大跨度箱涵桥顶推施工技术
摘 要: 骡河市常付线下穿京珠高速公路大跨度(每孔18m)箱涵桥采用顶推法施工方案、管棚盾构设计, 施工中的多项技术措施以及纠偏措施, 使施工质量得以保证。
关键词: 大跨箱涵桥; 顶推法; 纠偏
常付线(漯河至周口交界)漯河境内改建跨京珠高速公路(k323+075.04～k323+106.96) 跨线桥工程, 结构每孔净宽1.5 m+15 m+1.5 m=18 m, 共两孔, 净高5.1 m,箱涵长15.95m×2=31.9m, 路面横披2%( 双面人字坡),箱涵为钢筋混凝土单箱框架结构, 壁厚1.3m, 顶、底板厚1.2m, 外轮廓尺寸长×高为20.6m×7.75m, 覆盖厚0.9m。箱涵穿越主要土层为筑路和粉质粘土。
1 施工方案
箱涵采用浅埋顶推法施工, 全断面分步开挖, 棚管盾构支护下土体按1∶1坡率开挖0.5 m, 预制框架顶进0.5m, 依次循环, 直至框架桥开挖完。开挖采用机械开挖, 人工修边成型, 临时支护采用棚管盾构超前支护,在棚管盾构的支护下随挖随顶进, 以保证路面畅通和洞内安全。
施工流程为: 施工准备→测量放线→滑板施工→框架预制→后背施工→扁铁安装→棚管盾构安装→拖板安装→棚管推进→土方开挖→框架跟进→( 中继跟进) →框架纠偏→棚管盾构拆除→拖板拆除+扁钢拆除+翼墙制作→地面水沟。
采用棚管沿框架结构三边布置排列形成门形, 其外廓尺寸与箱涵结构外廓尺寸相等。各棚管相继错开推进50cm, 随后推进箱涵体, 棚管支架与盾壳随涵体同步运动, 每次循环50cm, 直至管头超前“门”形中的断面中心土体若干米后 (中心土滞留长度≥中心土高度), 挖掘滞后中心土50 cm, 并保持原路基坡度, 再将框架结构与盾体同时推进50cm。其中心土按坡比挖掘与掌子面土压保持平衡, 并作为各棚管的前支点。如图1, 2所示。
管棚盾构的制造与拼装。管棚盾构由活动管棚群、管棚支撑架、盾壳、推进机构、辅动机构等五大部分组成。其中活动管棚由若干l=500 mm、b=800 mm、h=1 300 mm的钢性棚管通过法兰连接成不同长度的棚管, 其净空以工人入管进行取土为准; 管壁或管底开有出土孔。将棚管按设计框架截面形式及外廓尺寸进行垂直与水平排列成“门”字形呈管棚状。管棚中的每条棚管在油压顶的作用下可单独或群体推进。每单条棚管按简支梁考虑, 承载能力大于300kn/m2。管棚支架由型钢焊接而成, 作为棚管的导向架和尾端支承体。盾壳由20mm厚钢板按框架外轮廓尺寸制成, 在管棚与骨架协助下支承土体和控制土壤变形。液压推进机构由两套液压系统组成, 其中箱涵推进系统由500t/台油压顶若干台、压力泵站及高压油路等组成; 棚管顶进系统由液压站、操纵阀、高压泊路及30t/台油顶、传力座等组成; 用以推进棚管与纠偏。辅助机构由液压霹裂枪、激光导向仪、通风、照明设备、有线电话、皮带输送机(出土用)等部分组成。
滑板施工。滑板表面比原地面深, 滑板以外可考虑设置箱涵预制场与其相连。滑板基底需夯实处理, 基底承载力大于5 mpa后, 浇筑c30混凝土滑板, 表面采用砂浆抹光以增强光滑度, 施工时注意滑板中心必须与线路中心重合, 注意增加0.5%上坡, 箱后端需设平衡重, 以减少顶推过程箱涵体栽头和挡土作用。箱涵预制如在滑板上进行, 需增长滑板长度。箱涵分两节预制,每节15.92m。
开挖及顶进。管棚顶进按从下至上、从两边往中间依次顶的原则进行, 管棚顶进须精确定位。已先行顶进50cm的管棚, 对上部土体己形成强支护作用, 随即进行土方机械开挖, 局部不到位的地方由人工开挖。箱涵顶进时矩形管棚已沿掘进轮廓线边墙顶进, 并将盾构周边土体支护支撑住, 再掘进中心掌子面土体50cm,预制框架推进50cm, 依次循环, 直至完成全桥。
2 主要施工技术措施
为减少箱涵顶部土体扰动, 在框架顶面上每间隔5cm铺盖一条50mm×3mm与框架结构等长的扁铁, 用扁铁和钢拖板在框架体顶进时将土体与框架体隔离, 使土体与框架体之间相对运动由扁铁和拖板来承担, 有效地克服土体的水平位移现象。拖板长度同路基宽, 厚3mm、宽80mm, 分别装在所有管棚头部, 与其同向、同步运动, 各管分先后错开推进以达摩擦力分散的目的;拖板在管棚头伸出路基时与管分离留于原处, 不再随管推进, 待框架体顶进到位后, 与扁铁分别抽出回收,重复利用。
顶进过程中预防框架出现中心及高程偏差, 每顶进一个循环进行激光定向, 及时用管棚纠偏。为防止箱涵低头, 顶进前先行施工底板垫层。为防止顶进时油顶不同步, 在油顶前端设置整体传力杆。
工作坑底处理。工作坑底下卧土层的承载能力要满足预制箱涵的重量和顶进箱涵的施工要求。对含水率较大的地层, 可采取井点降水疏干土体, 达到提高土体强度的目的。在坑底土体松软的情况下, 应在适当深度内换土, 如换填粗砂, 洒水后夯实, 使下卧土体具有足够的承载能力。
滑板施工。工作坑底板既要承受箱涵制作的荷载,又要作为箱涵顶进的滑板。滑板要有足够的刚度以满足箱涵在混凝土浇筑过程中不变形; 滑板要有足够的稳定性, 以满足箱涵顶进施工中不发生位移。滑板表面应光滑平整, 以减小箱涵在顶进启动时的摩阻力。滑板的底部需设置横向锚梁, 在基坑底部挖槽, 并用砖砌成模板, 将槽形锚梁与滑板混凝土一次浇筑。滑板顶面应按5‰坡度超高做成“头高尾低”的上坡。表面平整误差小于2mm。滑板表面必须涂上润滑剂, 以减小顶进时的摩阻力。润滑剂一般采用粗制黄色石腊, 涂刷表面。滑板上还须在预制箱涵两侧5～10cm处设置导向墩。为保证预制箱涵能在滑板上顺利起动和向前滑行, 必须在滑板顶面做一层润滑层, 并在其上覆一层隔离层, 起到顶进施工中的减摩作用。润滑层的材料一般用机油、石蜡、滑石粉、黄油等材料调制。隔离层用塑料薄膜、油毡等。当用石蜡润滑剂时, 应将石蜡加热融化, 掺入机油, 搅拌均匀后浇在滑板面上, 厚度约3mm, 刮平后洒上滑石粉。
箱涵制作。箱涵大体积混凝土浇筑时易产生水化热, 应注意监控混凝土温度的升降和温差, 要采取降低水化热和减小温差的措施, 以防止因温差产生的内应力引起的裂缝。混凝土浇筑后注意养护, 防止因混凝土收缩而引起的箱身环向裂缝。
钢刃角的安装。在箱涵框架前端的顶版、侧墙或底版上安装钢刃角, 可以避免前方土体的坍塌, 并能保障路基的稳定。在顶进过程中必须保持钢刃角插在土体中的状态, 不得在超前刃角挖土。钢刃角可用15～20mm厚的钢板焊接制成, 用预先埋设在箱涵前端部的螺栓固定, 安装时必须保持平整、不得歪斜。
施工过程中进行高速公路路面沉降观测, 随时掌握路面沉降情况, 对路基边坡、路面、 交通 设施进行详细检查, 确保京珠高速路的畅通。施工过程中要求顶面车辆经过时限速60km/h。
3 纠偏措施
箱涵顶进前, 应在箱体两侧和顶面涂刷润滑剂, 以减少顶进时箱涵与地层间的摩阻力。润滑剂的材料与滑板上的润滑层材料相同。在箱涵顶进过程中必须加强监测工作, 每顶一个冲程测一次, 以及时提供箱涵移动值, 并判断是否需要纠偏。
箱涵顶进时的纠偏, 主要调整千斤顶的推力、挖土方式以及限位导向墩 方法 。长度较大的箱涵在基坑内和出基坑后的一段时期内必须保持正确的位置。开挖土方时, 可在一侧超挖, 一侧少挖来调整方向, 即向左偏, 开挖时左侧欠挖, 右侧超挖10～20cm。
防止出现“扎头”的措施: 提高顶进范围内基底承载力; 在预制前端1.5m范围内设置5cm船头坡。工作坑底板利用水泥砂浆设置。开挖面基底在工作坑以外保持在涵身地面以上20～30cm。鉴于工作坑开挖显示的基底状况, 应进行基底换填。
参考 文献
[1] 余彬泉, 陈传灿.顶管施工技术[m]北京: 人民交通出版社, 1998.
[2] 铁道部第四勘测设计院桥隧处.桥涵顶进设计与施工[m].北京: