钢板桩围堰设计与施工

钢板桩围堰设计与施工提要该文叙述了水中承台施工中采用钢板庄围堰进行维护挡水的设计情况与施工方法以及施工中易出现的问题和解决措施。关键词钢板桩设计施工方法控制措施1、工程概况市县撤渡建桥工程大桥Q1标位于省县境内，该桥全长6053米。跨径组合为（425）（32520）（427542）（20425）（525）M，其中主桥上部为（427542）M三跨预应力混凝土变截面单箱单室连续箱梁，下部承台几何尺寸为54米54米，墩身几何尺寸为44米20米。主墩9、10位于运粮河中，运粮河属于国家二级河道，不能断航。平时水深保持在3米左右，雨季时水深在6米以上，地质情况自上而下依次为素填土、亚粘土、淤泥质亚粘土、粘土等。地质404米为淤泥质亚粘土，正好处于承台下部和桩基顶部。2、水中墩施工情况回顾2004年11月，我单位中标大桥Q1标，当时运粮河处于枯水期，水位比较浅，水流速度较小。根据当时情况，采用围堰筑岛。堰顶高出水面05米，筑岛面积为10米10米。后来由于建设单位配套施工服务设施迟迟不能解决，开工日期一再延期。到2005年3月，我项目部施工完10墩第一根桩后，运粮河河水提前上涨，将围堰及没来得及撤回的钻机淹没，施工被迫停止。根据现实情况，重新选择施工方案。根据以上情况及大桥总体工期安排，结合我项目部技术水平以及我单位以前施工类似情况，拟采用以下施工方案21水中墩桩基采用钢管桩型钢支架固定平台施工。22水中承台和墩身采用钢板桩围堰施工。3、水中墩施工方案选定水中承台和墩柱的施工拟采用钢板桩围堰的施工方案。根据此桥的水深、水文、地质等相关情况和我单位多年进行水中施工的经验，我们对各类施工方案进行综合比选后认为采用钢板桩围堰施工方案与钢套箱围堰相比具有工期短、施工成本低、工艺简单、较少占用水面、安全、施工风险易于控制等诸多优势。4、钢板桩围堰设计一、钢板桩围堰示意图50CMC2砼封底图钢板桩围堰图2、钢板桩1M04入土深度为37；说明、单位尺寸为厘米；承台顶面50承台位置4520520I4工字钢（斜撑）7第一层内支撑位置（2I5工字钢）水面（70M）角桩钢牛腿第二层内支撑位置（工字钢）钢板桩内支撑结构图2I4工字钢（边梁）52M河床面（0）钢板桩围堰平面图钢管桩与工字钢连接采用20槽钢或1M钢板；3、钢板桩入土深度根据地质情况确定（至少不小于4米）；说明1、单位尺寸为厘米；图四固定平台（钢板桩围堰）施工示意图（可调节移动）2I5工字钢钻孔桩钢板桩围堰529M管桩2I5工字钢7080水中钻孔桩成桩后，选用12M拉森A型钢板桩进行围堰施工，围堰尺寸定为72M72M。方形围堰钢板桩采用方形导向架，在围堰的内侧打4根定位桩，焊接牛腿，再安装导向框。该工程由于在施工水中钻孔桩时，固定平台4根管桩可兼作定位桩用，故水中钻孔桩完成后，利用钻孔用固定平台（80M80M）作钢板桩插打导向架装置。二、钢板桩围堰尺寸为72M72M。设置两层相同内支撑，边梁用2I40工字钢，斜撑（45度）用2I40工字钢。第一道设在水面75米标高处，第二道设在承台顶面25米标高处。桩底标高45米，桩顶标高75米。开挖清泥后，一般不进行砼封底（视情况而定，施工承台时需打2030CM砼垫层）。如果涌沙，采用水下混凝土封底，封底厚度为50厘米。围堰受力按静水压力和土压力计算。三、钢板桩围堰受力计算1、资料数据河床标高为20米，根据水碧桥19952004年5月最高水位资料，水位标高暂定为70米，水深50米，承台顶标高20米，承台尺寸54M54M25M。围堰拟采用拉森IIA型钢板桩，截面抗弯模量W849CM3,长度为12米，顶标高75底标高45米。根据地质钻探资料（ZK06）,土的物理性质指标为GS271,E0868,183KN/M3,C86,216。2、荷载计算取1米宽板桩计算其侧面荷载，计算至超开挖08米处。08米处水压力为WH1H250281078KN/M2,08米处土压力为GS1W/1E271110/10868915,H2TG245。/291528TG24528/2925KN/M2为偏于安全，按不考虑土层粘着力C影响计算。故08米处总侧面荷载为P789258725KN/M23、第一层受力第一层内支撑设在标高为70米处，其受力最不利情况在开挖清泥抽水至第二道内支撑下05米时，即便于施工第二道内支撑时受力最大，围堰内水位20米，简化成如下图示50米28米51米27米F合F150T/M2F1F砼F砼则F合505087/25028872306吨，经计算，F1798吨，F砼151吨。（F砼为假定围堰内土层总受力，不考虑土层受力的不稳定性，按固端受力考虑）4、第二层受力其最不利情况为开挖清泥抽水至比设计承台底低2030CM时，即超开挖2030CM。此时水、淤泥全部清完，受力图示简化为F1450726F1F2F砼78T/M245米33米F砼F2F合偏于安全考虑，水中土压力取W0915G/CM310G/CM3,假设此时受力全由第二层内支撑承受，经计算可得F合7878/2872828/2872987吨，F22353吨，F砼634吨。四、钢板桩抗弯计算查桥涵施工手册图545板桩计算图（四）曲线55最大弯矩MMAXH3021783996KNM,MMAX/W996103/849117MPAF1798吨，故只需要验算第二层支撑受力是否满足受力要求即可。F2MAX2353吨，水平撑及45度斜撑用的是2I40B工字钢，单片截面积为717CM2,边梁用2I40B工字钢,单片截面积为717CM2,截面抗弯模量为W9492CM3（详见钢板桩围堰施工示意图）。最大受力面2I40B工字钢斜支撑可承受的总允许压力为（27170712）1608260吨2353吨，满足受力条件。边梁工字钢最大自由长度为25米，承受的弯矩为M117KNM故M/W117103/9492/2616MPA160MP，满足受力条件。5钢板桩围堰施工51施工准备）A、插打钢板桩前的准备工作A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，剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩；剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤B、在钢板桩锁口内涂抹黄油以减少插打时锁口间的摩擦和减少钢板桩围堰的渗漏。C插打钢板桩的导向设备按照施工方法，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的导向设备，因此在施打前必须制作导向架。B检查振动锤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。振动锤的端电压要达到380420V，而夹板牙齿不能有太多磨损。52插打钢板桩521、插打第一片钢板桩为了确保插打位置准确，第一片钢板桩是插打的关键。插打在导向架上设置一个限位框架，大小比钢板桩每边放大1CM，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。在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后5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。522、钢板桩的插打作业步骤和技术要点A、在钢板桩锁口内涂黄油，安置吊点，根据浮吊起重高度可在桩顶利用拔桩孔系千斤顶，如起重机高度不够，可用钢丝绳在钢板桩1/3以上处捆扎，捆扎处应有夹板，并垫有木块，胶皮以防滑移和受力后吊点处锁口变形。B、在钢板桩下端系揽风绳二根，浮吊起吊钢板桩接近垂直状态时，利用揽风绳控制正反方向。C、钢板桩就位下插，第一片钢板桩沿活动导向下插是整个围堰的基准，要反复测量检查，使其方向垂直，位置准确，必要时可加辅助设施，控制桩在导向内的左右位置。D、移动浮吊，将桩夹住后，进一步复核桩的垂直度、位置，认可后进行插打。使钢板桩（第一片或第一组）下沉到河床设计标高，其它钢板桩则以插打好的桩为准。对准锁口，控制好方向，利用自重下插，当自重不能迫使下插时，可利用配重或滑车组加压。523、合拢A、合拢前的准备在即将合拢时，开始测量并计算出钢板桩底部的直线距离，再根据钢板桩的宽度，计算出所需钢板桩的片数，按此确定下一步钢板材如何插打（是增加钢板桩，还是钢板桩插打时向外绕圆弧）。B、合拢时桩的调整处理为了便于合拢，合拢处的两片桩应一高一低。方形钢围堰有4个面，打完的每一片钢板桩都要沿导向架的法线和切线方向垂直，合拢应选择在角桩附近（一般离角桩45片），如果距离有差距，可调整合拢边相邻一边离导向架的距离。为了防止合拢处两片桩不在一个平面内，一定要调整好角桩方向，让其一面锁口与对面的钢板桩锁口尽量保持平行。53、安装内支撑当围堰合拢后，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，根据水压力和土压力计算决定支撑数量。内支撑周边梁采用2I40型钢，顶杆立柱采用六五式军用墩，上下间距30米，支撑拟采用二道（见图四）。围堰内排水用抽水机，抽水机采用大于围堰内渗水量的1520倍（抽完后留12台备用）。54、围堰挡水效果基坑抽干水后，可清楚观察到围堰挡水止水效果钢板桩围堰内表面基本没有漏水，只有少数较残旧的钢板桩由于接头不紧密导致少量漏水；基坑内也没有出现渗漏、管涌等现象。说明钢板桩围堰是成功的。55、拔桩水中墩施工结束，立即拔除钢板桩。拔桩前向围堰内灌水，自下而上拆除内支撑，先拆除下部支撑，将水灌进一层，再拆处上部支撑。拔桩时先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1MIN2MIN，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，先振动1MIN2MIN后再往下锤05M10M再往上振拔，如此反复既可将桩拔出来。同时观察浮吊吃水情况，逐渐加快起拔速度。6、钢板桩围堰出现的问题及解决措施61钢板桩围堰合拢问题。611、钢板桩合拢口尺寸上下都大时A、当尺寸上大下小时，在合拢口两侧钢板桩上下平行吊耳，位置根据尺寸大小的差值而定，利用倒链或转向滑轮进行对位，直至符合要求合拢为止。其优点是钢板桩对向平行受拉能保证桩的两侧锁口在同一平面内，通过对拉，使两侧钢板桩连接有利于稳定，便于插桩合拢。B、当尺寸下大上小时，钢板桩上设置的吊耳，应尽量向桩的下部安置，必要时可安放在水下对位，直至合拢。612、合拢口尺寸上下都小时，此时应将合拢口的位置设置在合拢面一侧的角桩附近。用千斤顶在钢板桩顶端顶推和设置吊耳，将合拢口向两侧张拉，调整上下尺寸，但要采取保证两侧钢板桩锁口在同一平面内，一般是在桩内外安置活动导向，迫使钢板桩在导梁平面内移动。倒链或滑轮组倒链或滑轮组上小下大“时纠偏上大下小时纠偏62、插打在插打过程中，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，采用多次纠偏的方法逐步减少偏移量，若因土质太硬纠偏困难时，采用走四滑轮组纠偏。63、由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响，整个围堰的侧面顺直度较差，工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止围堰的变形，将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接，围堰的四个角更应加强。64、钢板桩的堵漏。一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝。刚开始时我们也采用此法，效果不是很理想，后在钢板桩全部插打完毕开始抽水安装围囹时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢