给定与调整须有正式手续，并记录在案，避免随意性。开钻后钻孔角度须复测。（3）为有效防止钻进中地下水及泥砂涌出量过大，造成地面沉降，控制钻进中的泥沙涌出量，孔口管回水管必须焊接牢固，在插入孔内部分的孔口管麻片缠绕要均匀密实，厚度适度，须保证用大锤能将孔口管贯入孔内。（4）孔口管安装好密封盒后，检查是否平直，必须保证角度准确。（5）钻机定位要稳固，钻具安装好后，做到与孔口密封装置同心，保证密封效果。（6）钻机定位后，根据管位高度，将给进架吊至误差50mm范围内，用仪器精确测定其仰角和方位角，通过前后微调进行调整，待给进架卡瓦固定后再进行复测，以确保施工精度与质量。（7）钻进前须先开泵，待循环正常后方可启动钻机进行钻进。（8）为防水土流失，控制沉降，应通过回水阀门严格控制回水量，始终保持回水量小于进水量。（9）随着不断地钻进，经验的积累结合地质情况的变化，对技术参数不断地适时调整。（10）钻孔出现涌水时，尽量保持泵压，泵量不能变小，以便平衡孔内压力。（11）冲洗液参数的调整要结合地层变化、孔内情况与监理协商确定。冲洗液循环不正常时，严禁继续钻进。（12）施工时充分利用停泵（钻）间隙，对泵进行认真检修，以保证泥浆泵正常运转。（13）施工中，随钻随检钻孔位置，随时纠编，保证精度。（14）管棚管自检合格后，立即转入下一孔位施工。（15）钻孔采用间隔施工，隔两孔施作一孔。6导向孔精度控制措施（1）安装钻机要求孔位对正、基础牢固依照设计钻孔轴线对正钻机动力轴中心，钻机底部横铺五根250250cm方木作为基础，采用测量仪器测量其轴线及中心高程，确保准确无误后，分别在钻机两侧及前后钉入地锚固定钻机。（2）环境条件下进行深度校核实际钻孔距地表探测接收仪深度为A，而仪器实际测量值为A+T，则T为该工区深度探测标定值。依此标定值为依据对每点探测值进行校定。（3）深度纠正如果探测校定值大于设计深度值，则通知司钻调整方位角为12点进行顶进；如果探测值值小于设计深度值，则通知司钻调整方位角为6点进行顶进；每次顶进长度为1米，直到深度值符合设计值再进行正常钻进。（4）采用倾角控制深度对于每个探测点必须测量其倾角，如果其倾角均保持零度，则钻孔保持水平，满足设计要求；如果不为零度，可以此值进行计算深度偏听偏差值进行纠正。（5）方向纠正如果探测点位于地表投影线的右侧，则通知司钻调整方位角为9点进行顶进；如果探测点位于地表位置线的左侧，则通知司钻调整方位角为3点进行顶进；每次顶进长度为1米，直到测量点方向符合设计值再进行正常钻进。7洞口门框在框架桥的顶进入口及出口处设混凝土门框梁，门框梁宽、高各1米，把管棚头部浇入门框梁内，门框梁两端设门框柱，柱下基础为钻孔灌注桩，桩径1.2米，桩长10米，混凝土强度为C25。在门框与框架桥之间设滑轮，既能有效的防止出现扎头和抬头现象和左右偏位，而且给管棚一定的托力，还减小了框架桥与门框之间的摩阻力。2）施工监控及信息化管理施工监控包括对顶进框架桥的测量监控，顶进过程中对桂海高速公路路面的监控，以及为保证高速公路稳定而必须进行的掌子面、管棚、框架桥自身结构情况、基坑及地下水等的监控。对施工监控的成果进行信息化管理，出现异常情况时管理系统能及时准确地做出反应，快速地根据情况采取强有力的措施。 测量监控在框架桥顶进时必须进行严格的测量监控，以确保框架桥施工的精度。每顶一镐必须进行方向和标高测量。并对顶程、顶力、吃土量、接缝处宽度及错台变化等进行记录。根据测量数据通过调整千斤顶的顶力调整框架桥的偏位。框架桥顶进允许偏差表项目名称允许偏差（mm）纠偏限值（mm）中线偏差3010高程偏高不超过2510偏低不超过3010 道面的监控高速公路路面主要监测沉降、水平位移和裂缝。在顶涵施工前在道面顶涵范围及周边50米范围布监测点，并对每一测点高程和水平位置详细记录，同时观察记录道面的裂缝情况，在顶进过程中对这些测点的高程、水平位移和道面的裂缝情况作定时监测和顶进时的监测。 掌子面随时观察监测掌子面的稳定情况。 管棚和框架桥管棚主要监测管棚的应力，通过设置在管棚内的应变片监测管棚的应力。通过设置在钢筋上的应变计监测框架桥钢筋的应力及框架桥的裂缝和变形。 地下水及基坑的监控应随时观察地下水的变化情况，同时对基坑边坡进行监控。信息化管理部署人员、职责安排监控设备、材料准备监控点、监控器布设按要求监控、记录，初步分析汇报，总指挥全盘分析下道工序施工对问题进行处理调整监控部署对以上各种监控成果，均应及时准确地报告给项目施工总指挥，并对各测量数据进行详细记录，总指挥对各种信息进行全盘分析，从而迅速做出反应，达到整个项目安全有序地进行。信息化管理流程图如右图：3）重点工序预防控制措施 纠偏预防措施若有效地使用了滑行轨道，框架桥将不会发生扎头现象，但有可能发生左右偏位。发现偏位后，应通过调整左右侧千斤顶的顶