武江大橋主墩系梁、承臺鋼板樁圍堰施工技術(shù)研究
2017-07-17
1 工程概述
本次施工的樂昌互通連接線武江大橋承臺（系梁）基坑鋼板樁圍堰支護(hù)工程，位于樂昌市長來鎮(zhèn)昌山村。本次圍堰施工主要是為位于江中的8#～11#墩共四個墩臺的施工提供施工作業(yè)條件。根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場實(shí)測，各承臺圍堰處理河床底標(biāo)高約為83～84 m，河床地質(zhì)從上往下依次為約2～3 m鉆渣，5 m左右厚度的卵石層，卵石層下面是約1～2 m厚度的粉質(zhì)粘土，然后是中風(fēng)化灰?guī)r。圍堰施工處目前水位約為87.4 m，橋位處下游約600 m是一個水電站大壩，因此根據(jù)近兩年來的觀察，該河段水位標(biāo)高一般都保持在該水位變化不大，水流流速平緩，最大流速約0.5 m/s。
2 總體實(shí)施方案
本次施工的8#～11#墩鋼板樁圍堰，其中9#、10#為主墩，8#、11#為過渡墩，圍堰分兩次進(jìn)行施工，一次同時施打一個主墩和一個過渡墩圍堰，等承臺墩柱施工完后再拔除鋼板樁施工下一個主墩和過渡墩。9#、10#主墩圍堰內(nèi)凈空：橫橋向長約16.2 m，順橋向?qū)捈s10.8 m，從承臺邊緣至鋼板樁內(nèi)側(cè)最小寬度為1.6 m；8#、11#過渡墩圍堰橫橋向長約14.9 m，順橋向?qū)捈s4.7 m，從系梁邊緣至鋼板樁內(nèi)側(cè)最小寬度為0.9 m。四個墩臺鋼板樁圍堰共約延長200 m。
為施打鋼板樁，須先在鋼板樁圍堰外搭設(shè)施工平臺，其中9#、10#主墩在前后兩面各搭設(shè)6 m寬的施工平臺，8#、11#過渡墩在旁邊一側(cè)搭設(shè)一條寬6 m的施工平臺，施工鋼平臺結(jié)構(gòu)形式與施工便橋相同，采用鋼管樁、工字鋼和槽鋼搭設(shè)。鋼平臺搭好后，按鋼板樁圍堰設(shè)計平面尺寸在樁基鋼護(hù)筒上焊接工字鋼框架作為打樁導(dǎo)向架，然后采用20 t吊車，90 kW液壓振動錘，利用錘身重量及高頻激震原理把拉森鋼板樁振入地下。根據(jù)地質(zhì)狀況和水深，鋼板樁采用單根長度為12 m的拉森IV型鋼板樁，打入河床底以下約5 m左右，頂端露出水面約0.5～1.0 m（8#、11#墩由于地質(zhì)顯示底下巖層標(biāo)高較高可能打到巖層時需露出水面兩米以上，對于此類情況則直到打到巖層震不下去為止）。圍堰支護(hù)圍檁采用雙拼I30工字鋼，對撐采用φ630 mm×10 mm鋼管樁，圍堰支護(hù)共設(shè)置兩道，第一道支護(hù)設(shè)置高度位于承臺（系梁）面設(shè)計標(biāo)高以上，大約在現(xiàn)有水面的高度設(shè)置；過渡墩圍堰不設(shè)第二道支護(hù)，主墩圍堰第二道支護(hù)設(shè)置于第一道支護(hù)以下約2.5 m處。
內(nèi)支護(hù)安裝好以后，潛水員配合長臂挖機(jī)整平坑底至設(shè)計標(biāo)高，然后澆灌水下混凝土封底，封底砼采用C25水下砼，8#和11#過渡墩封底厚度為0.5 m，9#、10#墩封底厚度為1.0 m，封底砼頂面即為承臺或系梁底面設(shè)計標(biāo)高。封底砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%以上時將坑內(nèi)水排干開展承臺、系梁施工。在結(jié)構(gòu)施工過程中要對鋼板樁圍堰變形進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，潛水員對于出現(xiàn)漏水的地方及時封堵，并用抽水機(jī)排干漏水。
3 鋼板樁打設(shè)前的準(zhǔn)備工作
3.1 施工交底
開展作業(yè)前對所有參與施工人員進(jìn)行施工技術(shù)交底和施工安全技術(shù)交底，并作好安全應(yīng)急預(yù)案。
3.2 鋼平臺搭設(shè)
為滿足吊車吊錘施打鋼板樁的要求，在鋼板樁材料設(shè)備進(jìn)場前要在圍堰旁邊搭設(shè)好鋼平臺。
3.3 人、材、機(jī)進(jìn)場
鋼平臺搭設(shè)好以后，安排吊車和振動錘進(jìn)場，在鋼平臺適當(dāng)位置支腿準(zhǔn)備就緒，然后根據(jù)一個圍堰所需材料數(shù)量，將拉森鋼板樁從卸料點(diǎn)陸續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)至施工現(xiàn)場。各類人員和焊機(jī)等小型機(jī)械進(jìn)場準(zhǔn)備就緒。
3.4 放樣鋼板樁圍堰打設(shè)位置
首先，按施工最小工作面定出圍堰布置方案，鋼板樁布置的平面位置，盡量平直整齊，盡可能避免不規(guī)則的轉(zhuǎn)角，以便充分利用鋼板樁和便于設(shè)備支撐。按圍堰平面布置方案放樣出鋼板樁圍堰四個角點(diǎn)的位置。
3.5 導(dǎo)向架安裝
為了保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直，控制樁的打入精度，防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力，設(shè)置一定剛度的、堅固的導(dǎo)架，亦標(biāo)“施工圍檁”。
4 施工工藝流程圖
施工工藝流程圖如圖1所示。
5 施工方法
5.1 鋼板樁支護(hù)方法
鋼板樁圍堰支護(hù)均采用兩道圍檁支護(hù)，每道圍檁均采用雙拼I30工字鋼沿周長布置。主墩圍堰短邊長度約10.8 m，長邊約16.2 m，每道支護(hù)平面布置為：四個角距離角部約4.2 m左右用雙拼I30工字鋼進(jìn)行斜拉對撐，使每個角部形成一個直角三角形，在長邊中間位置設(shè)置一根φ630 mm×10 mm鋼管作對撐。
過渡墩圍堰短邊長度約4.7 m，長邊長度約14.9 m，四個角距離角部約2 m左右采用雙拼I30工字鋼進(jìn)行斜拉對撐，使每個角部形成一個直角三角形，長邊中間則按間距約3.4 m布置一道φ630 mm×10 mm鋼管作對撐，每層支護(hù)設(shè)兩根鋼管對撐。
5.2 鋼板樁圍堰施工流程
5.2.1 施工流程
搭建施工鋼平臺？邛整平河床底至要求標(biāo)高？邛工程放線定位板樁？邛板樁墻定位？邛安裝導(dǎo)向鋼圍檁定位？邛振打鋼板樁？邛封底？邛圍檁安裝？邛圍堰內(nèi)抽水？邛圍檁吊入圍堰內(nèi)？邛抽水并將圍堰內(nèi)圍檁用葫蘆吊下沉至要求標(biāo)高？邛排干水？邛結(jié)構(gòu)工序施工？邛拆除支護(hù)、拔除鋼板樁、拆除施工平臺。
5.2.2 測量放線
根據(jù)本工程施工工作面的要求，測量放線定出鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)墻軸線及邊線。 5.2.3 施工圍檁安裝
為保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直、控制樁的打入精度，防止鋼板樁的屈曲和提高樁的貫入能力，在打設(shè)鋼板樁前，先設(shè)置一定剛度的堅固單層單面的導(dǎo)向鋼圍檁定位架。
5.2.4 屏風(fēng)式打入法
鋼板樁打設(shè)采用屏風(fēng)打入法。將鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi)，呈屏風(fēng)狀，然后分批施打。施工時先將屏風(fēng)墻兩端的鋼板樁打至設(shè)計標(biāo)高或一定深度，成為定位板樁，然后在中間按順序分1/3、1/2板樁高度呈階梯狀打入。
鋼板樁打設(shè)允許誤差：樁頂標(biāo)高±100 mm，板樁軸線偏差±100 mm，板樁錘直度1%。
5.2.5 鋼板樁的打設(shè)
插打方法：先逐根插打矩形圍堰的三個邊，最后一邊先插合攏后再打入。實(shí)踐證明：該方法速度快，合攏誤差小，易合攏。
插打順序：先上游，后下游合攏。
垂直度控制：在鋼板樁正面、側(cè)面各站一人采用吊線錐的方法檢查垂直度，觀察點(diǎn)遠(yuǎn)離鋼板樁插打位置50～100 m為宜。
先用吊車將鋼板樁吊至插樁點(diǎn)進(jìn)行插樁，插樁時鎖口要對準(zhǔn)，每插入一塊即套上樁帽輕輕加以錘擊。在打樁過程中，為保證鋼板樁的垂直度，用兩臺儀器在兩個方向加以控制。為防止鎖口中心線平面位移。可在打樁進(jìn)行方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板，阻止板樁位移。同時在圍檁上預(yù)先算出每塊板塊的位置，以便隨時檢查校正。
打樁時，開始打設(shè)的第一、二塊鋼板樁的打入位置和方向要確保精度，主要起樣板導(dǎo)向作用，一般每打入1 m測量一次。
5.2.6 止水施工
一般的做法是在鋼板樁施打過程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫?；蛟阡摪鍢度坎宕蛲戤呴_始抽水安裝圍囹時，采用一邊抽水一邊在鋼板樁的接縫外側(cè)下溜細(xì)砂或鋸末拌合濕砂的方法，借助水壓力將細(xì)砂吸入接逢內(nèi)而達(dá)到堵漏的目的，對于變形較大的接縫在圍囹安裝后用棉絮塞填。
5.2.7 圍堰封底
封底采用C25砼，主墩封底厚度為1.0 m，過渡墩為0.5 m。
封底混凝土采用導(dǎo)管法，導(dǎo)管設(shè)計作用半徑為2.0～3.0 m，封底砼采用一次連續(xù)澆注完成，潛水員配合水下整平混凝土面，控制封底砼頂標(biāo)高為設(shè)計承臺（系梁）底標(biāo)高，如圖2所示。
5.2.8 鋼支撐安裝與拆除
?、僭诜獾谆炷吝_(dá)設(shè)計強(qiáng)度的80%后即可抽水架設(shè)圍囹和內(nèi)支撐。
②支撐安放原則：先支撐后降水，分層支撐分層降水。
?、蹏叩谝淮纬樗^為關(guān)鍵，根據(jù)鋼板樁新舊程度需配置足量的水泵進(jìn)行強(qiáng)降水。
?、車咚慕翘幨芰^復(fù)雜，為保證圍堰安全性，四角采用型鋼進(jìn)行加強(qiáng)。
?、菔┕び^測，重點(diǎn)是觀測圍堰圍囹、內(nèi)支撐和鋼板樁的變形。如發(fā)現(xiàn)變形過大，立即停止抽水，并向鋼板樁圍堰內(nèi)注水，以減少變形。分析原因，采取加固措施后，重新抽水、安放支撐。
圍囹的安裝應(yīng)隨著抽水的深度逐層實(shí)施，安裝過程中要密切注意河床水位的變化，并安排專人負(fù)責(zé)施工期間的抽水工作。值得注意的是工字鋼與鋼板樁的連接，由于鋼板樁在插打過程中受多方面的影響，整個圍堰的側(cè)面順直度較差，工字鋼安裝后與鋼板樁之間有較大的間隙。為防止圍堰的變形，要求將工字鋼與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接，圍堰的四個角更應(yīng)加強(qiáng)。如圖3所示。
5.2.9 拔 樁
墩柱施工好以后將圍堰內(nèi)逐步拆除支護(hù)逐步注水至與堰外持平以后就可拔除鋼板樁。
?、黉摪鍢秶卟鸪c圍堰施工順序相反進(jìn)行。首先采用水泵加水至最下一道圍堰標(biāo)高處拆除最下一道鋼圍囹，依次循環(huán)，直至最頂一層圍囹拆除完畢。
?、阡摪鍢栋纬刃杏上掠畏较蜷_始，對稱施工至上游方向，采用振拔錘配吊車進(jìn)行施工。
先用打樁機(jī)夾住鋼板樁頂部振動1～2 min，使鋼板樁周圍的土松動，產(chǎn)生“液化”，減少對樁的摩擦力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時注意樁機(jī)的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難或拔不上來時，應(yīng)停止拔樁，先振動1～2 min后再往下錘0.5～1.0 m，然后再往上振拔，如此反復(fù)可將樁拔出來。
6 施工中遇到的常見問題及處理方法
由于河床地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼板樁打拔施工中常會遇到一些難題，常采用如下幾種辦法解決：
?、俅驑哆^程中有時遇上大的塊石或其它不明障礙物，導(dǎo)致鋼板樁打入深度不夠，采用轉(zhuǎn)角樁或弧形樁繞過障礙物。
②鋼板樁擠進(jìn)過程中受到石塊等側(cè)向擠壓作用力大小不同容易發(fā)生偏斜，采取以下措施進(jìn)行糾偏：在發(fā)生偏斜位置將鋼板樁上拔1.0～2.0 m，再往下錘進(jìn)，如此上下往復(fù)振拔數(shù)次，可使大的塊石被振碎，或使其發(fā)生位移，讓鋼板樁的位置得到糾正，減少鋼板樁的傾斜度。
③鋼板樁沿軸線傾斜度較大時，采用異形樁來糾正，異形樁一般為上寬下窄和寬度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)寬度的板樁，異形樁可根據(jù)實(shí)際傾斜度進(jìn)行焊接加工。傾斜度較小時也可以用卷揚(yáng)機(jī)葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘擊。
?、茉诨A(chǔ)較軟處，有時發(fā)生施工當(dāng)時將鄰樁帶入現(xiàn)象，采用的措施是把相鄰的數(shù)根樁焊接在一起，并且在施打當(dāng)樁的連接鎖口上涂以黃油等潤滑劑減少阻力。
7 結(jié) 語
文章重點(diǎn)的研究了鋼板樁以及對各個環(huán)節(jié)穩(wěn)定性的加強(qiáng)效果，在呈三角形或者是四邊形的狀態(tài)下具體施工，之后進(jìn)行封堵和止水拆卸等流程的操作，進(jìn)一步確保了武江大橋主墩系梁、承臺鋼板樁圍堰的可靠性，雖然鋼板樁圍堰在工程中經(jīng)常應(yīng)用，技術(shù)也已成熟，但施工過程中還要綜合考慮，采用最經(jīng)濟(jì)、安全、高效的施工方案。
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