桥梁深水基础施工技术

桥梁深水基础施工技术 一 深水施工作业平台二 钢围堰施工技术概述三 钢板桩围堰四 吊箱钢围堰施工五 套箱钢围堰施工 一 深水施工作业平台 水上作业平台是施工桥梁基础的重要设施 它包括钻孔桩施工平台和施工栈桥 施工平台可以提供精确定位的条件 是钻孔桩钢护筒下沉的定位导向辅助平台 是基础钻孔 水下混凝土灌注的作业平台 是基础施工机具 材料临时堆放的场地 是钢围堰拼装 下沉的支撑平台 是深水桥梁施工的重要组成部分 栈桥 钻孔平台 大型水上施工作业平台 深水钻孔施工平台设计中 必须切实详细地分析工程实地的环境条件 选择合适的机具和施工方法 充分考虑不利的施工荷载组合 以做到安全 稳固 经济并满足施工要求 钢护筒平台与钢管桩平台比较 1 结构安全 受力比较 钢管桩平台优点 钢管桩是临时结构 精度要求低 平台搭设难度小 钢护筒在临时平台上搭设 精度高 施工安全方便 钢护筒在施工过程中不受竖向荷载作用 缺点 稳定性差 刚度小 平台必须增加斜桩 平联受力大 钢护筒平台优点 直径比钢管桩大很多 刚度也大 单根承载力增加 结构在施工过程中的安全性加强 同时 平台范围内部插打钢管桩也减少了对墩位处河床的扰动 有利于基础受力和抗冲刷 缺点 插打钢护筒定位难度大 精度差 设备能力要求高 2 施工工期比较钢护筒平台比钢管桩平台节约工期 3 经济比较钢护筒平台虽然增加了打桩船费用 但由于利用了结构桩钢护筒 节省了钢管桩材料和打 拆费用 加上设计时用钢吊箱底板作为钻孔平台面板 节约了贝雷架 所以经济性也由于钢管桩平台 浮动平台 采用浮动平台施工的有以下特点 地质状况不理想会造成钢栈桥和平台支撑钢管桩不稳定 水深及水面宽度符合浮动平台作业条件 钢栈桥主要起把重型机具从陆上移至水中作业面的运输通道作用 采用浮动平台 重型机具固定在平台上 靠牵引移动平台至作业面 运输方式平稳安全 利用水的浮力替代钢管桩的支撑 浮动平台浮运到位后 平台的四角由缆风绳牵引 对水平位移起限制作用 浮动平台施工简便 浮动平台较钢管水中平台准备工期短且经济 平台的结构设计 平台面高程 施工最高水位 安全距离其中 安全距离一般区域取1m 潮水区域取1 5m 2m以上 2 钻孔区平台面尺寸确定平台面的宽度按成孔设备的布置与操作人员的活动场地来确定 长度主要考虑水上平台两端钻孔时应留有起吊钻具 放倒钻杆的活动场地 且留有成孔时所需堆放材料及设备的场地 此外还要考虑后面围堰施工所需空间 水上栈桥 钻孔平台上机械工作 钻孔平台和栈桥 黄河特大桥水中墩先下放钢围堰堰 然后再围堰上形成钻孔平台 二 钢围堰施工技术概述 围堰的形式有很多 我们可以根据实际情况进行选择 当处于深水区时 高桩承台可采用钢吊箱 低桩承台可采用钢套箱 高桩承台水深在6m以内时 采用单壁钢吊箱比较经济合理 低桩承台水深在6m以上且截面较大时 采用双壁钢套箱比较经济合理 当水深在6m左右且覆盖层为较厚的黏性土层时不宜用套箱围堰 可用钢板桩围堰 围堰顶高宜高出施工期间最高水位70cm 最低应不小于50cm 围堰的构造应适应水流排泄 大小不应压缩流水断面 以免阻水过高危害围堰安全 以及影响通航 导流等 围堰内应适应基础施工的要求 并留有适当的工作面积 围堰断面尺寸应保证有足够的强度和稳定性 使得基坑开挖以后不至于发生破裂 滑动和倾斜 围堰要求防水延米 应尽量采取措施防止或减少渗漏 减轻排水工作 围堰施工一般应安排在枯水期间进行 钢围堰现场加工 岸上加工制作 水上拼装 围堰通过斜船架整体下水 分块制造拼装吊箱围堰 围堰通过气囊移动下水 吊装首节钢围堰 深水基础施工方案主要取决于当地地质条件 若无覆盖层或覆盖层很浅时 宜采用先堰后桩 若覆盖层较厚 且覆盖层较软承载力较小 则宜采用先桩后堰 影响基础施工的另一个关键因素是水文条件 若枯水期与洪水期的水位和流速差都较大 则钢围堰的施工应尽量避开洪水期 根据工期安排确定合适的方案 先桩后堰工程造价较低 且从整个工程开工到施钻需要的时间段 钻孔施工回旋余地大 各个工程应视具体情况综合比较后确定 先堰后桩与先桩后堰的比较 先桩后堰法 先堰后桩法 围堰浮运到桥位置 然后定位 作为钻孔桩的施工平台 钢围堰下水后自浮 三 钢板桩围堰 钢板桩围堰具有强度大 入土深 联结紧密 不易漏水 反复利用 操作方便等优点 是在水深4 6m的砂 粘性土质河床上进行基础施工常用的围堰形式 采用钢板桩围堰时一般用钢管桩钻孔桩平台 钢板桩围堰的结构 插打钢板桩施工要点 钢板桩的插打和拔除选用电动振动锤 由液压夹头夹住桩头后 振动沉桩 插打板桩前进行测量定位 先在围堰的四角及周边打人导桩 并在导桩上挂导梁 钢板桩逐块插打就位 插打的次序见图 插打钢板桩从开始的第一块起 必须保持垂直不偏 否则最后因无法正常合拢 不得不做异形桩 插打钢板桩前 两钢板桩间的锁口要涂上黄油 一是利于堵水 二是防止两钢板桩间由于摩阻力过大 造成插打钢板桩时 把前一块钢板桩带下去 降低了顶面标高 板桩插打完以后 立即进行第一道支撑 放支撑前 先在钢板桩上焊牛腿 牛腿高程绝对保证在同一水平面上 然后在上面放支撑 并焊接牢固 支撑上边焊反牛腿 并且支撑与钢板桩间用木楔塞紧 第一道支撑放好后 向下抽水 然后焊牛腿 放第二道支撑 焊反牛腿等 最后抽完水后 进行挖基 围堰内清基有水中清基和干清基两种 根据围堰内要清除土层的厚度决定 如采用水中清基 需要的设备较多 所需设备的功率较大 水中清基较困难 且时间长 不经济 当钢板桩自坑底下的人土较深 且全部进入硬粘土层 可以采用干清基的方法 即把围堰内的水抽干后 露出河床 在围堰中间用泥浆泵吸泥 每台泥浆泵配备1台高压水枪 利用高压水枪产生的水压力将硬粘土打碎 形成泥浆 由泥浆泵将泥浆吸出围堰 吸出的泥浆通过泥浆管排至船上运走 在抽水过程中 当发生锁口不密封漏水时 以板条 棉絮等在板桩内侧嵌塞 或在漏缝外侧水中撒下大量炉渣与木屑等随水夹带至漏缝处自行堵塞 钢板桩拔除前要先拆除支撑 拔除前 先向围堰内注水 注水至一定标高时 拆除支撑 并最终使堰内外水位平衡 然后再拔除钢板桩 钢板桩的拔除用电动振动锤逐根拔除 钢板桩围堰施工注意事项a在保证钢板桩垂直沉入条件下 每根钢板桩一次打到设计深度 b插打钢板桩时 其吊点离桩顶的距离不得小于l 3桩长 c开始沉入几根钢板桩后 随即检查其平面位置是否正确 桩身是否垂直 d钢板桩堆存 搬运 起吊时 应防止由于自重力而引起的变形及锁口损坏 e围堰形成后 要求防水严密 当有少量渗水时 在围堰四角设置潜水泵 把水抽至堰外 钢板桩漏水量较大时 及时派人下去用棉絮或木屑封堵 当开挖至坑底时 如果是堰脚漏 其局部用砼进行封堵 f围檩牛腿位置必须保持水平 g抽水和清基过程中注意观察钢板桩的变形和移位情况 并做好记录 随着开挖深度的增加 钢板桩所受的水压力和主动土压力逐渐加大 如发现钢板桩有异常情况 应立即停止清基 处理加固后继续抽水和清基 h围檩与钢板桩间的缝隙 要用硬木 型钢顶死 确保围檩受力均匀 使受力点位置在围檩中央 i围檩与围檩 围檩与直斜撑 牛腿等焊接的接缝饱满 严禁脱焊 漏焊 四 吊箱钢围堰施工 钢吊箱是为高桩承台施工而设计的临时阻水结构 其作用是通过吊箱侧板和底板上的封底混凝土围水 为高桩承台施工提供无水的干处施工环境 同钢围堰比较 钢吊箱具有施工工期短 流水阻力小 利于通航 不需沉入河床 施工难度小 材料用量少 经济合理等特点 钢吊箱围堰的组成 钢吊箱的结构构造由底板 侧板 内支撑 悬吊系统及定位系统组成 1 侧板和底板侧板和底板由面板 型钢肋组成 底板上设置汇水井 在侧板的低水位位置设一个连通管口 以利围堰内抽水及保持内外水头平衡 2 内支撑围堰内空间支撑主要由钢管或钢桁架组 它将底板 侧板与吊挂系统的挑梁连接在一起 最终将荷载通过挑梁传到桩顶预埋立柱上 由桩基承载 3 吊挂系统吊挂系统由纵 横梁 拉压杆及钢护筒组成 吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝土的重量 横梁 横梁均设在钢护筒顶 可以由贝雷梁组成 其支点设专用支座 牛腿 焊接于护筒内侧的专用支座 牛腿 上 横梁的作用是支承纵梁 并将纵梁传递的荷载 通过护筒 传递至基桩 纵梁 纵梁设置在贝雷梁上 纵梁的作用是支承吊杆 并将吊杆荷载传递给横梁 拉压杆 在灌筑封底混凝土时 受拉力 吊箱内的水抽出后 柱受吊箱底传来的向上压力 在灌筑承台混凝土时 柱受拉力 分析此三种工况下的柱中应力对吊挂系统进行检算 特别是所需焊缝的长度和焊缝中的应力 4 定位系统钢吊箱下沉入水后受流水压力的作用 吊箱围堰会向下游漂移 为便于调整吊箱位置 确保顺利下沉 在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设上下两层导向系统 定位系统由导向钢板 定位孔 定位器 短型钢 及调位千斤顶组成 导向钢板及定位孔的作用是控制下沉吊箱的平面位置 调位时用调位千斤顶进行 定位是在吊箱下沉到位后 封底混凝土凝固前 为防止水流压力 波浪力及靠船力等动荷载对自由悬挂的钢吊箱发生挠动 影响封底混凝土质量而设置固定装置 定位主要利用钢护筒的稳定性将下沉到位的钢吊箱通过定位器与钢护筒连成整体达到钢吊箱的定位 围堰采用锚墩加预应力钢绞线精确定位方案 定位锚墩固定和调整围堰平面位置 利用液压千斤顶张拉钢绞线拉缆对围堰进行精确定位 围堰采用锚墩加预应力钢绞线精确定位方案 定位锚墩固定和调整围堰平面位置 利用液压千斤顶张拉钢绞线拉缆对围堰进行精确定位 钢吊箱示意图 用千斤顶把围堰提离拼装围堰的平台 以便进行下沉 接高 吊箱围堰的工艺流程 工艺流程为 吊箱围堰制作 经预拼检查合格后下水使用 用吊船配合 在驳船上拼装吊箱围堰 吊放吊箱围堰于承台设计位置 进行调整并固定 围堰内封底 桩头处理 绑扎承台钢筋 安装冷却水管 浇筑承台混凝土 承台混凝土养护 拆除围堰侧模板 围堰提升后把平台割掉 开始下放围堰 用千斤顶保证围堰的平稳 钢吊箱底板封堵 封堵板的示意图 常见吊箱围堰的几种施工方法 1 工厂制作 现场吊放 钢吊箱在工厂制作好后托运至现场 由驳船运至墩位旁 然后利用浮吊直接起吊钢吊箱下沉就位 将钢吊箱吊挂于钢护筒顶部所设牛腿上 这种方法钢吊箱的制作质量最好 但一般只适合小型钢吊箱 2 水上散拼 分节吊装 钢吊箱分节分块制作 将完成的分块吊箱现场拼装成大块或整节 拖运至墩位旁 用浮吊吊装钢吊箱下水自浮 接高钢吊箱后定位 固定 这种方法有时需要水下焊接 拼接钢吊箱质量难以保证 3 现场制作 浮运到位后吊放 在岸边组拼钢吊箱 通过气囊或滑到下水 拖轮将钢吊箱推到浮吊作业区 然后用浮吊起吊钢吊箱下沉就位 当航道吃水条件差时 为便于钢吊箱浮运 在钢吊箱底板加工时 钢护筒及吊杆的空洞暂不开孔 工序就位前再根据测量结果在钢吊箱底板上开孔 这种方法在钢吊箱的施工中应用较多 钢吊箱可以分节吊装 下水后再接高 也可以一次整体吊装 这种方法简单易行 但需要大吨位起吊设备 4 现场原位制作 整体下放或逐节下放 在墩位处现场拼装钢吊箱 然后由钢护筒上方的固定吊点下沉钢吊箱就位 钢吊箱可以整体下放 也可以逐节下放后接高 根据拼装钢吊箱时下方支撑形式不同 这种钢吊箱下沉方式有分为 利用现有墩位钻孔平台做拼装钢吊箱时的支撑 以钢护筒为拼装钢吊箱时的支撑 不需要大型浮吊 但拆除平台空间小 5 浮运钢吊箱 门架吊放钢吊箱就位 在岸边的浮体上拼装好钢吊箱 再浮运至墩位处 有浮体上所设的门架整体吊放钢吊箱就位 这种方法需要大型起吊设备 钢吊箱的拼装和墩位平台可的拆除可平行进行 6 浮箱或岸边逐层制作 拖运至墩位下沉 固定 钢吊箱下沉到位后 周边插打定位桩 将钢吊箱固定于定位桩上 然后施工钻孔桩 封底混凝土 节省平台 但导向设施十分重要 吊箱围堰的结构比选 钢吊箱的安装工艺比较 钢吊箱围堰的设计 1 主要计算工况和内容吊箱拼装起吊 包括滑移入水 浮运 下沉计算 吊箱结构设计计算 封底混凝土施工阶段计算 抽水后吊箱抗浮计算 2 计算及分析 封底混凝土施工 封底混凝土施工要点 围堰封底 混凝土的要求 封底混凝土的浇注 五 套箱钢围堰施工 钢套箱的主要作用是围水和阻水 目的是为了实现承台和下部墩身及横系墙的干施工 其底板是封底混凝土的控制面 侧板为浇筑封底混凝土及承台混凝土的侧模 同时钢套箱顶面也可兼作施工时的辅助操作平台 其结构设计主要是以抵抗套箱内外水头差为目的 在钢套箱抽水直至承台浇筑完成阶段 套箱侧壁承受内外水头差最大 为结构最不利受力状态 1 有覆盖层时钢围堰施工1 施工工艺水流不急 有大型水上吊机时 采用先桩后堰 搭建钢管桩施工平台 插放钢护筒 钻孔桩施工 下放钢套箱围堰 封底 抽水 承台施工 当无大型水上吊机时 可采用先堰后桩 此时围堰要浮运 2 拼装浮运 钢围堰在现场钢结构车间分块加工制造 然后运至码头或墩位处拼装 底节先在码头连成整体的铁驳上组拼成整体 然后趁高水位时拖至水深合适水域 灌水将驳船沉至河床面 以使底节围堰浮起 再用拖轮将其浮运至墩位处 过缆收绳 用锚锭设施固定围堰 退出拖轮 绞锚 初步定位围堰 然后注水下沉 待围堰刃脚即将接近河床时 再次绞锚 精确定位 并加速灌水 使围堰快速着床 根据围堰倾斜情况 适时用调平桩调整 保持围堰处于正确状态 收紧锚锭 并继续灌水至设计要求 使围堰在涨落潮时始终处于稳定状态 待封底完成后才能解除锚锭 3 下沉 1 灌水着床 采用多台水泵同时对称向围堰壁体内灌水 尽量保持壁体隔仓内水头高度基本一致 使围堰均匀下沉 平稳着床 随着围堰壁体内水量的不断增加 围堰下沉 着床并嵌入河床土体 当进入河床一定位置时 由于围堰内外土体摩阻力和水的浮力平衡了围堰本身和壁体内水 混凝土的重力而停止下沉 此时必须采取措施 一方面向围堰壁体内灌注素混凝土增加围堰自重 另一方面 吸除围堰内部的泥砂 减小围堰内侧壁体与土的摩擦力 保证围堰下沉到位 2 浇注箱壁压重混凝土助沉 为了避免浇注箱壁混凝土过程中造成钢围堰倾斜或变形 施工时须对称间隔分仓浇注 4 吸泥助沉 1 吸泥设备 一般采用空气射水吸泥机 吸泥机构造见图 设备包括 空压机 储气罐 空气吸泥器及高压水管 高压风管 高压射水用高压离心泵 2 取土原理 空气吸泥器运用反循环原理 当空压机产生的高压气体通过风管进入混合室后 高压气体与混合室内的江水形成1个气水混合层 气水混合层的比重较小 在外界水头作用下迅速上升 类似 空穴 原理而形成水流 同时在混合室下端进泥口处产生强大的吸力 带动河底泥砂随水流一起上扬排出 3 钢围堰内取土 吸泥时用安装在钻孔平台上的塔吊或浮吊的旋转扒杆悬吊吸泥机在围堰内移动 并维持吸泥状态管身垂直 吸泥机下端进泥口离泥面高度应根据实际情况上下调整 围堰内取土应遵循 先中间后周边 的原则 对称均匀取土 吸泥时打开设在钢围堰壁体上的连通管 平衡钢围堰内外水头差 围堰内壁四周应按由高到低的顺序均匀对称吸泥 并随时测量标高 防止局部吸泥过深 造成刃脚翻砂 翻砂时钢围堰外的泥砂大量涌入 钢围堰内水位暴涨 钢围堰突沉 造成很大浪费 同时钢围堰底口偏差也失去控制 突然向某一个方向倾斜 一旦翻砂将造成该处钢围堰外泥砂松动 很容易再次翻砂 吸泥机在吸泥 运泥船 2 无覆盖层钢套箱施工需要对河床进行水下爆破 1 施工工艺无覆盖层的钢套箱施工方法一般是先堰后桩法 先封底在钻桩 其施工顺序 钢套箱围堰下放