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多功能钢板桩围堰施工技术详解

384 2020-09-11 08:57:49


多功能钢板桩围堰施工技术,对传统的钢板桩围堰进行了优化设计,通过在围堰外增设围檩在围堰内形成对拉系统,使钢板桩围堰能够承受围堰由内向外的侧压力,围堰内即可填芯筑岛施作桩基施工平台;围堰基坑开挖时在围堰内设置对撑系统作为承台基坑的支护结构,实现了钢板桩围堰的多功能性;基坑开挖前通过向围堰基底以下1.5~2.0 m厚土层预注浆,形成1道水平止水帷幕,切断基坑内外的水流联系,减小了封底厚度和基坑开挖深度,降低了施工风险。与传统的水中桩基、承台施工工艺相比较,多功能钢板桩围堰施工技术显著地提高了施工效率,大大节约了经济成本。

1、技术背景及特点

1.1、技术背景

近年来,国家基础交通建设高速发展,桥梁在高速公路建设中的比重越来越大,桥梁水中基础以其施工难度大、安全风险高、施工周期长的特点成为大跨度桥梁建设的关键环节,研究桥梁深水基础施工技术对我国的桥梁建设有着积极的现实意义。我国桥梁深水基础广泛采用大型群桩基础,是桥梁水中基础的发展趋势,随之发展起来的必然是各种围堰的施工技术。常见的围堰形式主要有钢板桩围堰、混凝土围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰、钢筋混凝土组合围堰等。其中,钢板桩围堰具有施工速度快、经济效益好、可重复利用等诸多优点,被广泛用于修建桥梁水中基础时的围堰工程。

钢板桩围堰传统做法是:第1步施工水上钻孔平台;第2步在平台上进行桩基施工;第3步打设围堰将群桩围在堰内;第4步堰内河床灌注水下混凝土封底;第5步抽水、进行承台施工。

钢板桩围堰传统施工方法的主要问题:1)借助钢平台进行桩基施工,需埋置较长的钢护筒,且桩基施工完成后需要拆除临时钢平台才能进行基坑的开挖支护,增加了工程费用,同时降低了施工效率;2)围堰采用水下封底施工,施工工艺复杂且施工质量难以保证。

1.2、技术特点

1)围堰内填土筑岛替代钢平台。

通过对传统的钢板桩围堰进行优化设计,在钢板桩围堰外增设同檩在围堰内形成对拉系统,使钢板桩围堰能承受围堰由内向外的侧压力,围堰内即可填芯筑岛施作桩基施工平台。

2)钢板桩围堰的多功能性设计。

围堰基坑开挖时,在围堰内设置对撑系统,既可以做承台基坑的支护结构,又可以做桩基施工的平台,实现了钢板桩围堰的多功能件。

3)基坑开挖前对基底预注浆。

该工程多为低桩承台,基坑开挖深度较大,开挖前通过向围堰基底以下1.5-2.0m厚土层预注浆,形成1道水平止水帷幕,切断基坑内外的水流联系,减小了封底厚度和基坑开挖深度,降低了施工风险。

2、工艺原理及施工工艺流程

2.1、工艺原理

通过计算,在钢板桩围堰外设置1圈围檩在围堰内形成对拉系统,使钢板桩围堰具有承受由内向外侧压力的能力。通过调整施工Ⅲ页序,先进行钢板桩围堰施工,在围堰内填芯筑岛使钢板桩围堰既作为桩基施工平台又成为承台施工的支护结构。通过向围堰基底以下土层预注浆,形成1道水平止水帷幕,切断基坑内外的水流联系,以减小封底厚度和基坑开挖深度,降低施工风险。

2.2、施工工艺流程

3、多功能钢板桩围堰施工技术

以某项曰某大桥10号墩为例进行说明。

3.1、钢板桩围堰施工。

钢板桩围护结构主要有2个作用,一是在桩基施工期间作为挡土支护、维持筑岛的稳定,二是在后期承台施工时,作为承台的施工防水围护结构。因此钢板桩长度和打设范围均按承台施工要求确定。钢板桩米用拉森Ⅳ型,10号墩钢板桩长18m。桩顶标高3.5m,筑岛顶面标高3.5m,与钢栈桥、平台面标高相同。围堰考虑西南涌通航宽度及水位,两侧围堰净距约为52m,钢板桩高出河涌水位1.5m,标高3.5m。钢板桩围堰腰梁设在2.0m处(距钢板桩顶标高1.5m),采用双拼145b工字钢,通过2[14b槽钢拉杆对拉。

1)钢板桩捕打作业

钢板桩同堰施打时,开始可插1根打1根,即将每一片钢板桩打到设计位置,到剩下最后20片时,采取先插后打,若合龙有误,用倒链或滑车组对拉使之合龙.合龙后再逐根打到设计深度。

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,并垫木块、胶皮以防滑移和吊点处锁口受力后变形。

在钢板桩下端系揽风绳2根,起吊钢板桩接近垂直状态时,利用揽风绳控制正反方向。

第1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,必要时可施加辅助设施控制钢饭桩在导向内的左右位置。

桩机将桩夹住后,应进一步复核钢板桩的垂直度、位置.认可后进行插打。使钢板桩(第1片或第1组)下沉到设计标高,其他钢板桩则以插打好的桩为基准。钢板桩利用自重下插,当自重不能迫使下插时,司利用配重或滑车组加压。

2)合龙

合龙准备:即将合龙时,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桩如何插打(是否需要加工异型钢板桩)。

合龙时桩的调整处理:为了便于合龙,合龙处的2片钢板桩应一高一低。方形钢板桩围堰有4个面,打完的每一片钢板桩都要与导向架的法线和切线方向垂直。合龙位置应选择在角桩附近(一般距角桩4~5片位置),如果距离有差距,可调整合龙处相邻1片桩距导向架的距离。为防止合龙处2片桩不在一个平面内,一定要调整好角桩方向,让其1面锁口与对面的钢板桩锁口尽量保持平行。

围堰合龙之后在2.0m处(距钢板桩顶标高1.5m)设置外腰梁,采用双拼I45b工字钢,通过2[14b槽钢拉杆对拉。

3.2、填芯筑岛

对合龙的钢板桩围堰一边填砂、一边抽水,距围堰顶1.5m处设置外腰梁形成对拉系统,通过已经搭设完成的钢栈桥或砂船向围堰内运输砂土完成筑岛。围堰填筑成形后,在填砂顶面铺设1层黏土以增强其承载能力。钢板桩围堰见图2。

3.3、桩基施工

围堰内填砂筑岛变水中桩为陆上桩,为了防止塌孔采用45m长钢护简。桩基施工工艺与陆上施工工艺一致。在钢平台附近搭设钢箱做泥浆池。

3.4、基底预压浆

对承台基底以下1.520m厚土层进行预注浆,形成l道水平止水帷幕,切断基坑内外的水流联系,以达到干法施工条件(见图3)。基底注浆采用袖阀管注浆艺。袖阀管注浆施工工艺是目前地基处理中一种比较先进的方法,它能进行定深、定量、分度、分段、间歇、重复注浆,集中了劈裂注浆法、压()密注浆法和渗入注浆法的优点。

袖阀管注浆工艺流程:测放孔位→钻进成孔至设计深度→注入套壳料→下入袖阀管→安装止浆环,注入固管止浆料→待凝→下入芯管,开环注浆→白下而上分段间歇注浆→全孔段注浆完成,冲洗袖阀管→保护好袖阀管,必要时进行后备注浆。

3.5、基坑开挖支护

围堰内基坑采用边开挖边支护的方式,10号墩在基底预注浆完成后进行开挖支护。基坑开挖支护分为5步:

1步:将基坑筑岛面开挖至桩顶以下2m(标高1.5m),保留原筑岛拉杆体系,安装第l道支撑。围檩及内支撑采用2I45工字钢。

2步:承台基坑开挖至桩顶以下5m,安装第2道支撑。围檩及内支撑采用2I56工字钢。

3步:承台基坑开挖至桩顶以下8m,安装第3道支撑。围檩及内支撑采用3I56工字钢。

4步:承台基坑开挖至桩顶以下10m,安装第4道支撑。围檩及内支撑采用3I56工字钢。

5步:承台基坑开挖至桩顶以下11.5m

3.6、封底

基坑采用机械开挖,边开挖边抽水,抽水至人工可以进行坑底整平作业后进行第1次封底,浇筑50cm厚封底混凝土,浇筑顺序自一端向另一端全断面进行,把基坑内剩余的水往一端挤压,在围堰一角采用大功率抽水泵进行集中抽水。待混凝土具有一定强度后进行第2次封底,支模浇筑30cm厚混凝土。同时,在围堰周边留出宽4050cm的排水沟。

3.7、承台、墩柱混凝土浇筑,围堰拆除

浇筑承台混凝土,并在承台与钢板桩空隙内填砂灌水:然后逐层拆除内支撑,浇筑墩柱混凝土,同时向围堰内回灌水:墩柱施工完成后拆除钢板桩。

承台为大体积混凝土施工,为防止产生温度裂缝,混凝土浇筑时在承台中埋设了2层冷却水管通水进行降温。

4、结语

随着我国市场经济体制的不断完善和经济实力的不断增强,全国高速公路网络建设也在逐步完善,桥梁以其刚度大、沉降小等特点在高速公路建设中应用的比重越来越大。采用桥梁的形式跨越大江、大河已经非常普遍,水中桩基、承台的施工一直都是施工过程中的难点和重点。水中装机施工平台的设计、水中承台施工钢围堰的设计及基坑封底方式的选择是施工成败的关键。一种既能提高施工质量又能加快施工进度的施工技术,是交通基建市场的迫切需求。

多功能钢板桩围堰施工技术为水中桩基、承台施工提供了一种新思路,较传统施工工艺大大地提高了生产效率,具有施工质量好、功效高、安全可靠、经济合理等优点,该施工技术具有非常广泛的推广和应用前景。