重慶某長江大橋主橋墩圍堰防滲支護施工技術(shù)

xxxx長江大橋主橋墩圍堰防滲支護施工技術(shù)1.前言在大江大河上修建的橋梁，其橋墩基礎(chǔ)一般采用樁基礎(chǔ)，為減少振動和改善樁基的受力特性，常采用低樁承臺，承臺底部位于基巖中。xxxx長江大橋為連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，最大跨度265m，是目前國內(nèi)第二長跨度，其主橋墩14#、15#位于長江主河槽兩側(cè)，橫跨長江，橋墩基礎(chǔ)均采用低樁承臺，承臺底部位于枯水位以下6.5m，承臺入巖2m。需要在水中填筑施工島，以保證承臺施工和樁基施工。施工島緊挨長江主河槽，水流速度較大（>5m/s），且深度變化劇烈，在筑島過程中，拋填了大量的塊石，最大塊石直徑可達2～3m，塊石無序拋入河槽，極易形成架空結(jié)構(gòu)，且位于主河槽部位，架空結(jié)構(gòu)中還可能存在一定的流速。據(jù)勘探資料，填島下部原河床砂礫石層厚度約為6～8m，主要含有較大卵石、礫石，160mm以上的石塊含量高達60％以上，透水性較強，可達到10－1cm/s的量級，屬于強透水地層；下臥基巖為砂巖，上部3～4m風化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，為強風化地層，抽水試驗結(jié)果表明砂巖滲透系數(shù)k=2.33m/d，為中強度透水地層。為進行承臺施工，在樁基完成后，需進行基坑開挖，再在基坑內(nèi)進行清理樁頭、埋設(shè)鋼筋、承臺澆筑和墩身澆筑等工序。2.常用圍堰型式為避免進行水下施工，需要設(shè)置擋水圍堰，以保證進行正常的基坑開挖和混凝土澆筑。擋水圍堰主要有吊箱鋼沉井圍堰、板樁圍堰、草土圍堰、鋼筋混凝土沉井圍堰和土石圍堰等。(1)吊箱鋼沉井圍堰吊箱鋼沉井圍堰是采用純鋼材在陸地制作成封閉的桶形結(jié)構(gòu)，通過水上吊裝到位、采取相關(guān)止水措施、澆筑水下封底混凝土后再排水后進行承臺作業(yè)，主要用在水位較深（>10m）的高樁承臺（承臺底部位于基床以上）。(2)鋼筋混凝土沉井圍堰鋼筋混凝土沉井在施工期間是一個上無蓋、下無底的筒狀結(jié)構(gòu)，在其井壁的擋土和防水的圍護作用下,從井內(nèi)取土，借其自重使之下沉至設(shè)計標高。沉井下沉過程中無需設(shè)置坑壁支撐或板樁圍壁，沉井基礎(chǔ)的剛性、穩(wěn)定性、抗震性都較好，有較大的支承面；下沉深度較大，并能在深水中作業(yè)；可以穿過不同性質(zhì)的土層，將基底放置在承載力較大的土層或巖面上。因此在一定場合下，沉井法是一種較好的方案。沉井應用到低樁承臺的地下工程中，常遇到基巖出露面不平整的情形，且不平整度很難在施工前詳細描述，而將刃腳加工成相應形狀，此時就可能造成沉井的一端已沉到基巖，另一端尚未入巖。若要繼續(xù)下沉，需采取水下爆破，將入巖端的基巖爆破后繼續(xù)下沉，爆破工程量巨大，而且由于刃腳以上覆蓋層已經(jīng)挖除，此時在沉井內(nèi)外存在著水頭差，沉井內(nèi)可能會有較大的涌水或翻砂現(xiàn)象，如采取強排，涌水量有可能越來越大，并最終導致無法進行正常施工。同時，沉井圍堰與樁基施工不能進行并行作業(yè)，這對枯水期很短的施工期是不利的。（3）板樁圍堰有鋼板樁、木板樁和鋼筋混凝土板樁等形式，可布置成單排、雙排或格形體。鋼板樁圍堰由許多鋼板樁互相連接圍成圓筒形或弧形格體，格體內(nèi)填砂、砂卵石或石渣等，可建在巖基或非巖基上。鋼板樁圍堰，特別是格形圍堰采用較多，它適用范圍廣，抗沖能力強，安全可靠。在塊石結(jié)構(gòu)嚴重的地層中進行鋼板樁施工，鋼板樁穿透塊石較為困難（通常塊石本身的強度都較高）。(4)草土圍堰可在流速2～3.5m/s的流水中修筑，擋水高度一般不超過6m。構(gòu)造簡單，施工方便，容易拆除。但這種圍堰沉陷量較大，而且在流速很高的流速中施工難度很大。(5)土石圍堰土石圍堰由于其材料易得、設(shè)備要求低和造價較低等原因，在條件許可的情況下一般都采用土石圍堰。土石圍堰通常有如下的特點：=1\*GB3①地層情況復雜，工期短大橋的主橋墩常位于江河的主河槽位置，其河床本身的地質(zhì)情況比較復雜。土石圍堰填筑時一般都就近取材，土石材料的成分、顆粒差別比較大。同時由于部分橋墩位于主河槽位置，河水較深，江水流速較大,給筑島帶來很大困難，因此在筑島過程中大量拋填塊石，且大塊石的含量較高，因此也就造成了地層存在大量的架空結(jié)構(gòu)，而且地層的空隙率很高。同時由于需要渡汛和保證后續(xù)承臺的施工，施工工期一般較短。=2\*GB3②動水條件由于施工工期短和圍堰是臨時建筑，很多土石圍堰所做的粘土心墻質(zhì)量較差，尤其是水下部分的心墻，或干脆就沒有粘土心墻，加上圍堰的架空結(jié)構(gòu)比較嚴重，因此即使是在上下游水位差不大或滲徑較長的情況下，在圍堰中仍可能存在著流動水，且可能具有相當?shù)牧魉佟?3\*GB3③防滲支護難度大在河中央的土石圍堰中為了形成基坑，防滲和支護是相輔相成的兩個關(guān)鍵因素。由于土石圍堰存在嚴重的架空結(jié)構(gòu)和流動水，防滲支護難度較大。高噴灌漿、靜壓灌漿、混凝土防滲墻是比較成熟的土石圍堰防滲施工方法[3],運用在架空結(jié)構(gòu)嚴重的土石圍堰上，尤其是在施工工期很短時，都存在著一些難以克服的困難.高壓旋噴樁、拉森型鋼板樁、灌注樁、混凝土防滲墻以及自然放坡是比較成熟的土石圍堰支護施工方法。同樣受到塊石結(jié)構(gòu)、動水、工期和填島等條件的限制，施工存在較大難度。3.速凝膏漿技術(shù)3.1速凝膏漿的材料特性水泥膏漿是指水泥漿中摻入粘土、膨潤土、粉煤灰等摻合料及少量外加劑而構(gòu)成的低水灰比的膏狀漿液，其基本特征是膏漿的剪切屈服強度值大于其本身重力的影響。速凝水泥膏漿是在普通水泥膏漿的基礎(chǔ)上加入一定量的速凝劑配制而成，采用速凝水泥膏漿堵漏可以縮短和控制膏漿的凝結(jié)時間，有利于動水條件下的堵漏和防滲，能節(jié)省灌漿材料和時間。速凝膏漿有四個主要的特征[2]：=1\*GB3①抗水流沖釋性可以提高膏體作為整體抵抗水流的稀釋和沖刷作用；=2\*GB3②賓漢體的流動特性和擴散特性可以使膏體能最大限度地充滿架空地層；=3\*GB3③觸變性可以提高膏漿的擴散范圍和抗沖蝕能力；=4\*GB3④凝結(jié)時間可控性有利于膏漿適應于不同開度、不同流速的地層防滲施工，并可控制漿液的擴散范圍。表1xxxx長江大橋主橋墩圍堰防滲工程所使用的膏漿性能表編號比重(g/cm3)流變參數(shù)凝結(jié)時間抗壓強度（MPPa）初始屈服強度((Pa)初始塑性粘度((mPa..s)初凝(min)終凝(min)1h1d7d28d11.8568594060245－6.822.536.621.87984122040125－8.528.539.831.881254168030950.1210.629.440.541.921528252020650.2512.430.241.251.961984332015401.2616.230.641.93.2速凝膏漿的施工工藝(1)施工設(shè)備膏漿可以利用常規(guī)水泥灌漿的孔位進行灌漿施工，因此鉆孔不需要特別的設(shè)備，但速凝水泥膏漿與普通水泥漿在性質(zhì)上有較大的差別，因此需要采用特制的攪拌系統(tǒng)和泵入系統(tǒng)進行速凝水泥膏漿施工。=2\*GB2⑵工藝參數(shù)膏漿的施工工藝參數(shù)一般可以參照常規(guī)水泥灌漿進行，可以采用自上而下、分段填壓式灌注；膏漿的配比參照常規(guī)水泥灌漿通常分為4～6級，通過漿液變換標準逐級變濃；結(jié)束標準一般可以孔口返漿或孔內(nèi)有壓（注意區(qū)分由于膏漿本身的粘滯阻力而產(chǎn)生的虛壓力）。膏漿的孔排距根據(jù)現(xiàn)場地層情況確定，由于膏漿的屈服強度較大，因此其擴散范圍受到一定約束，故孔排距應比常規(guī)水泥灌漿的孔排距小。4xxxx長江大橋橋墩圍堰防滲支護施工xxxx長江大橋主橋墩14#、15＃橋墩位于長江主河槽，需要填島和施工圍堰才能進行承臺的開挖和澆筑。在前期14#上游幅橋墩由于基巖埋藏較淺（<2.5m），采用鋼筋混凝土沉井圍堰強排（涌水量>3000m3/d）后完成，15#上游幅橋墩基巖埋藏最大深度約8m，且不平整，同樣采用鋼筋混凝土沉井圍堰，在靠岸一側(cè)沉井達到基巖，靠主河一側(cè)尚有約3m的原河床砂卵石層，無法繼續(xù)下沉，在進行強行開挖時，基坑內(nèi)涌水逐漸增大，最后達到3000m3/h以上，在及時澆筑水下封底混凝土后，涌水量沒有明顯減少，導致施工停止。4.1沉井結(jié)合膏漿帷幕處理15#上游幅橋墩已有沉井圍堰作為支護結(jié)構(gòu)，故只需進行帷幕灌漿，在基坑開挖完后，在靠近主河槽一側(cè)接著沉井刃腳澆筑一道混凝土擋土墻，與沉井一起形成完整的支護結(jié)構(gòu)。由于施工圍堰經(jīng)過一次汛期，其下的砂礫石層已經(jīng)產(chǎn)生管涌破壞，因此砂礫石層不排除有被淘空的可能，且從現(xiàn)場沉井內(nèi)涌水量和涌水現(xiàn)象來看，砂礫石層存在明顯、較大的滲漏通道。因此施工平臺的整個地層情況是：上部4～5米為回填塊石，最大粒徑可達2～3m，存在較大架空的可能并有明顯、較大的滲漏通道，向下為2.5～3.5m的強透水原河床砂礫石層和中等強度透水的基巖。防滲帷幕施工采用速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液灌漿技術(shù)進行防滲。布孔方式為沿著沉井周邊外側(cè)布置三排孔，排距1m，孔距2m，呈梅花形布置，孔深嵌入基巖1～2m；采用自下而上、分段、純壓式灌漿，灌漿段長為0.5m；速凝膏漿采用6級配比漿液，一般采用稀漿開灌，按變漿標準逐級進行變換；外排孔I序孔采用0.2～0.3MPa的灌漿壓力，外排孔II序孔、內(nèi)排孔、中間孔采用0.5～0.8MPa的中等灌漿壓力；結(jié)束標準為盡量達到結(jié)束灌漿壓力，若達不到灌漿壓力，注入干料>4t/m時，即結(jié)束本段灌漿。帷幕防滲工程帷幕鉆孔進尺1171.7米，灌注進尺867.8m，灌注980噸干料，平均單耗為1.13t/m。無論從灌漿過程分析、注入量的遞減規(guī)律、壓水試驗，還是基坑開挖的情況看，防滲效果顯著，沉井和擋土墻支護可靠。開挖后靠近主河槽側(cè)的砂礫石層幾乎不漏水基坑開挖后的整體情況4.2固結(jié)結(jié)合帷幕灌漿處理15#下游幅橋墩的地質(zhì)情況與上游幅基本類似，主要是砂礫石層的厚度更深，施工平臺的整個地層情況是：上部4～5米為回填塊石，存在較大架空的可能，向下為5～6m的強透水原河床砂礫石層和中等強度透水的基巖。15#墩下游幅圍堰由于工期和技術(shù)上存在一定的困難，不準備采用沉井圍堰，而直接做防滲帷幕并進行開挖。同時，雖然灌漿本身對砂礫石地層的置換、擠密等作用，可有效地提高地層自身的穩(wěn)定性，但其支護效果評價目前不能進行有效的定量分析，基坑的邊坡穩(wěn)定及加固不能完全依賴于灌漿作用。因此，圍堰基坑的支護和防滲是相輔相成的兩個主要因素。防滲方案與15#上游幅類似，采用速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液灌漿技術(shù)。支護方案在比較高壓旋噴樁、灌注樁護坡等方式后，考慮到工期、技術(shù)難度、造價等因素，選定采用放坡結(jié)合固結(jié)灌漿的方式進行支護，放坡經(jīng)計算后設(shè)計為60o，并在帷幕內(nèi)部的放坡區(qū)域進行固結(jié)灌漿，固結(jié)孔孔排距均為2m，固結(jié)灌漿壓力為1.0～2.5MPa，為充分利用固結(jié)體的自拱效應，帷幕布置成橢圓形。帷幕灌漿和固結(jié)灌漿的工藝基本與15#上游幅的類似。防滲支護工程鉆孔進尺1815.4米，灌注進尺1544.4m，灌注1900噸干料，平均單耗為1.23t/m，無論從灌漿過程分析、注入量的遞減規(guī)律、壓水試驗，還是基坑開挖的情況看，防滲效果顯著，固結(jié)支護效果可靠（實際開挖坡度大于75o）。灌漿后靠河槽位置開挖剖面穩(wěn)定性良好開挖后基坑防滲、邊坡情況5.結(jié)語=1\*GB2⑴通過xxxx長江大橋15#墩上、下游幅防滲支護工程的施工和開挖后的效果檢查，可以認為速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液灌漿技術(shù)是適合于塊石架空的橋墩圍堰，其對大孔隙的封堵效果是明顯的，帷幕的防滲效果顯著。速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液的帷幕灌漿及固結(jié)灌漿可以對地層起到較好的穩(wěn)定、支護作用，主要在于：①灌漿可以對砂礫石地層的置換、擠密等作用，可有效地提高地層自身的穩(wěn)定性。②灌漿后地層的透水性大為減弱，部分砂礫石層甚至表現(xiàn)為天然狀，從而減少水對地層穩(wěn)定性的影響。在采取噴錨、局部擋土墻等相關(guān)措施