钢板桩围堰施工工艺.doc

中铁大桥局福厦铁路工程项目经理部技术文件 编号：FX-DS-GY-004新建铁路福厦线厦门跨海特大桥浅海区钢板桩围堰（指导性）施工工艺 编制：审核：批准：中铁大桥局福厦铁路项目经理部二七年元月发布：2007-1-30 实施：2007-1-31本工艺仅为钢板桩围堰施工的一般性指导文件，适用于指导新建铁路福州至厦门线DK681+595厦门跨海特大桥浅海区桥墩（20#125#墩）钢板桩围堰的施工，各墩具体施工须结合现场实际条件参照本工艺实施。一、编制依据1、新建铁路福州至厦门线DK681+595厦门跨海特大桥施工图；2、新建铁路福州至厦门线DK681+595厦门跨海特大桥施工图变更设计；3、新建铁路福州至厦门线DK681+595厦门跨海特大桥20#125#墩钢板桩围堰施工设计图；4、中华人民共和国行业标准铁路桥涵施工技术规范TB102032002；5、中华人民共和国行业标准铁路桥涵工程施工质量验收标准TB104152003；6、铁路施工技术指南客运专线铁路桥涵工程施工技术指南TZ213-2005；7、中华人民共和国行业标准客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准铁建设2005160号；8、中华人民共和国行业标准铁路工程施工安全技术规程（上、下册）TB 104012003。二、工程概况钢板桩围堰是辅助浅海区承台施工的临时性结构，是承台及水下墩身部分施工时的防水围堰，主要起防水、挡土及水下封底混凝土模板的作用。要认识钢板桩围堰，就必须先了解承台实体的工程情况。（一）承台设计概况福厦铁路厦门跨海特大桥起讫里程：DK677+602.638DK682+713.571，全长5110.933m，共140个墩台，桥式布置为9832m简支T梁（0#台98#墩）+3148m简支箱梁（98#墩129#墩）+1032m简支T梁（129#墩139#台）。其中左线DK676+947.74DK677+669.83（0#台2#墩）、DK682+279.64DK682+718.16（127#墩139#墩）为平曲线，右线DK676+927.13DK677+689.24（0#台2#墩）、DK682+281.13DK682+702.28（127#墩139#墩）为平曲线。本桥20#125#墩基础设计采用双排桩、高桩承台（矩形）型式。其中20#22#墩承台下设81.0m钻孔灌注桩，承台尺寸为10.1m5.6m2m；23#97#墩承台下设81.25m钻孔灌注桩，承台尺寸为12.2m6.5m2.5m；98#125#墩承台下设81.5m钻孔灌注桩，承台尺寸为12.1m7.5m2.5m。各墩承台具体设计参数下表：承台参数表。承台参数表墩（台）号承台尺寸（长宽高）（m）承台底标高（m）河床面标高（m）基岩面标高（m）粘土层标高（m）钢板桩参考长度（m）20#墩10.15.62-1.767-0.23-0.231021#墩-1.636-0.4-0.41022#墩-1.505-0.6-0.61023#墩12.26.52.5-2.375-0.6-0.61024#墩-2.244-0.6-0.61025#墩-2.113-0.6-2.681026#墩-2.482-0.75-2.681027#墩-2.351-0.8-3.911028#墩-2.221-0.85-6.181229#墩-2.090-1.0-7.861230#墩-2.459-0.8-13.061531#墩-2.372-0.8-18.431532#墩-2.366-1.0-18.951533#墩-2.366-0.9-22.091534#墩-2.366-0.8-21.891535#墩-2.366-1.1-22.51536#墩-2.366-1.1-23.551537#墩-2.366-0.9-22.11538#墩-2.366-0.9-9.541539#墩-2.366-0.9-10.02-7.12-10.021540#墩-2.366-0.7-11.48-7.08-11.481541#墩-2.366-1.35-20.72-10.2-18.91542#墩-2.366-1.5-16.61-7.91-14.511543#墩-2.366-1.6-13.0-8.0-13.01544#墩-2.366-1.8-10-7.5-101545#墩-2.366-1.9-7.01246#墩-2.366-2.0-13.82-8.32-12.721547#墩-2.366-2.2-14.881548#墩-2.366-2.05-12.48-4.98-10.181249#墩-2.366-1.6-14.54-5.44-9.841250#墩-2.366-2.2-15.74-5.74-15.741251#墩-2.366-2.3-15.11-8.01-13.511552#墩-2.366-2.5-18.25-5.45-9.751253#墩-2.366-2.6-18.24-8.14-9.741554#墩-2.366-2.9-18.76-8.16-16.461555#墩-2.366-2.2-19.17-9.37-19.171556#墩-2.366-3.5-17.19-15.39-17.21857#墩-2.366-3.6-18.17-13.47-18.21858#墩-2.366-4.3-14.18-10.38-14.21859#墩-2.366-4.9-18.541860#墩-2.366-5.5-16.241861#墩-2.366-5.9-15.361862#墩-2.366-6.4-15.751863#墩-2.366-5.1-15.481864#墩-2.366-4.6-15.371865#墩-2.366-4.7-16.031866#墩-2.366-4.7-14.951867#墩-2.366-3.9-15.61868#墩-2.366-2.7-22.591869#墩-2.366-2.1-25.191870#墩-2.366-2.0-25.191871#墩-2.366-2.5-25.191872#墩-2.366-2.6-25.191873#墩-2.366-2.8-24.191874#墩-2.366-2.8-25.481875#墩-2.366-2.9-23.451876#墩-2.366-3.0-19.931877#墩-2.366-3.7-20.711878#墩-2.366-2.7-19.551879#墩-2.366-2.6-19.881880#墩-2.366-2.6-19.261881#墩-2.366-2.5-19.461882#墩-2.366-2.6-17.711883#墩-2.366-2.5-13.581884#墩-2.366-3.0-16.651885#墩-2.366-4.2-14.271886#墩-2.366-4.7-16.451887#墩-2.366-4.8-15.111888#墩-2.366-5.0-13.311889#墩-2.366-5.0-13.131890#墩-2.366-4.9-12.291791#墩-2.366-4.4-13.21892#墩-2.366-4.0-10.611593#墩-2.366-3.4-9.371594#墩-2.366-3.2-7.411295#墩-2.366-3.15-8.331396#墩-2.366-3.1-6.531297#墩-2.366-2.8-7.981398#墩12.17.52.5-1.966-2.3-5.861199#墩-1.966-1.9-6.3611100#墩-1.966-1.8-3.89101#墩-1.966-1.5-4.4210102#墩-1.966-1.4-4.5610103#墩-1.966-0.9-4.7510104#墩-1.966-1.4-7.3712105#墩-1.966-1.5-7.0712106#墩-1.966-1.3-6.6112107#墩-1.966-1.3-5.9611108#墩-1.966-1.2-7.0912109#墩-1.966-1.2-4.339110#墩-1.966-1.1-7.3612111#墩-1.966-1.3-7.4212112#墩-1.966-0.9-6.1112113#墩-1.966-1.0-6.8512114#墩-1.966-0.9-8.513115#墩-1.966-0.9-8.3913116#墩-1.966-1.3-14.9915117#墩-1.966-1.000-18.915118#墩-1.966-1.1-17.1315119#墩-1.966-1.1-17.8715120#墩-1.966-2.2-15.9215121#墩-1.966-1.0-14.9215122#墩-1.966-1.05-16.4715123#墩-1.966-0.9-16.6215124#墩-1.966-1.1-18.8215125#墩-1.966-4.0-16.0618（二）地形、气象、水文、地质概况地形：厦门跨海特大桥地处东南沿海，跨越厦门西海湾，位于既有鹰夏铁路右侧。大桥0#、1#墩位处海湾杏林侧岸地，地面标高+6.2m；135#139#墩位处海湾高崎侧岸地，地面标高约+4.6+5.7m；2#138#墩位处海上，海床面标高-19.0+2.0m，其中通航孔（126#128#墩）处水最深，海床面标高达-19.0-8.5m。气象：本工程所经区域属亚热带季风气候，年平均气温约20，一月平均气温为16.1，七月平均气温为28.5，七月至九月气温最高，最高气温3839.4；一月至二月气温最低，最低气温-2-3，偶有霜冻。多年平均降雨量1093.71432.0mm，雨量多集中在39月。10月至次年2月少雨，天高气爽。79月为台风暴雨期，全年大于25 mm的降雨日为12.3天15.8天。水文：西海湾潮位特征值：高潮位H1/300=5.0m，H1/100=4.77m；低潮位H1/300=-3.46m，H1/100=-3.47m。西海湾是东西潮流顶潮地带，开始涨潮时流向由西往东，涨潮后约1.5小时左右东西两潮相遇于海堤附近，往后由于东边海域广阔进潮量大于西边。水流方向转为自东北向西南直到满潮为止。退潮时由于东边排潮量较大，水流方向自西南向东北，退潮后约2小时左右，海峡潮流也在海堤附近向东西分流，海堤就建筑在东西两边潮流的会流及分流所自然形成的沙脊淤积地带。地质：20#125#墩位于浅水区，承台底标高一般为-1.505-2.482m，海床面标高一般在-0.23-5.5m。工程地质一般自上而下分布为：淤泥、粉质粘土、淤泥质粘土或淤泥质砂、粉细中砂、粗砾砂、9-W4全风化花岗岩、9-W3强风化花岗岩、9-W2弱风化花岗岩等。三、钢板桩围堰结构设计20#125#墩承台施工适宜采用单壁钢板桩围堰，单壁钢板桩围堰由定位桩基护筒、导框（含内导梁、内支撑）及钢板桩组成，钢板桩采用拉森型或型。围堰结构布置如下：.平面布置围堰结构平面尺寸根据承台尺寸拟定，以不妨碍施工和安装模板为原则，同时考虑抽水设备和其汇水井安装所需之尺寸，一般宜大于承台轮廓尺寸1.01.5m。根据该原则，本桥钢板桩平面布置成矩形。.立面布置围堰结构立面布置应根据施工水位、河床情况、围堰结构材料和钢板桩的类型而定。围堰结构立面尺寸受水位高度、冲刷深度、围堰内挖深深度、以及基底稳定（拱起、涌水、翻砂）等因素控制，其中尤以水位高低的影响最为直接重要，所以设计时应按可能发生的而不是绝对的最不利水位计算。根据厦门西海湾潮汐特点及桥位处地质条件，围堰顶面标高取+4.5m,钢板桩长度取1018米。.导框的布置导框设两层，导框均采用2H40型钢导梁，H40型钢内支撑。上层导框设在标高+4.0m处，下层导框设在河床面以上0.51.0米处。.基底处理当围堰内抽水和基底挖深时，由于水压和土压作用，有可能使基底发生挤高隆起，若再加上渗流作用更有可能引起翻砂、涌水或管涌。因此，为保证围堰内基底土层稳定性，必须对围堰基底进行处理。处理方法一般有增加板桩的有效入土深度，或在基底加一碎石压重层，较多采用的方法是浇注封底混凝土。本桥钢板桩围堰基底处理设计采用封底混凝土，封底厚度0.51.0米。四、施工控制重点1、保证围堰结构安全是钢板桩围堰施工第一控制重点。钢板桩是水上施工临时性结构，工作时承受巨大的水压力、浮力，又施工工况多，极易发生安全事故。施工前应认真研读设计图，掌握各结构在各工况下的受力情况；施工中应严格按照设计图施工，做到钢板桩插打深度足够，封底厚度、密实度、强度足够，内支撑连接牢靠、间距符合设计要求，工况条件具备的前提下进行抽水。2、确保围堰封底质量是钢板桩围堰施工又一控制重点。封底质量决定防水围堰的止水效果，应采取措施确保封底混凝土密实，与桩体、钢板桩粘结紧密，厚度、强度均满足设计要求。3、提高钢板桩间止水效果也是钢板桩围堰施工控制重点。用围堰配合施工的目的，就是在堰内施工和修筑基础时，使堰外的水和土不至于大量涌进堰内，故止水效果好坏是决定钢板桩围堰成败的关键。钢板桩间应相互锁扣（不得脱扣）且密封性好、不漏水或漏水很少。五、施工方案（一）总体施工方案在基桩钢护筒上焊接牛腿，安装上、下层导框，以导框做导向，采用振动打桩机插打钢板桩下沉到位并合拢，围堰堵漏，抽水，人工下基坑清理基坑，再浇注封底混凝土成防水围堰。封底混凝土达一定强度后拆除下层内支撑，进行承台及墩身施工，墩身出水后，最后再利用振动锤拔除钢板桩。（二）主要施工机具配备打桩机具选用DZ45或DZ60型振动打桩机；吊装机械选配25T以上吊机。打钢板桩机具选用DZ45或DZ60型振动打桩机，振动打桩机是目前打钢板桩较好的机具，具有液压夹桩装置，能与钢桩自动作刚性联结，既能打桩，又能拔桩，操作简便；能克服对桩的摩阻力，下沉较快且桩尖不致卷口，提高了防水性能和钢板桩完好率，如在密实坚硬土层，为加快打桩进度亦可采用射水辅助沉桩。六、施工工艺（一）工艺流程钢板桩整修上、下层导框（内导梁、内支撑）安装插打钢板桩防水堵漏围堰内清基围堰封底抽水下层导框（内导梁、内支撑）拆除（承台施工及墩身水下部分施工）围堰拆除。（二） 施工步骤及注意事项钢板桩围堰在钻孔平台拆除后进行，钢板桩围堰施工步骤及注意事项如下：1、进场钢板桩的检查、整修.钢板桩检查钢板桩运抵工地后，应进行检查、分类、登记存放。新钢板桩验收时，应备有出厂合格证，机械性能和尺寸符合要求。.钢板桩整修对于周转使用过的旧钢板桩，主要缺陷一般有：桩身不光，有混凝土残迹或桩身焊有钢板、角钢等，或经锤击导致端部参差不齐、卷曲破裂等；锁口开裂、扭曲、局部弯曲及焊瘤等；钢板桩的宽度发生变化；不同程度的扭曲。凡钢板桩有弯曲、破损、锁口不合的均应整修，按具体情况分别用冷弯、热敲（温度不超过8001000）、焊补、铆补、割除或接长。钢板桩长度不够时，可用同类型的钢板桩等强度焊接接长，焊接时先对焊或将接口补焊合缝，再焊加固板，相邻板桩接缝应错开。.围堰角桩制作角桩做法：将一块钢板桩沿纵向割开分成两半，再将其中一半竖直焊接在另一整根钢板桩的背面正中线位置，要求端部对齐，焊缝连续。.钢板桩验收标准钢板桩的宽度允许偏差为30mm；锁口内外光洁，并呈一直线；锁口在拼装处的高低偏差不大于2mm，间隙不大于3mm；锁口全长不应有破裂、缺损、扭曲或死弯；用长1.52m的同类型、同规格的标准钢板桩作通过试验，以23人拉动通过为宜，或以电动绞车牵动，最大牵引力不超过5KN；全长不得有焊瘤、钢板或其他突出物，应保持平滑；钢板桩的扭曲及弯曲应符合施工规范要求。2、导框（内导梁、内支撑）安装.导框作用：插打钢板桩时起导向作用；顶层支架可兼作施工平台；更主要的是作为钢板桩围堰的内部立体支撑，直接承受钢板桩传来的水、土压力。.导框设备本桥导框设计采用H40型钢制作；导框沿高度方向布设两层，上层布置在+3.0m标高处，下层布置在自然海床面上；矩形导梁按四条边尺寸直接下料、接长，若有接头，宜安排在横撑支点处。.导框安装测量组现场施工放样，测放出墩位纵横中线及导框支承牛腿标高，在钢护筒上作上醒目标记；在基桩钢护筒外侧侧壁设计标高处焊接上、下层导梁支承牛腿；在牛腿上摆放内导梁，在测量定位下将导梁定位并与牛腿焊接；导梁定位完成后，安装内支撑，内支撑与导梁间采取焊接；下层导框在低水位时期安装。3、插打钢板桩.钢板桩一般采用25t以上吊机吊装，DZ45或DZ60型振动打桩机振动插打钢板桩下沉就位。.钢板桩插打采用内导梁作导向，钢板桩应沿内导梁并紧贴内导环下插。.钢板桩插打方法钢板桩插打方法有三种：逐块（组）插打；先插合拢后再打；开始的一部分逐块插打，后一部分则先插合拢后再打等三种方法。法可用较矮的吊装设备，进度较快，但合拢误差大；法需用较高的吊装设备，进度较慢，但合拢误差小；法进度较快且合拢误差小。一般采用法。.钢板桩插打顺序：钢板桩插打宜从矩形任意一条边的侧面正中开始，向两侧伸展插打，在第一块钢板桩的对面一侧合拢。.组桩及单块桩两侧锁口均在插打前涂以黄油或热的混合油膏（质量配合比为：黄油沥青干锯末干粘土=2221），以减少插打时的摩阻力，并增加防渗性能。.第一根桩插打测量组在导梁上测放出第一根钢板桩位并作上标记；利用吊机吊装振动打桩机夹持钢板桩在人工扶持下对准桩位沿导框下插；下插过程中从两个垂直方向控制垂直度，确保倾斜度小于2%；钢板桩下插到稳定深度后，启动振动打桩机插打钢板桩到位；将钢板桩与导框临时联结。.后续桩插打钢板桩吊起后由人工扶持插入前一块桩的锁口，控制钢板桩垂直度顺直下插到稳定深度后，启动振动打桩机插打钢板桩到位。注意在转角处插打角桩转向。对套形、环形锁口前进方向的锁口下方应用木或铁制的栓塞封闭，以免砂砾进入锁口，妨碍插桩。限于现有设备，在一个围堰中采用不同类型、不同锁口钢板桩时，应尽可能将同型号锁口的钢板桩用在围堰的一边，在转角处作为不同类型锁口钢板桩的交接处，将角桩拼制成异形角桩。如在同一边内接异形锁口板桩时，可将异形板桩割开以两种不同锁口型号板桩焊接成异形钢板桩；如锁口相同但型号不同的钢板桩则不必用异形板桩。后续桩下插过程中，可能会连带临近已下沉到位的钢板桩下沉，则可将已插桩连成整体或将其与导框固结。.钢板桩如下插困难时，可用下列强迫插桩法： 桩吊起插入锁口后，快速放松吊装绳，借桩自重急速下插；用锤压桩下插，必要时可加以低锤慢打；用倒链或绞车绞拉。.在插桩过程中，应做到“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合拢”的要点。.使钢板桩插打正直、顺利合拢的措施是加设外导框及随时纠正偏斜，当偏斜过大不能用拉挤方法调正时，应拔起重插，在防止与纠正均无效时，可用特制楔形桩合拢。每块楔形桩的斜度不应超过2%；如一块楔形桩仍不够合拢口用时则可用两块楔形桩，两块楔形桩应各有一个垂直边，其间至少应插一块普通桩。4、堵漏.钢板桩插打合拢后，对钢板桩与导梁之间的所有空隙用硬木楔或铁块进行填塞，以减少钢板桩锁口变形和改善导框的受力状况。.钢板桩合拢后进行堵漏，堵漏方法：在围堰外覆盖12层彩条布阻水，彩条布应完好无损，彼此搭接完整；或采用橡胶条嵌塞桩间缝隙。5、基坑处理.一部分墩海床面高于封底砼底面标高，基坑处理应清除高出部分渣土；一部分墩海床面低于封底砼底面标高，则回填粗砂至封底砼底面标高处进行基坑处理。.围堰内清理渣土采取人工下到基坑内进行，渣土可通过在钢板桩上开口清出基坑，.开挖安排在低潮位进行，开挖时难免没有渗流水，应设置集水沟、汇水井，备水泵集中排水。.注意与封底混凝土接触的钢板桩、桩体表面的渣土应清理干净，可用铁锹刮净或用软射水管用0.30.5MPa的水压冲洗。.围堰内清基至封底混凝土底面标高（若仍为软基，则深挖1030cm，以备铺垫粗砂做垫层），基坑底面应基本平整。6、围堰封底.围堰内清基工作完成后，在围堰内回填粗砂，找平基坑。.视情况在钢板桩+0.0+1.0m标高处开24个20cm20cm的连通孔，以平衡高潮位时围堰内外水头。.采取干浇法浇注封底混凝土，封底砼标号设计为C25，砼厚0.5m，浇注至承台底标高止。浇注过程中，应配备水泵抽水。.安排在低潮位浇注封底混凝土，并应在一个低潮位浇注完成。.混凝土浇注完毕后，应及时用彩条布覆盖混凝土表面（宜分散布置些重物压住彩条布），以免海水冲洗封底砼表面。7、围堰内抽水.待封底砼达到一定强度后，方可进行抽水，抽水前应封堵钢板桩上的各种孔洞。.采用水泵进行围堰内抽水。.为防止抽水过程中发生意外事故，保证围堰安全，应配备从围堰外向堰内灌水的水泵。一旦发生异常情况，立即向堰内灌水，恢复内外平衡，经检查处理后再抽水。.抽水过程中，须派专人对钢板桩和内导框进行观察，同时由专门人员进行堵漏。堵漏工作需一直进行到墩身出水面为止。.围堰抽水后，对内导框应严禁切割和电焊。内支撑拆换要按设计规定进行。各层导框要设固定观测点，派专人观测。8、护筒割除及承台、墩身施工详见相关工艺。9、钢板桩的拔除及整理.墩身出水后，方可拆除围堰。.在拔除钢板桩前，应先将支撑、导梁及与墩身、承台联结的杆件割除，并清理围堰内的一切杂物。.打开钢板桩的进水口，放水入围堰内，使堰内外水压平衡。.钢板桩拔除方法：采取吊机吊装震动打桩机采取振动拔桩方法拔除钢板桩；拔除钢板桩需要克服土的摩阻力、锁口摩阻力及封底混凝土与钢板桩之间的摩阻力。.钢板桩拔除顺序：拔除钢板桩，应考虑水流方向与钢板桩位置的相互关系，避免因水流冲力冲倒钢板桩。一般在有潮水影响的双向水流中，拔除钢板桩顺序宜从水流方向的侧面开始，拔起第一根钢板桩，然后向左右延伸对称地拔除。这样可避免水流冲力冲倒钢板桩。.拔除钢板桩有时阻力很大，一般是因桩尖卷口、锁口变形及水下混凝土对桩的粘结力等所致。减少拔桩阻力措施：在打入钢板桩前，将钢板桩与水下混凝土的接触范围内涂以隔离层；略加锤击使钢板桩与水下混凝土脱离粘结；向围堰内灌水，使堰内水位高出堰外1m1.5m，利用堰内水压力抵消堰外挤压力使桩壁与水下混凝土脱离。.拔出的钢板桩应清刷干净、修补整理、涂刷防锈油（煤焦油环氧系和集