“双子母锁”钢板桩围堰水中承台施工工法.pdf

双子母锁 钢板桩围堰 水中承台施工工法 工法内容材料 浙江省交通工程建设集团有限公司 二 一一年六月十五日 1 目 录 1 前言 2 2 工法特点 2 3 适用范围 3 4 工艺原理 3 5 施工工艺流程及操作要点 4 5 1 施工工艺流程 4 5 2 操作要点 5 5 3 劳动力组织 11 6 材料与设备 11 6 1 工程材料 11 6 2 工程机械设备 12 7 质量控制 12 7 1 质量控制要求 12 7 2 质量控制措施 12 8 安全措施 13 9 环保措施 13 10 效益分析 14 11 应用实例 14 2 双子母锁 钢板桩围堰水中承台施工工法 浙江省交通工程建设集团有限公司 蒋红星 潘江波 周联英 叶以挺 张惠良 1 前言 前言 随着全球经济的高速发展 基础建设范围的持续拓宽 桥梁工程得到了飞速发展 特别是跨 海跨河等大桥项目的开展 水中承台施工成为桥梁施工中难度最大的分项工程 杭新景高速公路 延伸线之江大桥 又名钱江七桥 工程 桥址区河段位于钱塘江下游 该河段在洪水和涌潮的交 替作用下 河床宽浅 潮强流急 河床冲淤变化剧烈 是典型的游荡河道 水中承台需采用无底 围堰进行施工 在同类桥梁施工中堪称世界罕见 其主要的施工技术难题 一是围堰的拼装下沉 要求定位准确 稳定性好 二是围堰的防水效果 要求围堰内进行干作业 三是围堰的拆除 回 收 要求水下作业少 重复利用率高 为解决上述施工难题 浙江省交通工程建设集团有限公司 研究开发了 双子母锁 钢板桩围堰水中承台施工工艺技术 并应用于之江大桥的施工中 取得了 很好的效果 现将 双子母锁 钢板桩围堰水中承台施工工艺技术等总结编制成工法 该工法涉及 到的 一种锁口式钢板桩围堰的锁口装置 已申请国家实用新型专利 现已授权 专利号为 201120025038 6 2 工法特点 工法特点 2 0 1 拼装简便 采用 双子母锁 钢板桩围堰 具有将侧板的拼装及安装化整为零 使得拼 装及安装简便 定位控制精确 稳定性好 2 0 2 质量易控制 采用 双子母锁 钢板桩围堰 具有钢板桩下放简单 合拢便捷 封水效 果好 漏水修复简单 2 0 3 施工成本低 采用 双子母锁 钢板桩围堰 具有钢板桩拔除简单 回收利用率高 无 水下作业 2 0 4 施工技术先进 采用 双子母锁 钢板桩围堰 成功地解决了河床标高变形剧烈 需采 用无底围堰施工水中承台的技术难题 3 3 适用范围 适用范围 适用于表层为砂土 淤泥质粘土及粉土等地质 且承台底标高位于河床内的水中承台无底围 堰施工 4 工艺原理 工艺原理 通过 双子母锁 钢板桩设计将整体围堰的拼装及安装化整为零 使得拼装及安装简便 定位 控制精确 稳定性好 双子母锁 钢板桩围堰侧板在结构及尺寸上与传统套箱围堰一致 分块侧 板在现场通过特制锁口相连 锁口部位具有连接 定位 止水等多重功能 且锁口间隙加大使得 钢板桩插打容易 最后合拢段可按图纸定制加工 锁口封堵材料采用优质粘土 具有封堵效果好 起拔容易 施工工艺原理可见图 4 1 a 图 4 1 b 图 4 1 a 锁口及锁口连接大样图 4 图 4 1 b 双子母锁 钢板桩围堰平面布置图 5 施工工艺流程及操作要点 施工工艺流程及操作要点 5 1 施工工艺流程施工工艺流程 施工工艺流程见图 5 1 1 所示 图 5 1 1 施工工艺流程图 导 向 架 安 装 钢 板 桩 下 放 合 拢 钢 板 桩 插 打 围 堰 内 吸 砂 锁 口 封 堵 水 下 封 底 混 凝 土 浇 注 围 堰 内 支 撑 体 系 安 装 围 堰 内 抽 水 桩 头 凿 除 承 台 钢 筋 绑 扎 承 台 混 凝 土 浇 注 钢板桩加工 试拼 混凝土搅拌 运输 钢筋加工 检验 测 量 放 样 定 位 承 台 养 护 5 5 2 操作要点操作要点 5 2 1 钢板桩围堰的设计及布置 双子母锁 钢板桩围堰的设计需根据承台的平面尺寸 水文地质条件及现场安装条件确定锁 口的个数 侧板的尺寸及钢板桩的长度 钢板桩设计时还需满足水压力 土压力 涌潮力及水流 力等荷载组合作用下的强度及刚度要求 围堰的平面尺寸设计需考虑是否另外设置内模 如设置 内模则应考虑承台模板的厚度及单片模板的尺寸 单片侧板的尺寸需结合钢板桩的长度考虑起吊 设备的承重能力 钢板桩的长度应综合考虑承台的顶标高 底标高 水位标高及河床标高 钢板 桩顶标高应比高水位高 1m 左右 底标高应保证封底以下满足入土深度要求 钢板桩支撑布置在 保证围堰结构安全的前提下应充分考虑墩柱及上部结构的预埋件位置 同时 还要保证单片承台 模板 承台钢筋下放的简便 因此 在支撑安装时往往需进行体系转换 5 2 2 钢板桩的加工制作 钢板桩必须严格按设计图纸进行加工 面板与型钢要焊接牢靠 子锁 母锁与连接板及加劲 板间要求双面焊 应控制加工精度 钢板桩插打过程中出现下放困难 主要是加工过程焊接量较 大 导致变形过大 且 双子锁 和 双母锁 的变形方向及变形量不一致 导致下放困难 因此 在加工的过程中尽可能的减少焊接量 同时 焊接后需进行矫正 双母锁 内焊渣要清除干净 如 双母锁 内焊渣未清除干净 则下放时 子母锁 之间活动空 间减小 易导致下放困难 且也极易出现卡桩 双子锁 两端要削尖 削尖后 子母锁 下放时易 导向 且不易卡桩 图 5 2 2 1 双子母锁 钢板桩加工图 5 2 3 钢板桩插打 钢板桩插打顺序 首先下放转角处钢板桩 再下放迎潮面的钢板桩 待另一转角侧钢板桩下 放后 即第 1 4 片 再移至首片下放的角桩处下放侧面钢板桩至转角处 即第 5 9 片 再下放另 一侧面钢板桩至转角处 即第 10 14 片 最后在迎潮面对侧进行合拢 以上钢板桩均在自重作用 下入土 再用振动锤将钢板桩按下放顺序打至设计标高 在用振动锤插打钢板桩时需用手拉葫芦 将两侧的钢板桩固定牢靠 钢板桩编号见图 5 2 3 5 6 插打过程控制 在第 1 片转角钢板桩下放时 要控制 2 个方向的垂直度 入土后与导向架焊 接固定 其他钢板桩下放时由于加工可能存在的误差 需要左右摆动 因此 建议在下放时不使 用外导向架 但在入土前 需在上 下 2 道围檩处均焊接十字槽钢作为外导向及控制另一方向的 垂直度 合拢片控制 钢板桩合拢位置选择在迎潮面对侧的位置 合拢前需仔细测量两侧钢板桩的平 面尺寸及垂直度 如在左右两侧 子母扣 允许的误差内 则直接下放 如超出允许误差不大 则 用振动锤夹住前一片钢板桩向相反的方向进行振动 待尺寸在允许误差内 再下放合拢段钢板桩 如超出过大 则现场对合拢段钢板桩的尺寸进行调整 调整后再下放 图 5 2 3 1 第一步导向架安装 图 5 2 3 2 第二步下放迎潮侧角桩 7 图 5 2 3 3 第三步下放中间桩至合拢 图 5 2 3 4 第四步插打至设计标高 8 图 5 2 3 5 钢板桩插打顺序 5 2 4 锁口封堵 所用的土必须为优质粘土 且在使用前需用手拌和均匀 每次粘土填筑高度不得大于 30cm 填筑后需用捣棒夯实 在粘土填筑前需用高压水把每个锁口内的粉土及杂物冲洗干净 锁口封堵 时 施工员或技术员需全程旁站 并检查每道工序 锁口封堵需分两次进行 第一次封堵在封底混凝土浇注前 先封堵至低水位以下 以保证内 外水流通 第二次在封底混凝土浇注完成达到养护强度后再进行封堵 封堵至板顶 图 5 2 4 1 锁口封堵 5 2 5 围堰内吸砂 目前 常见的吸砂方式有正循环形式的泥浆泵吸砂及反循环形式的空压机吸砂 对于粉砂 粉土层采用高压水枪配合泥浆泵可以完成吸砂工作 而对于存在石子 圆砾或粘土则可用空压机 反循环方式来吸除 吸砂过程中要定时对吸砂标高进行测量 避免标高不够或超深 特别是避免引起深坑 吸砂 9 时要特别注意导向架下方的位置 需用高压水枪冲洗干净 钢板桩及护筒四周均需用高压水枪冲 洗干净 以免封底时出现夹层 图 5 2 5 1 围堰内吸砂 5 2 6 封底混凝土浇注 水中承台施工作业时间较长 从封底混凝土性能 厚度 工艺上采取切实措施 确保水下封 底混凝土施工质量 混凝土在满足强度的前提下 以粘聚性 流动性 工作性为基本要求 要求混凝土具有大流 动性 水下不分散的特性 以此进行骨料 外加剂的施工配合比优化试验 待钢板桩全部安装完毕 水下吸泥 清淤到设计标高 要全面检查围堰内河床面的平整度 封底前在围堰内抛填 30 50cm 厚的回填层 先块石 后片石和碎石 防止封底砼的冲击力将砂子 卷起 形成砼夹层 封底混凝土须一次性浇注完成 搭设封底混凝土施工平台 进行水下混凝土封底 封底混凝土的施工采用导管浇筑法 水下 混凝土靠自身流动性向四周摊开 导管采用 300mm 无缝管 顶部设漏斗 导管使用前进行试拼 试压 并进行水密试验 按顺序编号标注 导管布设原则为流动半径 3 4m 为保证封底混凝土 与钢护筒的粘着力 在各钢护筒周边尤其混凝土不易流到的死角都布置导管 混凝土浇注将近结束时 重点对导管与导管的中心处 护筒四周及钢板桩壁等部位进行标高 的测量 确保混凝土面的标高达到设计要求 由于浇注水下封底时 混凝土表面无法达到比较平 整的要求 所以在混凝土浇注时 将混凝土顶面标高控制在设计标高下 20cm 左右 待混凝土达 到强度 套箱内抽水后 再补浇 20cm 混凝土垫层 待水下封底混凝土达到 75 设计强度后 抽除套箱内的水 补浇 20cm 混凝土垫层 在钢套 10 箱抽水过程中 设置专人观察钢板桩变形情况 5 2 7 围堰支撑体系安装 根据设计图纸进行支撑体系安装 而支撑位置往往与钢护筒位置相冲突 因此 需进行体系 转换 待围堰内抽完水割除钢护筒及凿除桩头后 再根据设计图纸安装支撑 对于钢板桩与导向 架未紧贴部分需采用型钢焊接固定 图 5 2 7 1 支撑体系安装 5 2 8 承台钢筋绑扎 钢筋根据下料单统一在加工场制作 待承台边线用全站仪放出后 然后用钢尺在基础上放出 主筋具体位置 就可进行钢筋绑扎成型 承台钢筋施工顺序为 底层钢筋 侧面钢筋 架立钢筋 混凝土的冷却水管 中间钢筋网片 面层钢筋 墩身预埋钢筋 预埋件 任何钢筋混凝土构件 同一平面内 主筋接头数不能超出 50 的主筋数 同时钢筋接头不应放置在弯矩最大处 钢筋绑扎接头应满足搭接长度的要求 承 台外箍筋净保护层采用混凝土垫块要求其强度与主体结构一个等级 外观美观密实 尺寸准确 形状均匀 保护层垫块宜做成圆饼状混凝土垫块 要求加强检查保护层垫块的位置 数量及紧固 程度 提高保护层厚度尺寸的施工质量保证率 钢筋扎丝不得伸入保护层内 主筋上不得粘附泥 浆等杂物 5 2 9 承台混凝土浇注 浇灌混凝土前 全部支架 模板和钢筋预埋件应按图纸要求进行检查 并清理干净模板内杂 物 使之不得滞水 保持清洁 混凝土浇注应水平分层 每层厚度约 30cm 上层混凝土浇筑应 在下层混凝土初凝前进行 混凝土振捣时做到 快插慢拔 严禁过振和漏振 砼浇捣完成后 对混 11 凝土的裸露面进行修整 抹平 承台表面收浆须在三遍以上 使混凝土表面平整 轮廓线条直顺 并若局部表面砂浆较厚时 应清除部分浮浆 以免收浆后该部分表面出现收缩裂缝 5 3 劳动力组织劳动力组织 表 5 3 1 劳动力组织表 序号 工程 人数 责任范围 1 项目经理 1 人 施工现场总负责 2 技术负责人 1 人 施工技术 质量等现场总负责 3 专职质检员 2 人 负责现场质量控制检查 施工记录 数据整理等 4 测量员 3 人 现场施工放样 5 试验员 3 人 试验及检测工作 6 安全员 1 人 现场安全管理 7 钢筋工 12 人 钢筋绑扎工作 8 起重工 6 人 现场起重工作 9 浇捣工 10 人 现场浇捣工作 10 电焊工 8 人 现场电焊工作 6 材料与设备 材料与设备 6 1 工程材料工程材料 主要工程材料见表 6 1 1 表 6 1 1 主要工程材料 序号 材料名称 规格 序号 材料名称 规格 1 面板及加劲板 8mm 6 锁扣槽钢 2 16a 2 边肋角钢 L140 12mm 7 型钢 H350 175mm 3 锁扣槽钢 1 14a 8 钢管 1 68 10mm 4 连接钢板 20mm 9 钢管 2 102 6mm 5 加劲角钢 L63 5mm 10 优质粘土 要求粘性好 12 6 2 工程机械设备工程机械设备 见表 6 2 1 双子母锁 钢板桩主要施工机械设备 表 6 2 1 双子母锁 钢板桩主要施工机械设备 设备名称 单位 型号 数量 设备名称 单位 型号 数量 振动锤 台 DZ60A 2 移动式切割机 台 30 型 2 龙门吊 台 起吊能力 5t 1 空压机 台 22m3 1 电焊机 台 BX 500 15 泥浆泵 台 22kW 3 履带吊 台 70t 2 摇臂钻床 台 Z3050 1 平板车 台 20t 2 7 质量控制 质量控制 7 1 质量控制要求质量控制要求 7 1 1 工法执行 公路桥涵施工技术规范 7 1 2 工法执行 钢结构工程施工质量验收规范 GB 50205 2001 7 1 3 工法执行 钢结构设计规范 GB 50017 2003 7 2 质量控制措施质量控制措施 7 2 1 钢板桩加工质量控制 钢板下料 坡口切割均采用半自动切割机划线切割 所有焊接均需达到设计图纸要求 对于 焊接引起的变形采取加热矫正 且特别要控制双子锁 双母锁的钢管变形 各锁口及标准板的加 工误差应满足规范要求 7 2 2 导向架安装质量控制 导向架的标高及平面布置尺寸 需严格按图纸要求安装 质检员对下料长度 导向架标高及 牛腿焊接质量均严格进行质检 7 2 3 钢板桩插打质量控制 1 在第 1 片转角钢板桩下放时 要控制 2 个方向的垂直度 且需紧贴导向架 在入土后采 用电焊与围檩固定 13 2 中间标准桩及其他角桩在入土前 均需用线锤控制垂直度 3 由于钢板桩之间通过锁口已相连 因此 在用振动锤插打钢板桩时 需对相邻两片钢板 桩进行固定 以免通过锁口之间的连接带动相邻钢板桩下沉导致钢板桩倾斜使得其他钢板桩卡住 后无法下沉 7 2 4 锁口封堵质量控制 1 在对锁口封堵前 先用高压水枪冲洗锁口 确保粘土封堵时不存在夹砂引起渗漏 2 粘土封堵前需用手拌和均匀 如未拌和均匀则易出现夹块 在高水压的作用下出现渗漏 3 对锁口缝隙较大的 可在锁口内侧嵌橡胶条 防止粘土挤出后出现渗漏 8 安全措施 安全措施 8 0 1 操作平台周围设置防护栏杆 栏杆四周备若干救生圈 施工人员佩戴安全帽 穿救生 衣 穿平底防滑软底鞋 8 0 2 吊装作业由专人指挥 指挥信号明确 清晰 8 0 3 定期检查龙门吊 吊具等连接是否符合设计要求 钢丝绳有无断丝现象 是否满足起 重能力 8 0 4 钢板桩起吊离地后 用麻绳拉住 防止在空中晃动或打转 8 0 5 操作人员在工作中不得擅离岗位 不得操作与操作证不相符合的机械 不得将机械设 备交给无本机操作证的人员操作 8 0 6 电焊机应安设在干燥 通风良好的地点 周围严禁存放易燃 易爆物品 应设置单独 的开关箱 作业时应穿戴防护用品 施焊完毕 拉闸上锁 遇雨雪天 应停止露天作业 8 0 7 吊装区域设置交通指令标志和警示牌 保证车辆和行人的安全 8 0 7 与气象 水文部门保持密切联系 及时了解 掌握气象和水文情况 遇有大风天气应 多检查 风力大于五级时停止吊装作业 9 环保措施 环保措施 9 0 1 设置固定机修点 确保无废油进入水中 9 0 2 设置固定废弃物堆放点 工程废料集中处理 9 0 3 设置固定垃圾箱 生活垃圾将统一处理 14 10 效益分析 效益分析 本工法与传统双壁无底钢套箱工法相比 经济效益明显 以杭新景高速公路延伸线 之江大桥 项目为例 经济效益对比分析见表 10 1