南京长江第四大桥北锚碇沉井基础施工监控技术_图文

1、文章编号:1003-4722(2009S1-0066-04南京长江第四大桥北锚碇沉井基础施工监控技术赵有明,李冰,牛亚洲,樊挺(中交第二公路工程局有限公司,陕西西安710065摘要:南京长江第四大桥北锚碇采用沉井基础,尺寸为69.0m ×58.0m ×52.8m ,距长江大堤仅90m 。沉井体积庞大,所处区域地质条件复杂,覆盖层较厚。依据规范并结合以往的施工经验,提出沉井几何姿态监控标准。介绍沉井下沉深度和平面位置及偏斜、刃脚踏面反力、沉井侧壁土压力、沉井结构应力、地下水位与井内水位、沉井底部土体开挖地形、地表沉降和长江防洪大堤沉降量的监测方案。通过施工监测,掌握沉井下沉的

2、实时信息,为施工提供指导信息,确保施工安全顺利进行。 关键词:桥梁基础;沉井;监测技术;监测方案;施工监控中图分类号:U445.557;U445.1文献标志码:AConstruction Monitoring T echniques for North Anchorage C aissonFoundation of the Fourth N anjing Changjiang River B ridgeZHAO Y ou 2ming ,L I Bing ,N IU Y a 2zhou ,FAN Ting(The 2nd Highway Engineering Co.,L td.,China C

3、ommunicationConstruction Corporation ,Xi an 710065,China Abstract :The caisson in dimensions of 69.0m ×58.0m ×52.8m is used for t he foundation of t he nort h anchorage of t he Fourt h Nanjing Changjiang River Bridge and is set at a place only 90m apart f rom t he river dyke.The caisson is

4、 huge ,t he place where it is located is geologically complicated and t he overburden st rat um is deep.In accordance wit h t he technical specification and wit h reference to t he previous const ruction experiences ,t he criteria for monitoring t he stat us of t he caisson during sinking are formul

5、ated.The specific monitoring of t he sinking dept h ,plane po sitions ,off setting ,cutting edge reaction force ,side wall soil resistance ,struct ural st ress of t he caisson ,t he underground water level ,t he water level inside t he caisson ,t he excavated ground to 2pograp hy at t he bottom of t

6、 he caisson ,t he ground surface settlement and t he settlement t he river dyke are all p resented herewit h.Through t he monitoring ,t he real 2time information of t he caisson sinking has been understood ,t he guidance to t he construction has been p rovided and t he safe and smoot h p roceeding o

7、f t he const ruction of t he caisson has been ensured.K ey w ords :bridge foundation ;caisson ;monitoring technique ;monitoring scheme ;construc 2tion monitoring 收稿日期:2009-05-13作者简介:赵有明(1963-,男,高级工程师,1985年毕业于内蒙古大学职业技术学院桥梁工程专业(zhaoym 。1工程概况南京长江第四大桥北锚碇采用沉井基础,尺寸为69.0m ×58.0m ×52.8m (长×宽&

8、#215;深。沉井顶面标高+4.300m ,底面标高-48.500m 。沉井共分11节,第1节高6m ,为钢壳混凝土沉井;第210节各高5m ,第11节高1.8m ,均为钢筋混凝土沉井。沉井区域地质以砂层为主,细砂层较厚,沉井底部置于密实卵砾石层上。沉井下沉过程中易出现倾斜、扭转、涌砂或下沉不到位等不利状况。根据地质特点,通过计算分析并参考以往类似工程实施经验,确定将11节沉井分4次接高下沉。沉井施工总体方案为:采用砂桩复合地基加固法进行地基加固,在加固地基上拼装第1节钢壳沉井并浇注混凝土;浇注接高第24节钢筋混凝土沉井,降排水施工下沉19.0m,累计下沉19.0m;浇注接高第58节沉井,不排

9、水施工下沉20.0m,累计下沉39.0m;浇注接高第911节沉井,下沉13.8m至设计标高-48.5m,累计下沉52.8m。北锚碇沉井体积庞大,所处区域地质条件复杂,覆盖层较厚,下沉施工面临诸多难题。为保证沉井下沉过程中的施工质量,确保施工安全顺利进行,必须对下沉施工实施监控。2沉井几何姿态监测标准沉井下沉的几何姿态监测以设计要求为标准,并满足公路工程质量检验评定标准(J T G F80/12004等相关规范,结合类似成功的施工案例和经验,确定了本工程沉井施工监测标准(表1。表1沉井下沉几何姿态监测标准序号检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1平面尺寸±120mm尺量,每节段2井壁

10、厚度±15mm尺量,每节段沿周边4点3刃脚高程-2000mm 水准仪,测48处顶面高程反算4中心偏位25cm 全站仪或经纬仪,测沉井两轴线交点5最大倾斜度1/300井高6平面扭转角0.5°全站仪或经纬仪,测沉井两轴线交点3监测总体布置北锚碇沉井监测内容主要有结构应力应变和几何姿态。各监测项目所采用的监测仪器及监测点数量统计见表2。4监测方案4.1沉井下沉深度、平面位置及偏斜监测沉井下沉深度(下沉量是直观评价施工中沉井几何姿态的重要参数,下沉量在平面分布上的倾斜度、水平位移与水平扭转差异是下沉过程中的最重要的监控指标,是指导下沉施工和纠偏的重要依据1。(1监测手段和频率。沉井

11、下沉深度、平面位置及偏斜采用全站仪、水准仪、自动高程监测微压传感器和测斜仪监测。监测频率为沉井下沉过程中每10min1次,沉井接高期间每天1次。(2测点布置。为监测沉井的下沉量和下沉量在平面上的差异,在每次接高后的沉井井壁顶面布置由9个监测点组成的观测网,9个监测点分别构成3条纵向观测剖面和3条横向观测剖面,监测点总体布置见图1。在接高后的沉井顶端的四角和周边居中部位以及沉井中心各布置1套自动高程监测微压传感器,并用水力连通管连接所有的测点。以沉井中心部位的微压传感器为基准点,来监测沉井顶端的沉降差异。在每次接高后沉井顶端的四周各布置1个水平位移观测点、四角各布置1个水平位移观测点,利用全站仪

12、观测每一测点的水平位移。在沉井中心布置1个沉井整体倾斜监测孔,监测孔随沉井的接长而接长,并在接长后的监测孔中及时安装双向倾斜仪,安装后的双向倾斜仪即可实现实时、连续、快速的沉井整体倾斜监测。表2沉井施工监测总体布置汇总监测项目监测内容仪器测点数量沉井结构应力首节钢壳沉井刃脚关键部位的应力第2节沉井底部截面水平环向应力钢板计/钢筋计钢筋计7/74刃脚踏面反力井壁刃脚踏面和隔墙反力土压力计13沉井侧壁土压力(摩阻力土压力侧壁摩阻力土压力计、振弦式土压力盒摩阻力仪405沉井下沉深度、平面位置及偏斜下沉量及其差异、水平位移倾斜度全站仪、水准仪自动高程监测微压传感器、测斜仪128地下水位与井内水位周边地

13、下水位沉井内水位测绳、渗压计测绳1220沉井底部开挖地形井内水下地形测量测绳、潜水系统、多波速测深系统20地表沉降和长江大堤沉降量长江大堤变形地下水力坡降滑动式伺服加速度测斜仪、剖面沉降仪渗压计25图1沉井施工期监测点总体布置4.2刃脚踏面反力监测沉井刃脚踏面反力既反映沉井下沉过程中所遇到的地层阻力,也客观反映了沉井的受力情况,是下沉过程中的重要监测指标。通过测定沉井在下沉过程中的刃脚踏面反力,为及时、直观地了解沉井下沉过程中所遇到的土层阻力提供资料。(1监测手段和频率。刃脚踏面反力采用土压力计监测。监测频率为每天观测2次,接高期间每天观测1次。(2测点布置。在沉井井壁刃脚踏面上布置8个刃脚踏

14、面反力监测点,每点布置1支土压力计;在沉井隔墙的底部布置5个反力监测点,每点布置1支土压力计,布置示意见图1。为了精确获得刃脚踏面反力,同时不致在沉井下沉过程中使土压力计损坏,刃脚踏面土压力计应采取保护措施,其安装示意见图2。4.3沉井侧壁土压力(侧壁摩阻力监测侧壁摩阻力反映沉井的受力情况,通过埋设监测仪器获取数据, 系统深入分析侧壁摩阻力的分布图2刃脚踏面反力土压力计的安装示意规律具有较高的实用价值。(1监测手段和频率。沉井侧壁摩阻力是本工程监测的难点,采用摩阻力仪直接测试,并根据侧壁土压力监测的土体应力,间接计算侧壁摩阻力,同时采用振弦式土压力盒监测其侧向土压力,相互印证结果。侧壁土压力(

15、侧壁摩阻力监测频率为沉井下沉过程每天观测2次,沉井接高期间每2天1次。(2测点布置。沉井侧壁土压力监测点布置在沉井的第1、3、5、7节上。每个侧壁布置2个监测点,四壁共8个测点。第1节钢壳沉井布置2层,分别布置在该节的底部和顶部;第3、5、7节各布置1层测点,布置在该节的顶部。侧壁土压力监测点共布置5层,40个测点。选取侧壁(栖霞侧1列竖向5个土压力计监测点位置各布置1套侧壁摩阻力仪,监测侧壁摩阻力,测点布置见图1。钢壳沉井采用如下方法安装土压力计:在沉井钢壁上切出与土压力计保护套直径相同大小的孔,将土压力计测力面与钢沉井外壁平齐,用钢板将土压力计固定,导线通过沉井内保护钢管伸至监测总站,土压

16、力计保护罩内充填密实细砂,背面基板与钢垫板之间采用环氧树脂粘接。钢壳沉井段土压力计安装示意见图3 。图3钢壳沉井段土压力计安装示意4.4沉井结构应力监测结构应力和应变是客观反映沉井结构是否处于安全状态的最直观指标。应力应变监测主要目的在于评价沉井下沉过程中结构的受力情况,为安全施工提供预警信息。(1监测方法和频率。沉井结构应力应变监测通过埋设的钢板计和钢筋计监测钢板和钢筋的应力。结构应力监测频率为首次下沉过程每天观测3或4次,第2次以后下沉每天观测2次,接高期间每2天1次。(2测点布置。首节钢壳沉井刃脚关键部位刃脚水平方向应力监测点布置在井壁和隔墙上,具体布置为:顺桥向井壁和隔墙中部布置4个测

17、点,横桥向轴线井壁和隔墙中部布置3个测点(在垂直方向上,7个监测点布置在刃脚以上0.5m 的位置,见图1。在每个测点对应部位的钢板上布置1支钢板计,监测钢板应力;在每个测点对应部位的钢筋上布置1支钢筋计,监测钢筋应力。钢板计采用弧焊式表面应变计,安装在钢节空腔内,为防止空腔充填混凝土时损坏仪器,使用保护罩保护安装应变计,见图4。第2节混凝土沉井底部截面水平环向应力测点布置:在第2节井壁内侧四周中央各布置1个监测点,每个监测点布置1支水平向钢筋计,用于监测混凝土沉井底部截面水平环向应力 。图4钢板计安装俯视示意4.5地下水位与井内水位监测沉井前4节采用降排水方法施工下沉,沉井周边管井降水和井内抽

18、泥会引起周边地下水位变化,应对地下水位和井内水位进行定期监测,控制沉井下沉和接高过程中周边土体的水力梯度渗透变形。(1监测手段和频率。采用测绳和渗压计监测地下水位与井内水位。监测频率为下沉过程中每天3次,接高期间每天1次。(2测点布置。地下水位监测点可利用降水井进行监测,同时在抽水井外围沉井四周布置4条剖面,每条剖面布置3或4个地下水位观测孔,监测地下水降落漏斗。在每个隔仓布置1个监测点,监测井内水位。4.6沉井底部土体开挖和地形监测为确保沉井均匀下沉,应对沉井底部土体开挖和地形进行观测。(1监测手段和频率。排水下沉期,沉井底部地形监测采用目测的方法。不排水下沉期,水下地形监测以测绳、潜水员操作等常规手段为主。监测频率为下沉期间每天施工前、施工后各测1次。(2测点布置。沉井每个隔仓中各布置1个测点。4.7地表沉降和长江防洪大堤沉降量监测沉井距长江大堤约90m ,下沉施工及降水助沉引起土内细颗粒的流失以及土体有效应力增加,易导致周边地基开裂和塌陷、大堤产生渗漏和管涌破坏隐患。(1监测手段和频率。沉降采用水准沉降观测技术监测;水平位移采用滑动式伺服加速度测斜技术监测;渗透变形采用水力坡