主墩钢板桩围堰施工方案

.扬州西北回城高速公路YRC-YZ1标准段(10#、11#脚钢板桩围堰)施工方案中铁第十九工程局第二工程所扬州西北回城高速公路YRC-YZ1标项目经理部二零零二年四月十三日一、工程概要：京杭运河特大桥两主墩(10#、11#墩)设计成低桩承台，设计承台底部海拔为-3.45m，河床海拔为-0.66m，海拔差为2.74m。 承台水深5.35m，河床土层为硬塑料粘土，承载力300Kpa。原施工方案采用单壁无底钢套，套高10.8m，土层深3.8m (封底混凝土厚1.0m )。 钢壳施工采用反循环钻进河床，深度3.80m以上，施工周期长，费用高，不符合现场施工的进度要求。 因此，我部拟改变承台工程围水方案，采用钢板桩围堰，围堰平面尺寸为28.814.0m，单体钢板桩长度为15m，确保基础挖至设计海拔后钢板桩尖距基坑底部2.5m以上。 据计算，钢板桩选用了中国生产的“鞍”型板桩。 桩插入完毕后，边打水边安装支座。 抽水后，人工挖掘河床到设计水平，达到了为承台工程提供无水环境的目的。二、钢板桩围堰施工(一)工程机械的选型；桩的顺利施工受工程机械选择的影响很大，综合考虑到本工程的施工规模、土质状况、作业能力和作业环境，我部决定采用25T吊床和90KW的冲孔桩。 该灌注桩引进日本技术，采用液压原理固定桩端，坚固可靠，不易损坏桩顶，适用于粘土层打桩作业，配套设施简单，操作简单，振动力大，施工速度快，噪音小。(2)钢板桩的整理、堆积无论是新买还是租赁钢板桩，进入施工现场前都需要检查整理，无损伤的钢板桩可以搬入现场，检查项目如下1、锁口检查：以长度1.52.0m型号的钢板桩为标准，入场的所有钢板桩均通过锁口检查，检查时用绞车或卷扬机拉动标准钢板桩平台，从桩头到桩尾，禁止直接使用锁口不良的钢板桩，经修整处理后锁的检查方式如图1所示。2、完整性检查：钢板桩为周围水结构，需要检查钢板桩体的切孔、切缝及有无破损，如发现缺陷处，立即修理，保证钢板桩在使用中不漏水，满足强度要求。3、规格检查：检查单钢板桩的规格尺寸是否一致，板桩长度与长度方向的板宽是否一致，是否有楔形现象，需要适当调整或修整的。桩检验合格后，堆放时应避免弯曲变形，避免碰撞，尤其不要破坏钥匙孔，堆放场所应平整、坚固，不产生大缺陷。 最下层的桩应铺木块，各桩之间要留有一定的通道，以便起重机和运输车辆通行。(3)锁口润滑和防渗为了防止桩形成桩壁后的渗漏现象，在桩插入前在两侧链口涂抹热混合油浆，减少插入时的摩擦阻力，提高防渗性能。混合油膏配合比(质量比)如下黄油：沥青：干锯屑：干粘土=2:2:2:1另外，板桩插木完成抽水施工时出现比较严重的泄漏现象时，可以使用优质的黄沙沿泄漏的板桩板壁流水，防止泄漏。(4)异形板桩的准备本围堰的平面型为封闭矩形，插入桩需要进行直角和封闭，因此需要预先加工方桩，方桩既可以采用配套专用方桩，也可以在现场加工，租赁或购买的钢板桩多为普通的板桩，方桩较少，因此我部在现场加工过的方桩其方法是将普通板桩沿中心线切断，将切断面垂直焊接在另一板桩的“鞍背”上形成直角桩。 方桩的制作形式如图2所示。另外，闭合时闭合块的宽度不满足规格板桩宽度的要求或闭合块的宽度上下不一致时，需要制作“楔”形板桩，“楔”形板桩制作的具体尺寸必须根据现场的实际测量情况来决定。(5)笼子的准备和安装插入钢板桩时，采用I45b钢作为内外导向梁、导向框，制成围栏，内外两导向梁的间隔为440cm，其作用是插入钢板桩时的导向作用。 导向框分为2层，下导向框紧贴水面，上导向框与下导向框的间隔为2.2m。 所有导梁工字钢都要平整。上导框仅设内导梁，采用2I45b的h型钢，兼作施工平台的下导框设内导梁，内导梁将支撑牛脚焊接在保护筒上，外导梁将支撑牛脚焊接在平台钢管桩上，内外导梁均采用I45b钢。 导梁按照设计尺寸直接放下材料，在平台上试验后，导梁的接头尽可能地配置在内侧支承的支点上，接头被焊接。安装固定架导轨时，请进行测量定位，切掉牛腿伸出导轨的部分，以免影响打桩。 导向架工字钢应与牛腿焊接牢固，不能防滑。 导梁接头应用焊接固定，尤其是拐角接头应避免发生变形扭转。钢板桩插条完成后，将围堰外导梁移至围堰内，将4根I45b导梁合并焊接，横竖支撑后下沉至下段支撑设计水平。(六)插队和闭幕1、钢板桩插木方法：钢板桩插条先按第一部分先插，后按先接后统一施工方法。 该方法可减小闭合误差，施工进度快。2、插入顺序：施工时有水流时，可以从上游到下游关闭，各边从角落插入角落，具体的插入顺序如图3所示。3 .插队工程：在插木之前，在上下导向框的内导向梁上找出各板桩的位置线。 插拔时，应尽量使板桩抵靠内导梁，严格控制桩的垂直度。 特别是第一桩要从两个垂直方向同时控制，以免垂直方向偏移。灌注桩前，在锁口涂上热混合油膏，用木楔固定连接锁口一侧的锁口，以免泥土和砂砾侵入，提高桩的阻力，降低防渗性能。 插一根或几根桩后，与导向框联系。吊桩时，为了防止桩的弯曲变形，可以将吊点移动到距桩头三分之一以下的长度范围内，采用捆扎吊法。4、将板桩插入导向架的技术措施：为了使板桩下插时具有正确的方向，在上下楼层的轿厢内的导向梁上设置导向短方木，最初的钢板桩将沿着该导向木进行插木。 导向短方木可以预先切入，挂住导向框的导向梁，在最初的短方木插入完成后，将短方木移动到下一个桩的位置，继续作为插入导向。5、锁口下难以插入的技术措施：吊起钢板桩后，插入前块的锁口后，如果难以插入，可采取以下措施(1)吊桩插入锁后，迅速松开吊索，用桩的自重迅速插入(2)用锤子推插桩子，必要时可用低锤子慢慢敲打(3)用反锁拉。6、施工周期：桩基施工完成后，双主脚平台地基广阔，可作为板桩堆积场。 为加快施工进度，可将板桩提前搬运至钢板平台，与一个吊床组合放置钢板桩，另一个吊床用于灌注桩，如不注意板桩运输时间，各板桩的插入周期为涂漆10分钟，起吊10分钟，插入每天有效工作时间按12小时计算，每天可打24根桩。 每个围堰共有216枚桩，9天可插树。7 .顺利关闭的技术措施：为保证板桩插入正直、顺利关闭，插入过程中必须立即修正偏斜。 如果偏斜过大，无法用拉伸方法调整，必须拔出再插入。 无效时，可用特制楔形桩封闭。 各楔形桩的倾斜度不得超过2%。 楔形桩尚不足以闭口时，可采用两个楔形桩，两个楔形桩各有垂直边，其间插入至少一个普通桩，插入楔形桩的顺序如图4所示。8 .水堵住了钢板桩围堰防渗能力好，但发生锁口不密、单个桩不进土、桩尖破裂、缠绕等情况时，还是会发生泄漏。 锁口不密的漏水，在抽水发现后，用板条、棉棉、麻绒等埋在桩内侧，或者在缝隙侧的水中撒上大量的渣子和碎屑和谷糠等，用水包住进入缝隙后自己就能堵住。 间隙很深的情况下，也可以把炉渣等放入袋子中，慢慢倒出炉渣直到水中的适当深度。三、钢板桩围堰的计算请参见钢板桩围堰的设计计算。附录：钢板桩围堰的设计计算一、计算原则：1、板桩计算原则：求出板桩围堰的横截面、最小入土深度、支撑间隔和尺寸等，本工程根据情况将板桩支撑配置成多支撑形式，考虑到施工方便性，支撑成间隔不同的任意间隔形式。2、横梁计算原则：横梁由两端铰链轴向受力杆计算，管理横梁与横梁接触面的压力状况。二、设计计算的个案条件：1 .抽水阶段的受力计算2 .围堰内开挖基的受力计算。三、负荷取值的依据：1、水平负荷Mj=静水压力流水压力2、垂直载荷Mj=桩的自重浮力3、水的容积重量以9.81KN/m3计算，单位面积的静水压为9.81KN/m2，水压随高度呈直线分布4、考虑汛期的流水压力，其流速按v流=1.0m/s计算5、水浮力浮子=9.81KN/m3四、桩计算：板桩受力分析是最不利的情况，因此在抽水阶段取水流侧板桩的水平受力。 为了安全起见，桩的容许弯曲应力以常用数值增加75%，支撑系统计算以容许应力计算。 插板桩的土层为硬质亚粘土层，不透水层，因此堰内钻井阶段的受力情况与抽水阶段的受力情况相同。1 .桩基支撑的布置板桩支承的配置层数和间隔直接影响板桩、横竖支承、檀的截面尺寸和支承结构的材料量，从理想状态，支承的配置可分为等力矩配置和等反力矩配置两种形式，等力矩配置能充分发挥钢板桩的弯曲强度，最节约钢板桩材料等反力配置能简化支承系统。 但是，由于两主脚河床的海拔和承台的位置，不能用上述任何方式来配置支撑。 应根据实际情况确定支持层数和间隔。 也就是说，在板桩围堰内设置3根支撑，将最下层的支撑设置在距承台海拔0.5m的位置，与上面的支撑等间隔配置，间隔为h=2.0m。 具体布置方式如图1所示。2 .板桩入土深度和板桩总长度确定将板桩的最小入土深度设为t0，抽水、挖掘后的板桩与外侧土体之间存在残水时，围堰支承构造和板桩受到的力如图1所示上图为桩简化的水压和土压分布图，h=3.06m，h1=h2=2.0m，h3=4.0m，计算过程如下用盾恩近似法计算，假定作用于板桩CO段的载荷为CDKO，一半传递到c点，其馀一半由井下被动土压力CJO承受，由几何关系得到H(H2 H3 t0)=t0Kp 2c上式：=9.81KN/m3、H=5.35m、H2=1.21m、H3=2.79m、=20.4KN/m3、c=77.6Kpa、Kp=tg2(45 )=tg2(45 )=2.16 :9.815.35 (1. 212.79 t0)=20.4 t 02.16277.6解： t0=2.16m (板桩的最小入土深度)桩下端实际埋深应在t0以下，所需实际桩入土深度为t=1.1t0=2.38m。考虑桩嵌入成形后，桩顶面应高于钢平台顶面(平台顶面水平 7.606m )，但桩入土后桩顶面水平计算如下=-3.454m (基坑底层)-2.38 (桩基深度)=-5.834m所需桩的实际长度为L7.606-(-5.834)=13.44m3 .钢板桩型号的选择以最不利的工况条件，即抽水、钻孔后板桩受力状态为确定板桩类型的依据。 作为承受1延米板桩作用力的手段，将板桩视为承受三角载荷和均布载荷的共同作用的连续梁，根据计算出的板桩的最小入土深度决定板桩下支点位置，利用弯矩分配法计算板桩的弯矩和反作用力。 其力学简化模型如图2所示坑底的被动土压力的合力作用点以距坑底的距离为g，由图可知，在5跨度不等跨度连续梁中，CG跨度的弯矩最大，L=h3=4.0=5.44m，为了安全起见，以简单支承梁的形式计算梁段CG的最大弯矩，图的平均分布载荷形式q静态=t0Kp 2c= 20.42.162.16 277.6=323.27KN/m动水压： P=KH B=205.3519.81=80.33KN动态水压集中度是q动作=8.38KN/mCG梁段的最大弯矩如下所示mmax=ql2=(323.27.8.38 ) 5.442=1226.84 knm钢板桩为A3钢，常用允许弯曲应力为=180Mpa延米钢板桩W=4701cm3通过计算所需钢板桩的截面弹性模量(4701cm3/m )，计算出没有此规范的钢板桩能够满足力的要求，需要在CG梁段之间增加支撑，减小钢板桩的最大弯矩。 如果假设板桩的最小入土深度不变，则在梁段CG的中间增加支撑，其跨度为2.72m，最大弯矩如下mmax=ql2=(323.27.8.38 ) 2.722=306.7 knm各延米板桩壁W=1175cm3可选择德国制拉森式“iv”型钢板桩(截面弹性模量为2037cm3/m )。考虑到施工的实际情况，将最后的支撑设置在距离基础2.0m处，按照与上述同样的方法管理的话，选择的桩也能满足力量的要求。mmax=ql2=(323.27.8.38 ) 3.442=490.58 knm各延米板桩壁W=1880cm34 .檀部件截面尺寸的确定将两个保护筒(或钻孔桩)的间隔作为内支撑棒部件的通过位置，该内支撑棒部件的平面配置如图3所示由图可知，纵向(没有水流一侧)的最大支撑间距为4.95m，横向(水流出来一侧)的最大间距为4.70m。 增加内支撑后，其板桩承受的力的形状如图4所示，以水流侧为研究对象。从图中可以看出，反作用力RE的值是最大的，而下一个RC，RA是最小的。 由此可知，有C=0.546m、h=0.144、h1=h2=2m、h3=2.72m、h4=1.28m，各支承反作用力以该支点承担相邻的两个跨距的半跨距压力时，