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23.6×
20.3米,基坑最大开挖尺寸49.4×
45.5m,基坑开挖深度40m,开挖量共计土方3500m3,石方94318m3,属于深、大基坑爆破开挖。
1.2地形地貌
桥址处河道横断面成U型,河道上口宽330米,下口宽300米,两岸悬崖陡壁,岸边高出河底约65米;
蓄水水位线标高898.25m,超出基底标高1m。
5#拱座位于东岸,距离河岸线25.52m,为台阶状地形;
6#拱座位于西岸,距离河岸线11.38m,处在冲沟沟底,基础两侧为陡坡,高约40m。
1.3气候水文条件
施工地区属中温带亚干旱区,区内降雨稀少,气候干燥,夏季炎热,冬季寒冷,冬春两季多风,蒸发量大;
7~9月偶有暴雨,因地表植被不发达,暴雨天气地表水流量较大,易形成冲沟。
1.4地质条件
所处地面新黄土及强风化岩,最大厚度为7米。
基顶覆岩厚度为16~18米,节理较发育,有明显裂隙,抗压强度在60~80MPa左右,普氏等级系数f为6~8;
基顶至基底段均为弱风化石灰岩,岩层产状平缓稳定,节理不发育,无断层、明显裂隙、地下水等不良地质情况,基底持力层为完整连续的弱风化石灰岩,抗压强度在80~100MPa左右,其普氏等级系数f为8~10;
整个岩体自然稳定坡角线为75°
。
2.施工方案
2.1拱座基坑开挖施工方案
拱座基坑石方开挖采用预裂爆破和松动爆破相结合的方法,挖机配合施工,履带吊出碴,自卸汽车外运至两岸征用的弃碴场;
拱座地表土及松散的风化岩石用挖掘机清除,基坑口至拱座混凝土面以上的基坑坑壁为有个别裂隙的石灰岩,采用1:
0.26的坡度放坡开挖,拱座混凝土范围内的基坑坑壁为完整岩石,按设计基础轮廓线开挖。
基坑开挖采用预裂(光面)爆破与深(浅)孔松动爆破相结合的方法施工。
根据工程特点及地质情况,分为放坡爆破段和垂直爆破段。
开挖方案设计分四次爆破,如图2-1所示,
拱座均分为四层进行爆破,其中第一次爆破由地面至基顶,爆破平均深度达14.5m,需按自然稳定坡角线刷坡防护,基坑上口开挖垂直桥轴线方向尺寸为45.5m,顺桥向尺寸为35m~46m不等;
第二、三、四次爆破根据基础形状进行分层,爆破深度6~7m,受基坑尺寸制约,考虑到潜孔钻机的作业空间,第二、三、四次爆破的预裂爆破应作一次爆破;
因四次爆破均属于深孔爆破;
考虑到岩层厚度在0.5~1m范围内,基底留1.5m进行浅孔松动爆破,最下0.5m采取人工配合机械破碎的方式开挖,以防止基底岩层受到破坏。
基坑出碴选用履带吊垂直出碴,挖机配合开挖装车,自卸汽车外运;
东岸设挖机进出马道,西岸以履带吊吊运挖机进出基坑。
2.2拱座混凝土浇筑方案
拱座混凝土分两期浇筑,一期混凝土浇筑强度等级为C30混凝土,浇筑范围为钢管拱S0节段预留槽口以下部分,每个拱座C30混凝土3787m3,一期混凝土分四层浇筑,浇筑高度为分别为2m、3.9m、7.4m、7m,每层浇注数量分别为2×
160.5m3、2×
175m3、2×
411m3、2294m3。
拱座混凝土采用搅拌站集中拌合,混凝土运输罐车运输,汽车泵输送,布料斗加串筒送料,全断面连续分层法浇筑,泵车匀速将混凝土卸于布料斗。
每层浇筑高度不大于30cm,上层混凝土浇筑必须在下层混凝土初凝之前进行。
采用插入式振捣棒边浇筑边振捣。
每次混凝土浇筑完毕后,养护6-7天,在混凝土水化反应峰期过后再进行下一次浇筑。
第一、二、三层采用保温保湿法养护。
第四层采用外保内降法养护,即混凝土表面保温保湿,内部用冷却水管降温,保温材料采用棉毡,保湿材料采用塑料薄膜,降温水管采用Φ40mm钢管。
第一层顶部钢筋绑扎采用马凳支撑;
第二、三层钢筋绑扎用角钢内支撑作为支架;
由于第四层混凝土浇筑体积大,根据热工计算,拟采用冷却水管进行内部降温。
故将冷却水管作为立杆,在其上搭设水平杆,用于支撑钢筋。
第三层混凝土内的临时铰预埋钢板可作为外模使用,其内支撑体系采用100×
100×
6mm角钢独立设置,其内拉钢筋均焊接在预埋板内支撑架上。
二期混凝土浇筑强度等级为C50混凝土(掺加纤维素纤维UF500),浇筑范围为S0节段预留槽口至拱座表面部分,每个拱座浇筑C50混凝土2150m3,二期混凝土采用一次浇筑完成。
3.施工质量控制要点
3.1深基坑爆破开挖质量控制要点
3.1.1一定要按照设计的孔位和偏角实施钻孔,其孔口和偏角误差应控制渣允许偏差范围内,钻孔时,实施全过程监挖。
使钻孔“准、正、平、直、齐”。
3.1.2装药前,要先检查每个炮孔的深度,调整单孔炸药量。
3.1.3装药时,要注意起爆炸药的安放位置。
预裂孔装药时,应尽量使炸药置于孔中心,若炸药串上绑竹片或木板,则木板或竹片应放在受保护的爆破一侧。
3.1.4装药后,要严格检查堵塞长度,根据检查结果,适当增减用药量
3.1.5堵塞时,要注意选择合格的堵塞材料,堵塞捣固不能用力过猛,严防雷管脚线被破坏。
3.1.6敷设爆破网路时,要特别注意雷管的方向,尤其是雷管与导爆索联接时不能反接。
3.1.7预裂爆破与主爆破区采用合理的间隔时间。
一般情况下,预裂爆破要迟于主爆破区25ms以上;
预裂爆破要先于主爆破区50ms以上,
3.1.8根据爆破破碎效果的需求,合理调整爆破参数。
3.2拱座大体积混凝土的质量控制
3.2.1拱座混凝土水化热分析
3.2.1.1分四层浇筑结构有限元模型
基坑开挖施工时,根据现场实际地基情况,施工为分四层浇筑,建立有限元模型如图3-1所示,模型共建立节点3906个,实体单元3176个。
图3-1四层浇筑方案时拱座及周围岩层的有限元实体模型
冷却水管布置时考虑到分层情况和预留槽口位置等因素,沿高度方向的层距如图3-2所示,水平间距1米,总体布置情况如图3-3所示。
3.2.1.2工况划分
工况一:
四层、无管冷;
工况二:
四层、有管冷;
工况三:
四层、管冷、表面对流系数减小;
工况四:
四层、管冷、水温降低;
工况五:
四层、管冷、管径增大;
工况六:
四层、管冷、第一层无管冷。
3.2.1.3有限元模拟结果
对拱座混凝土自浇筑第一阶段起至浇筑最后施工阶段混凝土完毕后1000小时进行了水化热模拟分析,
整个施工过程中最高温度达38.60℃,如图3-4所示。
最高温度位于节点1479,坐标:
X=6.355,Y=15.5,Z=16.7,位于第四层混凝土中间靠上位置(Y方向靠近边坡)。
通过对拱座混凝土水化热温度的有限元模拟,分析混凝土水化热温度及应力相关数据后,得出以下结论:
①分四层浇筑方案进行分析所得的最高温度在34.13℃到38.6℃之间,里表温差基本在25℃以下符合规范要求。
知混凝土浇筑后三天到五天的时期内温度较高。
②增大混凝土表面对流系数对混凝土芯部最高温度无明显影响,但混凝土表面与大气的热交换速度加快,使得混凝土表层降温较快。
若是混凝土表面对流系数值过大,则可能出现表面混凝土降温过快、里表温差过大的状况,使得混凝土表面产生拉应力,出现裂缝。
所以大体积混凝土施工中应控制混凝土表面与大气的热交换速度。
③管冷作用
对比工况1和工况2可知,布置冷却水管可使混凝土芯部最高温度降低7℃,有效地降低水泥水化热的影响。
对比工况2和工况4可知仅降低冷却水的温度(10℃到5℃)对混凝土温度变化影响较小;
对比工况2和工况5可知增大冷却管管径同时保证冷却水的流速,可使混凝土芯部温度显著降低,里表温差也有明显减小。
所以若通过管冷作用有效地降低水泥水化温度需保证冷却水的流速,尽可能增大冷却管的表面积。
④管冷方案的优化
对比工况2和工况6的结果可知,第一层不加冷却水管对拱座混凝土全过程的最高温度无影响,因为本模型的最高温度节点位于第四层混凝土。
仅分析第一阶段可以看出,第一层混凝土设置管冷时混凝土高温仅为26.44℃,不设置管冷时最高温达38.2℃,内外温差总体上不超过23℃。
在加强养护的条件下,第一层混凝土不设置管冷,混凝土的温度满足规范要求,里表温度差引起的内部温度应力不大。
3.2.2拱座混凝土施工质量控制
施工质量控制包括一下4个方面:
3.2.2.1控制原材料的质量,选择合适水泥并掺入粉煤灰,使用缓凝早强剂,合理调整混凝土的配合比,减小水化热和提高强度;
本工程采用自建拌合站混凝土浇筑。
对主要材料要求如下:
①水泥:
考虑普通水泥水化热较高,特别是应用到大体积混凝土中,大量水泥水化热不易散发,在混凝土内部温度过高,与混凝土表面产生较大的温度差,便混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。
当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝,因此确定大掺量F类Ⅰ级粉煤灰和P.O42.5水泥,通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能,提高混凝土的耐久性。
②粗骨料:
采用碎石,粒径5-31.5mm,含泥量不大于1%。
选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土,和易性较好,抗压强度较高,同时可以减少用水量及水泥用量,从而使水泥水化热减少,降低混凝土温升。
③细骨料:
采用中砂,含泥量不大于2.0%。
选用中砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10Kg左右,同时相应减少水泥用量,使水泥水化热减少,降低混凝土温升,并可减少混凝土收缩。
④粉煤灰:
由于混凝土的浇筑方式为泵送,为了改善混凝土的和易性便于泵送,考虑掺加大量的粉煤灰降低水化热、改善混凝土和易性有利,即减少配合比中的水泥用量。
按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。
⑤外加剂:
采用北京建工聚羧酸高性能减水剂。
3.2.2.2利用夜间拌合混凝土,控制料温和混凝土出仓温度;
3.2.2.3分层浇筑,各层混凝土浇筑后12小时内,于混凝土表面覆盖一层塑料布,上覆棉毡并蓄水养生。
3.2.2.4在拱座内安装冷却管,加强混凝土内的温度测量,通过调节水的流速,控制混凝土芯部温度;
冷却水管采用Φ40钢管,冷却水管管路采用回旋形布置,纵桥向间距1.2m,横桥向间距1m,距离基础边缘0.5m。
每两排设一个进水口,一个出水口,进出水口高出基础顶面0.2m,水管接头采用丝扣套筒连接。
在混凝土施工前,对冷却水管进行通水试压,仔细检查每一个接头,确保管路不漏水。
在混凝土浇筑和钢筋绑扎过程中,不得损坏管路,确保供水的连续性。
拆除模板后,将冷却水管用同标号水泥浆封堵。
根据混凝土浇筑过程中的测温情况,适时向管内通水,通过水循环,带走拱座混凝土内部的部分热量,使混凝土内部的温度降低到要求的限度。
控制冷却水进、出水的温差不大于50℃。
以保证降温速率不大于2℃/d,根据测温数据相应调整水循环的速度,以充分利用混凝土的自身温度,即中部温度高、四周温度低的特点,在循环过程中自动调节温差。
冷却水管安装时,用钢筋骨架和剪刀撑固定牢
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