马鞍山长江公路大桥南锚碇沉井基础施工技术交流材料(中交).ppt
报告人：欧阳祖亮,马鞍山长江公路大桥南锚碇沉井基础施工技术,交流材料,中交第二公路工程局有限公司二一一年十一月,工程概况,1,施工方案总体考虑,2,施工材料,3,施工设备,4,目 录,施工人员,5,施工进度,6,主要施工工艺,7,经验总结,8,结束语,9,工程概况,1,马鞍山长江公路大桥位于安徽省东部。左汊主航道桥为三塔两跨悬索桥，结构呈对称布置，桥跨布置为(360+21080+360)m，主桥净宽33m，双向6车道。,一、工程概况,南锚碇平面尺寸为60.2m55.4m，平面分为25个井孔，沉井高48m，共分9节，第一节为钢壳混凝土沉井，其余为混凝土沉井。沉井顶面标高为+4.5m，刃脚底标高为-43.5m，刃脚部分进入圆砾土层。,一、工程概况,南锚碇沉井结构图,一、工程概况,南锚碇地质情况汇总表,实施方案总体考虑,2,2.1 沉井正式施工前，设计将其由41m高加深至48m，持力层由砂层变更为圆砾土层，为摸清持力层情况，在沉井井壁周边等间距增设12个勘测点，勘测结果显示圆砾土顶面呈南北走向，为终沉提供依据。2.2 为明确并优化地基处理形式，在桥位现场安排“砂桩+复合地基换填”试验。2.3 由于大型机械设备无法通过已有乡村道路进场，经与设计沟通，将首节钢壳沉井分段数量增加，将单块钢壳重量减小，以满足现场50t履带吊吊装能力要求。2.4 为节约工期并满足首节钢壳沉井一级焊缝要求，钢壳制作、拼装委托造船厂实施。,二、实施方案总体考虑,2.5 沉井接高采用大块钢模、翻模施工，主要配置4台卧泵、4台布料杆、3台拌合站、12台砼罐车、2台50t履带吊、2台JL150移动式塔吊等设备。2.6 为加快施工进度，项目部对首次接高不同节段数下沉进行受力验算，经反复论证明确采用首次接高4节的下沉方案，总体上按3次接高3次下沉实施。2.7 下沉取土采用“降排水泥浆泵吸泥、半排水泥浆泵吸泥和不排水空气吸泥机吸泥”相结合的方式以节约工期，并可最大限度地减小降排水施工对周边建筑物的影响。2.8 下沉后期采用空气幕助沉。,二、实施方案总体考虑,施工材料,3,三、施工材料,原材料和临时材料主要投入数量统计,施工设备,4,四、施工设备,主要设备投入汇总表,施工人员,5,各道工序施工投入人工数量统计,五、施工人员,施工进度,6,各道工序进度统计,六、施工进度,主要施工工艺,7,7.1,地基处理,7.2,钢壳制作与拼装,7.3,沉井接高,7.4,沉井下沉,地基承载力主要考虑沉井自重、施工荷载、回填土侧摩阻力、沉井底支撑力的平衡，经计算南锚碇沉井首次接高四节地基承载力不小于624KPa。,7.1、地基处理,7.1.1 地基承载力计算,计算公式：,(G：沉井自重；Q：施工荷载；,：侧摩阻力；S：沉井底支撑面积),地基处理试验,本项目在砂桩正式施工前，在地基处理范围内选定8处进行砂桩试验，在试验基础上明确地基处理方案，将桩长由14.5m优化为8m，桩间距由0.85m优化为1.2m，砂桩数量由10172m优化为3132根，地基换填厚度由4m优化为2.5m，地基处理满足首次接高受力和沉降要求，较大地节约了施工成本。,7.1、地基处理,7.1.2 地基处理,地基处理步骤,第一次开挖,砂桩打设,第二次开挖,换填 砂+石屑,场地清理,荷载检测,验收合格,铺设垫块,后续施工,7.1、地基处理,第一次基坑开挖,开挖深度为2.5m，开挖方量约12989m3。开挖的作用主要是为沉井首次下沉设置导向，并可减少下沉深度以节约工期。基坑外侧设置5m宽的环道。,第一次基坑开挖,7.1、地基处理,砂桩打设,砂桩长8m，桩径为0.5m，桩间距为1.2m，材料为50%粉砂+50%中粗砂，根数3132根，呈梅花形布置，总用砂量约6392m3。,第二次基坑开挖,开挖深度为2.5m，开挖后基坑的底标高为+2.0m。,砂桩打设,第二次基坑开挖,7.1、地基处理,在第二次基坑开挖的同时进行垫层的回填并碾压，垫层厚2.5m回填材料为50%粉砂+50%石屑，回填方量约21852m3。,垫层回填,平板荷载试验,垫层施工完成后选取7个特征点进行平板荷载试验，测得处理后地基最小承载力为702kPa，最大承载力为780kPa，满足624kPa承载力要求。,垫层回填,7.1、地基处理,垫块铺设,垫块位置挖槽,保证每块钢壳下至少有两个垫块，共设置240块。,当垫层回填至垫块设计标高后，铺放垫块。严格控制垫块顶标高。,垫块铺设,7.1、地基处理,制作完成的节段,焊缝采取100%超声波检测+10%射线抽检，焊缝一次检验合格率超过98%，复检合格率100%。,钢壳总重约1405t，划分为96个节段，单块重量小于16t，满足现场50t履带吊吊装能力要求。,制作中的节段,钢壳制作,7.2、钢壳制作与拼装,首节段钢壳拼装,拼装从北侧井壁中间节段开始，以此节段作为定位基准段，再在其三面拼装，定位其他节段。,7.2、钢壳制作与拼装,钢壳拼装,首节段钢壳拼装,第二节钢壳拼装,钢壳拼装过程中,拼装完成全景,7.2、钢壳制作与拼装,7.3、沉井接高,模板安装,模板系统,沉井节段接高施工步骤：,采用翻模，模板分节高度为0.5m+4.5m+0.5m。从第三节沉井接高开始，已浇混凝土顶部0.5m高模板作为基模周转。,钢筋安装,模板支立,混凝土浇筑,钢筋安装,钢筋在后场加工，利用平板车运至现场绑扎。,钢筋安装,7.3、沉井接高,采用全截面浇筑，每层浇筑厚约30cm。单次最大浇筑方量超过7150m3，浇筑设备：3套拌合站、12台砼罐车、4台HBT-80C卧泵、4台HG18B布料机，备用一台汽车泵。平均15天可完成一节混凝土沉井接高。,混凝土施工,混凝土浇筑,7.3、沉井接高,接高施工全景,计算公式：K=（G+G-F）/(R1+R2),7.4.1接高下沉计算,7.4、沉井下沉,G：沉井总自重；G：施工荷载，按0.2t/m2进行计算 F：水的浮力 R1：刃脚及隔墙底面的正面反力 R2：沉井的侧壁外摩阻力,7.4、沉井下沉,沉井下沉到位阶段的下沉系数计算,沉井下沉到最后阶段全刃脚下沉系数仅为0.93，说明沉井在最后阶段的下沉较为困难，需采取助沉措施。,经过计算确定的接高下沉组合：,沉井接高下沉组合表,第14节接高 下沉至-14.5m,第56节接高 下沉至-24.5m,第79节接高 下沉至-43.5m,沉井接高下沉流程图,7.4、沉井下沉,降水井布置,7.4.2 助沉工艺,在距沉井四周18m、23m位置间隔交错布置了26口深32m、直径分别为325mm和277mm的降水井，另备用4口。降水井降水过程中保持地下水位比沉井内泥面底2m。,7.4、沉井下沉,降水井布置,空气幕布置,在沉井第27节布置16层空气幕管道。气龛呈梅花型布设，水平方向基本间距1.5m，竖向间距1.67m，每侧井壁分2个区，共设8个分区，共布置气龛2320个。,空气幕布置立面图,7.4、沉井下沉,每根空气幕管道设置一个阀门，以便灵活控制。,空气幕管道控制阀,开启空气幕助沉,7.4、沉井下沉,监控目的,根据沉井结构的受力特点及施工工艺要求，对下沉过程进行监控，以便及时发现不稳定因素以指导施工。,目的：监控结构应力应变监控沉井周边环境为施工提供预警信息监控土压力,监控,7.4、沉井下沉,7.4.3 下沉施工监控,监控手段：“理论计算分析+实测数据”指导现场施工,通过数值模拟有限元计算分析沉井结构最危险的工况是前四节接高后首次下沉阶段。利用理论计算结果指导施工：下沉过程中及时根据实际土体支撑工况进行针对性分析，并结合计算布设检测元件，根据检测结果指导施工。,沉井结构应力应变分析,7.4、沉井下沉,监控内容,监控内容,B,沉井侧壁土压力监控,沉井隔墙反力监控,沉井结构应力应变监控,地下水位及井内水位监控,根式基础变形监控,沉井几何姿态监控,沉井底部开挖地形监控,长江大堤及周边建筑物变形监控,7.4、沉井下沉,监控重点：沉井结构应力应变、几何姿态,共布置钢板计、钢筋计和混凝土应变计60支，监控隔墙底部拉应力和隔墙顶部拉应力。,钢板计实物图,钢筋计实物图,应力应变监控,7.4、沉井下沉,几何姿态监控：沉井制作和下沉过程中的下沉量、水平位移、不均匀下沉量、倾斜度、水平扭转等。根据本沉井的结构特点，在每次接高后的沉井顶面布置8个监控点组成的观测网，分别构成3条纵向观测剖面和3条横向观测剖面。,测点,7.4、沉井下沉,应力应变监测,几何姿态监测,7.4、沉井下沉,7.4、沉井下沉,场地布置,7.4.4 沉井第1-4节降排水下沉,沉井北侧设三级沉淀池，沉淀池1（18000m2）沉淀池2（4000m2）、储水池（3300m2），有效池深4m，可容纳100,000m3泥水混合物。在排水出口设有500m2的汇水池。,沉井,沉淀池、蓄水池,汇水池,7.4、沉井下沉,出泥、排水管路布置-共有5种管路,管路1：长江汇水池。起补水作用。,管路2：管井降水汇水池长江。起排水作用。,7.4、沉井下沉,管路3：汇水池沉井，提供高压水。,管路4：沉井沉淀池、蓄水池汇水池。起到排放泥浆取土作用。,管路5：沉淀池长江。起到转运泥砂的作用。,7.4、沉井下沉,沉井内管路布置,右图中箭头连接的两个井孔通过连通管连通；实心圆标记的13个仓每仓配置1台22kw泥浆泵、4只高压水枪；空心圆标记12个仓每仓配置1台11kw泥浆泵、2只高压水枪。,7.4、沉井下沉,下沉施工,开启降水井：26口降水井分三组“按序、间隔式、长江侧优先”的原则打开，第一组打开8口、第二组8口、第三组10口，始终保证井外地下水位比井内泥面低2m。,降水井,清除砂袋,土模、垫块清除：钢壳拼装完成后抽除井壁及分区隔墙下的132块垫块，下沉前抽除剩余的一般隔墙下108块垫块，按先中间，后四周的顺序进行。,清除垫块,7.4、沉井下沉,第一步,正式下沉施工：第一步，以每个隔仓为单位进行小锅底施工；第二步，连通管连通的两个隔仓形成一个小锅底；第三步，按照分区隔墙开挖成4个小锅底；按四个小锅底下沉至预定标高。,第二步,7.4、沉井下沉,第三步,出泥口,南锚碇沉井第14节共23m，于2010年7月16日开始清除土模，8月14日下沉到位，历时29天，下沉16.66m，出土量约63127.4m3。平均下沉速度为0.57m/d。,泥浆池往长江吹砂,7.4、沉井下沉,首次下沉到位后沉井顶面高差为4.4cm、平面位移2.4cm、倾斜度为6”、扭转角为1/2867，均满足设计要求。,1-4节下沉到预定位置,7.4、沉井下沉,竹筏,半排水下沉原理：利用降水井降水并保持井内有10m左右水深的情况下，利用竹筏固定吸泥泵和高压水枪，利用高压水枪冲切井底泥面，利用吸泥泵将泥水混合物抽至井外。,桥位处地下水直通长江，降水井降水能力有限，不能在第二次下沉时使井内形成干作业环境，为避免采用空气吸泥机吸泥下沉而进行大范围工序转换而采取半排水工艺，节约工期15天。,半排水孔内取土,7.4、沉井下沉,7.4.5 沉井第5-6节半排水下沉,7.4.6 沉井第7-9节不排水下沉,下沉平台,沉井顶面利用钢管桩、型钢、贝雷片搭设，平台顶标高约+6.5m。,考虑因素：10t龙门吊自重、空气吸泥机及管路自重，沉井下沉到位后平台顶面不被淹。,7.4、沉井下沉,主要设备：13台10t龙门吊、13台20m3空压机、6个储气罐、2台JL150塔吊、2台50t履带吊等，25套空气吸泥机设备，每孔一套吸泥设备。,空气吸泥设备配置,7.4、沉井下沉,10t龙门吊,空气压缩机,气包,7.4、沉井下沉,空气吸泥设备,7.4、沉井下沉,7.4、沉井下沉,不排水下沉工艺,按照“定位准确、先中后边、对称取土、深度适当”的原则进行。25个隔仓分为A区和B区，吸泥顺序从A区开始，对称同步扩散。,井孔分区图,7.4、沉井下沉,基底清理与终沉,为避免破坏井壁和隔墙下土体，沉井刃脚下沉至设计标高以上2m开始，以清基为主。清基指标为刃脚和分区隔墙斜面外露超过1/2，其他位置锅底不高于设计标高。考虑到下沉难度、姿态控制及后续荷载影响，经与业主、设计沟通，在设计标高以上50cm作为终沉标高，实际下沉到位为在设计标高以上2cm，4个相对大锅底下沉到位。,沉井下沉到位,7.4、沉井下沉,沉井全部下沉到位后姿态控制,实际控制精度远高于设计要求。,经验总结,8,8、经验总结,下沉初期，钢壳沉井刃脚部位出现应力较大现象，个别监测点位处最大应力达145MPa。此现象主要是由于刚开始取土下沉时，沉井无侧压力限制，为避免沉井下沉过快和倾斜，主要集中在中间井孔进行取土，刃脚处留有2m以上宽度的土堤，导致沉井中间取土过多，沉井受力从由多点支撑的连续梁变成了少点支撑的连续梁甚至简支梁所致。现场及时调整取土方案，加强刃脚下取土，使沉井下沉、中间分区隔墙参与受力，从而解决了刃脚钢壳应力过大现象。,通过及时调整取土方式，有效避免了钢壳刃脚应力大的问题。,沉井下沉过程中2次遇到粘土层，分别在距地面约5m和35m位置，厚约3.5m4m。在粘土层中常规除土方式效果很差，项目部采用2台160KW高压水枪将原粘土层冲割散，再用水力吸泥机或空气吸泥机将泥水混合物吸出，除土效果较好。,采用大功率高压水枪清除粘土层，提高了沉井下沉速度。,下沉过程中沉井顶面超过预警值20cm，则开始进行纠偏，以避免沉井倾斜过大。通过偏除土、偏吸泥的措施可有效纠偏，一般一个班（8h）即可完成纠偏工作。,沉井下沉过程中及时纠偏,8、经验总结,南锚碇沉井基础着床于圆砾土层，沉井以四个相对大锅底下沉为主，为减少对周边土体的扰动，避免向井内翻砂，严格控制沉井内外水头差和取土锅底形状，下沉过程中勤开空气幕助沉。本项目沉井周边土体影响范围在70m左右，地面明显有下沉情况的范围约15m。,沉井周边沉陷情况控制良好。,8、经验总结,沉井下沉后期下沉系数小，通过空气幕助沉较好地使沉井刃脚插入圆砾土层，沉井稳定性好，目前南锚碇已完成顶盖板和鞍部施工，沉井最大沉降在1cm左右。沉井终沉后顶面高差在8cm以内，平面偏位在10cm以内。,下沉最后阶段采用空气幕助沉进行终沉控制，效果良好。,结束语,9,在各级领导的关怀和指导下，通过项目部全体员工努力，马鞍山大桥南锚碇沉井基础接高、下沉施工顺利，结构安全，施工过程可控。,汇 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