深水承台钢板桩围堰设计及施工课件

1、京沪高速铁路二标十工区,济南黄河特大桥主桥 深水基础 钢板桩围堰施工技术,一、工程概况,1、概 况 黄河特大桥主桥墩基础墩号为05号，其中3号墩为固定墩。0、5号墩采用21根2.0m钻孔灌注桩，0号墩桩长90m，5号墩桩长70m。1、2、3、4号墩采用28根2.5钻孔灌注桩，1、4号墩桩长90m，2号墩桩长102m，3号墩桩长98m。0、5号墩承台厚度4.5m，平面尺寸34.613.8m，0号承台顶面标高33.0m、5号承台顶面标高30.0m；1、2、3、4号墩承台厚度6.0m，平面尺寸42.523.3m，承台顶面标高27.0m。,2,学习交流PPT,2、地形、地貌与不良地质 （1）桥渡地形

2、正桥桥址处河道属济南段黄河窄河道区，宽约900m，河床平均高程高出两岸大堤背水面3.0m。 （2）水文条件 黄河河流平均流速2.07m/s，设计施工洪水位+30.5m。黄河枯水期仅主河槽有水，水深约4-6m，水面标高+27m，水面宽约300m。黄河主河道内一般冲刷厚度约为7.7m11.3m。,3,学习交流PPT,（3）工程地质 桥位工程地质地层以第四系河流相粉质土为主，其间多夹粉、细、中沙及粉土、薄层粘土或透镜体。其中覆盖层40m以下姜石含量较高，姜石层分布较多。设计图纸反映桥址范围第一层土主要为软塑的粉质粘土、粘土及稍密的粉土组成，厚度9.6m22.5m；第二层为硬塑的粉质粘土、粘土及中密的

3、粉土及中密的砂层组成，厚度2.7m11.8m；第三层为硬塑状的粉质粘土组成，厚度钻孔未揭露。黄河主河道内一般冲刷厚度约为7.7m11.3m，枯水期河床冲刷层范围沉积层主要以粉砂土为主。,4,学习交流PPT,二、钢板桩方案的确定,1 、根据1、2号墩位处地质条件和承台设计标高，采用钢板桩围堰较合适，围堰防水性能好，整体刚度较强。 2 、钢板桩围堰由单层钢板桩和两层由型钢组成的内撑梁组成；围堰平面为矩形，其内口尺寸为5036米，钢板桩单根长22米，被打入后，其底端标高为+9米，顶面标高为+31m；采用德国拉森型钢板桩，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联结转角1015，摩阻力小，防渗性较好，四

4、个转角位置采用焊接的T形钢板桩；,5,学习交流PPT,3 、钢板桩的施打采用平台吊机，配合震动打桩船进行打入，承台施工完成后拔除；内撑梁分别安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩的牛腿上，内撑梁外缘两端与钢板桩相撑住，以加大围堰抵抗土侧压力及水压力的能力。,6,学习交流PPT,4 、钢板桩施工完成后，进行围堰内水下混凝土封底施工。封底混凝土强度满足要求后，开始在围堰内边抽水边设置内支撑。第一道内支撑安装前，将围堰内水抽至第一道内支撑设计位置以下50cm，然后快速安装好内支撑；第一道内支撑安装完成后继续抽水至第二道内支撑设计位置以下50cm，快速安装好内支撑；继续抽水至围堰底，进行承台施工。,7,学

5、习交流PPT,5 、承台混凝土分两次浇筑，每次为3m厚。当第一次混凝土浇筑完成后，需要拆除底层内支撑。为此，在承台第一次混凝土浇筑完成，强度满足要求后拆除侧模板，将围堰底部以上3m范围杂物清理彻底。然后在围堰底部以上3m承台和钢板桩围堰间全部回填沙土，采用注水措施保证所填沙土的密实。拆除下层内支撑，将支撑力分配到所填沙土和上层内支撑上。继续施工完承台后拆除钢板桩围堰内支撑，拔除钢板桩,8,学习交流PPT,三、钢板桩围堰结构计算,9,学习交流PPT,1、设计参数 （1）主河道内主要为软塑的粉质粘土、粘土，土体力学性能如下： 土体容重：r=18.5KN/m3 土体内摩擦角：=20 土体总应力粘结力

6、Cu=12.16kPa （2）钢板桩力学性能： 钢板桩采用IV 型拉森桩，重量75kg/m，每1米宽截面模量W=2037cm3,允许应力为=210Mpa。 （3）型钢力学性能 =145Mpa，=85Mpa。,10,学习交流PPT,2、围堰基底设计验算 抗基底翻起计算 基底土体稳定，不会发生翻起。 基底土体管涌（稳定性检算） 钢板桩不发生管涌的最大入土深度：,11,学习交流PPT,单根钢板桩长22米，围堰钢板桩实际入土深度为13米。考虑8m冲刷深度的影响，钢板桩入土深度仅为5m。因此，在没有冲刷的季节施工钢板桩围堰时，在内支撑合理的情况下可以直接抽干围堰内的水而不发生基底翻起或土体管涌，基底稳定

7、。在有河床冲刷季节，考虑8m冲刷深度的影响，要对围堰底进行水下混凝土封底施工。,12,学习交流PPT,3、钢板桩、围堰围囹、内支撑计算 确定围囹层数及间距 根据施工的具体情况，承台高度，水压土压，另外钢板桩虽能满足强度要求，但内支撑布设也有一定要求，确定采用布置为h=3.5m、h1=3m、h2=3.5m，即钢板桩围堰顶面标高+31m，第一道内支撑标高+27.5m，第二道内支撑标高+24.5m，封底混凝土顶面标高+21m。,13,学习交流PPT,钢板桩计算 在钢板桩围堰顶面设置临时内支撑，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下4m深位置，而第一道内支撑尚未安装为工况一；第一道内支撑安装后，钢板桩围堰抽水至

8、围堰顶面以下7m深位置，而第二道内支撑尚未安装为工况二；第一、二道内支撑安装完毕，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下10m深位置，最终受力状态为工况三。,14,学习交流PPT,15,学习交流PPT,通过Midas Civil计算，三种工况下钢板桩所受内力如下： 工况一： 工况二： 工况三：,16,学习交流PPT, 围囹内力计算 第一、二两层围囹采用双I56a，Wx=4684 cm3，其中支点的最大间距为3m，按照最不利的简支计算：,17,学习交流PPT, 围囹内支撑计算 内支撑顺桥向采用6308mm钢管,横桥向采用2I36a。按轴心受压构件计算，压杆两端按铰接简化。 钢管内支撑计算（水平面内） 钢管

9、桩轴向应力 钢管内支撑计算（竖直面内） 钢管桩轴向应力,18,学习交流PPT,4、封底混凝土验算 根据钢板桩封底后最高水位时围堰所承受的托浮力进行估算，考虑最不利状态，即河床冲刷最深处。计算得围堰封底混凝土厚度，h=1.5m。,19,学习交流PPT,四、钢板桩围堰施工,1、施工准备： 将新旧钢板桩运到工地后，详细检查、丈量、分类、编号； 钢板桩的整修。对有弯曲、破损、锁口不合的钢板板桩均进行修整，采用的方法为：冷弯、热敲、焊补、割除。 钢板桩长度不足时，可用同类型的钢板桩接长。接长采用焊接，先对焊，再焊加固板。,20,学习交流PPT,钢板桩接长现场,21,学习交流PPT,2 、钢板桩围堰的打设

10、 导向安装 准确测量后，打设两根钢板桩，并焊接钢牛腿,其上放置两根钢板桩并与牛腿焊接牢固，形成框架作为导向（此钢板桩在围堰一边打设完成后拔除，之后重新安装导向）,22,学习交流PPT,临时导向钢板桩,23,学习交流PPT,临时导向框架,24,学习交流PPT,临时导向框架,25,学习交流PPT,钢板桩插打 、打桩设备： a、10吨水上浮吊； b、60T液压钳式振动桩锤； c、钢板桩运输船。,26,学习交流PPT,采用三条普通运输船拼成的移动平台及40T履带吊,27,学习交流PPT,60T液压钳口式振动桩锤,28,学习交流PPT,60T液压钳口式振动桩锤,29,学习交流PPT,、插打方法 先逐根插

11、打矩形围堰的三个边，最后一边先插合拢后再打入。实践证明：该方法速度快，合拢误差小，易合拢。 、插打顺序 先上游，后下游合拢。 、垂直度的控制 在钢板桩正面、侧面各站一人采用吊线锥的方法检查垂直度，观察点远离钢板桩插打位置50米100米为易。,30,学习交流PPT,振动桩锤的钳口正在嵌入用钢丝绳吊起钢板桩,31,学习交流PPT,振动桩锤钳住钢板桩,32,学习交流PPT,钢板桩插打,33,学习交流PPT,钢板桩插打,34,学习交流PPT,35,学习交流PPT,钢板桩围堰打设完成,36,学习交流PPT,3、钢板桩围堰封底,清淤 围堰合拢后进行基底清淤。余姚江河床底为淤泥质粘土。清淤方法为：潜水员潜入

12、河床底，清水泵抽干净的河水通过加压，潜水员持高压水枪冲起、搅混基底淤泥，同时基坑内的泥浆泵抽出浑浊的基坑水，达到清除基底淤泥的目的 。,37,学习交流PPT,潜水员准备潜水清淤,38,学习交流PPT,、抛片 清淤至设计标高后，抛填50cm厚粒径不大于20cm的片石，之后进行水下混凝土封底。,39,学习交流PPT,抛填片石,40,学习交流PPT,、砼封底 封底采用C25砼，厚度为1.5米。 水下封底采用一次连续浇注完成。 封底混凝土采用导管法，导管设计作用半径为3.0m 。,41,学习交流PPT,砼封底,42,学习交流PPT,砼封底,43,学习交流PPT,4、围堰内支撑的安设,在封底混凝土达设计

13、强度的50%后即可抽水架设围囹和内支撑 。 支撑安放原则：先支撑后降水，分层支撑分层降水 。 围堰第一次抽水较为关键，根据钢板桩新旧程度需配置足量的水泵进行强降水 。 围堰四角处受力较复杂，为保证围堰安全性，四角采用型钢进行加强 。 施工观测，重点是观测围堰围囹、内支撑和钢板桩的变形。如发现变形过大，立即停止抽水，并向钢板桩围堰内注水，以减少变形。分析原因，采取加固措施后，重新抽水、安放支撑。,44,学习交流PPT,参考图片：安放的第一道围囹,45,学习交流PPT,参考图片：安放的第一道围囹及内支撑,46,学习交流PPT,参考图片：围堰堵漏前抽水时的情景,47,学习交流PPT,参考图片：正在用

14、锯沫拌合湿的细砂堵漏,48,学习交流PPT,参考图片：堵漏成功，围囹及内支撑安装完成后,49,学习交流PPT,5、钢板桩围堰可能遇到的问题 及预防措施,1、打桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，则采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。 2、钢板桩在淤泥质地段挤进过程中受到淤泥中块石或其它不明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔l.0m2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。 3、由于淤泥质基础较软，有时施工发生将邻桩带入现象，

15、采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，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。,50,学习交流PPT,6、承台施工,钢板桩围堰抽水完毕后，测量围堰底面标高，用砂浆找平承台底面至承台底面设计标高。在桩基检测完成后，对桩位进行复测，并报请监理验收。在验收合格后，进行承台施工。根据钢板桩围堰内支撑的布设要求，承台砼可一次浇注完成。承台模板使用大块钢模板进行施工。,51,学习交流PPT,承台散热方案,承台混凝土一次整体浇筑。为避免大体积砼温度应力过大而产生裂纹，采取了埋设冷却水管，利用江水循环，带走承台内部热量 使内外温差控制在25以内； 冷却水管埋设如下图,52,学习交流PPT,冷却管示

16、意图,53,学习交流PPT,冷却管设计说明,1、冷却管采用外径42mm，壁厚2.5mm的无缝钢管，冷却管连接段用54mm，壁厚3.0mm的无缝钢管。 2、如设计图所示，承台每层冷却管设一个进水口，一个出水口。 3、用水泵抽水，保证冷却管进水口有足够的压力，进出水管的水温控制在相差510度之间，承台从浇注起至浇注完成砼后，10天内不断注水。 4、设计图中标注的冷却管长度为管道中心处距离，冷却管保证不串浆，不漏水，安装完毕，必须做密水检查，保证注水时管道畅通，砼养生完成后，冷却管内压入30号水泥浆。 5、冷却管用22钢筋架立点焊多点固定。 6、冷却管接头采用满焊，且保证不漏水，不串浆。,54,学习交流PPT,7、钢板桩围堰的拆除,钢板桩在拆除工作中应注意： 1、钢板桩围堰拆除与围堰施工顺序相反进行。首先采用水泵加水至最下一道围堰标高处拆除最下一道钢围囹，依次循环,直至最顶一层围囹拆除完毕。 2、钢板桩拔除先行由下游方向开始，对称施工至上游方向，采用振拔锤配浮吊进行施工。 3、拆除过程必须时刻注意施工安全。,55,学习交流PPT,8、施工中注意事项,钢板桩围堰在整个工程施工中极为顺利，经实测各单元的变形与计算结果相符。施工中要注意以下几点： 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。或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