某铁路某特大桥水中墩施工方案.doc

*铁路*特大桥水中墩施工方案1 工程概况31.1 概述31.2 地质情况：31.2.1 霞村特大桥31.2.2 东西干河特大桥31.2.3 郭路村大桥31.3 气候、水文情况31.4 场地、道路情况31.5 主要工程数量32 工程进度安排52.1 工程进度安排52.2 工程进度横道图52.3 工程进度网络图53 施工方案、方法、工艺63.1 总体施工方案63.2 筑岛围堰63.2.1 围堰尺寸63.2.2 围堰的技术要求73.2.3 施工步骤73.3 钢板桩围堰83.3.1 设计83.3.2 钢板桩的选择153.3.3 坑底安全检算163.3.4 封底混凝土检算173.3.5 工况检算173.3.6 施工工艺184 投入的主要施工材料、设备、人员情况251 工程概况1.1 概述由*铁路*经理部施工的*铁路*特大桥、*特大桥、*大桥均跨越部分河流，部分桥墩位于水中。*特大桥55#、56#墩位于下沿河中，该河沿线宽62m，水深2m，*特大桥1315#墩、3233#墩、4344#墩、5758#墩分别位于东干河（沿线宽70m，水深2.5m）、乡村河道（沿线宽36m，水深1.5m）、西干河（沿线宽43m，水深2m）、乡村河道（沿线宽34m，水深1.5m），*大桥1011#墩位于沿线宽55m水深2m的河流中。1.2 地质情况：三座桥梁均位于软土地区，设计地质资料如下：1.2.1 *特大桥（1）淤泥，流塑1.2.2 *特大桥1.2.3 *大桥1.3 气候、水文情况1.4 场地、道路情况1.5 主要工程数量主要工程数量表序号工程项目单位数量备注1水中墩个数个132承台砼立方3钢筋吨4开挖土方立方5抽水立方6回填土方立方7草袋围堰立方8筑岛立方2 工程进度安排2.1 工程进度安排考虑每年的汛期，该地每年的汛期为7-9月份，并且在汛期易出现内涝现象，因此所有的水中墩全部在2006年6月31日前全部完成。总的工期安排如下：先施工*大桥的2个水中墩，然后施工*特大桥55、56号墩，最后施工*特大桥9个水中墩。每个水中墩按15-20天考虑。2.2 工程进度横道图见图2-1水中墩施工进度横道图2.3 工程进度网络图见图2-2水中墩施工网络图3 施工方案、方法、工艺3.1 总体施工方案根据本标段的地质、水文情况来看，水中墩数量不多，水深较浅，最深才2米，最浅1.5米。因此钻孔灌注桩采用筑岛围堰作为作业平台，筑岛围堰所用的土质需全部采用粘土，以便后续工程的施工。承台基坑的开挖，最深达8.4米，最浅达3.0米，根据不同的开挖深度选用不同的施工方案，各墩安排见下表。水中墩施工方案一览表桥 梁名 称墩台号承台尺寸（长*宽*高）承台底标高考虑的围堰顶标高基坑开挖深度拟选用的开挖支护方式方式形式平面尺寸*特大桥557.9*12.9*3.0-1.2143.674.9钢板桩矩形9.6*14.8567.9*12.9*3.0-2.1653.415.57钢板桩矩形9.6*14.8*大桥104.8*10.2*2.01.2983.822.6木桩+草袋围堰矩形6.0*11.4115.6*10.2*2.0-0.5382.823.35木桩+草袋围堰矩形6.8*11.4*特大桥139.0*10.2*3.8-3.3664.07.4钢板桩矩形10.8*12149.0*10.2*3.8-4.3174.08.32钢板桩矩形10.8*12159.0*10.2*3.8-2.2684.927.18钢板桩矩形10.8*12327.2*11.2*2.5-1.0313.544.5钢板桩矩形9.2*13.2337.2*11.2*2.5-0.633.293.92木桩+草袋围堰矩形8.4*12.4437.2*11.2*2.5-1.0392.533.57木桩+草袋围堰矩形8.4*12.4447.2*11.2*2.5-1.1372.533.67木桩+草袋围堰矩形8.4*12.4577.2*11.2*2.51.0873.792.7木桩+草袋围堰矩形8.4*12.4587.2*11.2*2.5-1.0122.443.44木桩+草袋围堰矩形8.4*12.43.2 筑岛围堰所有的水中墩的钻孔平台均采用筑岛围堰。3.2.1 围堰尺寸考虑钻孔平台及后期钢板桩围堰的总安排，围堰到承台边距离为3m；*特大桥水中墩的围堰尺寸为13.9*18.9，*大桥的围堰尺寸为11.6*11.2。*特大桥围堰尺寸分别为15.0*16.2和13.2*17.2围堰顶面高出水位1.0m1.5m。3.2.2 围堰的技术要求围堰四周外侧顶宽0.6m2.5m；外侧边坡（高：宽）1： 1，为防止冲刷在迎水流侧外侧加盖彩条布。如图所示。3.2.3 施工步骤、修通旱地位置便道，为施工机具、材料运送提供便利。、用铁耙清除河床上的石块、树根等杂物，以减少渗漏，自下游开始填筑至下游合拢。、用草袋或编织袋装以松散的砂土，装土量为袋容量的1/21/3，袋口用细铁丝缝合。堆码土袋时，要求上下左右互相错缝，并尽可能堆码整齐。（4）、就位a.工程部进行测量放样。b.用钢筋弯制一对带钩的竿子钩送土袋就位。 （5）、围堰的修筑 a. 由岸边向桥墩靠拢。b.岛围形成后，在外侧用编织袋装土进行防护，并在迎水流侧外侧加盖彩条布。3.3 钢板桩围堰3.3.1 设计3.3.1.1 围堰类型选择根据工程地质、工程水文特点，经过方案比选，水中墩基坑挖深在4.5米以上的，施工围堰选择钢板桩围堰。经过初步计算，钢板桩落在地质较差的淤泥层。采用钢板桩围堰施工方案具有工期短、施工成本低、工艺简单成熟、安全、施工风险易于控制等诸多优势。待水中钻孔桩成桩后，选用长13.0m拉森型钢板桩进行围堰施工，围堰尺寸初步定为：东西干河的1315号墩采用10.812m，*特大桥的5556号墩采用9.614.8m。钢板桩规格型号参数见表1，主要断面图如图3所示： 表1德国拉森型钢板桩规格型号参数表 号码质量断面模量(cm3)钢板桩尺寸（mm）每1000kg面积(m2/1000kg)(kg/m)(kg/m2)1根1m宽bh最大厚度t1最小厚度t2对a边对a边对b边62.0155.0203.25081363400123.514.53.06.452 以*河的15号墩为例进行计算，其余桥墩根据情况进行配备，不再进行检算。3.3.1.2 钢板桩围堰尺寸如图所示3.3.1.3 钢板桩受力及简化图 根据施工情况，钢板桩受水压力和土压力共同作用，水面以上土深H1=2.1m,容重r1=19 N/cm3，水深H2=6.3m，水容重按r2=10 N/cm3，水面下至河床底土深H3=2.5m，饱和土容重r3=9N/cm3，河床以下淤泥土H4=3.8m，饱和土容重r4=7.5N/cm3。钢板桩受最大荷载r1H1+ r2H2+ r3H3+ r4H4=153.9KN/m。为了方便计算，采取更加有利于结构安全的简化方法，钢板桩结构受力简化图如图4-2所示，此时钢板桩压力线的增加率r0=153.98.4=18.32N/cm3，可采用此压力线增加率计算。3.3.1.4 横支撑布置及检算由于钢板桩受较大水压力和土压力共同作用，为了保证钢板桩的稳定，钢板桩横支撑采用多支撑布置形式。多支撑可布置成等反力（各层支撑反力相等）、等弯矩（各跨板桩弯矩相等）及各层反力和各跨弯矩均不等的任意间距等形式。为了方便横支撑的布置，钢板桩采用等反力布置形式，支撑共布置3道，支撑间距如图5所示。图中第一支撑的反力只为其它各支撑反力的0.15倍。图中计算均以1延米宽板桩为单位。此时各支撑的反力按公式（1-1）计算 (1-1)式中：P各支撑反力，KN； n支撑数； r0压力线的增加率，KN/m2； H总深度，m。 1延米板桩支撑反力为 P=18.32*8.4/2*(3-1+0.15)=300.62KN（1）支撑竖向布置为保证钢板桩刚度，围堰内设4道腰撑（包括斜端撑），腰撑采用2根32槽钢（如图6所示）。导向梁采用2根32槽钢，内导向框和外导向框各设一道，层高出水面0.2m. 竖向腰撑间距由图5-a）可得下列等式 H=h+0.60h0.056H 得h=5.0m支撑从上到下间距依次为：5.0m，3.0m, 0.4m。（2）支撑横向布置（2）支撑横向布置横向支撑每层共设4道，其中直撑2道，斜端撑2道， 如图6所示。横桥向支撑共设三道，直撑一道，斜端撑2道。（3）支撑检算由于支撑布置按等反力原理布置的，各支撑受力相等。由公式（1-1）得知1延米板桩引起支撑反力P=300.62KN，则每道直支撑支撑反力 P1=2P=601.24KN，斜端撑支撑反力P0=2P1=850.28 KN。横撑按两端铰接的轴向受力的压杆检算：轴向压力P0=2P1=850.3 KN单根面积A=48.7cm2最底层槽钢总面积F=2A=97.4cm2则压应力：= P0/A=850.3103/97.410-4=87.3 MPA=200MPa斜端撑已满足要求，直支撑更满足。直支撑支撑力P1=483.2KN，由于直支撑长度为L=12.0m，长细比=L/i =400/(22.43)=82.3，查表得=0.532，那么有：P=A=0.53248.7102200=518168N=518KN由P1P，满足要求。斜端撑支撑力P0=695KN，由于斜支撑长度为L=22.0=2.83m，长细比=L/i =283/(22.43)=58.2，查表得=0.717，那么有：N=A=0.71748.7102200=698358N=698KN由P0P，满足要求。3.3.1.5 导梁框架布置及检算导梁框架布置在钢板桩与横支撑之间，起到传递荷载的作用。导梁框架与横支撑相对应布置3层，导梁采用2根32槽钢。导梁除承受板桩传来的均布荷载外，并承受轴向力，导梁框架可按铰接计算。此时导梁的最大弯矩为：Mmax=M+NY式中：M均布荷载单独作用时的最大弯矩，KNm； N轴向力，KN； Y均布荷载与轴向力共同作业下产生的挠度，m。一般情况下，Mmax与M值相差很小，可只取M值计算。由图5-a)知，受均布荷载最大的是最底层导梁，q=r0(H-0.4)=18.32(8.4-0.4)=146.6 KN/m，最大间距l=3.2m。MmaxM=ql2/8=146.63。22/8=292.6 KNmW=2Wi=2474.9=949.8cm3导梁抗弯：= Mmax /W=65.95103/（949.810-6）=207MPa=210 MPa满足要求。剪力计算Q=Q内-Q外=P1-ql/2=601.24-153.93.2/2=355KN导梁抗剪： A=355103/（248.710-4）=72.8MPa=120 MPa满足要求。3.3.2 钢板桩的选择钢板桩的选择包括断面模量的检算和桩长的选择，以保证钢板桩有足够的刚度和长度。（1）断面模量的检算板桩的计算断面模量，根据图5-a）所示，应按最大的弯矩求算，即根钢板桩是3号钢，常用允许弯曲应力为180MPa,据第一跨弯矩求算。最大弯矩按公式（1-2）求出：W=(18.32*103*53/6-0.15*300.62*103*5)/180=868cm3选用德国拉森型钢板桩（W=1363cm3，见表1-1），完全满足要求。（2）钢板桩入土深度（经验值）根据支撑布置型式（如图5-a），以及水深及河床地质条件，钢板桩受两部分荷载作用土压力和水压力。计算钢板桩最小入土深度参考桥涵（上册）（1999.11出版）P165P168经验公式。受水压力时水文地质情况属于第5种，板桩计算图属形式（五）；受土压力时水文地质情况属于第6种，板桩计算图属形式（五）。砂性土的内摩擦角=3540，这里按最不利情况设计，选内摩擦角=35，则最小入土深度：h0=1H1+2H2=0.36.3+0.38.0=4.29（m）计算板桩最小入土深度为4.3m，为安全起见，综合考虑桩长等因素，取板桩入土深度h0=4.4m，加上水以上土深6.3m，水深6.3m以及预留0.6m，共长13.0m。3.3.3 坑底安全检算 坑底地质为淤泥层，如果坑内抽水，而桩的入土深度不够，会引起涌泥现象，可按公式（1-3）进行安全检算。基坑内抽水后水头差为H，由于引起水的渗流，其最短流程为紧靠板桩的H2+2h0，在此流程中，水对土粒渗透的力方向垂直向上（如图5-a）所示）。现近似地以此流程的渗流来检算基坑的涌砂问题，要求垂直向上的渗透力不超过土在水中的密度，得安全条件公式（1-3）。 （1-3）式中：Ks安全系数，可取2.0； i水力梯度； W、b分别为水的密度及土在水中密度，g/cm3；如果直接抽水施工承台，基坑会出现涌泥现象，所以在抽水之前，必须加封底混凝土。3.3.4 封底混凝土检算封底混凝土所受浮力：F浮力=gV=1.010310（1210.810）=12960KN抗浮力：封底砼自重G1=23(0.810.812)=2384KN混凝土与钢板桩之间摩擦力G2=12045.60.8=4377 KN钢板桩与土体之间的摩阻力：F=10*（12*2+10.8*2）*20=9120KN抗浮力:G=G1+G2+F=15881KNF浮力故封底砼抗浮力检算通过。3.3.5 工况检算封底混凝土灌注完后，需逐渐抽水安装内支撑，在上一道支撑安装完抽水至下一道支撑时，须对钢板桩进行工况检算，检算所选钢板桩刚度是否满足要求。（1）安装第二道支撑前 第一道支撑安装完抽水至第二道支撑时，围堰内差5m，受力图见图8-1。钢板桩受最大弯矩：q=18.32*5=91.6kn/mMmax=91.6*3.2*3.2/8=117.25kn.m所需断面模量：W=Mmax/=117250/180=651cm3WW=1363 cm3满足要求。（2）安装第三道支撑前 第二道支撑安装完抽水至第三道支撑时，围堰内外水头差8m，受力图见图8-2。钢板桩受最大弯矩：q=18.32*8=146.6kn/mMmax=146.6*3.2*3.2/8=187.59KN.m所需断面模量：W= Mmax/=187590/180=1042cm3考虑到是临时受力W1.2W=1635.6 cm3满足要求。3.3.6 施工工艺3.3.6.1 钢板桩施工准备钢板桩进场后，均应详加检查、丈量、分类、编号。两侧锁口应用同一块型号长23m的短桩做通过试验，以23人拉动为宜，或用卷扬机拖拉，卷扬机的最大牵引力不应大于5千牛。当锁口通不过或桩身弯曲、扭曲、死弯等缺陷，均需加以整修。钢板桩的锁口内均应以黄油混合物油膏（重量配合比为：黄油：沥青：干锯末：干粘土=2：2：2：1）以减少插打时的摩阻力，同时加强防渗性能。为钢板桩钢度，使其均匀受力，钢板桩组桩插打时应预先制作好夹板，转角处采用特制角桩，其构造如图11所示： 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检查，确保线路畅通，功能正常。振动锤采用DZ-60A型振动打桩锤振动锤，使用电压要达到 380420V，夹板牙齿不能有太多磨损。3.3.6.2 钢板桩施工过程（1）定位桩与导向框的安装：定位桩采用直径为500mm的钢管，导向框采用32b槽钢制作，具体形式见图12：定位桩作为整个围堰施工的基准桩，施工时必须严格控制定位的精确性，打设定位桩时，在岸上用经纬仪同步检测，同时吊垂球检查定位桩的垂直度，随时纠偏。定位桩沉入完毕后，即可安放导向框，其作用在于插打钢板桩是起导向作用；顶层导框可兼作施工平台；更主要作用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土压力、水压力。导向框设内导向框和外导向框，分上、下两层。为方便钢板桩插打，内外导向框间距比钢板桩有效厚度大810cm。导向框在岸边拼装制作完毕后倒运到浮箱上，用浮吊安放到导向框的牛腿上，上导向框的牛腿需等下导向框安放完毕后再进行焊接，然后安放上导向框。内外导环使用特制短方木连接，短方木预先锯两个锯口，钢板桩下插时利用钢板桩的自重力打断短方木而顺利插入。（2）插打钢板桩：钢板桩的插打方式有三种：逐块插打；先插合拢后在插打；开始的部分逐块插打，后一部分则先插合拢后在打入。为了确保施工进度和确保合拢误差小，我们采用第三种插打方法，即开始逐块插打，后一部分先插后打。为了确保插打位置准确，第一片钢板桩是插打的关键。插打时钢板桩背紧靠导向架，边插打边将浮吊钩缓慢下放。这时应在互相垂直的两个方向用经纬仪观测，以确保钢板桩插正、插直，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。钢板桩吊起后用人工扶持插入前一块的锁口后继续下插，如下插困难时，可用下列强迫插桩法：a、待插打的钢板桩吊起后插入已经插打完毕的钢板桩锁口，快速松开吊桩绳，借助自重急速下插。b、用锤压桩下插，必要时可以低锤慢打。c、使用倒链或滑轮组绞拉。在插打过程中，钢板桩下端有上挤压，钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大，上端总会产生向远离第一根钢板桩的方向倾斜。因此，每打四五根钢板桩就要用垂球吊线，将钢板桩的倾斜度控制在1以内，超过限定的倾斜度应予纠偏（一次性纠偏不能太多，以免锁口卡住，影响下一片钢板桩的插打）。当钢板桩偏移太多时，只能采用多次纠偏的方法逐步减少偏移量，若因土质太硬纠编困难时，可采用走四滑轮组纠偏。钢板桩插打注意事项：a、插打次序自上游开始，在下游合拢；b、插打时要严格控制垂直度，特别是第一根桩；c、在硬塑性粘土上插打钢板桩时，可采用“插打一拔起一再插打”的方法，让水渗人到钢板极与粘土之间，减小摩擦，加快插打速度；d、当钢板桩难以下插时，应停下来分析原因，检查锁口是否变形，桩身是否变形，钢板桩有无障碍物等，不能一味蛮干，磨损了钢板桩；e、定期检查高架浮吊上的螺栓，以防松动掉落；f、振动锤的夹板由液压控制，必须经常检查液压设备，防止因液压泵失灵而引起钢板桩掉落；g、振动锤的电动机长期超负荷运转，容易发热烧毁，尤其在硬塑性粘土上打拔钢板桩时更应注意。(3)钢板桩围堰抽水及内支撑安装当围堰合拢后，抽水施工前还须进行内支撑的安装，以防水压力过大影响围堰内的施工安全。 内支撑的设置，除了考虑受力外，还应考虑不妨碍堰内施工。内支撑自上而下设置，一边抽水，一边安装，根据水