榕江特大桥拉森钢板桩围堰施工技术徐多

1、榕江特大桥拉森钢板桩围堰施工技术中铁十三局厦深铁路指挥部 田树坤 徐 多 邹洛内容提要：中铁十三局承建的榕江特大桥主桥为110+220+220+110m钢桁梁柔性拱结构，为客货共线并用双线铁路桥，全长7686.96m，共207个墩台，主桥边墩及南北引桥广泛采用拉森钢板桩围堰施工承台。本文结合榕江特大桥水中桥69号承台施工，重点介绍钢板桩围堰施工的相关技术。关 键 词：浅滩 拉森IV 钢板桩 设计 计算 施工技术 1. 工程概况厦深铁路是国家中长期铁路网规划“四纵四横”杭州至深圳沿海快速铁路通道的重要组成部分。榕江特大桥位于潮汕地区，与榕江近乎正交，共223个墩台，全长7686.96m。7074

2、号墩上部结构为110+220+220+110m钢桁梁柔性拱主跨度在世界同类桥型中居首位。70号和74号墩及南北引桥广泛采用钢板桩围堰施工承台。榕江岸堤内浅滩上69号承台施工，在全桥范围内，首次采用拉森钢板桩围堰，工艺成型后，被广泛应用于全桥。 1.1承台设计69号墩承台平面尺寸为20x14.4m，厚度5m（含1m厚承台补块），承台顶标高为+0.842m，承台底标高为-4.158m。承台工程量见表1表1 69号墩承台工程数量表序号名 称规 格数 量1钢筋253899kg2钢筋2222925kg3钢筋204704kg4钢筋129337kg5钢筋合计40865 kg6混凝土C40防腐1189.4m3

3、1.2地质水文69号墩位于岸堤内浅滩上，河床标高为+1.3m，采用筑岛施工，墩位处淤泥层厚达20m。20年一遇洪水位为+2.634m，69号墩承台施工时按+2.6m水位进行计算和分析。2.围堰设计2.1材料选用拉森IV型钢板桩具有以下优点：高质量（高强度，轻型，隔水性良好）；施工简单，工期短、耐久性好，寿命在50年以上；互换性好，可重复使用58次。结合以上优点，综合现场的水文、地质因素，确定选用拉森型止水钢板桩进行施工。2.2标高设计69号墩钢板桩围堰内平面尺寸为21×15.4m，围堰顶标高为+3.0m，钢板桩底口标高为-15.0m，封底砼厚度80cm，封底碎石垫层厚度20cm，基坑

4、开挖底标高-m，基坑开挖最大深度7.76m，设置两道框架式内支撑，第一道内支撑设置标高为+1.9m，第二道内支撑设置标高为-1.4m。2.3支撑设计钢板桩及其内支撑平面布置见图2图2 钢板桩围堰支撑平面布置图2.相关计算2.1计算工况工况一：基坑内清淤至+1.3m标高位置，基坑深度1.5m，准备安装第一道内支撑。工况二：基坑清淤至-2.2m标高位置，基坑深度4.8m，准备安装第二道内支撑。工况三：第二道支撑安装完后，基坑清淤至设计坑底-5.16m标高位置，基坑深度7.76m。工况四：封底砼浇筑完成，基坑深度6.76m，封底砼看做一道内支撑。工况五：浇筑完成第1次承台砼，承台与钢板桩之间填砂，拆

5、除第二道内支撑。2.2桩长计算钢板桩清淤到设计坑底标高-5.16m，基坑深度7.76m。钢板桩入土深度计算如下：按土压力相等原理计算淤泥质土综合内摩擦角：D=/2-2arctantan(45°-/2)-2C/H=10.5°H：计算基坑深度，7.76mC：粘聚力标准值，5.77kpa：内摩擦角标准值，4.14°：淤泥质土天然容重，15KN/m3。 主动土压力系数计算：Ka=tan²(45°-D /2)=0.69被动动土压力系数计算：Kp=tan²(45°+D /2)=1.45由下图，MR的斜率：Kn=·（Kp-Ka）

6、=15×（1.45-0.69）=11.4主动土压力：e1=MQ=Ka··H=0.69×15×7.76=80.3KN/m²DB板桩上的荷载GDBM一半传至D点，另一半传至被动土压力MRB，则：·（Kp-Ka）·x²-Ka··H.x-Ka··H·L5=015×0.76 x²-0.69×15×7.76 x -0.69×15×7.76×3.76=011.4 x2-80.3 x -302=0；解得

7、 x=9.76m；板桩总长度：L=7.76+9.76=17.52，实际取18m。相关设计标高及计算参考图1。图1 设计标高及计算简图2.3用量计算69号墩钢板桩围堰按内腔尺寸大于承台1.0m考虑，即围堰内腔尺寸为26.6x15.4m，则钢板桩围堰内周长= 21×215.4×2=72.8m。钢板桩根数计算：角桩采用两片钢板桩90°帮接。（21-0.3××2）/0.4+2×2=184片，钢板桩重量：184×18×76.1252t 。2.4抗管涌计算钢板桩围堰不发生管涌的条件：满足最大渗流力不大于土体浮容重，即：K

8、83;j·wbK：抗管涌安全系数，取1.5；j：最大渗流力，j=h/(h+2t)；w：地下水重度，取10KN/m3 ；b：土的浮容重，b=-w=5KN/m3；h：基坑深度，7.76m；t：钢板桩入土深度，9.84m；K·j·w=1.5×7.76/(7.76+2×9.84)×10=4.2b=5，故，不会发生管涌。2.5基坑底抗隆起计算围堰内抽水干封时，进行基坑底抗隆起计算。取最不利工况三进行计算。抗隆起安全系数：K=(2·H·Ka·tanD +2·C)÷(·H )+(2

9、3;H2·Ka· tanD +4H·C)÷(·H·h )= (2×15×17.6×0.69×tan10.5°+2×5.77)÷(15×17.6)+(2×15×17.62×0.69×tan10.5°+4×17.6×5.77)÷(15×17.6×7.76 )=1.191.1故，基坑不会隆起。2.6封底砼厚度计算按垂直渗流力不超过封底砼自重计算封底厚度，即：Ks&

10、#183;j·w·gc·g·x1.05×7.76/(7.76+2×9.84)×10=3.0则封底最小厚度：x=3.0/c=3.0÷24=0.125m。按封底砼承受第一次承台砼重量计算封底厚度：承台第一次2m厚钢筋砼的重量由封底砼与桩基间的摩阻力承担，封底砼自重不计，根据相关试验数据及经验，封底砼与桩基间的摩阻力可取300KPa。第一次承台钢筋砼重量:G=26×20×14.4×2=14976KN封底砼与桩基间的摩阻力：F=12×（3.14×2×0.8

11、5;300）=18086KNG故，封底砼厚度取0.8m满足要求。3.围堰施工3.1检查整理钢板桩进场前必须检查、整理，发现缺陷随时处理，整理后在运输和堆放时尽量不使其弯曲变形，避免碰撞，不得碰坏锁口，正式使用前根据设计桩长进行焊接接长，并应逐根进行锁口检查。 桩打入前将桩尖处的凹槽底口封闭，避免泥土挤入，锁口内涂黄油。 3.2放样与定位将施工区域控制点放样标明，并经过复核无误后加以有效保护。 利用桩基钢护筒安装第一道内支撑，兼做钢板桩打设的定位导向框架，即第一道内支撑。3.3施工顺序 钢板桩从岸堤侧围堰边中心开始打设第一片钢板桩，然后逐步向两边插打，在下游合龙，最初的一、二块钢板桩的打设位置和

12、方向精确定位，以起到样板的作用。每完成3 米测量校正一次，确保各钢板桩在同一直线上。每根钢板桩施打完毕后，与导向框焊接固定。在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，临近角桩或合龙前剩下最后20片时，要先插后打，若与角桩连接错位或合龙有误，则采用倒链对拉调整，使之吻合，再逐根打到设计深度。 图2钢板桩平面布置图3.4打设准备：吊车停在离打桩点约 4m 左右的地点，侧向施工，便于测量人员观察。挂上振动锤，升高，理顺油管及电缆。锤下降，开液压口，夹住一根钢板桩，锁口抹上润滑油，起锤。 自沉：将钢板桩对准定位桩锁口，锤下降，靠锤与桩自重压桩至淤泥以下不能下沉为止

13、。振沉：开锤打桩下沉，控制打桩锤下降速度和钢板桩垂直度，使锁口顺利咬合，提高止水能力。惯沉：板桩至设计高度前40cm 时，停止振动，靠振动锤惯性打桩至设计高度。3.5焊接将打设完成的钢板桩与内支撑焊接牢固，完成单根钢板桩振打施工。3.6清淤支撑围堰采取边清淤、边抽水、边安装内支撑的施工方法，即在清淤到内支撑位置时，停止清淤，将水抽干后，安装该道内支撑，继续向下清淤，逐次完成所有内支撑的安装，并清淤到设计基坑底标高。清淤时随时测量坑底标高，达到设计底标高，及时停止清淤。在清淤、抽水过程中，安排技术员对围堰的变形进行全程观测，变形观测点设置在围堰上口和内支撑位置，长边设置三个点，短边设置2个点，实

14、测围堰上口变形不大于10mm，内支撑位置变形不大于5mm。3.7围堰封底清淤达到设计标高，围堰内抽水（控制抽水速度，全程观测），并观测渗水速度，渗水量不大，采用抽完水后干浇封底砼（如69号墩）。如果渗水量大，则采用水下混凝土进行封底施工，水下封底时。封底混凝土强度等级采用 C20，封底厚度为0.8m，当采用水下封底时，考虑浮浆影响，增加0.2m封底厚度。3.7.1干封工艺干封混凝土浇筑时，为防止混凝土离析，自由倾落高度不得超过2.0m，混凝土从汽车泵中直接输送浇筑时，混凝土出口到已浇筑混凝土面的距离宜为50cm。混凝土浇筑方法采用整体分层连续浇筑，不留施工缝，分层厚度为30cm。为了使混凝土不

15、出现冷缝，要求前后两层浇筑混凝土间隔时间控制在2小时以内。振捣时，采用插入式振捣器，垂直振捣，快插慢拔。快插防止表面混凝土与下面混凝土发生分层、离析，慢拔使混凝土填满振动棒抽出时造成的空洞。插入试振捣器的移动间距为30cm50cm，插点均匀布置。泵送混凝土振捣时间为每个振点为10s。掌握振捣时间，防止过振漏振，视混凝土表面呈水平不再显著下沉，表面泛出灰浆为准。3.7.2湿封预案按设计参数，拟定渗水量大，制定水下混凝土封底施工预案：料斗储满料后，开始首灌压水，开管压水用砍球法，砍球后开启储料仓阀门，同时将混凝土不断泵送至储料仓内。首次压水导管埋深不小于0.7m，首灌砼在水下流动半径按4.5m考虑

16、，首灌砼方量不少于22方。首灌成功后，每根导管每隔一定时间补料一次，使得首灌后的导管及时得到新鲜混凝土补充，使导管下口混凝土处于流动状态。混凝土顶面接近封底设计标高时，加大测量频率，使封底混凝土顶面均匀平整，严格控制混凝土顶面标高，便于后序承台施工。3.8后序工作3.8.1防渗与堵漏 钢板桩打入之前，在锁口内涂以黄油、锯末粉、木屑混合物；锁口漏水时，用棉絮、木屑在内侧嵌塞；桩脚漏水时，采用局部砼封底；漏水严重处，可考虑在外侧加打钢板桩封闭。 3.8.2排水 封底前，预留抽水坑，一般采用较水泵直径略大的钢管桩，承台施工时，集中抽水，确保作业环境干燥。 3.8.3割护筒破桩头分层割除钢护筒，同时清理桩头上的淤泥，剔除桩基钢筋保护层混凝土，利用空压机配合风镐于桩顶打眼，按配比搅拌无声膨胀剂和辅助药剂，灌入所成眼中，通过膨胀实现桩头开裂。 3.8.4支撑割除承台第一次施工完成混凝土强度达80后，割除底层支撑；第二次施工完成混凝土强度达80后，割除顶层支撑，准备钢板桩拔除。3.8.5.拔桩拔桩顺序与打桩相逆，先开锤向下振打10cm至20cm，消除土体沉实后与钢板桩之间的静摩擦力，再上拔，确保拔桩仅克服土体动摩阻力和重力做功。拔桩过程中