水中墩钢板桩围堰施工方案

水中墩钢板桩围堰施工方案 一、设计概述桥址处水文资料 Q1%=4659m /s， H1%=5.004m， V1%=2.20m/s.该河道为 级通航河道，线路法线与水流夹角为 9.8。通航净高为 12m，净宽为 120m，桥址处最高通航水位 4.744m.该桥墩位于河道之中，墩位处水深 9m多，桩径为 2.3m，每个墩 12 根桩，桩间距 4.6m，桩长 65.5m.承台尺寸12.90m17.5m(5m+3m加台 )。 地质资料：由上至下依次为淤泥质粉砂 (9.553m)、淤泥质黏土 (7.7m)、粗砂 (6.2m)、全风 化岩带(32.7m)、强风化岩带 (6.0m)、弱分化岩带 (10.3m)。 二、施工方案 1、方案比选备选方案主要有两种：钢套箱方案 ；钢板桩围堰方案。经比较，钢套箱方案钢材投入多、回收率低，下沉时设备及人员投入多，工序复杂 ；钢板桩围堰方案能够迅速展开施工，速度快，周期短，且支护材料可回收利用，经济性较钢套箱方案好，只是必须加强止水措施，所以选用钢板桩围堰方案。 2、总体方案大桥主墩深水基础采用钢板桩围堰进行支护施工，钢板桩采用拉森 IV 型钢板桩，长 18m，钢板桩围堰范围 15.9m20.5m，比承台 周边尺寸大 1.5m.钢板桩周圈咬合紧密，有止水措施。围堰内侧四周圈采用双层工钢分上、中、下三层以围檩形式支护，顶层采用 2I40 工字钢，底下两层采用 2I50工字钢，中间纵向支承采用外径 300mm壁厚 10mm圆钢管，按一定间距布置，四角采用工字钢 2I30斜撑。为增强工钢围檩抗弯强度，在每根钢管两端用 2I30 型工钢作为斜撑加强。承台底面位于河床以上，围堰基底先用片石回填 50cm，然后回填砂找平，基底采用 C30 混凝土封底，封底厚度 50cm.抽水采用 4台大功率抽水机，分层抽水，分层支护，周圈 50cm以内设汇水渠、积水 坑。承台施工分三次浇筑，按大体积砼考虑，钢板桩围堰内支撑同样分三次拆除。钢板桩施工采用一艘 25t 浮吊实施插打及拔除。 三、设计计算土的物理参数 1、根据钢板桩允许抵抗弯矩，计算板桩悬臂部分的最大允许跨度。 2、计算板桩墙上水土压力强度等于零的点离挖土面距离 y，在 y 处板桩墙前的被动土压力等于板桩墙后的主动土压力与水压力之和。即： 钢板桩围堰施工方法 1、施工准备将钢板桩运到工地后，钢板桩在拼组前必须对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长 2 3m的短桩作通过试验，以 2 3 人拉动通过为宜，或采用卷扬机拖拉。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲 (温度不超过 800 1000 )，焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。同时接头强度与其它断面相等，接长焊接时，用坚固夹具夹平，以免变形，在焊接时，先对焊，再焊接加固板，对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。 插打钢板桩之前须检查振动锤。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门的检查，确保线路畅通，功能正常。且功率达到 40KW 以上，而夹板牙齿磨损不宜太多。 2、第一层支承设置在插打钢板桩前需设定位桩及 定位横梁。定位桩采用钢管桩，定位桩可利用水上施工平台四周的钢管。定位横梁延承台外侧四周，距承台边沿 1.5 处布置，也是钢板桩围堰的第一层围菱支护，采用 2I40 工字钢。定位横梁的位置须严格遵照设定的标高布置。定位横梁安放在定位钢管四周侧，与钢管相连接，四角设两道 2I30 斜撑，斜撑与横梁呈 45 度夹角，采用焊接固结连接，然后安装纵向 300内支承钢管，钢管支承两端头处加焊钢板作为支承面，直接支撑在定位横梁上，钢管与横梁连接设一定的加劲块。 3、插打钢板桩在第一层定位支承安装完成后即可进行插打钢板桩施工。 在 插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后一部分时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉，使之合拢。合拢后，再逐根打到设计深度，在用倒链或滑车组对拉时不要过猛，以防止合拢段缝隙过大。在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。 在施工过程中，钢板桩如需拼接时，两端钢板桩要对正，可先在一端上面焊接一块限位板然后将另一端缓缓放下并进行对焊，再 焊接加强板。焊接时必须保证焊接面平整且焊缝有足够厚度。 插打钢板桩要充分采取止水措施，以防钢板桩围堰大量漏水。 4、钢板桩围堰抽水及安装内支承安装内撑与抽水交替进行。 第一次抽水后水面达到第一层支承底 4m以下即可安装第二层内支承。安装第二层内支承前先按确定的标高位置在钢板桩内壁焊上三角托架，托架采用槽钢，安装托架一定要采取措施保证顶面位于同一水平面上。然后安装 2I50 工字钢内支承横梁及斜撑，最后安装纵向钢管支撑，安装方式同第一层内支承。 第二层内支承安装完成后，然后进行第二次抽水，接着进行第 三层支护，最后进行第三次抽水，第三次抽水要全部将钢板桩围堰内的水抽干。 钢板桩围堰内抽水完成后，将露出承台底面部分的钢护筒全部切割拆除。 钢板桩围堰抽水过程中要加强钢板桩的止水堵漏措施。 5、钢板桩围堰封底将围堰内水抽完后，将定位钢管拔出，然后进行基底处理。 首先，由于承台底面悬空，先在围堰内基底抛填约 30 50cm厚片石，然后回填一定量河砂找平基底面至承台底面下 50cm，然后基底干封 50cm厚 C30 砼。封底前在底部钢板桩四周用编织袋或土工布将钢板桩与封砼隔离，以便将来钢板桩顺利拔除。 封底后标高不能高于承台底设计标高，封底砼顶面保证基本平整。 封底砼采用泵送，按一般砼施工进行。封底时由一边向另一边推进，但保证连续、不间断、不留接缝、一次性完成。 6、内支承拆除与拔桩水中大体积混凝土承台根据实际情况计划分三次浇筑，最底下 5m分两次浇筑，顶上加台部分另再进行性一次浇筑。内支承依次分三次拆除。第一层承台浇筑完成后，在承台与钢板桩间回填沙，然后拆除底层内支承 ；第二层承台浇筑完成后，在承台与钢板桩间回填沙，然后拆除第二层内支承 ；最后一层承台施工全部完成后，拆除底层内支承，最后拔除钢板桩。 拔桩时，尽量使板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩。先略锤击振动各拔高 1 2m，然后挨次将所有钢板桩均拔高 1 2m，使其松动后，再挨次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出。 质量控制及注意事项 1、在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于 3mm，断面上的错位不大于 2mm，使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。 2、对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于 3mm， 钢板桩组上下一致，误差不大于 30mm，全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。 3、为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，为保证桩身垂直，于第一组钢板桩设固定于围堰支撑上的导向钢管桩，顺导向钢管桩下插，使第一组钢板桩桩身垂直，由于钢板桩桩组上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致，桩身仍有可能倾斜，在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于 5。 4、在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上 ，而且相邻桩的接头上下错开至少 2m，所以，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺利堆码，插桩时按规定的顺序吊插。 5、在进行钢板桩的插打时，当钢板桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再第二次打到要求的深度。 6、打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免桩顶破坏，切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。 7、同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口，按设计尺寸计算出使用钢板桩的数量，以确保够用 ； 8、剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板 桩 ； 9、剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤 ； 10、在接长焊接时，相邻焊缝高度差不得小于 1m. 安全措施为确保施工中的安全，在进行钢板桩围堰施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主 1、对操作人员进行安全思想教育，提高安全意识，实行持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作。 2、设专人负责日常检查和养护工作，在施工过程中设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现安全事故。 3、拔桩时要先震动 12 分钟，再慢慢启动振动桩锤拔桩。在有松动后再边震边拔，防止蛮干。 4、对所有 滑轮和钢丝绳每天进行检查，特别是要注意滑轮的轴和钢丝绳摩损情况，危及安全的要及时维修、更换。 5、水上作业操作人员必须穿救生衣，以防人员落水。 6、在钢板桩围堰外围靠主航道侧一定位置需设置防撞装置，以保证船舶撞击围堰，造成安全事故。 半浦余姚江特大桥主桥承台钢板桩围堰施工方案设计 期刊门户 -中国期刊网 2009-2-13 来源 :黑龙江科技信息 2008 年 9 月下供稿文 /康乐 王跃 导读 对宁波市绕城高速公路西段工程半浦余姚江特大桥水中主桥低桩承台的施工方案设计、施工进行了总结 摘 要：对宁波市绕城高速公路西段工程半浦余姚江特大桥水中主桥低桩承台的施工方案设计、施工进行了总结，对以后同类型桥梁的施工有一定的借鉴意义。 关键词：桥梁；承台；钢板桩围堰；施工方案 主桥下部结构设计概况 宁波市绕城高速公路西段工程半浦余姚江特大桥由南、北岸引桥和主桥组成，桥梁全长 1489m。主桥全长 230m，采用（ 65+100+65） m 三孔变截面预应力混凝土箱梁连续梁，半幅桥面宽 20m。主桥下部结构采 用单箱双室薄壁空心墩，承台采用整体式承台，高度 300cm，桩基础采用 10?准 150cm 钻孔灌注桩，见图 1 所示。 主桥的左幅 25、 26 号、右幅 26、 27 号墩，均位于余姚江主河道中，水深达 67m，且承台顶面位于河床面以下，承台施工时需水下开挖河床，因此，承台施工采用打入钢板桩围堰方案进行。水中承台平面尺寸为 9.5m15m 的六边形，混凝土方量为 349.131m3，为 C30 混凝土，承台底标高为 -8.4m，混凝土一次性浇筑完成。 根据半浦余姚江特大桥主桥工程地质报告显示：河床顶面（标高 -5.2m）至标高-11.01m 处土质均为流塑、饱和态的灰色淤泥；标高 -11.01m 至标高 -18.41m 处土质均为流塑、饱和态灰色淤泥质粘土；标高 -18.41m 至标高 -27.41m 处土质均为硬塑、饱和态黄褐色亚粘土；方案设计计算时，取最高水位为 +1.33m。 2 钢板桩围堰的施工结构设计 钢板桩围堰适用条件：深水或深基坑，流速较大的砂类土、粘质土、 碎石土等坚硬的河床。防水性能好，整体刚度较强。钢板桩围堰是承台及墩身部分施工时的防水围堰，其主要是钢板桩和封底混凝土共同形成围堰起防水作用。因此要求钢板桩围堰结构密实，不漏水或漏水很少。 根据半浦余姚江特大桥水中主桥的地质情况，进行了钢板桩围堰施工方案的结构设计，其要点如下： （ 1）围堰采用钢板桩围堰，由单层钢板桩和四层由型钢、大直径钢管组成的围笼、内撑梁组成； （ 2）围堰平面为矩形，其内口尺寸为 13.52m19.82m，钢板桩单根长 18m，被打入后，其底端标高为 -16.0m，顶面标高为 2.0m； （ 3） 采用德国拉森 型钢板桩，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联结转角 10 15，摩阻力小，防渗性较好，四个转角位置采用焊接的 T形钢板桩； （ 4）钢板桩的施打采用小型水上浮吊，配合具有液压夹桩装置的震动打拔桩锤进行打入，施工完成后拔除； （ 5）围笼分别安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩的牛腿上，内撑梁外缘两 端与围笼相撑住，以加大围堰抵抗土侧压力及水压力的能力。 （ 6）考虑到围堰所受的三角形土压力和水压力在承台高度范围内比较大，为了保证承台混凝土一次性整体浇注完成，根据计算第三层和第四层围笼的布设间距设为 2.2m，第四层围笼不设中间的水平支撑。 （ 7）钢板桩围堰内淤泥采用潜水工配合吸泥机水下吸泥清淤。 （ 8）因承台底面下的地层为流塑状淤泥，为确保混凝土封底质量，防止封底混凝土内形成淤泥夹层，在清淤完成后先铺设一层厚 50cm 的片石垫层，然后进行1.5m 厚水下封底混凝土的灌注。 钢板桩围堰见图 2 所示。 3 钢板桩方案的确定 方案初期 确定钢套箱与钢板两个方案，结合场地、工期、经济优越性、地质情况，经多方比选，钢板桩围堰较钢套箱围堰方案优越性有以下几个方面： （ 1）占用空间小，无须准备大的制作钢套箱场地； （ 2）对设备要求相对较底，无须配置大型托运和下沉钢套箱的设备； （ 3）可多次周转且打设速度较快，加快施工进度； （ 4）钢板桩围堰基底清淤、拆除等较钢套箱围堰安全，拆除方便，对原河道恢复较容易； （ 5）钢板桩围堰在施工投入、工期、施工安全等方面均比钢套箱围堰优越。 4 钢板桩围堰的计算 4.1 钢板桩长度的确定 控制钢板桩长度的要素主要有基 底翻起、管涌、插打过程的稳定（入土深度与钢板桩长度比值应大于 0.5）、封底的经济性几方面和现场实际地质情况，为保证施工安全采用有水开挖方案，并经过计算比选，最终选用 18m 钢板桩。 4.2 封底厚度的确定 封底混凝土厚度主要考虑以下几个因素： （ 1）封底混凝土底面在受到内外水头压力差的作用下，若钢板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏时，则必须有足够抵抗封底混凝土及围堰整个被浮起的能力； （ 2）在围堰整体能稳定时，必须考虑封底混凝土在抵抗向上的水压力及其它荷载时能正常工作，不至因产生向上的挠曲和折 裂致使围堰穿孔。本基坑封底混凝土厚度取为 1.5m，混凝土的计算弯拉应力为 157KPa；混凝土抗浮力时需要基桩提供 112KPa 的摩阻力，能够满足要求； （ 3）根据前期施工确定的桩的摩阻力计算桩的锚固力； （ 4）封底最终形状多为锅底型，这样对封底厚度就有一定的折损，确定封底厚度时应进行考虑。 所以，混凝土封底应有足够的厚度，以确保围堰的安全，在保证围堰施工安全的情况下考虑施工的经济性，最终确定封底厚度为 1.5m。 4.3 内支撑的确定 围堰围笼间距采用等弯矩法进行计算，内支撑采用多跨连续梁计算模型进行确定间距。 5 钢板桩围堰的插打 5.1 施工准备：将新旧钢板桩运到工地后，详细对其检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长 2 3m 的短桩作通过试验，锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯、焊补、割除、接长等方法加以整修。为保证插打过程顺利，在锁口处涂以适量的黄油。 5.2 导框安装与插打方法 在安装导框时，先进行定位测量。导框的安装，一般是先打定位桩或作临时施工平台。导框采用现场的钢板桩制作，固定在定位桩上，在钢板桩上设置定位卡盘，限制钢板桩的平面位置。 钢板桩采用单根插打。将钢板桩运至指定位置， 然后用浮吊的两个吊钩吊起，使钢板桩成垂直状态，脱出小钩，用液压钳夹住钢板桩移向安插位置，插入已就位的钢板桩锁口中。钢板桩在淤泥质地段挤进过程中，受到淤泥中块石或其它不明障碍物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 1.0 2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石等障碍物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。 插打从上游开始，在下游进行合拢，合拢一般分为两种情况：四角合拢和中间合拢。中间要求打设精度高，打设过程要精确测 量，四角合拢对打设精度要求较低，经过分析采用在四角合拢，就是选在下游一个角合拢。合拢时会出现图 3 所示情况，在露出水面段的合拢处将两根合拢钢板桩焊接 1m 的焊缝后，再把两根钢板桩拔起至底部，然后随焊随打，一直到设计标高处。如打进过程有阻碍可把相临桩拔起一段后一起打入即可解除阻碍。 为保证插打过程钢板桩的稳定性，每插打完一根桩后应与相临的钢板桩进行焊接。 图 3 合拢大样图 6 围堰封底施工 围堰合拢后进行基底清淤，余姚江河床底为淤泥质粘土，清淤方法为，由潜水员用高压水枪配合泥浆泵进行水下清淤。 清淤过程潜水员要对围堰钢板桩的锁口情况进行检查，看是否有脱口现象，如有应提早进行整修，保证围堰后期抽水顺利。 清淤达设计标高后，抛填 50cm 厚粒径不大于 20cm 的片石，之后进行水下混凝土封底围堰水下封底应全断面一次连续浇注完成。为此，首先组织尽可能大的混凝土供应和浇注能力；其次，研究水下混凝土的配合比设计，采用低热水泥和良好的粗、细骨料，掺加适量粉煤 灰和外加剂。从而使混凝土拌和物和易性良好，可泵性好，初凝时间长，坍落度损失小。 封底混凝土采用单导管法浇注，横向内使用 2 根导管，导管设计作用半径为3.0m。实践证明在此作用半径下能够从一端向另一端斜面推进，进行水下封底混凝土的浇注。实际操作过程中完全符合要求，封底效果较好，无渗漏水现象，局部较平整。 7 围堰支撑的安设 在封底混凝土达设计强度的 50%后即可抽水架设围笼和内支撑。 在确保安全的前提下，基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按 “先支撑后降水，分层支撑分层降水 ”的原则进行，结合本基坑工程的特点，共分四层 支撑。基坑支撑的顺序如下：加入第一层围笼 进行第一层支撑 抽水至第二层支撑处 加入第二层围笼 进行第二层支撑 抽水至第三层支撑处 加入第三层围笼 进行第三层支撑 抽水至第四层支撑处 加入第四层围笼 进行第四层支撑 抽水至基坑底。实物见图 4 所示。 围堰第一次抽水较为关键，需配置足量的水泵进行强降水，从实践中可知漏水情况与围堰钢板桩锁口咬合是否紧密有很大关系，漏水处可用细砂拌和木屑从锁口外侧抛洒，靠水压差产生的水的自吸力即可堵漏，效果较好。漏水较大处可先用棉絮等物品进行填塞，然后重复上步工作反复多次后即可堵漏。 由