大洋河特大桥钢板桩围堰施工工法.doc

水中墩承台施工钢板桩围堰施工工法陈兆辉中铁九局集团第二工程有限公司 前庄第三作业队水中墩承台钢板桩围堰施工工法一、工法概况近年来，我国铁路事业的建设，随着国家大力投资和发展取得了巨大的成就，大跨径桥梁施工技术不断创新，水中基础的施工是关键，其备受关注的方面有：技术复杂性、工艺多样性、造价投入、安全保证等。钢板桩围堰作为水中基础施工重要的临时性结构之一，由于其本身的许多优点，在桥梁基础及下部结构施工中将呈现很好的应用前景。钢板桩围堰主要由钢板桩和钢围笼组成，钢板桩起防水、挡土及充当水下封底混凝土模板的作用，钢板桩围堰是使用钢板桩逐根插打，钢板桩之间相互咬接，最后封闭成一个整体，可以挡住外侧的水土。钢板桩围堰有矩形、多边形、圆形等。钢板桩有直形、Z形、槽形、工字形等，可作成单层与双层围堰。在一般桥梁工程基坑施工中，浅基多用矩形及木导框，较深基坑多用圆形及型钢。钢板桩之间的连接采用锁口形式，这种锁口既能加强连接，又能防渗，还可以做适当的转动，以适应弧形围堰的需要。矩形钢板桩围堰的转角处要使用一块特制的角钢。本工法以水中墩承台施工实践为前提，以钢板桩围堰施工技术为核心，运用科学的管理水平和先进的检验手段，综合考虑工程特点、施工环境、施工工期、安全保障、投资成本等因素，提高了施工效率，保证工程质量，降低工程造价，从而提高企业的施工能力和管理水平。二、工法特点：本工法与传统的套箱围堰、双壁钢围堰相比，具有以下优点：(一) 采用钢板桩和内撑型钢，材料单一标准，轻便、便于安装及施工控制等工序操作。1、本工艺采用结构计算、分析手段，结合地质条件，根据常用的围堰支护材料（钢板桩）的特性，与传统的重力式支护体系相比，单壁钢板桩加钢支撑体系具有材料简单标准、轻便、施工简便等优点；2、普通施工设备即可满足使用，无需大型机械吊装设备，施工程序少，周转材料方便、快速，缩短和保证了施工工期，也节约了成本。例如大吨位的沉井围堰在施工起来，不仅设备要求特殊，而且施工控制较难、工期长、工序相对也复杂。 (二) 假如地质资料在实际施工操作时遇到困难时，可以先试打取得实际参数值来修正，遇孤石可改变围堰形状避开，或采取其它合理措施，从而降低了风险和投资，和传统的套箱施工相比较，钢板桩围堰施工的灵活性和机动性得到了发挥，也间接地降低风险成本，保证了工期和安全施工。(三) 在施工中，鉴于实际地质条件和施工技术考虑，可以采取用一定厚度的封底混凝土的抗渗体系，有效地解决了围堰抗渗问题，克服了围堰稳定倾覆技术难题，对环保效果更显著。(四) 和其它施工措施相比，钢板桩的回收率几乎为100%，材料周转效率大大提高，直接节约了成本。三、适用范围：本工法适用于水深315m，水流速中等的河道，桥梁基础承台下一定深度范围内地质为为砂土、粘土、砂粘土，不含大直径卵石或块石的桥梁基础工程。四、工艺原理水中墩承台钢板桩围堰施工以钢板桩围堰施工理论为指导，由单根钢板桩拼接而成，打入土中合拢后围堰内外水压力均等的情况下，及时封底混凝土，采用自上而下逐渐降低围堰内水位，同时逐渐完成内支撑安装，形成一个满足施工承载及挡水需要的整体受力结构，为承台施工提供一个安全的作业平台，该种结构是解决水中基础施工中的关键技术问题之一。五、施工工艺：(一) 工艺流程：施工准备工作测量放样（沟槽开挖）插打钢板桩钢支撑施工基坑开挖围堰支撑加固封底桩基无破损检验绑扎钢筋安装模板浇筑混凝土养生围堰拆除。 (二) 工艺步骤：1、打桩（1）先由测量人员定出钢板桩围堰的轴线，可每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线。（2）桩打入前将桩尖处的凹槽底口封闭，避免泥土挤入，锁口宜涂以黄油或其它油脂，对锁口变形、锈蚀严重的钢板桩，整修矫正。（3）准备桩帽及送桩：打桩机吊起钢板桩，人工扶正就位。（4）单桩逐根连续施打，注意桩顶高程不宜相差太大，基础较深的地方采用相对较长的桩。2、拔桩施工完成后就可拔桩。先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，先活动1min2min后，再往下锤0.5m1.0m，然后往上振拔，如此反复可将桩拔出来。3、钢板桩的施工中遇到的问题及处理办法：由于河床地质结构复杂，钢板桩打拔施工中常遇到一些难题，采用如下几点办法解决 ：（1）桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。（2）钢板桩杂填土地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔l.0m2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。（3）钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄或宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据据实际倾斜度进行焊接加工；倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。（4）在基础较软处，有时发生施工当时将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。4、围堰抽水、支撑与清淤：钢板桩围堰封闭后进行抽水，抽水过程中应严格控制抽水速度和抽水高度，并在围堰顶端设置一道安全支撑，当抽水达到预定的深度后，应及时加支撑防护。钢板桩全部焊接牢固到导向槽钢上。抽水降水可参见第6节，井点降水施工工艺步骤。在降水及进行内部支撑的过程中用泥浆泵配合高压射水将围堰内的淤泥清除，清除过程中使用抽水机对围堰内进行清淤补水，操作为内外水头差小于0.5m，以保证围堰安全。清淤时及时测量坑底标高，如达到设计底标高，停止高压射水，清淤不到位，可以用人工清除剩余淤泥。5、混凝土封底浇注由于采用水下封底可能造成钢板桩无法拔出，影响材料周转回收，故采用先抽水、支撑，后封底。当清淤达到要求后，即可按常规进行干封底施工。封底时在钢板桩围堰内侧支模，封底混凝土强度等级及厚度详见具体施工工点要求。6、井点降水施工工艺（1）工艺流程定井位埋设护筒钻机就位钻孔换浆下管填滤料洗井。（2）操作要求定井位：根据降水设计方案提供的井位图及坐标控制点施放降水井井位。正常情况下井位偏差50mm，若遇特殊情况(比如地下障碍、地面或空中障碍)需调整井位时，应及时通知技术人员在现场调整。钻孔：在钻孔过程中，一般情况下不需要调制泥浆，采用清水水压平衡法进行冲击钻进成孔，用抽筒抽取岩芯钻进，施工时应保证孔内水面高度与孔口平，防止塌孔事故发生。若钻进过程中通过易塌孔的流砂层或泥浆漏失严重的地层时，可采用少投粘土增大孔内泥浆浓度，防止塌孔。当遇有隔水粘土层时，为了防止冲击成孔时在孔壁形成泥皮，影响水井出水量，在成孔后要进行二次扩孔，扩孔直径比设计直径大50100mm。换浆：钻孔至设计深度以下0.5m左右，将钻具提出孔外，然后用清水继续正循环操作替换泥浆，直到泥浆粘度小于20秒为止，泥浆置换时送水管要下入距离孔底0.5米左右，以保证将浓泥浆返出孔内，确保洗井质量和降水井的出水量。下管后填料必须采用动水填砾法从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，洗井后若发现滤料下沉应及时补充滤料，填料高度必须严格按设计要求执行。洗井：采用压风机洗井，若井内沉没比不够时应注入清水。对于不同含水段需采用双隔离塞水气方法冲洗，然后再捞砂。若成井过程中粘土使用过多，洗井不及时时，应加入胶磷酸钠药液（浸泡不少于6小时或根据产品说明执行），然后再洗井，洗井必须洗到水清砂净为止。5、防渗与堵漏钢板桩打入之前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物。当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，外侧包裹一层防水彩条布，起到防水和减小水压力的双重效果，抽水时同时在外侧水中漏缝处撒大量木屑或谷糠和炉渣的混合物，使其由水夹带至漏水处自行堵塞，在桩脚漏水处，采用局部砼封底等措施。若漏水严重，堵漏困难时，在钢板桩外侧补打木桩围堰，木桩围堰内侧铺设彩条布，在彩条布与钢板桩围堰间填筑粘土进行封堵。六、质量控制：(一) 工艺流程控制1、钢板桩尽量打入全风化层或打入强风化层，一方面可以增加围堰的稳定性，另一方面可以尽可能减小绕钢板桩底部流入围堰内的水量，增长水流渗入，防止围堰内的土层发生渗透破坏。2、钢板桩合拢后，竖撑插打严格控制平面位置和垂直度，平面位置误差不超过5cm，倾斜度不超过0.5%。3、完成顶层内撑后，堵漏止水；内填石粉、外侧抛砂袋与内侧基本平齐以防冲刷。(二)、施工监控施工监测及时的反应围堰支护体系的工作性状是否处于安全状态，并判别是否需启动应紧方案，是否要对下一步的施工方案进行相应的调整，设计所用的参数是否准确并需调节参数对设计进行调整等等。这些信息都需要通过监测进行获取，在掌握这些信息的基础上才能不断减弱甚至削除各种不稳定因素，逐步加强各种有利于稳定的因素，最后实现工程顺利竣工。七、材料与机具设备:材料与机械设备计划表序号项目名称规格型号单位数量备注1泥浆运输车台12振动锤90KW台13插入式振捣器2N35,50台84钢板桩拉森t502.45电焊机30KW台56电动空压机L20/8台57清水泵450m3/h台258清水泵250m3/h台49全站仪尼康台110水准仪博飞台211工字钢40bt17.2412钢管325、530t2713吊车25t台112长臂挖掘机PC400L台112挖掘机EX330台212角钢L756t7.8板桩施工的顺利进行很大程度上取决于施工机械的选择，可考虑以下方面选择合理的机具施工。(一) 工程规模：打拨钢板桩的数量、尺寸、形状，特别是重量和长度这两个主要因素。(二) 土质情况：结合土质情况，选择机具以利于板状的插打和回拨。(三) 施工能力：选择机具必须符合工程进度要求。(四) 施工环境：选择机具要满足噪音、居民区生活干扰等文明施工要求，同时也要结合实际现场场地条件、交通条件等情况来综合选取。八、劳动组织：劳动力需求表:序号工种证件人数备注作业队合格8作业队组织机构1现场管理人员合格9架子队九大员2司机合格33普工合格602班倒4混凝土工合格202班倒5架子工合格202班倒6电焊工合格252班倒7电工合格42班倒施工劳动力根据施工进度、工点操作需要适时调配、合理组织、精心施工。九、安全措施：(一)、对操作人员进行安全思想教育，提高操作人员安全意识，实行培训持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作；(二)、建立好钢板桩安全管理制度，完善好安全管理体制，编制好钢板桩安全施工应急方案； (三)、钢板桩插打前，检修所需机械设备、吊装设备。在插打过程中，随时对钢板桩连接结构进行观测。如有异常情况，应立即停止作业，整修后再继续作业。并随时对吊装设备进行实时监控。(四)、钢板桩抽水安装内支撑的过程中，必须设专人全程监测，对钢板桩的变形、位移、渗漏进行观察，填写监测记录。如发生变形、位移，对施工安全造成直接危险及安全隐患的，应立即停止抽水，加固钢板桩，消除变形、位移后再继续抽水。在必要的情况下，可以向围堰内灌水，恢复钢板桩围堰的内外平衡，经检查处理后再进行抽水。如发生渗漏时，由专门人员进行堵漏的工作。堵漏的工作在围堰内外同时进行。堰外用细煤渣和木屑混合物倒入漏水部位；堰内用棉絮塞漏。 (五)、钢板桩施工完毕后，应由专人对钢板桩结构稳定性、焊接位置等进行检查，并定时进行监测，填写监测记录，有任何异常情况及时采取措施进行整改。在整个工程施工过程中，每天定时对钢板桩进行监测，填写监测记录。(六)、钢板桩插打合拢后,安全检查小组设专人对其进行监控,发生变形必须及时进行加固、水下焊接处理。如潮汐的侵害、地基的沉降等，应立即采取应急措施，同时基底清理过程中，随时对钢板桩进行观测，发生异常情况，及时处理。十、技术经济分析：水中墩施工的重点是深基坑开挖，而深基坑开挖的重点是围堰支护。对于该类工程施工方案，一般有：混凝土有（无）底套箱围堰、双壁钢围堰及钢板桩围堰。结合场地、工期、经济优越性、地质情况，经多方比选，钢板桩围堰较混凝土有（无）底套箱围堰、双壁钢围堰方案优越性有以下几个方面：(一)、占用空间场地少，无须准备混凝土套箱预制场地，对设备要求相对较低，无须配置大型混凝土套箱下沉设备。(二)、钢板桩周转次数多、施工安装速度较快，且节省预制时间，节省工期。(三)、钢板桩围堰基坑开挖、围堰拆除安全方便，对原河道恢复较容易，有效保护土地资源、降低河道污染。(四)、有底套箱围堰、双壁钢围堰在施工下沉定位上难度大，对河床表面的地质情况及大面平整要求高，若遇土层中障障碍物处理起来不易，势必影响工期，对施工设备要求高，操作起来困难。综上所述，全面考虑，钢板桩围堰在施工建设费用投入、施工工序复杂度、工期保证、环境保护方面、施工安全等方面均显示出经济效益、社会效益和环境效益的优越性。十一、在大洋河特大桥施工中的经验及教训：中铁九局二公司前庄第三作业队主要承担着丹大线前阳至庄河段DT2标段DK64+235DK82+454工程施工任务。施工地段地理环境复杂，管段河渠沟坎相连，大洋河特大桥是全线的重点工程之一，也是我作业队的控制工程和难点工程，其中主河道水中墩施工作业是施工中的关键工程，能否顺利成，关系到整个项目的成败。大洋河特大桥全长3760.03米，共有117座墩台，930根钻孔桩。其中，水中墩就有10个，100根钻孔桩。大洋河特大桥100#-109#墩为圆端型桥墩，各墩台采用钻孔桩基础，桩径为1.25米，桩长7米23米不等。桩基础、承台采用氯岩侵蚀L1抗腐蚀混凝土，墩台身采用C50（C35）钢筋混凝土,垫石采用C40钢筋混凝土。大桥位于东港市孤山镇，与黄海相接，是四季涨潮退潮的入海口，大洋河桥位处于下游感潮河段，考虑潮汐及水流影响，最大设计水位为8.23 米，100 年一遇。最高流冰水位3.50 米,最底流冰水位-2.5 米,最高潮位为6.86 米,施工水位5.47 米。大洋河在每月的农历初一初四、十五十八涨潮（其中农历四月十七、十八，十月十七、十八为天文大潮），每天早晚涨落潮各两次，最高潮位为3.2 米，最低潮位-0.8 米，水位落差达4米。河面最大流量速度每秒16234立方米，流速每秒3.67米，最严重是潮汐的问题，直接制约整个施工作业。我作业队进场以后，由公司总工带队，成立专家组，针对大洋河水中墩施工，进行专项研究。设计考虑潮汐及大洋河水流速快的影响，设计为栈桥，设计费用为2800万元，专家组编制了栈桥施工方案，并对方案进行测算，费用为4100万元，远远超出了预算，工期为3个月。专家组提出了筑岛方案，经过测算费用为1600万元，且工期为1个月，满足施工工期的要求。经过分析和比选后，确定水中墩施工方案为一次筑岛。大洋河从2010年的10月2日开始填土筑坝到2011年3月11日，在局项目部领导的亲切关怀下、在地方政府的大力协助下，在监理单位及设计单位的积极配合下，作业队精心组织，我们全体参战员工，克服零下20多度恶劣天气，放弃春节休假，科学攻关，采取护筒跟进和钢板桩围堰的施工方法，克服了地质复杂、潮汐多变等多种施工难题，经过5个多月160个日夜奋战，终于取得了阶段性胜利，截止目前，已完成水中墩钻孔桩100个，承台10个，水中墩柱10个。比预计工期提前了32天。为了保证工期和筑岛在汛期来临前拆除，大洋河水中墩必须进行冬季施工。针对大洋河的特点我们编制了大洋河冬季施工方案。1号拌合站为其混凝土集中拌合场地，供基础、及墩台身等部位使用。拌合站设置3个全封闭式料仓（每个720m2，可存料1500m3），分类存放砂石料，仓内存料总量为4500m3。料仓采用圆弧形彩钢瓦顶,三面5cm彩钢板封闭，料仓内地面布置回型钢管，采用地热方式预热砂石料，并在隔墙位置布置4排100钢管对仓内空间加热，以确保冬季施工期间砂石料温度满足拌合要求。钢筋加工场地设置1个固定、2个活动的彩钢棚作为防风、防雪、保温措施，固定棚为钢筋笼成型场地，活动棚为原材料存放场地及钢筋加工场地，钢筋原材采用厚篷布覆盖保温。承台冬季施工采用暖棚法施工，在基坑顶面位置设置顶棚，顶棚采用14a焊制桁架固定在围护结构上作为支撑梁，垂直桁架方向上铺设8作为檩条，在檩条上铺放保温棉被作为基坑保温材料。暖棚内安装火炉作为取暖设施，火炉排除的烟由铁皮制烟囱经由顶棚排到棚外。根据拟定的方案，我们采取筑岛及钢板桩围堰的施工方法，我们投入大量施工设备，精心组织，在10月15日，仅仅半个月就完成一条长350米、宽15米的堤坝。哪知，天有不测风云，2月17日整整下了一天的小雨，小雨过后，我密切关注，筑岛以后的水位情况。直到2月18日晚上，水位开始上涨，21点以后越长越快，终于在2月19日凌晨1点，大坝在上游2600万m3河水、海水的双重作用下转瞬之间大范围整体溃塌。堤坝溃塌以后，张学民经理、于天生书记以及相关员在8分钟内全部赶到现场。面对险情，立即组织我起动紧急预案。局项目部领导闻讯赶赴现场，鼓励我们全体施工人员要树立克服困难的信心和决心。丹东水利局提供在冬季上游水流量为60m/s，为了满足排洪要求，设置一处便函，排水时水面高程2.85m，涵底高程-1.5m，跨度12m，流速3.67m/s（为百年一遇流速），则1座便涵每秒流量：191.6m3/s排洪能力远大于上游流量，可以满足排水要求。在局项目部领导、作业队领导和相关专家的指导下，我们修筑了过水便涵、逐渐填土筑坝，在极短的时间内完成了筑坝、筑岛、围堰、钻孔有条不紊、有需衔接的流水作业过程。使各项后续工程都进入了良性循环和可控的轨道。大洋河特大桥水中墩承台开挖，综合考虑各方面因素，采用本工法进行施工，大洋河特大桥，位于东港市孤山镇周边，中心里程为DK75+144.46,全桥116孔，孔跨布置为29-32m+3-24m+32+24m+42-32m+24m+37-32m+24m+32m预应力混凝土T梁结构，桥梁全长3745.3m，其中100#-109#墩位于大洋河主河槽中，主墩桩基为10根1.25米钻孔桩，承台为二级承台，一级承台平面尺寸为11.37.3米，高度为2.5米，二级承台平面尺寸为9.0*5.0m，高度为1.0m。大洋河特大桥100#109#墩位于常年流水、受涨落潮影响的主河道中, 基础所处地质层依次为中砂层（4m12m），淤泥质粘土（局部），细圆砾土层，千枚岩层。河道水深在2.5m5