（道路与铁道工程专业论文）阿蓬江大桥4＃墩双壁钢围堰抗滑的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 渝怀铁路第2 0 标段阿蓬江大桥全长3 4 3 0 6 m 主跨为6 0 m 的预应力混凝土 连续梁 4 墩是其一个主墩 基础采用双壁钢围堰与钻孔桩相结合的复合基础 基础位于深水且倾斜度较大的河床上 地质条件较为复杂 因此双壁钢围堰具 有向下滑移的趋势 为了有效的保证工程的实施 本文着重研究并解决了上述 问题 为此本文主要做了以下工作 首先根据4 墩基础的具体条件 通过对现有常用的几种抗滑方案的综合 比较分析 提出了以工程本身的钻孔桩基础代替锚固柱桩防止钢围堰滑移的方 案 然后对选定的抗滑方案进行理论分析 分别进行抗滑受力检算 封底混凝 土强度检算 钢围堰抗浮检算 支桩受力检算和稳定受力检算 从理论上验证 本方案的可行性 最后根据本抗滑方案的理论分析和受力检算 论证了相关的施工工艺和施 工过程控制 提出了切实可行的施工方案 从而确保了本方案的可实施性 本文的研究成果应用于阿蓬江大桥实际施工中 既加快了施工进度 又节 省了投资 通过渝怀铁路建设指挥部的验收 得到了抗滑方案措施得力 质量 优良的评价 本文所提出的双壁钢围堰与钻孔桩相结合的复合基础在倾斜度较大的河床 上的抗滑方案在实际工程的施工中是合理的 可行的 本文的研究成果对以后 类似工程的施工有一定的借鉴和指导的作用 关键词 双壁钢围堰 抗滑 钻孔桩 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 a b s t r a c t a p e n g j i a n gb r i d g e i nt h e2 0 t hc o n t r a c ts e c t o ro fy u h u a ir a i l w a y i s3 4 3 0 6 m l o n g i t sm a i ns p a n w h i c hi s 6 0 m l o n g i sm a d eu p o f p r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sb e a m t h ef o u r t hp i e r o n eo ft h em a i n p i e r s a d o p t st h ec o m p o u n df o u n d a t i o nc o n s t i t u t e dw i t hd o u b l e s i d i n g s t e e lc o f f e r d a ma n dd r i l l e ds h a f t sw h i c hs t a n d so nt h ed e e p w a t e ra n d s l o p p i n gr i v e rb e dw h e r eg e o l o g i c a lc o n d i t i o ni sv e r yc o m p i e x s ot h e c o f f e r d a mh a st h et r e n do fs l i p p a g e i no r d e rt oe n s u r ec o n s t r u c t i o no f t h ep r o j e c te f f i c i e n t l y t h eq u e s t i o n sa b o v ea r es t u d i e da n dr e s o l v e d w o r k sa r ea c c o m p l i s h e da sf o l l o w si nt h i sp a p e r f i r s t l y a c c o r d i n gt ot h er e a lc o n d i t i o no ft h ef o u r t hp i e r t h r o u g h a n a l y s i so fs e v e r a lg e n e r a l l y u s e da n t i s l i p p i n gs c h e m e s n e wm e t h o d h a sb e e n p u t f o r w a r dt os u b s t i t u t ea n c h o r e dc o l u m n p i l ew i t h t h e f o u n d a t i o no fd r i l l e ds h a f t ss oa st op r e v e n tc o f f e r d a mf r o ms l i p p i n g s e c o n d l y b a s e do nt h et h e o r e t i c a l a n a l y s i s o ft h ec h o s e n a n t i s l i p p i n gs c h e m e a n t i s l i p p i n g s t r e s s t e s t s t r e n g t h t e s to f s e a l e d c o v e rc o n c r e t e a n t i f l o a t i n gt e s to fc o f f e r d a m s t r e s st e s to f s u p p o r t i n gp i l ea n ds t r e s st e s to fs t a b i l i t ya r ep r o c e s s e dr e s p e c t i v e l y w h i c hp r o v e st h a tt h en e ws c h e m ep r e s e n t e di nt h i sp a p e ri sf e a s i b l e t h i r d l y a c c o r d i n gt ot h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt h es t r e s st e s t o ft h es c h e m e c o r r e l a t i v ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g i e sa n dc o n t r o l sa r e d e m o n s t r a t e da n de f f i c i e n ts c h e m ef o rc o n s t r u c t i o ni ss u p p o s e d w h i c h e n s u r ef e a s i b i l i t yo ft h es c h e m e r e s u l t sa n da c h i e v e m e n t so b t a i n e di nt h i sp a p e rh a sb e e n a p p l i e dt o t h er e a lc o n s t r u c t i o no fa p e n g j i a n gb r i d g e w h i c hn o to n l ys p e e d st h e p r o j e c ts c h e d u l eb u ta l s oe c o n o m i z e st h ep r o j e c t a n di th a sb e e nm a d e h i g hp r a i s e sb yy u h u a ir a i l w a yc o n s t r u c t i o nh e a d q u a r t e r sf o ri t sg r e a t c o n t r i b u t i o n st ot h ew h o l ec o n s t r u c t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页 t h es c h e m ep u tf o r w a r di nt h i sp a p e rw h i c hi sb r i e f l yd e s c r i b e d a b o v ei sr e a s o n a b l ea n df e a s i b l ei nt h ep r a c t i c a lp r o j e c t t h e r e b y t h e r e s e a r c ha c h i e v e m e n t so b t a i n e di nt h i sp a p e rw i l lp l a yt h er e f e r r i n g a n dg u i d i n gr o l e sf o rl a t e rs i m i l a rp r o j e c t s k e y w o r d s d o u b l e s i d i n gs t e e lc o f f e r d a m a n t i s l i p p i n g d r i l l e ds h a f t s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 重庆至怀化新建铁路第2 0 标段的阿蓬江大桥位于重庆市黔江区 横跨阿蓬 江 全长3 4 3 0 6 m 共计8 个墩2 个台 其中4 墩位于江中 基础采用双壁钢 围堰加钻孔桩复合式基础 科技含量高 施工难度大 工艺复杂 施工精度要 求高 是渝怀铁路重点和难点工程之一 由铁道部第二勘测设计院设计 驸墩位置处河床为 v 字形 4 墩位于斜坡上 河床表层覆盖层为淤泥且 较厚 最深为3 5 m 最浅为2 m 平均水深1 7 0 m 河床范围内有部分块石 下 伏基岩为白垩系上统正阳组第二段 k z 2 砂岩 第一段 k z 1 角砾岩 三迭 系中统巴东组第三 四段 t 2 b 之泥质灰岩夹灰岩 页岩 正阳组与巴东组呈 角度不整合接触 地形总体走向为由重庆端向怀化端为一斜坡 双壁钢围堰范 围内河床基岩面最大高差为8 1 m 因此双壁钢围堰具有下滑的趋势 1 2 国内外发展现状 随着桥梁科学技术的不断发展 我国通过建造长江大桥已积累了各种条件 下深水基础的丰富的施工经验 因而桥梁深水基础技术从5 0 年代发展至今 已 进入国际先进水平 从己施工的基础形式看 可以粗略的将其划分为3 个发展 阶段 第一阶段为大力发展管桩及混凝土基础 5 0 年代因修建武汉长江大桥的需 要 首创了管柱基础 自此管桩直径由1 5 m 发展到3 o m 3 6 m 5 8 m 由普 通钢筋混凝土发展到预应力钢筋混凝土 第二阶段为大力发展沉井和钻孔桩基础 6 0 年代因修建南京长江大桥的需 要 由于施工水深达3 0 5 m 覆盖层厚度达5 4 8 7 m 发展了重型沉井 深水浮 运钢筋混凝土沉井和钢沉井 又因成昆线的需要 开始较大规模发展钻孔桩基 础 第三阶段为大力发展复台基础 7 0 年代末期 江西九江长江大桥提出了 双壁钢围堰内加钻孔灌注桩基新结构 取代了气压沉箱和深水管柱基础 8 0 年 代 在修建茅岭江铁路大桥时采用了平台式套箱围堰 在修建肇庆西江大桥时 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 除了采用钻孔桩 沉井及钢管桩基础外 还采用了双承台钢管桩基础 从上面的发展阶段来看 到了9 0 年代 我国深水流急和软弱覆盖层基础的 施工和技术水平已进入世界先进行列 根据我们收集的4 0 多个国内外深水和软 弱河床的桥基础的资料 在深水及软弱河床上修建的桥基础形式大体分为如下 5 类 1 桩基础分为预制打入桩 管桩和钻孔桩基础 2 沉井基础有重型沉井 深水浮运钢筋混凝土沉井 气压沉井和钢沉井等 3 桩基复合基础为双壁钢围堰加桩基的复合基础 4 筑岛基础法 岛内采用地下连续墙或沉井等 5 采用其他围堰形式的天然地基上重力式扩大基础 以下分别就国内外在这几类桥梁基础形式上的具体使用工程实例进行较为 详细的分析 1 2 1 国内深水流急 软弱地基桥梁基础的施工实例 1 2 1 1 深水流急中桥梁基础 国内在深水流急的江河流中建造的桥基础形式主要为桩基础和沉井两种 形式 又由于考虑不同的防撞措施 又分为多种形式 一种形式是双壁钢围堰加钻孔桩基础 这种复合桩基础形式在我国应用较 多 一方面双壁钢围堰可以用于桩基础施工用的临时围护结构 便于基础的施 工 另一方面 该结构在基础施工完后可以用作永久防碰撞措施 起到保护桥 基础的作用 下面3 个工程实例就是采用这种形式 武汉长江二桥位于武汉长江下游 是由黄埔路立交桥 北岸引桥 正桥 南岸引桥等组成的斜拉桥 全长3 9 7 1 4 0 8 m 正桥长1 8 7 6 i m 共1 6 个桥墩 其中7 个深水桥墩基础 桥梁所在位置江面宽2 o k m 深水桥墩处水深2 5 m 左 右 覆盖层以细砂为主 基岩为泥 钙质胶结砾岩 桥基础均采用钻孔桩基础 桩径有1 5 m 2 m 2 5 m 三种 考虑基础的防撞问题 主塔基础采用巨型双壁钢 围堰大直径钻孔桩基础 桩径为2 5 m 采取水上施工方案并以长锚定位 采 用大桥局设计制造的b p 瑚 4 a 钻机用分次成孔工芑进行钻孔施工 并取得了成 功 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 又如黄石长江公路大桥5 号主墩位于弯曲河道中靠黄石一侧的凹岸河道深 槽中 枯季时 水深近2 5 米 覆盖层仅0 4 9 5 2 m 基础采用双壁钢围堰内 1 6 巾3 m 的嵌岩钻孔灌注桩高桩承台基础 双壁柔性墩身 其中5 号墩一个桩孔 由进口的b g 5 0 钻机施工 其余1 5 个钻孔使用国产g z y 一3 0 0 0 型钻机旌工 另一个实例是重庆长江大桥全桥7 墩2 台 共8 孔 总长1 1 2 1 m 桥面宽 度2 1 m 桥6 号墩为深水墩基础 位于主河槽中 是1 7 4 m 跨的主墩 墩位处最 大洪水时 水深4 8 m 水面流速5 2 l m s 施工时墩位水深1 8 m 流速2 5 河 床覆盖层为3 5 m 厚不稳定的砂卵石 6 号墩基础采用浮式圆形钢围堰施工 下端刃脚为密封结构 外径2 3 4 m 内径2 1 0 m 基础设计直径为2 6 m 的钻孔 灌注桩1 2 根 钻孔嵌岩1 0 1 2 m 在这种复合基础中 可以采用其它形式的围堰结构或基础形式 例如采用 钢筋混凝土沉并兼做围堰 基础为天然扩大基础 如重庆长江二桥的南墩基础 就是采用该形式 其主孔跨径为4 4 4 m 南河槽为主航道 宽1 7 5 m 水深1 7 m 北河槽宽2 0 2 m 水深2 4 m 最大流速2 5 m s 南河槽表面覆盖层为厚1l m 的 砂卵石层 南主墩采用扩大基础 基础尺寸为 长 宽x 高 2 6 m x l 8 m x 7 m 采 用钢筋混凝土圆形沉井作为围堰 而对北主墩 由于要求有较深的抗冲刷埋置 深度 采用明挖扩大基础时 开挖土石方量较大 因此采用1 3 根中3 2 巾2 6 变截面钻孔灌注桩基础 因此在一个桥梁中 应针对不同的地层条件和水文条 件以及旌工难易程度综合确定不同的基础形式 由于桩基础比较适应各种地层条件 因此高桩承台桩基础应用较多 其基 础防撞可采取其他不同形式的措施 例如3 1 8 国道滠水公路大桥的3 号桥墩 采用的就是高承台桩基础 该桥墩位于河床最低处 枯水期最低施工水位 1 9 o o m 洪水期最高水位2 7 5 m 高承台下为6 根由1 5 m 全护筒嵌岩桩 钢护 简 又例如宜昌市夷陵长江大桥采用高桩承台钻孔柱桩基础形式 钻孔直径为 2 0 m 共1 4 根 其桥梁形式为主跨3 4 8 m 的三塔单索面混凝土加筋梁斜拉桥 桥址处江面宽8 0 0 m 最大水深2 3 m 桥位区广泛分布第四系覆盖层 基岩为砂 岩 粘土质粉砂岩 中塔处基岩面较高 覆盖层约6 8 m 枯水期水位约1 3 m 三门峡黄河公路大桥也是如此设计和施工的 其最大水深2 6 m 最小水深1 3 m 主要地质为硬结粘土层 卵石层 以及粘土层中夹有胶结层 且局部胶结成岩 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 桥墩基础为5 个由9 由1 8 m 钻孔灌注桩组成的群桩基础 采用中2 2 m 的钢护筒 在深水流急的江河中 沉井基础由于其整体刚度较大 因而也是受欢迎的 一种基础形式 例如南京长江大桥的某些桥墩采用了此种基础形式 全桥铁路 桥长6 7 7 2 m 公路桥长4 5 8 8 m 其中正桥1 5 7 6 m 有9 个水中墩 其基础在施工 水位以下6 0 7 7 m 1 号墩 软弱地基 墩位位于基岩深槽处 覆盖层厚9 0 m 全年水深变化在l 6 流速不太 采用重型混凝土沉井基础 沉井下沉入土 深度为5 4 8 7 t a 先穿越1 6 m 厚的淤泥质砂粘土 2 3 号墩 深水 软弱地基 水深约3 0 m 覆盖层厚约3 5 m 采用自浮式钢筋混凝土基础 4 5 6 号墩基础 形式采用自浮式钢筋混凝土沉井基础 1 2 1 2 软弱地基中桥梁基础 由于桩基础具有将上部载荷直接传送到深部较好持力层的优点 因此在遇 到软弱河床或覆盖层中赋存有软弱夹层时 往往采用桩基础 而又根据地层条 件和施工条件 基础又分为钻孔灌注桩和打人钢管灌注桩 江阴长江大桥主桥是单跨双铰钢加劲梁的悬索桥 主孔跨径1 3 8 5 m 北塔 地质情况为 覆盖层厚约为8 0 9 0 m 基本分4 层 第一层为淤泥质亚粘土 呈 流塑 软塑状态 第二层粉砂层 亚粘土 粉砂互层 结构松散 稍密 第三 层亚粘土层 呈可塑状态 第四层为细砂 中粗砂 基础采用钻孔群桩基础 由2 4 8 根桩组成 平均桩长约8 5 m 最大桩长1 0 0 7 m 钻孔桩设计成嵌岩摩 擦桩 覆盖层内采用2 种钻机 2 种钻头 覆盖层内钻孔采用日立5 3 2 0 型反 循环钻机 采用三翼锥形钻头 钻岩时采用郑一2 5 0 型反循环钻机 钻头为牙轮 钻头 厦门海沧大桥位于厦门市东渡和海沧之间 为三跨连续钢箱梁悬索桥 主 跨6 4 8 m 桥宽3 2 m 其中西塔是该桥施工的关键 西塔位于浅海之中 海水潮 差达6 9 2 m 潮流最大流速为1 5 4 m s 海床下有3 1 9m 不等的淤泥层 其下 为o 2 m 厚的残积亚粘土 下伏基岩软硬相间 节理 裂隙发育 岩体较破碎 强风化带厚加2 0 3 5 m 其下为中风化层 厚8 3 3 m 下为岩质较硬的基岩 西塔基础为钻孔桩基础 桩径2 m 为嵌岩摩擦桩 位于微风化层内 共2 8 根 桩距4 5 m 施工采用2 台k p 3 5 0 0 钻机 l 台 j 一2 5 0 钻机 2 台泥浆处理器 珠海大桥全长3 1 3 8 m 桥面宽3 l m 1 9 9 1 年8 月正式动工 1 9 9 3 年1 1 月 2 8 日正式通车 大桥东西两岸均为沉砂填海新造地 河床水浅 淤泥层特厚 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 基岩深藏 且多处存在断裂带 基础采用现浇钢筋混凝土冲 钻 孔桩基础 桩 径为内由1 8 0 2 0 0 2 2 0 c m 既有摩擦桩 支承桩 也有嵌岩桩 广东九江大桥主桥为对称布置的两孔跨径1 6 0 m 单塔双索面混凝土斜拉 桥 主墩处在施工水位时的水深约为1 3 m 墩位处覆盖层厚4 1 5 m 上层为细砂 以下为中细砂 岩面不平整 并有向下倾斜约1 5 的坡度 主墩采用变截面钻 孔灌注桩基础 高桩承台结构 桩截面为巾3 0 中2 0 桩上段钢护筒长度范 围的直径为3 o i n 下端嵌入花岗岩的直径为2 o m 余下的桩中段直径为2 4 m 澳门国际机场的桥梁包括跑道 南滑行道 北滑行道以及平行滑行道 长 度和宽度分别为3 3 7 1 m 和6 0 m 1 6 0 0 m 和4 4 m 7 3 7 m 和4 4 m 1 4 4 8 m 和4 4 m 古 河道为花岗岩河床上 覆盖层为7 0 8 0 m 厚的不同种类的淤积沉积土 淤泥 粘土 粘质砂土和砂 粉质粘土很软 n 值仅为o 2 基础形式为大直径1 8 2 0 m 的钢筋混凝土桩 部分现浇 打人钢管灌注混凝土桩的基础在我国应用不如钻孔灌注桩普遍 但也有采 用的实例 如广珠公路的容奇桥就采用了该基础形式 该公路是由广州通向珠 海市的公路干线 也是通往澳门的进出口线路 全线1 3 7 6 k m 容奇桥是该线 路的主要桥梁之一 桥址地质条件不佳 上层有淤泥夹砂 粘土夹碎块 覆盖 层厚达2 0 3 0 m 下层为风化花岗岩 通常水深8 l o m 大桥的主墩采用六角 形双柱式墩 墩高1 4 1 6 m 在墩项加设一道方形截面的横系梁 承台下布置 1 2 根桩 利用打桩船 先在桩位施打直径1 2 m 壁厚1 4 m m 长2 4 m 的钢管柱 然后在管内钻孔 支撑在风化的花岗岩中 下段钻孔桩直径为1 o m 1 2 1 3 深水流急及软弱 复杂地基上桥基础 深水流急和软弱河床往往一并存在 因而在这种条件下的基础形式格外重 要 综观我国的桥梁基础 目前大多数仍采用桩基础和双壁钢围堰形式组成的 复合基础形式 这里提供3 个工程实例 虎门大桥是国家重点工程 其辅航道桥主桥为3 跨预应力混凝土连续钢梁 桥 主墩水位1 8 m 最大潮差3 0 5 m 施工期还会遭台风袭击 区域地质条件复 杂 强 中 微风化花岗岩岩面标高变化较太 河床覆盖层为5 1 0 m 的砂层 主墩由5 排3 2 根巾2 m 的钻孔桩组成 采用冲 钻 冲钻联合成孔方法进行施 工 钢护筒护壁 采用k p q 一3 5 0 及q j 一2 5 0 回旋钻机施工 铜陵长江大桥为主跨4 3 2 m 的预应力混凝土斜拉桥 全长2 5 9 2 m 主桥七孔 连续长度1 1 5 2 m 该处江面宽1 l o o m 水深为4 0 5 0 m 最大流速3 5 m s 北岸 右河槽为冲积淤泥覆盖层 厚度为2 0 3 0 m 南岸几无覆盖层 基础形式采用 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 大型双壁钢围堰钻孔桩 其中4 5 号墩为直径2 8 m 深度1 0 8 m 钻岩深度5 3 5 6 m 的超长大直径钻孔桩 2 7 号墩设计为4 6 4 0 2 8 m 的大直径变截面空 心桩 采用k p y 4 0 0 型全液压旋转钻机和德产w h i r t hp b 一2 1 3 0 0 0 3 0 0 型钻机 系全液压动力头式旋转钻机 芜湖长江大桥是铁道部九五期间标志性工程之一 其低塔 斜拉索加劲的 连续钢桁梁结构形式为国内首次采用的新桥型 主跨3 1 2 m 是我国迄今为止公 铁两用桥中跨度最大的桥梁 河床部分覆盖层厚度变化很大 最深达5 5 m 最 薄仅7 m 基岩以角岩 花岗闪长岩 闪长岩为主 局部有破碎带 施工水深1 4 2 5 m 主孔桥梁基础均采用双壁围堰低桩基础 钻孔桩直径3 m 从以上工程实例中可以看到 我国己经施工的最深水深可达7 0 多米 软弱 河床地层覆盖层厚度最大也达到9 0 多米 水流流速达5 2 l m s 采用最多也较 适应的是双壁围堰加桩基础的复合基础形式 1 2 2 国外深水 软弱地基桥梁基础的施工实例 1 2 2 1 深水流急中桥梁基础 国外的桥梁基础由于受资料收集的限制 因此其基础形式比较离散 有直 接采用桩基础的 也有采用沉井基础和重力式基础的 例如委内瑞拉卡罗尼河结合梁桥位于委内瑞拉的圭亚那城 主跨跨度为 2 1 3 7 5 m 路面中央为单线铁路 两侧各为1 0 8 m 宽的公路 河流在该处通过一 个3 0 0 m 长的玄武岩地段 宽度由1 6 0 0 m 骤减为2 5 0 m 低水位时水深6 0 m 流 速4 m s 雨季洪水位高于低水位1 2 5 m 水中墩基础采用大型钻孔桩基础 每 墩为6 根巾2 6 3 m 的钻孔桩 桩尖至少深入基岩5 m 日本明石海峡大桥为目前世界上基础位于水深较深的桥梁之一 其桥梁位 于神户市垂水区舞子与淡路岛淡路叮松帆之间 横跨明石海峡 桥长3 9 1 0 m 为9 6 0 1 9 9 0 9 6 0 m 三孔双铰加劲悬索桥 明石海峡中央最大水深1 l o m 宽 4 0 0 0 m 最大潮流速度可达4 5 m s 两侧较为平缓 水深3 0 5 0 m 大桥的海中 墩即建于此 基岩为花岗岩 其上为第三纪中新世神户层 堆积软岩 此处水 深流急 2 号墩处水深约4 5 m 3 号墩处水深3 5 4 0 m 桥基础采用沉箱直接基 础 基础的平面尺寸在横桥向由塔柱底部尺寸决定 在纵桥向采用稳定计算所 需的最小尺寸 两个桥塔基础分别为直径8 0 m 高7 0 m 和直径7 8 m 高6 7 m 的圆 柱形 可以看到在水深较深的海中建造桥梁 其基础形式采用沉井是一个方向 采用沉井基础的另一个实例是美国塔科玛桥 大跨度吊桥 该桥位于华盛 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 顿州西北部 1 9 4 0 年7 月建成通车 但同年1 1 月由于空气动力失稳而垮桥 但桥塔墩基础损伤较小 建桥时可重新利用 桥塔基础处最大水深6 0 m 潮流 速度3 8 m s 基础是采用开口沉箱的施工方法 加拿大诺森伯兰大桥基础又是另一个比较独特的基础形式 该桥连接爱德 华王子岛和加拿大本土 是一座采用预制钢筋混凝土构件拼装的特大型桥梁 诺森伯兰海峡平均水深1 5 2 0 m 海底粘土层小于3 m 海峡冬季气候条件恶劣 沿海冰块以2 m s 的速度移动 施工要在4 m 的涨落潮差和2 m 的浪高中进行 在 这种情况下 采用基岩直接支撑的 并使用大规模预制构件来施工的重力式基 础 由环状构件支承的圆锥形基础 该桥梁由加拿大 美国 法国和荷兰等四 个国家的建筑公司成立的跨国海峡通道合营企业承担设计 施工 运营管理 由于其基岩较好 因此在条件许可情况下 不一定都需要桩基础 简单的直接 基础还是可以考虑的 日本濑户大岛大桥桥梁主跨为2 0 0 3 2 5 2 0 0 m 连续钢桁梁 其基础则是采用 较成熟的管桩基础 其墩位处水深约2 5 m 高潮流速达5 2 3 m s 平均流速在 m s 基础平台尺寸为2 3 3 3 5 m 中间主墩采用1 2 根直径3 5 m 的双壁钢管 柱 管柱直径由直径3 m 厚1 2 4 5 硼的内管 与直径3 5 m 厚9 册的外壳组成 管柱长约4 m 1 2 2 2 软弱地基桥梁基础 在软弱覆盖层较厚的河床上修建桥梁 其基础形式同国内基本相同 不外 乎桩基础和沉井基础 例如日本首都高速公路1 2 号线悬索桥 该桥横跨东京湾 长约5 k m 主跨5 7 0 m 桥长7 9 8 m 为悬索桥 桥址处水深1 0 1 2 m 海底下3 0 m 左右为冲积粘土层 以下为数百米厚的泥岩层作为持力层 基础采用气压沉井 在日本横滨 其港湾大桥跨径为2 0 0 m 4 6 0 m 2 0 0 m 三跨连续双层桥面钢斜 拉桥 墩位处水深1 2 1 4 m 覆盖层为厚度达3 0 4 0 m 的软弱粘土层 n 值为o 3 基岩为第三纪泥岩层 基岩面起伏倾斜较大 同一基础内相对高差达l o m 因此基础采用井柱组合基础 由9 根直径l o m 长6 3 7 5 m 不等长的沉井柱与 尺寸为3 4 5 4 1 2 m 的承台组成 以满足较大高差的持力层 而在缅甸 首次采用钻孔灌注桩基础的是在修建于a y e y a r w a d yd e l t a 上的 桥梁 该桥为有8 个中跨度的钢桥 2 0 3 0 m 厚的软粉质粘土 其下为稳定的砂 层 整个区域受潮汐影响可以达到好几米 水流快速沿两个方向流动 其桥墩 由2 个直径为2 5 m 的钻孔灌注桩组成 1 2 2 3 深水 软弱地基桥梁基础 谢南交通火警硕士研究生学位论文第8 戮 簌这秘祭静下蓉建懿蚕秘瓣粱基穗较多麴莛袋弱瀛势 霹奉墓港皆炎太褥 是连接名丧隧港内港航线的惫城磷头每石油关连设施9 号地的桥梁 名游中央 大桥瀚海承深纷1 4 m 麸海赢汗始约1 0 1 5 m 楚为粹积辖 层 其称赞n 鬣几 乎为0 往下为层厚2 0 2 5 m 的洪积层的砂屡 n 值为3 0 5 0 与粘士滕 n 值 灸 0 左右 静嚣层 激下为蒸卷 箕基餮l l 裁麓聚甏气篷流势 在雾纛键慕强了 茨势皴耩塔蒸懿 铡辩超人静媳援 m a h a t m ag a n d h ib r i d g e 横跨秣溺 攒长 5 5 7 s 融 纛l 蝤个孛黪惫1 2 1 0 6 5 m 和覆连长鹧 5 3 濑跨爱戚 最大承瀵遮2 0 m 河床由细和糕的由淤混层组成的粘土层 主塔基础采掰圆形沉井 深5 5 m 内 直径为9 4 5 m 羚妻径扶顶端的1 2 3 5 m 到底端的1 3 轴 妫一个比较特殊的基础形试在日本 采用筑岛法施工 该桥为嗣本自鸟犬 轿 为日本塞兰港湾目的联络蟒 垒长1 3 8 0 m 为3 3 0 m 7 2 m 3 3 0 m 懿懋索耩 海孛墩霞予农潆t 4 1 7 m 箕下舞蓐豹袈弱覆盖瑟 拳缮基懿采震筑转陵簇王 岛内照堍下礁续墙 梅筑成内径由3 畦m 静函俺形接 墙及防渗墙 箍遮秘方法 莓裁在我溺斑掰较少 从以上有限的工程实例中w 以褥到 国外已经施工基础的最深水深可达 鞠多零 软弱潺瘴懿瑟覆盖鼷浮囊袋丈遣这弱数 黎 拳滚流速达5 2 3 m s 采磊羧多豹怒淀势形淀 涎过瓣这些辑粱工程窦溅燹糕懿麓摹努橱襄蘩毽 莓潋嚣妥我凝褥梁基疆 的发隧在圃际中的位鼹 2 土殿不问水深 不问的河床凝盖层和可供选择的纂础 形式农哪些 皮该说 曩裁国鹾上黥授梁基磁形式 我毽大多已i 经锼耀 势显 积累了一定的经验 有些基础形成 限于经济能力及施工水平 目前程我国还 不可熊使用秘接广 嘏我国已经积累熬基础摭正经验对予星琢桥粱羿基说藏谈 是骞一定嚣蘸 箍予京戳的资料 我们霹戬褥如潮内主要选藤联鹫销 镪筋混凝士 潮域擞 桩基澎式 双穗钢萄堰成为爵前深水 深基础的主要施工稿时结构 随着觅多 桥粱的建设 它的用途会普及的熙广泛 而阑外主爨采用沉井 因北对深水流 急和软弱殍覆羲爱魏弼床祷糯 藏缭卺考虑魏层 承文 施誓条彳牛 簸王材辩 蓬工工蘩 经济条箨簿往纯逸撵 建议善选取壁镄鬻堰热藏罄形式魄较遥戮予 我国现状 通过国内外实际皮用双壁钢潮蠖加钻孑l 搬复合撼础的情况来看 滚种复合 基础一般位予平坦或倾斜度不大豹基者面上 对予倾斜度较大的基糟筒 一般 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 采用水下爆破减小坡度的方法进行施工 例如 九江长江大桥6 7 号围堰刃脚 周围处的岩面高差为o 9 m 采用平刃脚 5 号墩处的岩面高差达3 6 m 采用了 高低刃脚 目前 对于在倾斜岩面的复合基础来说 大多假设封底混凝土和基 岩面接触紧密 不考虑复合基础在倾斜岩面上所具有的向下滑移的趋势 1 3 本文研究的主要内容 阿蓬江大桥桥位处河床基岩面为 v 字形 4 墩位于斜坡上 基岩为泥 质灰岩夹灰岩 页岩 河床地形如图卜1 所示 图卜14 墩河床地形纵断面示意图 因基岩面倾斜度较大 因此钢围堰 封底混凝土等作为一个整体具有下滑 的趋势 因而为了解决钢围堰的滑移问题 本文通过进行钢围堰抗滑移的方案 比选 创造性地提出了以钻孔桩基础代替锚固柱桩来防止双壁钢围堰向下滑移 的方案 同时对河床基岩斜面进行了局部水下爆破 爆破后基岩为一台阶 高 差为4 1 m 从而增加了双壁钢围堰的抗滑力 增强了双壁钢围堰的稳定性 根据确定的双壁钢围堰的抗滑移方案 分别从钢围堰受力 桩的强度 抗 浮 稳定性等方面进行详细的理论检算分析 从理论上确保本方案的可行性和 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 安全性 本方案经过理论检算分析通过后 针对本方案的各相关施工工序 分别进 行相应的施工工序说明和质量控制 使钢围堰的施工能够满足钢围堰的抗滑移 要求 从而在实践上保证本方案的可操作性和施工的安全性 1 4 本文研究的意义 纵观我国桥梁基础 在深水流急和软弱河床的条件下基础大多数采用桩基 础和双壁钢围堰形式组成的复合基础形式 但这种复合基础一般用于平坦或倾 斜度较小的河床 对于倾斜较大的河床 尚无统一的设计和受力检算 为了增大双壁钢围堰加钻孔桩的复合基础的应用范围 本文分别从理论和 施工上对处于倾斜河床上的这种复合基础提出了具体的设计 受力检算和施工 从而为以后类似的工程提供了一种可供选择的思路 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第2 章钢围堰抗滑方案 2 1 工程背景 重庆至怀化新建铁路第2 0 标段的阿蓬江大桥位于重庆市黔江区 横跨阿蓬 江 全长3 4 3 0 6 m 共计8 个墩2 个台 其中4 墩位于江中 基础采用双壁钢 围堰加钻孔桩施工 科技含量高 施工难度太 工艺复杂 施工精度要求高 是渝怀铁路重点和难点工程之一 由铁道部第二勘测设计院设计 2 1 1 桥址自然概况 2 1 1 1 地形地貌 该桥为跨阿蓬江而设 桥位处属中低山侵蚀河谷地貌 地形较陡 局部形 成陡坎 坡面多荒山 少早地 坡面生长稀疏杂草 灌术 植被一般 受下游 鱼滩电站影响 桥位处阿蓬江水面宽1 2 0 米 其中基岩最低标高为4 1 2 8 5 m 基岩最高标高为4 1 7 8 5 m 2 1 1 2 气象资料 桥址处属亚热带湿润季风气候 具有气候湿润 雨量充沛 冬春雨少 夏 季多雨 夏热冬暖 多雾 日照少等特点 多年平均气温1 8 2 多年最高气 温4 2 2 多年最低气温一2 7 多年年降雨量1 0 0 0 1 4 0 0 m m 多年最大降雨 量1 9 2 9 m m 多年最小降雨量2 0 0 m m 最大日降雨量2 1 3 叫n 2 1 1 3 水文资料 桥址河段为乌江水系 经取阿蓬江水分析 水质类型为h c o c 对 混凝土无侵蚀性 鱼濉电站坝址处常年最低蓄水位在每年1 2 月至次年3 月之间 水位标高 4 2 9 9 0 m 水位常年变化不大 常年蓄水位4 3 0 9 0 米 蓄水位大于4 3 0 9 0 米的 天数少 历时短 且多发生在每年的五月至七月 如蓄水位低于常年最低蓄水位 4 2 9 9 0 m 则电站不发电 保持4 2 9 9 0 m 之最低水位 由于鱼滩电站的影响 水流流速较小 v o 5m s 根据设计水文资料 最高蓄水位4 3 4 9 0 m 常年蓄水位4 2 9 9 0 m 在施工 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 期间对水位观测 正常情况下水位在4 2 9 5 0 4 3 1 0 0 m 之间变化 下雨时水位 可达4 3 1 5 0 4 3 1 9 0 m 左右 因此 施工水位取4 3 1 5 0 m 2 1 1 4 地质情况 河床范围内有部分块石 下伏基岩为白垩系上统正阳组第二段 k 2 2 2 砂岩 第一段 k 2 2 1 角砾岩 三迭系中统巴东组第三 四段 t 2 b 3 4 之泥质灰 岩夹灰岩 页岩 正阳组与巴东组呈角度不整合接触 分述如下 1 角砾岩 k 2 2 1 灰白 青灰夹紫红色 泥钙质 砂质胶结 中 厚层状 岩芯呈短柱状局部为薄状 所含砾石约5 5 由2 8 0 眦 质为灰质岩 较坚硬 加有多层紫红色砂岩 砂岩质较软 局部有轻微溶蚀现象 2 泥质灰岩夹灰岩 页岩 t 2 b 3 4 浅灰一深灰色 薄 厚层状 层理清晰 隐晶质结构 泥质含量不均匀 节理裂隙发育 据钻探揭示 颇重风化带岩芯 完整呈柱状 一般节长i 0 5 0 c m 最大节长1 2 0 c m 泥质灰岩及灰岩属v 级次 坚实 所夹页岩属v 级软石 桥址地层属单斜结构 为濯河坝向斜之e 翼 t 2 b 3 4 地层产状n 2 5 3 5 e 4 9 5 7 n w 节理产状 q n 6 9 w 上 n 5 0 e 4 2 s e n 6 5 w 上 n 2 5 w 8 5 s w 正阳组角砾岩与巴东组泥质灰岩夹灰岩 页岩呈角度不整合接触 角砾岩产 状为n 8 7 w 5 h e 大桥开工前采取了测绳 地质钻机等不同方法顺桥轴线方向对水下河床情 况进行探测 实际探测结果表明 大桥墩位处河床高差较大 4 墩河床面高差 最大达6 5 m 基岩面高差最大达8 1 m 淤泥层厚达2 7m 4 3 m 河床和基岩沿大桥轴线倾斜 高差较大 地形总体走向为由重庆端向怀化 为一斜坡 2 1 1 5 地震基本烈度 桥址处地震基本烈度为 度 2 1 2 设计概况 阿蓬江大桥桥梁全长3 4 3 0 6 米 中心里程为d k 3 1 6 7 0 7 桥跨布置为 3 x 3 2 米预应力混凝土简支梁 4 0 6 4 4 0 米预应力混凝土连续梁 2 3 2 米预应力 嚣零交遴大学矮圭骚究生攀靛论文蘩 3 茭 混凝士简支梁 1x 2 4 米预艨力混凝土简支粱 4 戢致位于河床边坡上 是连续粱 的一个主檄 基础设计采用双壁钢围堰施工 锚孔桩基础 有1 6 根桩 桩径 1 5 m 承台尺寸为1 5 1 0 1 3 3 0 m 墩身为钢筋混凝土圆形空心墩 因受冲刷 深度蛉彩穗 接商桩承台辕楗设计 锈瓣壤乎嚣采弱嚣彭 内径兔2 1 o o m t 疑为2 3 o o m 镄灏疆采羯寒餐 刃脚 低刃脚采用单壁钢嗣堰结构 2 i 支柱加强单壁钢围堰的刚度 铜围堰结 构示潋网如图2 1 所示 钢圈堰由内外两层钢魑所组成 外壁板厚6 6 咖 内 壁板厚6 4 眦 圆形水平桁架采用l 1 2 5 x 1 2 5 1 2 和l t o 父7 0 6 斜杆 角钢 凄 l 图2 1 双壁钢围堰平筒结构示意图 竖向桁架采用l 7 0 x 7 0 x 6 角钢 竖肋为l i o o x 6 3 x 8 角钢 水平肪为 l 6 3 x 6 3 x 8 受钢 注内岁 熬板闯设有竖淘的隔舱扳 在平蟊上撅镶壳等分成 i 2 令嚣不稳逶戆疆靛 黧簸援6 纽n 设鬟疆舱援豹嚣豹是 缣诞在窳串悬浮 阶段予弗壁内灌水下沉时嗣堰的稳定 以及在薄河床时能分舱灌水或灌注混凝 土 以邋皮河床面的高差和调蹩围堰的倾斜度 钢围堰高度为1 7 5 0 m 总重2 3 0 吨 钢围堰加工时分成上 下两节 上一节l o 7 m 下一节6 8 m 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 2 2 方案比选 2 2 1 工程特点 由于双壁钢围堰是置于倾斜度较大的基岩面上 有发生向下滑移的趋势 为此应选择适当的方案来防止钢围堰的滑移 根据本工程的实际情况 本工程 具有以下两个特点 2 2 1 1 深水 根据图纸设计和开工后对现场的实际观测表明 阿蓬江大桥4 墩墩位处平 均水深1 7 m 但在雨季时水深最高可达2 0 m 以上 在如此深的水中 水下的压 力较大 造成水下的施工工艺较为复杂 在必须由人工完成的水下作业 如水下探测 定位等 由于受人自身条件 的局限性 必须配备深水潜水装备 同时不能在水下进行较长时间的作业 因 此造成实际的工作效率并不高 由于受现有施工机械设备的制约 施工机械设备只能在水面的作业平台上 进行深水作业 因而在如此深的水中 臆工机械的功率大部分浪费在了上下的 垂直运输上 只有一部分真正用在了深水作业中 造成了机械设备施工的效率 较低 由于在4 墩河床范围内下伏的基岩为泥质灰岩夹灰岩 页岩 该种岩石质 地比较坚硬 在深水条件下采取水下爆破时 由于受多种不利因素的影响 爆 破的效果也较差 远远低于陆上爆破的效果 对于爆破的控制难度较大 控制 爆破的施工工艺较为复杂 同时在水位较深的条件下 由于炮眼的钻孔和装药 不同于陆上的施工 需要专门的深水施工设备 因而施工速度较慢 需要的时 闻较长 通过对以上深水条件本工程的工程特点的论述 因此在选择抗滑方案时 需要尽可能的考虑到上述工程特点 同时尽可能的减少水下旋工的工作量 从 而保证施工工期和旋工质量 2 2 1 2 斜面 大桥开工后经实际探测表明 4 墩墩位处河床高差较大 河床面高差最大 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 达6 5 m 基岩面高差最大达8 1 m 因此在如此大的斜面上 钢围堰和封底混凝土等作为 个整体其重力将分 为两个分力 其中一个分力垂直于斜面 此力将为钢围堰提供摩擦力 考虑到 基岩面地质的复杂情况 故此摩擦力大小很难确定 另一个分力平行于斜面 此分力将成为钢围堰的下滑力 由于基岩面的倾斜度较大 同时考虑到钢围堰 和封底混凝土等这个整体的重量基数巨大 因此钢围堰的下滑力也相应的比较 大 在这种情况下 能否抵抗较大的下滑力成为考虑抗滑方案是否被采用的关 键 由于基岩面倾斜度较大 基岩表面凹凸不平 且河床表层为淤泥 厚度达 到2 7 m 4 3 m 因此在这种自然的地质条件下 钢围堰的刃脚高低很难适应基 岩的具体情况 不能保证钢围堰和基岩面问的紧密接触 同时也很难保证封底 混凝土和基岩间不掺杂淤泥 这样就降低了封底混凝土和基岩面的摩阻力 因 此如何保证在封底前钢围堰内的淤泥被清除干净 如何保证封底混凝土和基岩 的紧密联结 成为所选抗滑方案必须考虑的问题 由于基岩面的倾斜度较大 同时又考虑到双壁钢围堰的高度又比较高 1 7 5 m 因此当钢围堰在顶端受到较小水平外力时 钢围堰就有可能发生倾 覆现象 因此在抗滑方案中需要考虑此种情况的发生 确保钢围堰的整体稳定 性 通过以上对工程在倾斜岩面情况下的工程特点的论述 所选择的抗滑方案 需要能够切实考虑到本工程的上述特点 所选择的抗滑方案真正能够解决上述 问题 2 2 2 基底爆破整平方案 本方案为采取大型水下控制爆破施工技术将墩位处的基岩面爆破整平 利 用水上清碴和吸泥设备将水下的爆碴及淤泥全部清除 在爆破整平后的基岩上 采用双壁钢围堰施作水中基础 其优点是 采取水下爆破将河床面整平后再旌作双壁钢围堰的方案安全稳 妥 施工方便 操作简单 其缺点是 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 水下爆破 清碴工作量大 经计算水下爆破方量分别达到5 3 0 0 m 3 而且 在深水中采用水下爆破作业有一定难度 很难达到预期效果 且用时较长 影 响工期 大量爆破将对水库中的水质 鱼类以及来往船只带来影响 不利于环保 的要求 由于该方案增加了大量的水下爆破和清碴 同时钢围堰 水下封底 钢 护筒等工程量也相应增加 因此该方案增加的费用和投资较大 2 2 3 刃脚嵌入岩层方案 本方案根据精确测量沿刃脚位置在基岩上爆破出一凹槽 钢围堰下沉后使 刃脚嵌入凹槽内 从而依靠基岩的凹槽阻止钢围堰可能发生的滑移 示意图如 图2 2 所示 图2 2 刃脚嵌入岩层示意图 对于本工程来说 采用此种方案的优点是水下爆破工程量较小 且能够较 好的解决钢围堰的滑移问题 其缺点是 1 由于水深较大 平均水深1 7 m 故水下爆破效果较差 且难以保证爆破 质量 同时施工周期较长 2 由于岩面高差较大 在较小水平外力的作用下 钢围堰很容易产生倾覆 失稳现象 因此在钢围堰的稳定性方面存在问题 3 要求钢围堰能准确的置于凹槽中 因此对钢围堰的下沉误差要求较高 西南交遵大学硕士哥 究生学位论文第1 7 页 2 2 4 锚固柱桩方案 本方案是在钢豳堰内对基岩钻张 放入钢筋骨架 灌注水下混凝土 形成 锚黼柱桩 从而通过锚圆柱桩直按接触钢阑堰内臻抵抗水平下滑力 增加钢囤 堰的稳定性 目前国内在处理类似情况对大多采用此种方案 示意图如