經驗交流：湖口大橋東塔樁基凍結法施工（二）
發布時間：2010-01-14 共1頁
4.5 凍結需冷量計算
設計冷凍鹽水溫度為-25℃～-28℃，考慮施工期內湖口地區的氣候條件，冷量損失取15％，則總需冷量為：Q=1.15nsHq
式中：n――冷凍管根數，取n=(19+5+3)×4=108（根）
s――冷凍管直徑，s=0.5m
H――凍結深度，H=43m
q――冷凍管吸冷量，考慮施工水位較高，圍堰封水不安全，取q=879.23kj/m2h(210千卡/m2h)即Q=1878.2MJ/h(44.86萬千卡/小時)
4.6 凍結時間計算
根據長期實踐證明，表土層凍土發展速度為22mm～25mm/米，基巖交圈速度為40mm/天，據此推算，凍結壁厚度達到1.83m需時為1830/(25×2)=35(米)。
4.7 東塔樁基基巖段鉆爆法施工設計
當凍結期結束后，測溫資料表明凍結壁交圈且強度可滿足樁基開挖要求時，即開始進行開挖工作。對樁孔通過的沖積層部分，采用傳統人工挖孔施工，對基巖部分則采用鉆爆法施工。根據對凍結法施工和鉆孔法挖孔施工特點的綜合分析，決定對湖口橋東塔樁基基巖段按光面爆破設計鉆爆法施工，采用T220防凍水膠炸藥和秒延期段發電雷管進行爆破施工，為防止一次爆深過造成對凍結壁的破壞，決定以每次爆深不超過1米的原則來控制炮眼布置及裝藥量。
4.7.1 炮眼布置
根據樁孔開挖形狀，將炮孔布置成圓圈狀，圈徑定為D1=0.7m，D2=1.9m，D3=3.1m，炮眼間距取：掏槽眼0.45m，輔助眼0.6m，周邊眼0.4m，每孔布置炮眼41個。
4.7.2 裝藥量
輔助眼0.5-0.8Kg/眼，周邊眼0.3-0.5Kg/眼，正向裝藥，爆破參數。
4.8 東塔樁基低溫混凝土施工
確保確保低溫條件下樁基混凝土免受凍害是東塔樁基凍結法施工成敗的關鍵，根據煤炭系統多年來凍結施工的經驗，凍結壁在混凝土澆注后幾個小時，由于受低溫環境的影響，靠近孔壁的混凝土出現降溫，隨后由于混凝土水化熱所產生的熱量比低溫環境吸去的熱量多，孔壁混凝土開始出現升溫，隨著熱交換的進行，混凝土的熱量進一步散失而進入降溫過程，直至0℃以下。總之，混凝土在降至0℃前有一定的正溫養護期，獲得一定強度后，在混凝土溫度降至0℃后，強度還會繼續增長。根據實測資料證明，僅需將混凝土入模溫度提高即可使混凝土免受凍害。
注：Z3－煤礦井筒外層井壁與井幫交界面處混凝上溫度曲線（實測）
H－東塔基樁與孔幫交界面處混凝上溫度曲線（預測）
根據本工程的具體特點，樁基混凝土澆注時間已在5～6月之間，氣溫已比較高，混凝土入模溫度可達25℃以上，基本可以解決混凝土的凍害問題。但為確保萬無一失，在進行混凝土配合比試驗時，還采取了以下幾個措施：
4.8.1 針對樁基直徑，為避免混凝土水化熱造成樁基產生過溫度應力，選用礦渣水泥生產混凝土；
4.8.2 配置混凝土時，摻加防凍型早強減水劑，可有效防止混凝土遭受凍害。為了進一步檢驗混凝土的整體性及混凝土的澆注質量，本工程還成功進行了鉛芯取樣。為確保芯樣具有代表性，取芯位置按最不利情況，分直孔和斜孔兩種，采用SPT―100型地質鉆機取芯樣，證明混凝土整體性完好，強度滿足設計要求。
5.東塔樁基凍結施工工藝設計
5.1 根據設計要求，凍結管布置成圓筒狀，采用φ127m無縫鋼管，安裝凍結管之前，首先采用SPT-800型地質鉆機成孔，成孔直徑為200?，要求凍結鉆孔偏斜率控制在1%以內。
5.2 根據凍結需冷量計算結果，采用兩臺KY―2KA20C型螺桿冷凍機組人工制冷，設計蒸發溫度+30℃，冷凝溫度-30℃，設計工況制冷量為：2261MJ/h(54萬千卡/小時)。
5.3 鹽水系統
5.3.1 鹽水用氯化鈣配置，比重為126t/m3，凝固溫度為-37.6℃；
5.3.2 根據凍結需冷量要求，鹽水總干管采用φ245×10mm無縫鋼管，配集液圈用φ159×6mm無縫鋼管;
5.3.3 鹽水泵采用單機單泵供水，閘閥調節的供液方式，選用2臺12SH―13型水泵，其單臺流量為560m3/h左右。
5.4 冷卻水系統
根據冷凍機組制冷量確定冷凝器的循環水量，選用2臺200m3/h水泵供冷凝水，其中一臺作為備用，冷卻水直接采用湖水循環。
5.5 凍結用電
根據計算，冷凍機組運轉時用電負荷為560KW，根據當地供電現狀，采用市電與自發電結合的辦法供電，確保凍結施工期間不停電。
6.東塔樁基施工工藝流程
根據凍結法施工要求，結合東塔樁基具體特點，制定凍結法人工挖孔施工工藝流程如下：
6.1 凍結孔施工(包括凍結打鉆及冷凍管安裝)；
6.2 冷凍平臺搭設，冷凍機組安裝調試；
6.3 冷凍管道安裝并開始進行凍結期冷凍；
6.4 樁孔開挖并維持冷凍；
6.5 下放鋼筋籠并停止冷凍；
6.6 澆注樁基混凝土；
6.7 成樁。
7.施工監測
由于湖口橋東塔樁基采用凍結法施工，在橋梁深水基礎施工史上尚屬首次，許多情況尚無很成熟的經驗，為確保萬無一失，必須加強施工過程中的監測，主要有以下幾個方面：
7.1 凍結制冷系統的監測，主要包括鹽水溫度，壓力，運轉效率等幾個方面，根據監測結果，隨時調整指標，以滿足凍結需要；
7.2 測溫孔測溫記錄必須堅持每天兩次，以及時掌握凍結埔的發展情況；
7.3 樁孔開挖后，及時監測凍結壁的變形情況，要求凍結壁的變形量不于5mm,如出現意外情況，必須及時施加臨時支護井圈背板；
7.4 樁基混凝土澆注后，利用澆注混凝土前在樁內埋設的溫度傳感器，監測混凝土的養護溫度，并及時繪制溫度變化曲線，著重監測孔壁和樁底等位置；
7.5 在承臺施工前，對樁基混凝土進行鉆芯取樣，根據鉆芯取樣結果最終判定凍結法施工樁基混凝土的質量。
8.結束語
經過不懈努力，湖口橋東塔樁基凍結法施工取得了圓滿成功，為橋梁深水基礎施工引進了一種新的施工技術。經過施工實踐證明，凍結法施工技術應用于橋梁深水基礎施工是可行的，現正在建設中的江蘇省潤揚橋錨碇基礎仍繼續采用此技術。在類似湖口橋這樣特定的施工條件下，凍結法施工方案具有如下優點：
8.1 施工設備體積小，重量輕，拼裝簡單方便，對起吊設備能力要求不高，緩解了設備能力不足的矛盾；
8.2 克服了在復雜地質條件下采用鉆機成孔時存在的諸如直徑鋼護筒下沉、鉆孔平臺搭設難度等困難；
8.3 水下澆注混凝土為干澆混凝土，有利于確保混凝土質量；
8.4 凍結法施工時4根樁平行作業，總體有效工作時間為112天，平均每根樁28天，比同等條件下的西塔采用鉆孔法施工節約時間近一半，有效地縮短工期。
8.5 較常規的鉆孔灌注樁施工方法，節約工程投入19%。
設計冷凍鹽水溫度為-25℃～-28℃，考慮施工期內湖口地區的氣候條件，冷量損失取15％，則總需冷量為：Q=1.15nsHq
式中：n――冷凍管根數，取n=(19+5+3)×4=108（根）
s――冷凍管直徑，s=0.5m
H――凍結深度，H=43m
q――冷凍管吸冷量，考慮施工水位較高，圍堰封水不安全，取q=879.23kj/m2h(210千卡/m2h)即Q=1878.2MJ/h(44.86萬千卡/小時)
4.6 凍結時間計算
根據長期實踐證明，表土層凍土發展速度為22mm～25mm/米，基巖交圈速度為40mm/天，據此推算，凍結壁厚度達到1.83m需時為1830/(25×2)=35(米)。
4.7 東塔樁基基巖段鉆爆法施工設計
當凍結期結束后，測溫資料表明凍結壁交圈且強度可滿足樁基開挖要求時，即開始進行開挖工作。對樁孔通過的沖積層部分，采用傳統人工挖孔施工，對基巖部分則采用鉆爆法施工。根據對凍結法施工和鉆孔法挖孔施工特點的綜合分析，決定對湖口橋東塔樁基基巖段按光面爆破設計鉆爆法施工，采用T220防凍水膠炸藥和秒延期段發電雷管進行爆破施工，為防止一次爆深過造成對凍結壁的破壞，決定以每次爆深不超過1米的原則來控制炮眼布置及裝藥量。
4.7.1 炮眼布置
根據樁孔開挖形狀，將炮孔布置成圓圈狀，圈徑定為D1=0.7m，D2=1.9m，D3=3.1m，炮眼間距取：掏槽眼0.45m，輔助眼0.6m，周邊眼0.4m，每孔布置炮眼41個。
4.7.2 裝藥量
輔助眼0.5-0.8Kg/眼，周邊眼0.3-0.5Kg/眼，正向裝藥，爆破參數。
4.8 東塔樁基低溫混凝土施工
確保確保低溫條件下樁基混凝土免受凍害是東塔樁基凍結法施工成敗的關鍵，根據煤炭系統多年來凍結施工的經驗，凍結壁在混凝土澆注后幾個小時，由于受低溫環境的影響，靠近孔壁的混凝土出現降溫，隨后由于混凝土水化熱所產生的熱量比低溫環境吸去的熱量多，孔壁混凝土開始出現升溫，隨著熱交換的進行，混凝土的熱量進一步散失而進入降溫過程，直至0℃以下。總之，混凝土在降至0℃前有一定的正溫養護期，獲得一定強度后，在混凝土溫度降至0℃后，強度還會繼續增長。根據實測資料證明，僅需將混凝土入模溫度提高即可使混凝土免受凍害。
注：Z3－煤礦井筒外層井壁與井幫交界面處混凝上溫度曲線（實測）
H－東塔基樁與孔幫交界面處混凝上溫度曲線（預測）
根據本工程的具體特點，樁基混凝土澆注時間已在5～6月之間，氣溫已比較高，混凝土入模溫度可達25℃以上，基本可以解決混凝土的凍害問題。但為確保萬無一失，在進行混凝土配合比試驗時，還采取了以下幾個措施：
4.8.1 針對樁基直徑，為避免混凝土水化熱造成樁基產生過溫度應力，選用礦渣水泥生產混凝土；
4.8.2 配置混凝土時，摻加防凍型早強減水劑，可有效防止混凝土遭受凍害。為了進一步檢驗混凝土的整體性及混凝土的澆注質量，本工程還成功進行了鉛芯取樣。為確保芯樣具有代表性，取芯位置按最不利情況，分直孔和斜孔兩種，采用SPT―100型地質鉆機取芯樣，證明混凝土整體性完好，強度滿足設計要求。
5.東塔樁基凍結施工工藝設計
5.1 根據設計要求，凍結管布置成圓筒狀，采用φ127m無縫鋼管，安裝凍結管之前，首先采用SPT-800型地質鉆機成孔，成孔直徑為200?，要求凍結鉆孔偏斜率控制在1%以內。
5.2 根據凍結需冷量計算結果，采用兩臺KY―2KA20C型螺桿冷凍機組人工制冷，設計蒸發溫度+30℃，冷凝溫度-30℃，設計工況制冷量為：2261MJ/h(54萬千卡/小時)。
5.3 鹽水系統
5.3.1 鹽水用氯化鈣配置，比重為126t/m3，凝固溫度為-37.6℃；
5.3.2 根據凍結需冷量要求，鹽水總干管采用φ245×10mm無縫鋼管，配集液圈用φ159×6mm無縫鋼管;
5.3.3 鹽水泵采用單機單泵供水，閘閥調節的供液方式，選用2臺12SH―13型水泵，其單臺流量為560m3/h左右。
5.4 冷卻水系統
根據冷凍機組制冷量確定冷凝器的循環水量，選用2臺200m3/h水泵供冷凝水，其中一臺作為備用，冷卻水直接采用湖水循環。
5.5 凍結用電
根據計算，冷凍機組運轉時用電負荷為560KW，根據當地供電現狀，采用市電與自發電結合的辦法供電，確保凍結施工期間不停電。
6.東塔樁基施工工藝流程
根據凍結法施工要求，結合東塔樁基具體特點，制定凍結法人工挖孔施工工藝流程如下：
6.1 凍結孔施工(包括凍結打鉆及冷凍管安裝)；
6.2 冷凍平臺搭設，冷凍機組安裝調試；
6.3 冷凍管道安裝并開始進行凍結期冷凍；
6.4 樁孔開挖并維持冷凍；
6.5 下放鋼筋籠并停止冷凍；
6.6 澆注樁基混凝土；
6.7 成樁。
7.施工監測
由于湖口橋東塔樁基采用凍結法施工，在橋梁深水基礎施工史上尚屬首次，許多情況尚無很成熟的經驗，為確保萬無一失，必須加強施工過程中的監測，主要有以下幾個方面：
7.1 凍結制冷系統的監測，主要包括鹽水溫度，壓力，運轉效率等幾個方面，根據監測結果，隨時調整指標，以滿足凍結需要；
7.2 測溫孔測溫記錄必須堅持每天兩次，以及時掌握凍結埔的發展情況；
7.3 樁孔開挖后，及時監測凍結壁的變形情況，要求凍結壁的變形量不于5mm,如出現意外情況，必須及時施加臨時支護井圈背板；
7.4 樁基混凝土澆注后，利用澆注混凝土前在樁內埋設的溫度傳感器，監測混凝土的養護溫度，并及時繪制溫度變化曲線，著重監測孔壁和樁底等位置；
7.5 在承臺施工前，對樁基混凝土進行鉆芯取樣，根據鉆芯取樣結果最終判定凍結法施工樁基混凝土的質量。
8.結束語
經過不懈努力，湖口橋東塔樁基凍結法施工取得了圓滿成功，為橋梁深水基礎施工引進了一種新的施工技術。經過施工實踐證明，凍結法施工技術應用于橋梁深水基礎施工是可行的，現正在建設中的江蘇省潤揚橋錨碇基礎仍繼續采用此技術。在類似湖口橋這樣特定的施工條件下，凍結法施工方案具有如下優點：
8.1 施工設備體積小，重量輕，拼裝簡單方便，對起吊設備能力要求不高，緩解了設備能力不足的矛盾；
8.2 克服了在復雜地質條件下采用鉆機成孔時存在的諸如直徑鋼護筒下沉、鉆孔平臺搭設難度等困難；
8.3 水下澆注混凝土為干澆混凝土，有利于確保混凝土質量；
8.4 凍結法施工時4根樁平行作業，總體有效工作時間為112天，平均每根樁28天，比同等條件下的西塔采用鉆孔法施工節約時間近一半，有效地縮短工期。
8.5 較常規的鉆孔灌注樁施工方法，節約工程投入19%。
