浅析组合式拱座基础斜撑的开挖方法-人工改重案例

发布日期:2022-02-24 09:38:45


  怒江四线特大桥位于金刚元隧道与高黎贡山隧道之间,于大坪子附近跨越怒江,桥上设怒江车站,为四线特大桥,桥上线路线间距均为5.0米,桥梁全长1024.20m。桥位处线路标高842m,桥高约200m,桥址纵断面上线位处开口1030m,是较典型的V型峡谷,主桥采用1-490m上承式钢桁拱桥跨越峡谷,矢高109.5m,矢跨比为109.5/490=1/4.475,拱轴线采用悬链线,拱轴系数2.0。


  主桥拱座基础位于怒江两岸的7#墩和8#墩处,采用“2竖撑+1斜撑+拱座”的组合基础形式。两岸拱座基础均左右分修,左右基础内倾角度与拱肋一致,均为3.658°。其中斜撑截面尺寸为6m×10m,底部扩大为8m×10m,斜撑与水平面夹角为30°和25°两种。具体组合式拱座基础正面图如图1所示:


  2工程特点


  (1)本工程地处悬崖陡壁的山坡上,做好边坡防护工程是保证拱座基础开挖的前提。


  (2)组合式拱座基础斜撑的开挖、出碴、防护是本工程的施工难点。


  (3)本工程结构复杂,测量控制要求高,如何保证其测量定位精度要求,也是本工程施工控制的重点。


  (4)本工程基础属于地下暗挖工程,不可预见因素多,特别对于井下作业、提升系统、防坠、爆破等安全管理也是本工程的重点。

浅析组合式拱座基础斜撑的开挖方法

  3斜撑施工工艺


  组合式拱座基础斜撑本着围护先行、排水先行、逐级开挖、紧跟支护、保证安全的原则组织施工,作业过程中注意开挖方法的适应性,认真核实地质情况,确保边坡稳定,以利后续工程施工。具体斜撑开挖工艺流程图如图2所示:


  3.1施工准备工作


  3.1.1边坡防护工程


  两岸拱座靠山体侧均设有边坡防护工程,包括锚固桩、土钉墙、锚索框架梁。先进行锚固桩的施工,再施工土钉墙和锚索框架梁。由于土钉墙和锚索框架梁是一体式设计,所以土钉和锚索完成以后,进行混凝土面板和框架梁的施工,模板采用专业定制的定型钢模板。待混凝土强度达到设计强度以后,对锚索进行张拉封锚。


  3.1.2排水系统施工


  竖撑1和竖撑2的混凝土浇筑完成并达到设计强度以后,进行拱座斜撑的开挖。先把斜撑口处标高降至竖撑2顶面混凝土面,为斜撑提供开挖工作面。根据测量放样的位置,在斜撑顶开挖范围外施工截水沟及天沟,形成排水系统防止地表水向下渗漏。天沟、截水沟开挖采用人工开挖,洞口及边仰坡开挖前提前做好排水系统,以稳定坡面和防止地表水影响洞口的稳定。


  3.2斜撑开挖


  斜撑开挖根据围岩等级采用台阶法或全断面开挖。围岩等级允许时采用全断面一次爆破开挖,围岩等级较差时采用台阶法施工,台阶高2m,两台阶距离控制在3~5m。开挖到扩大段时应随时测量底面扩大尺寸及与底板的夹角18.4°,以保证斜撑顺利开挖完成。


  3.2.1钻孔爆破


  ①凿岩机具的选择


  采用气腿式风动凿岩机,多台凿岩机同时作业。施工中多选用YT-28型中频凿岩机。一般根据工作面的宽度计算,每0.75~1.0m左右一台,全断面布置8~10台。


  根据岩石的硬度,钎头、钎杆的选择与岩石平面一样,一般选用“一”字形φ42合金钢钎头或四柱齿φ44合金钢钎头。


  ②爆破参数的确定


  爆破器材的选择:选择乳化防水炸药,药卷规格:32mm×300mm,重0.3kg。选用电雷管起爆,段数为:1、3、5、7、9、11、13段。


  炮孔直径:钻孔采用TY-28型凿岩机,钻头直径42mm,成孔直径44mm。


  炮眼深度:炮眼深度一般为1.0~1.5m之间。


  炮孔布置:依据开挖断面,周边眼间距按50cm控制,掏凿眼间距按50cm间距控制,辅助眼按75cm控制。呈梅花形布置,全断面布置炮眼共120-130个炮眼,具体钻孔爆破炮孔布置示意图如图3所示:


  掏槽方式和炮眼布置采用直斜眼掏槽,掏槽眼布置于斜撑断面的中部,周边眼布置于斜撑设计掘进断面的轮廓线上,其中,底眼的倾角要大于斜撑倾角5°~6°,以防底板上飘。


  为取得良好爆破效果,打眼要做到准、平、直、齐。即开眼位置要准;所有炮眼要平行;钻眼风钻少摆动,成孔要直;所有炮眼的眼底要落在同一平面上。爆破要做到眼痕清晰均匀、不超不欠、无炮震裂痕。即岩面上留有间距均匀、清晰可见的周边眼痕;不超挖、不欠挖,个别点出现超、欠挖要符合质量标准;岩面上不应有明显的炮震裂痕。


  3.2.2出碴方式


  由于该斜撑断面为6m×10m,底部扩大为8m×10m,斜撑与水平面夹角为30°和25°两种,为了能够保证出渣效率和安全,对斜撑开挖出渣采用两种方法:


  ①斜撑开挖进尺长度小于15m时,由于洞室进尺短,采用两台PC60型挖掘机接力的方式出渣,两台挖机同时作业,挖机将掌子面处石渣翻转向洞口侧6米位置,然后使用洞口处挖掘机接力,将翻转过来的石渣倒运到洞口自卸车运走。每台挖机作业半径按6米考虑,采用两台挖机接力,可解决进洞15米范围内洞内的出碴问题。


  ②对于15米以后的斜撑出渣,采用有轨式牵引小车出渣。斜撑洞口外设置卷扬机,洞内左侧铺设出渣小车双轨道,右侧搭设50cm宽的上下步梯,并设栏杆扶手。洞内由小型挖掘机把石渣装进小车内,由洞外卷扬机把小车牵引到洞外,并通过开关完成石渣自卸,由自卸车装运到弃渣场。


  3.3斜撑支护


  斜撑支护采用全环钢架和锚喷支护。为保证洞室的整体稳定性,设置全环I18钢架,钢架拱部设置Φ25mm中空注浆锚杆,边墙设置Φ22mm砂浆锚杆,钢筋网采用φ8钢筋,喷砼C25。钢架由2个单元组成,钢架在洞外加工、预拼,洞内组装,钢架拱部及边墙设置锁脚锚杆,型钢钢架拱脚、边墙脚采用[25a槽钢支垫,钢架之间采用φ22钢筋纵向连接,每榀钢架均按要求设置垫块。


  斜撑每段进尺开挖完成以后立即进行初喷支护,采用湿喷混凝土技术,一般喷射风压:边墙0.3~0.5MPa,拱部0.4~0.65MPa。初喷完成后在支护面施工砂浆锚杆和中空锚杆并压浆到饱和状态,然后清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物后及时安装钢架,采用与定位锚杆、径向锚杆以及双侧锁脚锚杆固定,纵向采用Ф22钢筋连接,钢架之间铺挂钢筋网,然后复喷混凝土到设计厚度。喷射混凝土终凝2小时后,应进行洒水养护。养护时间不小于14d。当气温低于5℃时,不得洒水养护。


  4斜撑开挖注意事项


  (1)大多数拱桥的拱座基础所处地势较为陡峭,因此做好边坡防护工程是保证组合式拱座基础斜撑开挖的前提。


  (2)斜撑开挖前应在斜撑四周施工截水沟及天沟,形成排水系统防止地表水向下渗漏。


  (3)斜撑的每阶段开挖均要做好超前地质预报,为开挖施工提供依据和安全保证。


  (4)斜撑开挖支护过程要随时做好监控量测,确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据,确保施工安全及结构的稳定性。


  (5)斜撑支护过程中系统锚杆注浆要保足够的压力,以确保系统锚杆的锚固质量。


  (6)斜撑开挖支护过程应及时支护,且支护的每个环节应紧密衔接,确保开挖的顺利进行。


  (7)斜撑开挖达到设计深度以后应保留原始的基底围岩,并请设计单位对基底围岩进行确认。


  5结语


  怒江四线特大桥拱座基础采用的“2竖撑+1斜撑+拱座”的组合基础形式,在现代拱桥设计中较为新颖,其中斜撑的开挖方法对以后的类似工程能够提供有效的技术经验。通过工程施工应用,组合式拱座基础斜撑的开挖方法,尤其是斜撑扩大段的开挖及有轨式牵引小车出渣的方式,能够缩短开挖出渣的施工时间,加快整体施工进度,确保工程可以高效、安全、快速的完成,是一种安全实用的斜撑开挖技术。


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