武汉至荆门高速公路水中墩围堰方案.doc

水中墩围堰施工方案一、概述武汉至荆门高速公路是国家规划重点干线公路的重要组成部分，是沟通甘肃、四川、重庆等西部省市与我国中东部地区的东西向公路交通运输的大动脉，也是湖北省规划的“六纵五横一环”公路主骨架的重要组成部分。武汉至荆门高速公路起于武汉市外环高速公路与京珠高速公路交叉的东西湖互通，沿途经过汉川市、应城市、天门市、京山县、钟祥市，止于荆宜高速公路与襄荆高速公路交叉的荆门互通。路线全长183.209km。二、大桥概况1、大桥简介：主桥：全长210m，中心桩号K14+221。上部结构为（55m+100m+55m）预应力砼变截面连续箱梁，主墩均为空心薄壁墩，基础为承台、群桩基础。引桥：上部结构为30米、40米预应力混凝土T梁，下部结构为盖梁、双柱式桥墩设系梁，基础为钻孔灌注桩。2、气象气候本合同所在地属亚热带湿热季风气候，春、夏、秋、冬四季冷暖分明，十二月至次年二月为冬季，月平均气温在19-6.5，冬季历年最低温度为零下19.6,无霜期233-262天,五月至十月为雨季,年平均降雨量900-1200mm,七至八月为炎热夏季,极端气温可达40。3、水文概况流域面积6299m2，干流全长242km。系人工河道，堤距宽500750m。沿河两岸均为平原湖区，左侧为老观湖、龙赛湖、东西汊湖，右侧为汊湖，区域地势低洼，（最低高程22.40m）均为外洪内涝严重地区。设计防洪标准为20年一遇，泄洪流量为2000m3/s，东山头闸泄洪能力800m3/s。根据湖北省交通厅港航局关于杭兰线武汉至荆门高速公路跨诸河流通航标准的复函（鄂交港航函200319号）的意见，本项目跨越的河段的通航等级为（3）级。设计最高通航水位27.15m，要求通航净宽45m，净高8m。为汉江水系之主要支流，发源于京山县管桥铺王家岭，流向自西向东，流经京山县、天门市、应城市至武汉市新沟镇汇入汉江。该河为季节性河流，冬春雨少，河水落槽，河床出露，夏秋雨季，暴涨一时，水位及流量变幅很大。目前，河水面河宽约180米，水深约5米。河床主要为粘土，局部分布有厚约0.3m的淤泥。三、主桥水中施工方案设计通过与当地水力部门商恰，湖北省水力厅同意在不影响通航条件下主桥水中施工可以采用土围堰和钢板桩围堰，待主桥下部构造施工完毕后须恢复河道原样。当地每年5月1日至10月15日为汛期，此阶段河床内水流较大。汉北河河水常年为流动状态。综上，对汉北河1号特大桥主桥的水下施工拟定三种施工方案：方案一：U形土围堰（一）已知相关数据：承台尺寸：10 .5m（横桥向）*10.5m（纵桥向）*4 .5m（承台高度），河底顶面与河床相平，河床淤泥约为30cm。正常水位5.0米，最高水位5 .5米，堰顶高度按最高水位考虑。水流速度为1.5m/s， 河床土质良好，多为粘土，亚粘土，承载力较高。（二）方案描述：1、 围堰方式：从河岸上游做起点对水中桥位承台用红粘土以U字形填成临时施工围堰，堰体围好后，将堰内围起部分水抽干,清除里面淤泥, 设置防渗层，回填红粘土,并压碾密实,移入钻机进行桩基施工,桩基施工完,在堰内直接进行承台开挖，进行承台施工。2、围堰尺寸设计：水中土围堰，拟定围堰填土高度为5.5米，高出水面0.5米，上口填土宽度为4.5米，内侧（承台部分）坡度为1：1（5.5米），外侧度为1：1.5（8.5米）。一个u形坝基占地面积3272平方，占同一汇水截面积20%（压缩河道面积），围堰总长147.5米，需填土方量约为9634立方。围堰存留期为3个月。3、围堰平面布置如图1：图1 U形土围堰平面布置图4、轴线及高程控制：对围堰各控制点进行坐标计算，在现场对填土围堰轴线及高程控制采用设置方向标，临时拟定点等，保证轴线及高程正确。5、堰体稳定性验算：因河道水为流动水，静水压计算P=*h*g*L=1*5 .0*10*1 .2*147 .5=60kNm动水压力： pd=k*h*u2*b*s/(2*g)堰体重: G=(4.5+18.25)/2*5.5*2=109P-水压力 、1-水密度、2-红土容重 、h-河水高度、g-取10 L-水中堰体长度、4 .5-堰体上内宽、18 .25-堰体下口设计宽、5 .5-堰体填土高度。1 .2-为安全系数。6、堰体的抗渗性计算：Q=1.366*k(H2-h2)/(log(2D)-logr)三、施工准备：1、测量放样：通过放样确定围堰范围，占地面积。2、清除岸边杂物，整平现场3、绘出平面图，计算出围堰控制点坐标报监理工程师核准。4、修筑便道：便道设在桥梁桩位中间，宽5m。5、选定围堰取填料土场，结合当地材料情况，选择当地施工大都采用的红粘土做施工坝基围堰，红粘土有一定的粘度，渗水量小，碾压密实有具有一定的抗冲刷性，饱水效果好，是土石围堰填料的良好材料，避免了坝好和坝基二次重做渗水处理和工作。四、施工方法：1、围堰填筑不要直接向水中倾倒土，应出水面和土倒在已堰头，用机械顺坡送入水中，以免直接倒入水中土体发生离析或被水冲走，造成堰体填好渗水或当浪费，水面以上土分层填筑，每层厚度不超过30cm,并采用压路碾压密实，达到堰体整体稳固，承受一定的抗冲刷，合拢后不下沉，不塌陷满足施工要求。2、清除围堰内淤泥，先采用抽水机将被围起部分水抽干，然后组织挖机及运输车将水中淤泥运离现场。3、对清好的围内设积水坑，定时将积水抽出，然后再对堰内填入防渗好的土，填土厚度视堰内渗水大小及满足要求来定。4、因筑引起河水流速增大使堰外坡面有受冲刷的危险时，可在外坡面用草皮、柴排、片石、草袋或土工织物等加以防护。5、清除堰底河床上杂物、树根、石块等，减少渗漏发生，填筑应从上游开始至下游合拢。6、施工中严格设计要求放出坐标控制点，保证施工过程没有多于设计的土落入河道挤压河道造成汇水面积减少，水流量增大给堰体造成压力。五、施工进度及措施1 .计划于11月中旬开始，20天完成填土，12月中旬钻机就位，以5天完成一根桩计算，4 0天完成主墩桩基的施工；一个承台考虑用1015天。施工工期为90天，即围堰存留期为3个月。2 .详细的实施性工程进度计划，采用流水作业与平行交叉作业施工，使总体计划得到实现。总体计划的控制由项目经理负责监督实施，并检查落实，同时与工资挂钩，促使各项工序紧密连接，统筹兼顾。3、调动全体员工的工作积极性，因事定岗，因岗定人，做到事事有人管，人人有任务。具体事宜由分部制定落实。4、合理调配材料、施工机具的使用，协调好各部门、各施工队及外部设备关系。创造一个良好的施工环境。5、保证全体职工的日常生产、生活需要，由物资供应部门与行政管理部负责实施。六、施工主要机械设备：序号机械名称台数备注1挖机1台2推土机1台3压路机1台4运土车10台5抽水机2台七、成本预算： 围堰土方量V1=(a+a+a*1.5+a*1.0)/2*h*L=9634方围堰内土方量V2=s*h0=1933*0.5=967方围堰填土总方量：v= V1+ V2=10601方 土方单价（运到现场）50元/m3 机械租用费按一个月完成计算：推土机月租15000元、压路机月租15000元、挖机月租28000元故围堰直接费用合计约588050元。方案二：土围堰与钢板桩围堰接合一、方案描述： 1、围堰方式：用粘土对两承台连线中点为半径进行圓形填土围堰,在以填好和围堰上进行桩基施工,桩基施工结束,移出钻机,对围堰承台部分进行二次开挖,并打入钢板桩。采用土围堰与矩形钢板桩接合的方式。（土围堰部分与施工方案一，与方案一相同）。二、围堰尺寸拟定：土围堰部分以两承台中点连线为中心， 22.2米为堰顶半径，30.5堰底半径，对承台进行圓形围堰，围堰尺寸满足施工要求，堰顶距岸边为9米，堰顶距河道中心为20 .9米，两侧不能采取同一种围堰方案进行，河道不能满足通航要求。钢板桩部分围堰为正方形，边长为14 .5米，以每个承台为中心。三、绘制平面布置图图2 圆形筑岛围堰平面布置图四、钢板桩围堰计算1钢板桩打入深度计算：坑深10米，按中间设支撑形式，按钢板桩第3种情况计算，坑沿活载为34kn/m2 =25固定荷载：h=a*h=0.34*10=3.4m m=*h3=0.17*1000=170kn r=2.7*h2=270kn活动荷载：h=m=0.09m m=*h2=1.95*100=195knr=*h=15.1*10=151kn入土深度: H=h+h=3.49m M= m+m=365kn R=r+r=421kn2支撑间距：s1=0.475*h+0.16*H=5.31m s2=10-5.31=4.69m板桩断面 w=M/1.5=1352cm3导梁计算 Md=M+Ry y=y0/(1-n/p) y0=5qb4/(384*EI)五、钢板桩围堰施工准备（土堰部分施工同方案一）1、场土平整，移出钻机，清除场内杂物，将存留在桩基内的泥浆抽走。2、测量放样，放出钢板桩打入控制点位，绘出新的平面图。3、检查机械设备，钢板桩，打桩机、吊装设备进入现场。六、施工方案： 1、施工工艺框图场地平整 - 测量放样-承台开挖-打入钢板桩-二次放样-基坑平整-渗水处理2、施工方案（如水流速较大可以在土围堰外侧打入木桩，防止水流冲刷，对堰体造成破坏）1)、先对钢板桩经过装卸、运输、会出现撞伤、弯扭及锁口变形，钢板桩在拼组前必须进行检查。2)、插打钢板桩的导向设备，测量放样后，按照施工方法，一般先打定位桩，在定位桩上安置导梁，组成框架式的围笼作为插桩时导向设备，因此在施打前必须制作导向架。3)、钢板桩在插打钢板桩之前，为保证钢板桩顺利合拢，应先打下检验导向架是否正确。在插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插正、打正，以免影响后面的钢板桩。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20片时，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。七、机械设备：序号机械名称台数备注1挖机1台2推土机1台3压路机1台4运土车10台5抽水机1台6打桩机1台7钢板桩4640米八、施工进度计划： （因此方案与方案一不能同时施工进度不考虑）九、人员：十、施工安全工作十一、环境保护措施十二、成本合算：1、围堰土方量：V1=*h/3*(R2+r2+R*r)=3.14*5.5/3*(30.4882+22.2382+30.488*22.238)=12100方2、施工便道填土方量：V2=(2a+2a*1.5)/2*h*l=2.5*4.5*5.5*19=1176方土方单价：（运到现场）50元/m33、钢板桩数量: Lq=a*8/b*h=14.5*8/0.4 *16=4640m 钢板桩单价：钢材每米77 .27kg，5？元/吨4、机械租用费按一个月完成计算：推土机月租15000元、压路机月租15000元挖机月租28000元。故一侧围堰直接费用合计约824339元（没计入支撑数量）。围堰存留期按3个月计算。 方案三：双护壁钢板桩围堰一平面布置图如下示： 二.方案描述： 对承台采用圆形双护壁钢板桩围堰，围堰分内外两层，两层中间部分填入粘土，围堰围成后，利用围堰及承台内设置和施工平台进行桩基施工。三、围堰尺寸拟定：对承台采用圆形钢板桩进行围堰，钢板分两层设置，外层半径为21。4米，外层半径为20米，两层围间距为1。5米，圓形钢板桩围堰中心点为两承台中线中点，内层钢板桩大于承台桩桩基施工平台1米。其它设计尺寸见上图。四、钢板桩受力计算略1钢板桩打入深度计算：坑深10米，按中间设支撑形式，按钢板桩第3种情况计算，坑沿活载为34kn/m2 =22.5固定荷载：h=a*h m=*h3 r=2.7*h2活动荷载：h=m m=*h2r=*h入土深度: H=h+h M= m+m R=r+r2支撑间距：s1=0.475*h+0.16*H 3板桩断面： w=M/1.5=1352cm34.导梁计算. Md=M+Ry y=y0/(1-n/p) y0=5qb4/(384*EI)五、渗水量计算 Q=ksUq u-围堰周长 s-地下水面到基坑底面距离 q-单位渗水量（亚粘土为0 .16-0 .32m3/h） k-k=各土层渗透系数的加权平均值， k=(k1 h 1+ k2 h 2kn h n)/( h 1 + h 2 hn)五、钢板桩围堰施工准备（土堰部分施工同方案一）1、测量放样，放出钢板桩打入控制点位，绘出新的平面图。2、先对钢板桩经过装卸、运输、会出现撞伤、弯扭及锁口变形，钢板桩在拼组前必须进行检查。3、插打钢板桩的导向设备，测量放样后，按照施工方法，一般先打定位桩，在定位桩上安置导梁，组成框架式的围笼作为插桩时导向设备，因此在施打前必须制作导向架。4、检查机械设备，钢板桩，打桩机、吊装设备进入现场。六、施工方案： 1、施工工艺框图上报施工方案- 材料准备-设置河道交通标志- 打入钢板桩2、施工方案1)、钢板桩在插打钢板桩之前，为保证钢板桩顺利合拢，应先打下检验导向架是否正确。在插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插正、打正，以免影响后面的钢板桩。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20片时，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。2)、拟定钢板桩打入位置宽于承台设计2m，保证机械及施工放便。3)、插打钢板桩的导向设备，测量放样后，按照施工方法，一般先打定位桩，在定位桩上安置导梁，组成框架式的围笼作为插桩时导向设备， 因此在施打前必须制作导向架。4)、钢板桩在插打钢板桩之前，为保证钢板桩顺利合拢，应先打下检验导向架是否正确。在插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插正、打正，以免影响后面的钢板桩。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20片时，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。5)、钢板桩轴线及标高控制a、轴线控制：、绘制平面图，在图上计算出导向架坐标，经确放出个导向架桩位，并用打桩机打入个导向架，打到一半时二次进行复核，导向架定位有无片偏位，将各导向架进行编号，计算出方位角，施打钢板桩时用两台全站仪进行角度交汇法对钢板桩中心进行定位。、在对吊起钢板桩中心线定位好后，打桩船才可利用导向架对钢板桩进行施打作业，在施打钢板桩开始时，要采用两台全站仪对其轴线实行全过程监测，发现有偏移，马上纠正，确保打入的钢板桩处于竖直插打状态，到施工完毕后，钢管桩倾斜率能够满足在1%以内及平面位置偏差在100mm以内的要求。b、标高控制：、设计钢板桩出水高度定为0.5m。、在施打前4快钢板桩至接近设计标高时，打桩船采取减震措施，放慢钢管桩进尺速度，控制高程误差在30mm以内，确保施打完毕后的钢板桩顶部处于同一水平面， c、其他钢板桩位置控制：其他水中钢板桩的定位以及高程控制均以已施打好的前4快钢板桩为基准进行拉线控制。d、做好围堰钢板桩打入按施打顺序编号。六、施工计划：计划2006年12月上旬开始施工，2007年4月中旬完工。七、施工注意事项：1、在水中钻孔平平台、围堰施工之前，施工方案必须是业方和驻地监理组审批同意后方可进行施工。2、在水中平台、围堰施工之前，组织人员对整个水上施工作业向对全体职工进行一次全面的安全技术交底。确保圆满完成水中钻孔平台、围堰施工任务。3、在水中钻孔平台过程中吊装工字钢时，注意不要磕碰已打设好的钢板桩，工字钢在焊接牢固后，在现场施工人员的指挥下方可脱钩。4、在水上施工作业整个过程中各施工人员一定要集中精力、服从指挥，避免发生任何事故。5、对于设立好的河道交通标识安排专人每天进行检查、维护，确保在整个施工期间不受任何破损、丢失。八、机械设备：序号机械名称台数备注1挖机1台2推土机1台3压路机1台4运土车2台5抽水机1台6打桩机1台7钢板桩9452米九、人员：十、施工安全工作十一、环境保护措施：十二、施工组织机构及分工十三、成本合算按图上设计计算：L=(2R*3.14/b*h)+(2r*3.14/b*h)= 4897+4555=9452m1、40b号工字钢： Lg= d*8=116m2、直径60cm厚8mm钢管桩： 16根每根13m （钢板桩及钢管桩租用为 1元/米/天）3、便道用土方量：v=（2a+2a*1.5）/2*l= 98方（便道上口宽a=7m）4、机械租用费：推土机、压路机、挖机、用量较小，打桩机每月70000元。 合计：q=L*m*30*3+ Lg*g*m0*30*3+70000=949520元钢板桩施工1）钢板桩的检验与矫正用于基坑临时支护的钢板桩，进行外观表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等检验、对桩上影响核打设的焊接件割除（有割孔、断面缺损应补强）。有严重锈蚀，量测断面实际厚度，予以折减。矫正方法有：（1）表面缺陷矫正先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补方法补平，再用砂轮磨平。（2）端部矩形比矫正用氧乙炔切割桩端，使其与轴线保持垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修复。当修整量不大时，直接用砂轮进行修理。（3）桩体挠曲矫正腹向弯曲矫正，是将钢板桩弯曲段的两端固定在支承点上，用设在龙门式顶梁架上的千斤顶在钢板桩凸处进行冷弯矫正；侧向弯曲矫正在专门的矫正平台上，将钢板桩弯曲段两端固定在矫正平台支座上，在钢板桩弯曲段侧面矫正平台上间隔一定距离设置千斤顶，用千斤顶顶压钢板桩凸处进行冷弯矫正。（4）桩体扭曲矫正视扭曲情况，可采用（3）中的方法矫正。（5）桩体截面局部变形矫正局部变形处用千斤顶顶压、大锤敲击与氧乙炔焰热烘结合方法进行矫正。（6）锁口变形矫正用标准钢板桩作为锁口整形胎具，采用慢速卷扬机牵拉调整处理或用氧乙炔焰热烘和大锤敲击胎具推进方法进行调直处理。2）导架安装导架由导梁和围檩桩等组成，在平面上分单面和双面；高度上公单层和双层。本工程采用单层双面导架。围檩桩间距2.53.5m，双面围檩之间间距比板桩墙厚度大815。导架位置不能与钢板桩相碰。围檩桩不能随钢板桩打设而下沉或变形。导梁的高度适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高工效，用经纬仪和水平仪控制导梁位置和高度。3）沉桩机械的选择用振动锤打设钢板桩。在桩锤和钢板桩之间设桩帽，以使冲击均匀分布，保证桩顶免遭损坏。4）钢板桩打设为保证钢板桩打设精度采用屏风式打入法。先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻锤击。在打桩过程中，为保证垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心平面位移，在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板块的位置，以便随时检查校正。钢板桩分几次打入，第一次由20m高打至15m，第二次打至10m，第三次打至导梁高度，待导架拆除后第四次才打至设计标高。打桩时，开始打设第一、二块钢板的打入位置和方向要确保精度，每打入1m测量一次。（1）要求钢板桩适用于埋深较浅的支护结构。钢板桩沉桩适用粘性土、砂土、淤泥等软弱地层。钢板桩沉桩施工先试桩，试桩数量不小于10根。钢板桩放线施工，桩头就位必须正确、垂直、沉桩过程中，随时检测，发现问题，及时处理。沉桩容许偏差：平面位置纵向100，横向为-500；垂直度为5。沉桩施前必须平整清除地下、地面及高空障碍物，需保留的地下管线应挖露出来，加以保护。基坑开挖后钢板桩垂直平顺，无严重扭曲、倾斜和劈裂现象，锁口连接严密。基坑土方和结构施工期间，对基坑围岩和支护系统进行动态观测。发现问题，及时处理。2）冲击沉桩冲击沉桩根据沉桩数量和施工条件选用沉桩机械，按技术性能要求操作和施工。钢桩使用前先检查，不符合要求的应修整。钢桩上端补强板后钻设吊板装孔。钢板桩锁口内涂油，下端用易拆物塞紧，并用2m标准进行通过试验。工字钢桩单根沉没，钢板桩采用围檩法沉没，以保证墙面的垂直、平顺。钢板桩围檩支架的围檩桩必须垂直、围檩水平，设置位置正确、牢固可靠。围檩支架高度在地面以上不小于5m；最下层围檩距地面不大于50；围檩间净距比2根钢板桩组合宽度大8-15。钢板桩以10-20根为一段。逐根插围檩后，先打入两端的定位桩，再以2-4根为一组，采取阶梯跃式打入各组的桩。钢板桩围檩在转角处两桩墙各10根桩位轴线内调整后合拢，不能闭合时，该处两桩可搭接，背后要进行防水处理。沉桩前先将钢桩立直并固定在桩锤的桩帽卡口内，然后拉起桩锤击打工字钢桩垂直就位或钢板桩锁口插入相邻桩锁口内，先打2-3次空锤，再轻轻锤击使桩稳定，检查桩位和垂直度无误后，方可沉桩。沉桩过程中，随时检测桩的垂直度并校正。钢桩沉设贯入度每击20次不小于10，否则停机检查，采取措施。沉桩过程中，发现打桩机导向架的中心线偏斜时必须及时调整。（3）振动沉桩振动锤振动频率大于钢桩的自振频率。振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢桩上端，并使振动锤与钢桩重心在同一直线上。振动锤夹紧钢桩吊起，使工字钢桩垂直就位或钢板桩锁口插入相邻桩锁口内，待桩稳定、位置正确并垂直后，再振动下沉。钢桩每下沉12左右，停振检测桩的垂直度，发现偏差，及时纠正。振动沉没钢板桩试桩数量不小于10根。沉桩中钢桩下沉速度突然减小，应停止沉