五牧运河水中墩施工(终级)分析

1、水中墩施工方案一、工程概况无锡西特大桥94、95墩位于五牧运河上，该处最高通航水位为+4.07m（吴淞高程），水深约4.50m,该处河流流速较小，有船只通过，多为300t级的运输船。其中94#墩承台底标高为-6.564m, 承台大小为14.3m×10.4m×4m ,95#墩承台底标高为-4.57m，承台大小为7.4m×10.2m×4m，地质条件自上而下分别为：淤泥质粘土=60kpa,厚度为03m,粉土，厚度为8m左右，=120Kpa,粉质粘土，厚度7m左右，=60Kpa。二、方案的选择根据现场的情况和技术经济比较，此两墩采用钢管桩平台施工，待完成钻孔后，

2、再进行钢板桩围堰施工以施工承台。主要工艺流程如下： 钢管桩平台施工施工准备浮吊拼组道路、码头修理钻孔桩施工钢板桩打设钢管桩平台拆除钢板桩检查内支撑安装吸泥、封底抽水进行承台施工墩身施工钢板桩拔除内支撑拆除1、钢管桩平台施工11、钢管桩的打设 根据现场情况，采用529的管桩进行打设角桩，打设时采用浮吊配合振动锤进行施工,事先测量出施工平台角部的钢管桩的位置，插入竹竿定位。为了精确定位钢护筒，中间的钢管桩采用425，采用绳拉和尺量的方法进行测量施打。12、上部结构94平台上部结构是由一组21m的贝雷梁作纵梁，1.1m的花架，上铺8.1m的栈桥梁，作为钻机的承重梁，栈桥梁上铺方木，方木上钉上竹胶板。

3、95平台由一组标准花架的贝雷梁作纵梁，其他结构与上同。见水中施工平台图13、钢管桩剪刀撑的安装剪刀撑的安装是在钢管桩完成后就要进行的工作，其位置紧挨水面；剪刀撑的材料采用22a，剪刀撑将每根钢管桩连接成一体，增加了平台的稳定性。(见钢平台的施工图)14、钢护筒的打设94墩桩径为1.50m，选用1.80m的钢护筒，壁厚8，长度为9m，打入河床四米（视现场打设情况而定）。事先在平台上测量出桩位，后在贝雷架与钢管桩处上下焊接两道护筒导向框，利用振动锤沉埋钢护筒。95墩桩径为1.00m，选用1.30m的钢护筒，沉埋过程与上同。2、钢板桩施工钢板桩施工是在钻孔桩完成后进行的，此时应先拔出钢管桩。根据现场

4、的情况，94#墩采用15m的钢板桩，钢板桩围堰使用大小为：16.8m×12.8m；95#墩采用12m的钢板桩，钢板桩围堰使用大小为：12.8m×9.6m。钢板桩围堰合拢后，将设置内支撑，矩形围堰采用平面钢架支撑为宜，四个角设置为三角形，其稳定性较好，又可以做成抽水平台，内支撑的安装由上往下，一边抽水，一边安装，其数量根据水压力和土压力计算决定。其中94#墩支撑采用三道支撑，95#墩采用二道支撑。见钢板桩围堰施工图21钢板桩施工的一般要求钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。基坑护壁钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐，避免不

5、规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置，各周边尺寸尽量符合钢板桩模数。整个基础施工期间，在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞支撑，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物。22.钢板桩的检验、吊装、堆放钢板桩的检验对钢板桩，一般有外观检验和材质检验，以便对不符合要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难，一般情况下只要求进行外观检验；包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意：a）对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；b）割孔、断面缺损的应予以补强；c）若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度；d

6、）对钢板桩表面残留物予以清理。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。钢板桩吊运装卸钢板桩宜采用两点吊运。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。钢板桩堆放钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。堆放时应注意：a堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；b钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；c钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3-4米，且上、下层垫木应在同

7、一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2米。23.钢板桩施工顺序施工准备施工放样及施打定位桩导向框安装施打钢板桩钢板桩内支撑1排水堵漏钢板桩内支撑2与上层支撑的竖向支撑安装排水堵漏清淤封底混凝土浇筑钢板桩围堰拆除（说明：黑体字部分依据围堰支撑层数循环作业同时进行高压射水清淤作业）。 施工放样及施打定位桩将施工区域控制点标明并经过复核无误后加以有效保护。采用测量仪器准确放出控制坐标点后打入钢管桩作为定位桩，在钢管桩露出地面或水面部分刷上标志并焊上牛腿，作为打桩导向位置及高程控制标志。导向框安装为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，有效控制桩的打入精度，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导向框架。安装导向框

8、时应注意以下几点：1导向框架通常由型钢组成，分为内外导向，其中间空档为钢板桩的插打位置。导向框架一般焊接在定位桩牛腿上。2导向框的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。3导向框不能随着钢板桩的打设而产生位移和变形。钢板桩施打钢板桩施工关系到施工止水和安全，是本段工程施工最关键的工序之一，在施工中要注意以下施工要求：1通常采用浮吊吊挂具备施工需求功率的振动锤进行施打，施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况。2打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。3打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。4在插打过程中随时测量监控，每块桩

9、的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，应拔起重打。5打桩顺序：通常选择从钢板桩围堰上游侧中心开始打入第一片钢板桩，然后逐步向两边插打，在河下游中心合拢，最初的一、二片钢板桩的打设位置和方向要确保精度，以起到样板的作用。插打钢板桩前，应在上层导向框上精确标出每一片钢板桩的位置，在中间一片钢板桩（即第一片钢板桩）位置两侧焊角钢做小导向，确保钢板桩不发生横向位移，每完成3米测量校正1次，确保在同一直线上。每根钢板桩施打完毕后，即与槽钢焊接牢固。根据起吊能力确定逐根插打到稳定的深度，一般为2-3m，待全部插打完毕后再依次打到设计标高。钢板桩合拢应通过精确计算，确定合拢口位置，如偏差较大可视

10、具体情况配置相应规格的异形钢板桩，以确保整个围堰的密封性。围堰封底施工1水下混凝土性能围堰水下封底应全断面一次连续浇注完成。为此，首先组织尽可能大的混凝土供应和浇注能力。其次，研究水下混凝土的配合比设计，采用低热水泥和良好的粗、细骨料，掺加适量粉煤灰和外加剂。从而使混凝土拌和物和易性良好，可泵性好，初凝时间长，坍落度损失小。2封底厚度的确定封底混凝土厚度主要考虑以下两个因素：a封底混凝土底面在受到内外水头压力差的作用下，若钢板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏时，则必须有足够抵抗封底混凝土及围堰整个被浮起的能力。b在围堰整体能稳定时，必须考虑封底混凝土在抵抗向上的水压力及其它荷

11、载时能正常工作。不致因产生向上的挠曲和折裂致使围堰穿孔。所以，混凝土封底应有足够的厚度，以确保围堰的安全。（说明：根据现场实际情况决定是否采用混凝土封底）基坑支撑结构在确保安全的前提下，基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，基坑支撑的顺序如下：加入第一层导梁进行第一层支撑抽水至第二层支撑处加入第二层导梁进行第二层支撑抽水至基坑底（说明：黑体字部分依据围堰支撑层数循环作业）。钢板桩的拔除基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间及土孔位置。否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移，给己施工

12、的地下结构带来危害。设法减少拔桩带土十分重要，目前主要采用灌水、灌砂措施。1.拔桩方法采用振动锤拔桩：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。2.拔桩时应注意事项a拔桩起点和顺序：对封闭式钢板桩墙，拔桩起点应离开角桩5根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。b振打与振拔：拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附，然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用振动锤将桩振下100300mm，然后再振拔。c浮吊应随振动锤的启动而逐渐加荷，起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限。d供振动

13、锤使用的电源为振动锤本身额定功率的12-2.0倍。e对引拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续不超过15h。25、钢板桩围堰作业标准1. 各种原材料，半成品严格按质量要求进行采购。钢板桩送到现场后，应及时检查、分类、编号，钢板桩锁口应以一块长1.52.0m标准钢板桩进行滑动检查，凡锁口不合应进行修正合格后方能使用。2. 钢板桩质量要求a桩的垂直度控制在1%以内；b桩底高程误差控制在10cm左右；c沉桩要连续，不允许出现不连续现象；d桩的平面位移控制在15cm以内。3. 在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm

14、，断面上的错位不大于2mm。 4. 钢板桩成组施打时要求组拼的钢板桩两端平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm；在施打过程中，每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5。5. 围堰使用完毕在围堰内灌水应高出围堰外水位11.5m。 26、常见问题及处理措施1.钢板桩施打一定深度后无法继续打入原因分析：遇上较大的块石或其它不明障碍物处理措施：将钢板桩往上拔l.0m2.0m，再往下施打，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移；如上述方法失效时采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。2.带桩现象原因分析：钢板桩所处位置地基松软处理措施：把相邻的数根桩焊接在一起

15、，并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。3.钢板桩沿轴线产生倾斜原因分析：a.施打时，未对桩身竖直度进行及时检测；b. 钢板桩施打挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同发生偏斜；c. 钢板桩成组施打时，钢板桩桩组上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致导致桩身倾斜处理措施：倾斜度较小时可以用倒链葫芦将桩反向拉住再施打，经过多片钢板桩的逐步纠偏消除倾斜；进行钢板桩捆绑施打时加强测量工作，发现倾斜及时调整，严格控制每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度，同时为了使围堰周边能为钢板桩数所均分，事先在围堰导梁上按钢板桩组的实际宽度画出各组钢板桩的位置，使宽度误差分散，并在插桩

16、时，据此调整钢板桩的平面位置；倾斜度较大通过上述处理措施失效时采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工。4.围堰不能正常合拢原因分析：a.由于客观原因或施工不严谨造成实际围堰尺寸与设计尺寸产生误差；b.钢板桩施打过程中监测措施不到位导致倾斜误差累计较大且未采取异型桩纠偏措施处理措施：根据合拢口的实际尺寸制造异形钢板桩合拢如图。但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的2%内；在小型钢板桩围堰或施工要求不高时也可进行简单的包桩处理。5.围堰漏水原因分析：通常是由于锁扣破坏间隙增大或未采取得当的止水措施引起处理措施:围堰内抽水时，在围

17、堰外撒大量细煤渣、木屑、谷糠等细物，借漏水的吸力附于锁口内堵水，或者在围堰内用板条、棉絮等楔入锁口内嵌缝，撒煤渣等物堵漏时，要考虑水流方向并尽量接近漏缝，漏缝较深时，用袋装下放到漏缝附近处徐徐倒撒；当锁扣间隙较大采取上述措施效果不明显时，可同时在围堰外侧包裹彩条布进行止水。6.钢板桩倾侧，基坑底土隆起，地面裂缝原因分析：a.施工区域土质松软，设计的嵌固深度不够，因而桩后地面下沉，坑底土隆起是管涌现象，b.上游水流速过大，围堰设计计算不严谨，导致围堰整体倾斜。处理措施：钢板桩嵌固深度必须由计算确定，根据以往施工经验入土深度通常需达到3.5m以上；钢板桩设计时尚须考虑地基整体稳定，特别在上游水流速

18、较大时需进行整体稳定性计算。27、施工注意事项1 .施工机具操作应严格遵守相关操作规程。2. 严格按照施工组织设计方案组织施工，严禁私自改动方案及无序施工。3.插打钢板桩（包括钢筋混凝土板桩，以下同）围堰前，应对打桩机具进行全面检查。4.机械设备应设专人操作。钢板桩起吊，应听从信号指挥。作业时，应在钢板桩上挂好溜绳及保险绳，防止起吊后急剧摆动和钢板桩突然脱落。吊起的钢板桩未就位前桩位附近不得站人。5.插打钢板桩，如因用机械高度不足，可向下移动吊点位置，但吊点不得低于桩顶下13桩长的位置。6.打桩困难时，不应长时间超负荷使用振动锤。7.进行内支撑安装作业时，应设置反向牛腿，按规定设置木楔。8.在

19、进行拔桩作业时，应做拔桩受力计算，严禁野蛮拔桩。9.拔出的钢板桩应及时进行清理、保养、归类，方便重复使用。三、主要机械设备序号名称规格单位数量备注1高架浮吊10吨台2水中吊装及打拔2运输船100吨艘2运桩用3振动锤DJZ60型台24电焊机台45气割套26倒链35T个4纠偏四、劳动力组织劳 动 力 组 织序号劳动力内容人数备 注1钢围堰打拔施工队82电 焊 工6内支撑制作安装3起重工44安全员15技术员16抽水、吸泥、堵漏47电 工28合 计26可根据实际情况调整五、安全措施1、工作人员一律穿救生衣、戴安全帽；高空作业人员要佩带安全带。2、器材拼组严格按设计要求，确保机械的性能。3、浮吊起重，船

20、体发生允许范围内倾斜时，要注意调整大臂角度，避免大臂拉压处于不良工作状态。4、起吊钢板桩时必须要栓牢挂牢。5、当钢板桩久打不下时，应停下来分析原因，看一看是否锁口变形，桩身变形，或钢板桩底脚有铁件等。6、定期检查浮吊上螺栓，以防在振动锤长期振动下松动。7、振动锤的夹板采用液压控制，在每次插打前都必须检查液压设备，杜绝液压泵失灵，引起钢板桩掉落。8、 振动锤的电动机在长期超负荷运转时，容易发热烧毁，要注意休息。9、严格按设计要求施工，严禁任意变更设计方案10、射水吸泥时，严格控制标高，严禁超挖。11、围堰内要设专职安全员，对围堰施工进行观察、监督、检查；安全员要尽职尽责。六、工期安排工 期 安

21、排（一个围堰）序号工作内容天数备 注1测量定位，打定位桩，焊接牛腿及导向架22打钢板桩73吸泥至封底砼底64 封底砼施工23焊接第一道内支撑24抽水堵漏至第二道支撑下0.5米15焊接第二道内支撑36 抽水至封底砼顶（含堵漏）3合计 在承台具备施工条件26 附计算:一、 钢平台计算1、 钢管桩的计算：.平台上均布荷载，平台上总重:钢管桩37吨,剪刀撑10吨,贝雷梁30吨,8.1m箱梁12吨,方木12吨,竹胶板：2吨,以上合计：103吨；其他荷载按1KN/计算。钢管桩每根承受为:P1=(103012.5×16.2×1)/20=61.625(KN)钻机自重12吨，钻头8吨，当钻头

22、往下砸孔时，冲击系数按K=1.5计, 整个重量主要有前面四颗管桩承受,此时,前面四根桩的受力为:P=1201.5×80=240KN,每根桩承受P2=240/4=60KN,实际钻孔时为了防止塌孔,相邻两根钻孔桩不会同时进行,因此每根钢管桩的最大受力为：Pmax=P1P2=121.625KN=12t实际每根钢管桩可承受:P=1/2UPiLi=0.5 (2×205×50)×3.14×0.529=241KN=24.1T> Pmax=12吨钢管桩满足受力要求。2、 分配梁贝雷片的检算 当钢管桩承受12t时，此时贝雷片的受力如下： 12t 12t 1

23、2t 12t 每根分配梁：.钢管桩之间间距为3.9m,按简支计算: M=120×3.9=468KN.m M=788.2×2=1576.4 KN.mM分配梁满足受力条件。箱梁的受力:当钻机开钻时,每个支点承受6吨的力 M=6×0.8=48KN.m W=21083 =M/W=22.7 Mpa<=160Mpa 分配梁满足受力条件。二、 内支撑的计算95#墩采用12m的钢板桩,采用两道支撑,94#墩采用15m的钢板桩,采用三道支撑,具体计算如下:先计算94#墩说明：第一层内支撑贴着水面（+2.0m处）做，第二层设在标高-0.4m处;封底砼厚度暂定为1.5米,吸泥和封

24、底都在水下进行,下面对两层内支撑进行检算:1、 对第一层进行受力分析:当抽水至-0.4m,进行第二道支撑设置时,第一层受力达到最大,受力图示如下: FIF砼合FIF砼合=150封底以下内外土面平衡,经计算: q合=150kN/m, H=3.6m QI=66 kN/m, Q砼=84 kN/m2、 对第二层进行受力分析:当抽水至-2.2m时,即将进行第三层支撑施工时,第二层内支撑受力最大,受力图示如下: 第一层内支撑作为安全系数考虑:经计算: q合=256kN/m, H=3.2m QII=141kN/m, Q砼=115kN/m3、 对第三层进行分析:当水抽完后,第三层受力最大;此时不考虑1.2层受

25、力,仅考虑3层和封底砼受力。 经计算： q合=336kN/m, H=2.73m QIII=229kN/m, Q砼=107kN/m对以上三个工况的分析达出以下结论:Q1(max)=66KN/M, Q2(max)=141KN/M. Q3(max)=229KN/M Q砼(max)=115 kN/m.4、 分别对三层内支撑进行检算：第一层：边梁 I40a W=10903 M=1/8×66×4.2 2=146KN/M =133Mpa<=160 Mpa支撑 2I40a(短边)A=172.22N=276T实际受力:F1(max)=66×12.8=84.5(T)支撑满足受力

26、条件。 第二层: 边梁 2I40a W=21803 M=1/8×141×4.2 2=311KN/M =142Mpa<=160 Mpa支撑 2× 2I40a(验算短边)A=3442N=550T(斜撑受力)实际受力:F1(max)=141×12.8=181(T)支撑满足受力条件。 第三层:边梁采用2I55a W=46003M=1/8×229×4.2 2=505KN/M =110Mpa<=160 Mpa支撑 2× 2I40a(验算短边)A=3442N=550T(斜撑受力)实际受力:F1(max)=229×12

27、.8=293(T)支撑满足受力条件。 砼受力检算: Q砼=115kN/m封底2米厚时, =57Kpa<<=14Mpa(C20砼受压强度为14Mpa)所以钢板桩内支撑满足受力条件,封底砼满足压力条件.钢板桩的检算:钢板桩采用德国Larssen型，长度15m，材质：Q345,截面模量W=2037cm3，设计应力310Mpa。钢板桩受力最大为q=82KN/M×0.4=32.8KN/M(近似为均布荷载)M=1/8×32.8×4.36 2=77.9KN.MQ=77.9/2037=38.2Mpa<310Mpa钢板桩是安全的。二、钢板桩封底厚度的确定:封底砼厚

28、度计算(根据简明施工计算手册)：水下封底砼承受的荷载应按施工中最不利的情况考虑，即在围堰封底以后，围堰内的水被排干，封底素混凝土将受到可能产生的向上最大水压力的作用，通常以此荷载(即地下水头高度减去封底混凝土的重力)作为计算值。由于水下封底混凝土质量较普通混凝土差，并与各桩基连成一个整体，应按简支支承的双向板计算，承受均布荷载时，跨中弯矩M1、M2可按下式计算： 式中 、弯矩系数，按下表取用；静水压力形成的荷载(KN/m2)矩形板的计算跨度(取最小跨)(m)。弯矩系数表0.500.09940.03350.700.07320.04100.900.05160.04340.550.09270.03590.750.06730.04200.950.04710.04320.600.08600.03790.800.06170.04261.000.04290.650.07950.03960.850.05640.0432封底厚度暂定1.5m，13.8m,(承台大小为16.8m×12.8m,按45度角,计算实际长宽按照13.8m×9.8m计算)计算封底底部受力：，按0.70计算，封底混凝土的厚度计算，根据求的弯矩M按下式计算：式中 封底混凝土厚度(mm)安全系数，按抗拉强度计算的受压、受弯构件为2.65；板的最大弯矩(N·mm)；板宽，单