老黏土地质条件下双壁钢围堰快速吸泥下沉技术研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）０８００５３０３・桥梁工程・老黏土地质条件下双壁钢围堰快速吸泥下沉技术研究魏加志（中铁十一局集团第一工程有限公司湖北襄阳４４１１０６）摘要：双壁钢围堰由于其具有稳定性好、可用于深水基础等优点，被广泛应用于大跨度跨海、跨江桥梁建设中。在双壁钢围堰壁舱内浇筑混凝土（或注水）以增加围堰重量，并在围堰内吸泥使围堰下沉至指定位置。本文以西江特大桥跨西江主桥双壁钢围堰在老黏土条件下吸泥下沉为研究背景，由于老黏土是一种超固结土，呈硬塑状态，在水中具有超强黏性，采用常规的吸泥方案和设备，难以将其吸出。通过改进吸泥方法和吸泥设备，并利用ＢＩＭ技术模拟围堰底部吸泥情况，加快了钢围堰吸泥下沉速度。解决了双壁钢围堰在老黏土地质条件下下沉难度大、易倾斜等难题，可为类似深水基础施工提供参考。关键词：老黏土双壁钢围堰吸泥下沉ＢＩＭ技术中图分类号：Ｕ４４５．５５＋６；Ｕ４４８．２７文献标识码：Ａ＋ＢＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９・４５３９．２０１８．０８．０１３ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｔｕｄｙｏｎＤｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄＳｔｅｅｌＣｏｆｆｅｒｄａｍＳｉｎｋｉｎｇｗｉｔｈＲａｐｉｄＳｕｃｋｉｎｇ－ｍｕｄｉｎＯｌｄＣｌａｙＧｅｏｌｏｇｙＷｅｉＪｉａｚｈｉ（ＣＩＩｉｎａＲａｉｌｗａｙ１１山Ｂｕｒｅ¨Ｇｒｏｕｐ１ｍＥｎｇｉｎｅｅｆｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，ＸｉａｎｇｙａｎｇＨｕｂｅｉ４４１１０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ—ｄｏｕｂｌｅｗａｌｌｅｄｓｔｅｅｌｃｏｆｆｅｒｄａｍｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆ—ｌｏｎｇｓｐａｎｃｒｏｓｓ－ｓｅａａｎｄｔｒａｉｌｓ－ｆｉｖｅｒｂｒｉｄｇｅｓｄｕｅｔｏｉｔｓｓｏｅｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｄｅｅｐｗａｔｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅ（ｏｒｗａｔｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）ｉｓｐｏｕｒｅｄｉｎｔｈｅｂｕｌｋｈｅａｄｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄｓｔｅｅｌｃｏｆｆｅｒｄａｍｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｃｏｆｆｅｒｄａｍ，ａｎｄｔｈｅｍｕｄｉｓｓｕｃｋｅｄｉｎｔｈｅｃｏｆｆｅｒｄａｍｓｏａｓｔｏｓｉｎｋｔｈｅｃｏｆｆｅｒｄａｍｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｔｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＴａｋｉｎｇＸｉｊｉａｎｇＢｒｉｄｇｅａｃｒｏｓｓｉｔｓｍａｉｎｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄｓｔｅｅｌｃｏｆｆｅｒｄａｍｉｎｔｈｅｏｌｄｃｌａｙｇｅｏｌｏｇｙ８８，ｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｓｔｈｅｏｌｄｃｌａｙｉｓａｋｉｎｄｏｆｏｖｅｒｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄｓｏｉｌｗｉｔｈａｈａｒｄｐｌａｓｔｉｃｓｔａｔｅａｎｄｈａｓｓｕｐｅｒｖｉｓｃｏｓｉｔｙｉｎｗａｔｅｒ，ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｓｕｃｋｉｔｏｕｔｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｍｕｄｓｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅＢＩＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｕｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｃｏｆｆｅｒｄａｍ，ｗｈｉｃｈｓｐｅｅｄｓｕｐｔｈｅｓｉｎｋｉｎｇｒａｔｅｏｆｔｈｅｃｏｆｆｅｒｄａｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｏｎｈａｒｄｓｉｎｋｉｎｇａｎｄｅａｓｙｉｎｃｌｉｎｉｎｇｏｆｔｈｅ—ｄｏｕｂｌｅｗａｌｌｅｄｓｔｅｅｌｃｏｆｆｅｒｄａｍｉｎｔｈｅｏｌｄｃｌａｙｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｓｅｔｔｌｅｄ．Ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｄｅｅｐｗａｔｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｌｄｃｌａｙ；ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｓｔｅｅｌｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｓｉｎｋｉｎｇｂｙｓｕｃｋｉｎｇ－ｍｕｄ；ＢＩＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１引言吸泥下沉是双壁钢围堰施工过程中的一项关键工序，其施工周期的长短，直接影响到整个桥梁——收稿日期：２０１８０６１５基金项目：中国铁建股份有限公司科技研究开发计划项目（１６－ＢＯＩ）作者简介：魏加志（１９７３一），男，高级工程师，从事大跨度桥梁施工研究。工程的施工工期。国内外常规的吸泥方法是采用吸泥泵将围堰内泥土吸出，减小围堰与土体的摩擦力，从而使围堰切土下沉。但是由于老黏土是一种超固结土，呈硬塑状态，在水中具有超强黏性，采用常规的吸泥方案和设备，难以将其吸出。在现场实际施工过程中，利用机械抓斗和伸缩臂挖机挖土，可将围堰内的老黏土快速取出，并配合绞吸机设备铁道建箍技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（０８Ｊ５３万方数据・桥梁工程・吸泥，可实现围堰快速、平稳下沉至设计高度¨‘３１。３老黏土条件下吸泥下沉的困难２工程概况（１）老黏土硬度大、黏性强跨西江主桥采用（２×５７．５＋１７２．５＋６００＋４×５７．５）ｍ混合梁斜拉桥，主跨６００ｍ跨越西江，结构长１１１８．７ｍ，１５６＃墩位于西江河道中，围堰顶标高＋５．８ｍ，底标高一２０．２ｍ，河床标高一１２．６ｍ，人土深度７．６ｍ。围堰处地质情况如图１。１５６＃ｔ敦双壁钢围堰设计平面尺寸４９．１ｘ４１．２ｍ，高２６ｍ。共分两个节段，底节高度１５．４ｍ，底节顶高程一４．８ｍ；顶节高度１０．６ｍ，顶节顶高程＋５．８ｍ，内支撑采用巾１０００×１６ｍｍ直缝钢管。１５６＃墩双壁钢围堰总体构造见图２。囤堰顶标高图２１５６搠敦双壁钢围堰总体构造（单位：ｍ）５４铁道建筑技术老黏土是一种具有硬塑性、超黏性土质（见图３）。采用吸泥泵难以将老黏土吸出，还会经常出现堵塞泵管的情况，导致围堰下沉缓慢，严重影响了桥梁深水基４吸泥下沉准备４．１ＢＩＭ技术地质成像根据地质勘查数据，利用Ａｕｔｏｄｅｓｋ３Ｄｍａｘ软件进行三维模拟，直观准确的反映出围堰下沉地质情况，为现场实际施工提供指导依据。如图４所示怕娟Ｊ。４．２搭设吸泥平台为方便围堰内行走及小型机械的摆放，待围堰着床后，利用起吊设备在桩基钢护筒上搭设吸泥平台。吸泥平台采用型钢材料在栈桥上焊接而成，然后利用起吊设备吊至钢护筒上，与钢护筒固定。吸泥平台承重主梁采用２根１２５ａ工字钢，间距１．５ｍ，在主梁间焊接拶ｍｍ钢筋，间距３０ｃｍ，作为承重次梁，然后在钢筋上铺设木板作为面板，并按照１．５ｍ间距设置护栏。吸泥平台构造如图５所示。ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｆＤ８Ｊ万方数据・桥梁工程・４．３机械人员配置主要吸泥设备有吸泥泵、绞吸机、机械抓斗、伸缩臂挖掘机、履带吊、塔吊、发电机等机械，机械人员配置如表１所示。图５吸泥平台构造表１吸泥设备配置设备名称数量用途吸泥泵／套１６将泥土吸出２绞吸机／套高压射水将泥土冲散１机械抓斗／台２履带吊配合直接将泥土抓出伸缩臂挖掘机／台１直接挖土履带吊／台３浮吊／艘ｌ现场起吊吸泥设备塔吊／台ｌ５吸泥下沉施工５．１吸泥顺序围堰在入土下沉过程中需要克服的阻力来自两个方面，一是刃脚端阻力，二是围堰外壁与土层间的摩擦力。围堰下沉就是消除或减少刃脚端阻力，并依靠围堰的自重克服外壁的摩擦力而下沉，而消除或减少端阻力的方法就是从围堰内吸泥除土，降低围堰内泥面高程。由于围堰平面尺寸较大，采用分隔舱吸泥的方式加快吸泥速度，围堰吸泥顺序如图６所示。渊㈧ｌ皇阑６二ｄ曼珏珏ａ凸Ｚ黜ｎ凸凸瑚ｎ７口誓矾五ＢＺＺＺＺＺ勰刃脚埋入土中。第二步：同步施工Ａ２和Ａ３隔舱，吸泥步骤及标准按照第一步进行，使得围堰刃脚处挤土下沉，如此循环吸泥使围堰逐步均衡、平稳下沉到位。５．２特殊吸泥设备的布置根据现场施工测量结果，老黏土地质条件下，常规小型吸泥泵难以达到预期的吸泥效果，围堰下沉缓慢。为加快围堰下沉速度，保证施工工期，采取履带吊配合机械抓斗和伸缩臂挖机取土的措施将围堰内的泥土直接取出，根据现场情况合理安排机械位置。履带吊配合机械抓斗取土区域主要在支栈桥侧，临江位置由于存在履带吊无法站位问题，采用在桩基钢护筒上搭建平台，伸缩臂挖机吊至平台上‘进行取土。机械站位及工作区域如图７所示７圳。－—］ｌｊ霪≮７ｉ㈣｝ｋ溯ＩＩｌ墨—ａＪ囹履带吊配合机械Ｆ－７伸缩臂挖掘机抓斗施工区域施工区域图７吸泥设备站位及工作区域（单位：ｍ）６吸泥设备施工效率围堰吸泥下沉过程中安排值班人员对各个吸泥设备的施工效率进行统计，汇总如表２所示。表２吸泥设备施工效率设备名称单日吸泥方量／ｍ３备注１＃机械抓斗１０２．２６每斗９．５ｍｉｎ／Ｏ．９５ｍ３２别几械抓斗７７．２每斗１１．５ｍｉｎ／Ｏ．９６ｍ３伸缩臂挖掘机１４７．０４每斗１５．７ｍｉｎ／２．９５ｍ３吸泥泵１０３．２６１６套吸泥泵万方数据・隧道／地下工程・［５］赖金星，谢永利，李华．连拱隧道无中导洞施工技术探—讨［Ｊ］．铁道建筑，２００６（４）：３４３５＋４３．［６］陈贵红，于炳言．连拱隧道中墙型式受力比选［Ｊ］．铁—道建筑技术，２００４（６）：２９３２，１８．［７］李跃强．浅埋偏压大断面隧道洞口段开挖顺序优化—［Ｊ］．公路，２０１８，６３（２）：２８６２９１．［８］牟智恒，严涛，田明杰，等．邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道施工工法及合理开挖工序研究［Ｊ］．土木工程—学报，２０１７，５０（Ｓ２）：２０３２０８．［９］付大喜．浅埋偏压隧道施工方案优化及受力变形特性—分析［Ｊ］．施工技术，２０１７，４６（ＳＩ）：７０２７０６．［１０］方昱，方惠钦，刘保国，等．佛岭长大隧道洞口段施工—方案优化研究［Ｊ］．公路，２００９（１１）：２３７２４１．［１１］杨小礼，眭志荣．浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析［Ｊ］．中南大学学报（自然科学版），２００７（４）：—７６４７７０．［１２］阚呈，李建军．连拱小净距隧道对邻近高层建筑基础的影—响研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１８（２）：７７８１．————————————————————————————————・＋一＋＋－＋一＋－＋－＋一＋－＋－＋＋一＋一＋一＋一卜＋＋｝・＋＋＋＋・＋－＋－＋－＋－＋＋卜＋＋卜＋＋＋＋＋＋－＋一＋－。＿一＋＋卜卜卜－（上接第５５页）人员利用测绳进行围堰内水深测量。测量结果每日汇总后利用ＢＩＭ软件进行地形三维模拟成像，形象直观的反应出围堰内泥土清理和剩余工程量情况。ＢＩＭ地形三维影像如图８所示。围堰每日吸泥‘量如表３所示１０。１２｜。围堰内水深情况，并通过水深换算得出围堰底部标高，针对未达设计标高处进行吸泥施工。（３）采用ＢＩＭ技术监控围堰底部吸泥情况，可直观的反映出围堰内吸泥情况，快速计算出围堰内剩余土方量，并为后续吸泥位置调整提供指导依据。参考文献图８ＢＩＭ地形三维影像［２］表３基于引Ｍ模型反映围堰每日吸泥量ｍ３序号日期模型；ｈ－２设计方量剩余方量每Ｅｌ开挖方量１２０１８年３月２６日１５７３５．４０９１３９３６．７６２ｌ７％．６４７２２０１８年３月２８日１６１２４．０［撕∞１３６．７６２２１８７．２６４—３８８．６１７３２０１８年３月３０日１５６９８．９１３粥６．７６２ｌ７６２．１３８４２５．１２６４２０１８年３月３１日１５３９７．４４４１３孵６．７６２１４６０．６８２３０１．４５６５２０１８年４月１日１４５９１．１３７１３９３１６．７配６５４．３７５８０６．３０７６２０１８年４月２Ｅｌ１４５１２．９６１３９９６．７配５７６．１９８７８．１７７７２０１８年４月３日１４２７５．３０６１３９９巧．７６２３３８．５４４盈ｒ７．６５４８２０１８年４月４日１４０９３．４７６１３９３６．７６２１５６．７１４１８１．８３９２０１８年４月５Ｅｌ１４１６４．５７４１３９３６．７６２盟７．８１２－７１．０９８１０２０１８年４月６１３∞１３９．８８５１３９３６．７６２３３．１２３１９４．６鹎［３］［４］［５］［６］８结论［７］老黏土地质条件下双壁钢围堰吸泥下沉施工，我国已经具有丰富的施工经验和先进的施工方案，可保证围堰快速平稳下沉，通过以上施工工艺的叙述，得出以下结论：（１）采用起重设备配合机械抓斗抓土和伸缩臂挖掘机取土的方案可有效地加快取土速度，保证围堰的下沉速度，同时利用绞吸机配合吸泥泵可将围堰底部松散泥土取出，保证围堰快速平稳下沉。（２）围堰吸泥下沉过程中，利用测绳勤加测量９６彩｝道建筑技术孔滨，肖ＪＩＩ．双壁钢围堰施工［Ｊ］．黑龙江交通科技，２００９，３２（４）：１１６．王贵春，皇甫昱．桥梁深水基础双壁钢围堰施工技术—分析［Ｊ］．铁道建筑，２００７（８）：２２２４．袁狲，傅勇．双壁钢围堰吸泥下沉、清基及水下封底过程中有关问题的处理办法［Ｊ］．黄冈师范学院学报，—２００１，２１（５）：８３８５．高新学，王博．双壁钢围堰吸泥下沉及水下封底中有关问题的处理办法［Ｊ］．城市建设理论研究，２０１１—（２８）：１２１５．杨永伟，戴桂华，徐阳，等．张花高速酉水大桥５号主墩深水双壁钢围堰施工技术［Ｊ］．公路工程，２０１３，３８（５）：—１９３１９８．蒋红振．大型双壁钢围堰吸泥下沉施工技术［Ｊ］．交—通世界，２０１７（２６）：１０９１１０．陈钧．复杂地质条件下双壁钢围堰下沉控制技术［Ｊ］．—铁道建筑技术，２０１５（ｓ１）：１１３１１５．［８］李军堂．芜湖长江大桥双壁钢围堰施工［Ｊ］．铁道建—筑，２０００（５）：５７．［９］裴宾嘉，石勇，于志斌，等．荆岳长江大桥２８号主墩特大—型分离式双壁钢围堰的下沉［Ｊ］．公路，２００ｓ（３）：７５８１．［１０］高勇强．浅谈复杂地质中双壁钢围堰下沉控制技术—［Ｊ］．价值工程，２０１６，３５（３６）：８２８４．［１１］储兵．特大桥深水基础双壁钢围堰拼装及下沉施工技—术［Ｊ］．交通世界，２０１８（Ｓ１）：１４６１４８．［１２］汪龙军，王晓飞．马鞍山大桥双壁钢围堰下沉施工技—术［Ｊ］．低碳世界，２０１７（１８）：２３５２３６．ＲＡＩＬＷＡＹｃｏＮｓＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１８１０８ｌ万方数据