受强涌潮影响水中承台围堰施工方案创新(修改).doc

受强涌潮影响水中承台围堰施工方案创新(修改)
受强涌潮影响水中承台围堰施工方案创新
浙江省交通工程建设集团有限公司
杭新景高速公路延伸线（之江大桥）QC小组
1、工程概况
杭新景高速公路延伸线(之江大桥)第2标工程起讫桩号K2+777～K4+700，主桥东侧非通航孔桥跨越钱塘江，水中主桥施工是本项目的重点，水中承台施工又是重中之重，共22个水中承台，其中6#、7#为整体式承台，8#～17#墩均由两个分离式承台所组成，共20个水中承台，实测河床标高约-1.82m～+0.92m。6#、7#墩由于水深较深需采用双壁钢围堰，16#、17#墩位于堤坝侧存在抛石，且水深较浅，故采用砂袋围堰。而8#～15#由于承台数量多，且钱塘江强涌潮作用举世瞩目，承台施工受潮水影响非常大，特别是要求在汛期来临前完成所有水中承台施工，因此出台一个成功的施工方案是关键。承台处河床参数如下表所示：
表1 河床参数表
墩号
顶面标高(m)
底面标高(m)
设计河床面标高(m)
实测河床面标高(m)
所入土层
6#
3.000
-0.500
0.85
-1.84
粉土
7#
3.000
±0.000
1.10
-1.75
粉土
8#
3.000
±0.000
1.50
0.14
粉土
9#
3.000
±0.000
1.80
0.31
粉土、粉砂
10#
3.000
±0.000
2.20
0.02
粉土
11#
3.000
±0.000
2.20
0.31
粉土、粉砂
12#
3.000
±0.000
2.30
0.92
粉土
13#
3.000
±0.000
2.35
0.50
粉土、粉砂
14#
3.000
±0.000
2.40
0.85
粉土
15#
3.000
±0.000
2.25
0.82
粉土
16#
3.000
±0.000
2.39
2.31
粉土
17#
3.000
±0.000
3.20
3.02
粉土
制表人：** 日期：2010年11月15日
根据《杭新景高速公路延伸线工程(之江大桥)水域条件分析与模型试验研究》，钱塘江河口段闻家堰～闸口河段年最高水位的产生原因有：一是上游洪水造成的，多发生于4月～7月；二是台风增水，多发生于7月下旬～10月。统计闻家堰和闸口水文站有正式全年水位记录以来的实测资料，由洪水造成的占65%以上，由台风造成的占35%以下。因此，控制该河段最高水位因素主要是洪水，大洪水主要出现在5～7月，8月～次年2月或3月为枯水期。
表2 设计高、低水位表 单位：m
频率
闸口
闻家堰
之江大桥桥址
高水位
低水位
高水位
低水位
高水位
低水位
0.33%
9.01
　/
9.59
　/
9.32
　/
1%
8.44
1.15
9.02
1.17
8.75
1.16
2%
8.14
1.34
8.74
1.35
8.47
1.35
5%
7.59
1.59
8.17
1.6
7.9
1.6
10%
7.28
1.82
7.80
1.83
7.57
1.83
制表人：** 日期：2010年11月16日
2、小组概况
小组名称
杭新景高速公路延伸线
（之江大桥）QC小组
成立
时间
2010年11月
课题
类型
创新型
活动时间
2010.11.15～2011.4.30
注册
日期
2010年11月15日
注册
编号
ZJJTQC2011-2-4
活动频率
平均每二周一次
课题活动次数
30次
序号
姓名
性别
职务
职称
小组职务
小组分工
TQC教育
1
**
男
项目经理
高级工程师
顾问
技术顾问
人均60学时
2
**
男
公司总工
教授级高工
顾问
技术顾问
3
**
男
公司质管部经理
高级工程师
顾问
质量顾问
4
**
男
常务副经理
教授级高工
组长
全面负责
5
**
男
项目副经理
工程师
副组长
方案审核
6
**
女
项目总工
高级工程师
副组长
技术负责
7
**
男
工程科副科长
助理工程师
副组长
方案编制
8
**
男
项目副经理
高级技师
组员
方案实施
9
**
男
项目副总工
工程师
组员
质量控制
10
**
男
工程科长
工程师
组员
现场技术
11
**
男
机料科长
工程师
组员
加工控制
12
**
男
施工员
技师
组员
实施操作
13
**
男
质检科长
工程师
组员
质量监督
制表人：** 日期：2010年11月17日
3、小组活动计划
时 间
步 骤
2010年
2011年
11月
12月
1月
2月
3月
4月
选题理由

目标设定

提出确定方案

制定对策

对策实施

效果检查

总结与打算

制表人：** 日期：2010年11月18日 计划 实施
4、选择课题
业主要求
该项目是浙江省重点工程，是目前规划中钱塘江最后一座大桥，且该项目业主提出确保“钱江杯”，争创“鲁班奖”的口号，要求施工质量达到优良。
工期要求
根据指挥部整体施工部署及水中承台节点目标，要求水中承台必须在2011年4月30日前全部完成，如未完成将影响整体工期。
环境要求
钱塘江施工受涌潮影响极大，且每年5月份为汛期季节，上游泄洪将给水中承台施工造成重大影响，如不能在汛期前完成水中承台施工，将造成工期滞后、施工成本增加及承台施工安全风险增大。

施工成本增加。
课题确定
受强涌潮影响水中承台围堰施工方案创新。

5、设定目标
5.1、设定课题目标
5.1.1、根据承台底标高与河床标高情况，水中承台必须采用无底套箱围堰作为承台施工挡水、挡土用，要求围堰下放、拼装简单，施工工期短，围堰允许少量渗水，但必须不能影响承台施工作业。
5.1.2、根据整体施工计划，水中承台施工工期为2010年12月1日～2011年4月30日，为确保在2011年4月30日前完成最后一个承台施工，因此，单个水中承台围堰施工时间不超过15天，并确保在2011年4月15日前完成所有水中围堰施工。
5.2、目标可行性分析

有利条件
本工程是集团、公司重点工程之一，公司领导对此工程非常关注，在人力、物力、财力上给予本小组很大支持，集团公司技术专家对本项目进行对口指导。

承担水中承台施工的班组具有多座桥梁水中承台围堰施工经历，并参与其他钱塘江桥梁施工，对施工环境熟悉，施工经验丰富。
QC小组成员，具有较强的事业心和责任感，参加过多项QC小组技术攻关，取得较好的成绩。

6、提出方案并确定最佳方案
6.1、提出方案
根据现场的施工情况，对于本项目水中承台围堰的施工方案，小组成员采用“头脑风暴法”提出了各种方案，由于承台底在河床内，故需采用有底围堰，以往在钱塘江上施工的桥梁有底围堰基本采用双壁钢围堰、混凝土沉井或砂袋围堰，而上述方案均无法满足工期要求，因此，需提出新的水中承台围堰施工方案，确保目标实现。
6.1.1、方案一：单壁钢围堰
单壁钢围堰由钢板、次肋、主肋体系组成整体结构，也需根据平面尺寸进行分节，一般高度方向不分层，再安排模板厂家进行加工并运至现场。在钢护筒上焊接牛腿组成拼装平台，再在平台上进行分块拼装形成整体，后安装吊点利用千斤顶进行整体下放，在钢围堰底着河床后，开始在围堰内利用泥浆泵进行吸泥下沉至设计标高，并安装围堰内支撑体系，最后进行封底混凝土浇筑。
6.1.2、方案二：拉森钢板桩围堰
拉森钢板桩围堰施工工艺利用打入地基中的拉森桩作竖向支撑，H型钢作围堰内四边围檩腰梁、四角斜支撑与钢管作水平内支撑。由拉森桩与土体的内摩擦力、型钢与钢管的水平支撑承受水平荷载，由拉森桩桩体本身的抵抗弯矩承受外部荷载对拉森桩产生的局部弯矩，由围堰的整体稳定性与基底抗隆起决定拉森桩的入土深度，并保证拉森桩的自身稳定，拉森桩的锁口自锁解决围堰的密封性：钢板桩打设前锁口涂满油脂与锁口对接完好，确保施工过程中的稳定与安全。
6.1.3、方案三：新型锁口钢板桩围堰
通过新型锁口钢板桩设计将整体围堰的拼装与安装化整为零，使得拼装与安装简便，定位控制精确，稳定性好。新型锁口钢板桩围堰侧板在结构与尺寸上与传统套箱围堰一致，分块侧板在现场通过特制锁口相连。锁口部位具有连接、定位、止水等多重功能，且锁口间隙加大使得钢板桩插打容易，最后合拢段可按图纸定制加工，锁口封堵材料采用优质粘土，具有封堵效果好，起拔容易。首先需根据平面尺寸对钢板桩进行分块设计，再安排模板厂家进行加工并运至现场。在钢护筒上焊接牛腿安装围檩，开始下放钢板桩，再利用振动锤震动钢板桩直至设计标高，依次下放、插打至合拢，并安装内支撑体系，后利用泥浆泵进行吸砂至设计标高，最后进行封底混凝土浇筑。
6.2、方案分析、评估与选定表
表3 方案分析、评估与选定表
方案
技术特点
施工工期
施工安全
施工成本
结论
单壁钢套箱
可实施，但围堰入土后易变形，导致围堰无法下放到位
单个套箱施工工期约25日
结构体系较弱，施工安全风险较高
套箱仅部分可周转使用，钢材用量大，施工成本较高
能实现目标，但实施难度大，施工工期长，成本高。
不选
拉森钢板桩
可实施，但在涌潮作用下，防水难度大
单个套箱施工工期约15日
在涌潮作用下，易出现涌砂等现象，施工安全风险较高
钢板桩可租赁，施工成本较低
能实现目标，但围堰防水难度大，施工安全风险较高。
不选
新型锁口钢板桩
可实施，但该方案在钱塘江首次使用，可借鉴的经验较少
单个围堰施工工期约15日，且可流水作业，部分工序不占用工期
结构系统强，且围堰支撑系统可另外设置，围堰与承台施工较安全
可周转使用，施工成本低
能实现目标，工工期短，套箱可周转施工，施工成本低。
选择
制表人：** 2010年12月15日
通过分析对比和评估，QC小组成员最终选择方案三，即采用新型锁口钢板桩作为水中承台围堰施工方案。
7、制定对策
根据最终确定的方案，小组针对要达到的目标，对方案5中影响工期、技术可行性与安全的因素进行分析，通过分析共有3个问题需要解决，分别制定了相应对策，并做了具体分员分工和时间安排，如下表所示：
表4 方案对策表
序号
要因
对策
目标
措施
地点
完成时间
负责人
1
钢板桩能否顺利下放
优化锁口装置
钢板桩能顺利下放
1、严格按照设计图纸进行加工；
2、进行过程验收，控制加工精度；
3、对锁口装置进行优化，使得子、母锁口连接更加便捷。
办公室与现场
施工过程中
潘江波
周 锋
姚德贵
2
钢板桩插打顺序确定
优化钢板桩插打顺序
顺利合拢
1、对钢板桩插打顺序进行优化，并对优化后方案进行分析评价；
2、选择分析评价后合理可行的方案。
办公室与现场
施工过程中
**
张惠良
3
钢板桩锁口封堵
优化锁口封堵方案
抽水后锁口不漏水或少量渗水
1、优化原锁口封堵方案；
2、制作简便振动插捣器进行锁口封堵。
办公室与现场
施工过程中
周联英
郑海忠
许国泰
制表人：** 2010年12月16日
8、对策实施
实施一：优化锁口装置
1、一种新型锁口钢板桩围堰，对两侧板连接的锁口进行改进。对原锁口进行改进，把原子锁的钢管截面(φ76×8mm)变小，增加钢管的壁厚，以增强刚度，减少加工误差，现子锁钢管采用φ68×10mm钢管；原母锁的锁扣尺寸加大，比子锁连接板板厚大20mm，现母锁中锁扣间距为40mm，同时，把锁口处的14a#槽钢更改为16a#槽钢，让子锁中的14a#槽钢嵌于16a#槽钢中，形成双子母锁扣，使得钢板桩下放容易。
2、钢板桩必须严格按设计图纸进行加工，面板与型钢要焊接牢靠，子锁、母锁与连接板与加劲板间要求双面焊。应控制加工精度：钢板桩插打过程中出现下放困难，主要是加工过程焊接量较大，导致变形过大，且“双子锁”和“双母锁”的变形方向与变形量不一致，导致下放困难。因此，在加工的过程中尽可能的减少焊接量，同时，焊接后如有变形需进行矫正。
“双母锁”内焊渣要清除干净：如“双母锁”内焊渣未清除干净，则下放时“子母锁”之间活动空间减小，易导致下放困难，且也极易出现卡桩。“双子锁”下端要削尖，削尖后“子母锁”下放时易导向，且不易卡桩。
采取以上措施后，对后续施工的 “新型锁口钢板桩”均能顺利下放。
结论：综上所述，该对策的目标得以实现。

图1 新型锁口钢板桩围堰连接示意图

图2 新型锁口钢板桩“子锁”、“母锁”照片
实施二：优化锁口钢板桩插打顺序
1、优化插打方案：首先下放迎潮面转角处钢板桩，再下放迎潮面的钢板桩，待另一转角侧钢板桩下放后(即第1～4片均下放后)，再用振动锤把迎潮面的2片钢板桩打入设计标高(第2、3片)，插打时要把2转角处的钢板桩固定；待迎潮面中间的钢板桩打入设计标高后，再下放侧面的钢板桩(即第5～9片)，固定第9片后，再用振动锤把第4～8片钢板桩打入设计标高，依次类推，完成钢板桩插打，最后应根据现场的实际情况，测量下放后的偏差情况对插打顺序进行适当的调整；
2、插打过程控制：在第1片转角钢板桩的下放时，要控制2个方向的垂直度，在入土后采用电焊与围檩固定；其他钢板桩下放时由于加工可能存在的误差，需要左右摆动，因此，建议在下放时不使用外导向架，但在入土前，需在上、下2道围檩处均焊接十字槽钢作为外导向与控制左右方向的垂直度；
3、合拢片控制：本工程钢板桩合拢位置选择在侧面的位置，合拢前需仔细测量2侧钢板桩的平面尺寸，如在左右两侧锁口允许的误差内，则直接下放；如超出允许误差不大，则用振动锤夹住前一片钢板桩向相反的方向进行振动，待尺寸在允许误差内，再下放合拢段钢板桩；如超出过大，则将两侧的钢板桩拔起重新下放或对合拢段钢板桩的尺寸进行调整，调整后再下放。
钢板桩插打顺序调整如下：

图3 钢板桩插打顺序优化

图4 钢板桩下放、插打照片

图5 钢板桩合拢照片
采取以上措施后，对后续施工的围堰“新型锁口钢板桩”均能较顺利合拢。
实施三：优化锁口封堵方案
1、原锁口间封堵材料为絮状砂浆，与水下混凝土浇筑施工方法一致，要求采用小导管下放至锁口底，再在导管口灌注砂浆，该方法易出现如砂浆灌注失败，则补救措施困难，渗水无法进行堵漏。现更换为优质粘土，封堵工艺简单，取材方便，出现渗漏补救容易，只需采用简易振捣棒振捣密实即可。
2、锁口与标准板间采用螺栓连接，内粘贴5mm海绵橡胶条。
3、所用的土必须为优质粘土，且在使用前需用手拌和均匀，每次粘土填筑高度不得大于30cm，填筑后需用捣棒夯实。在粘土填筑前需用高压水把每个锁口内的粉土与杂物冲洗干净，锁口封堵时，施工员或技术员需全程旁站，并检查每道工序。
采取以上措施后，对后续施工的围堰锁口封堵问题得以有效解决，局部出现小渗漏，再进行简单补振捣即可。

图6 钢板桩锁口振捣封堵照片

图7 钢板桩抽水后承台施工照片

图8 钢板桩围堰墩身浇筑后照片
9、效果检查
9.1、东侧非通航孔桥水中承台采用新型锁口钢板桩作为围堰施工，下放便捷、合拢顺利、水下封底混凝土质量较好，在承台施工期间仅锁口连接处出现少量渗水，未出现涌砂等情况。
9.2、通过对施工中出现的问题进行分析和总结，单个围堰施工工期均小于15天，平均为12天，第一目标实现。同时，在2011年4月11日完成了所有围堰施工，第二目标成功实现，为后期承台施工赢得了宝贵的时间。各墩围堰施工工期如下表所示：
表5 各墩承台施工时间表
墩号
左/右幅
围堰开始施工日期
围堰施工完成日期
围堰施工天数
8#
右幅
2011.2.12
2011.2.23
12
左幅
2011.3.15
2011.3.27
12
9#
右幅
2011.2.18
2011.2.29
12
左幅
2011.3.25
2011.4.6
13
10#
右幅
2011.2.26
2011.3.7
10
左幅
2011.4.1
2011.4.11
11
11#
右幅
2010.12.25
2011.1.6
13
左幅
2010.12.15
2010.12.20
15
12#
右幅
2011.2.20
2011.3.2
11
左幅
2011.3.27
2011.4.7
12
13#
右幅
2010.12.28
2011.1.10
14
左幅
2011.3.1
2011.3.12
12
14#
右幅
2011.1.3
2011.1.13
11
左幅
2011.3.8
2011.3.19
12
15#
右幅
2011.1.12
2011.1.22
11
左幅
2011.3.18
2011.3.30
13
制表人：潘江波 2011年4月13日
经济效益分析：
“新型锁口钢板桩”围堰与双壁无底钢套箱围堰、拉森钢板桩围堰相比，经济效益明显，以杭新景高速公路延伸线(之江大桥)项目为例，经济效益对比分析见下表。采用新型锁口钢板桩作为水中承台围堰施工还可加快施工进度，本项目由于工期要求投入了8套围堰，所有围堰周转一次。与传统方法相比，仅本项目水中承台施工一项节约了近560万元。
以8#～15#墩单个分离式承台为例，单壁钢套箱重140t，钢套箱材料与加工费需56万元(考虑回收与回收所需的费用)，采用新型锁口钢板桩围堰重135t，钢板桩材料与加工费需54万元(考虑回收与回收所需的费用)；下沉、吸砂与封底采用单钢套箱需16万元，而采用新型锁口钢板桩围堰只需10万元，节约6万元。本项目共投入8套新型锁口钢板桩，分别周转一次，如采用单壁钢套箱重则需投入16套，因此本项目围堰施工节约费用为：(56+16)×16-(54×8+10×16)=560万元。
表6 经济效益分析表
围堰类型
长度(m)
单位面积重(kg/m2)
单个重(t)
下沉、吸砂、封底(万元)
回收、重复利用情况
单个承台围堰费用(万元)
新型锁口钢板桩
12
275
135
10
可完全回收、可重复利用
64
单壁套箱
12
285
140
16
局部回收、不可重复利用
72
备注：同时，“新型锁口钢板桩”围堰可完全回收利用，因此可进行二次利用，而单壁套箱局部回收后已无法使用因此，进行二次周转使用时，费用将大大降低。
制表人：** 2011年4月20日
10、巩固措施
本QC小组成员在总结“新型锁口钢板桩”围堰施工工艺后，申请的“一种锁口式钢板桩围堰的锁口装置”已被授予国家实用新型专利，形成《“双子母锁”钢板桩围堰水中承台施工工法》，该工法已被评为浙江省省级工法。该工法可为今后的类似工程施工提供参考依据，“新型锁口钢板桩”可完全重复利用，既节约资源，也减少从头摸索施工的费用，同时，也给国内设计界提供了类似桥梁桩基成功实例以与桥梁选型的设计依据，进一步推动了同类型桥梁技术进步和应用，留给今后同类型工程施工时的参考。
11、总结与打算
1、通过本次活动，使受涌潮影响水中承台围堰施工方案取得了圆满成功，实现了汛期前完成水中承台施工的节点目标。
2、通过本次活动，小组成员对QC活动程序了解更深刻，并对该活动产生了浓厚的兴趣，在活动中增加了不少其他相关知识，理论水平，管理能力也得到增强，在活泼的活动气氛中，成员增强了独立思考的能力，使管理人员和队伍的面貌有了很大的改观，见雷达图：
表7 综合素质评价表
评 价 内 容
活动前
活动后
团队精神
4
5
质量意识
4
5
个人能力
3
4
QC知识
4
5
自信心
3
4
图12 小组自我评价雷达图
3、通过本次活动，小组成员工作干劲和工作热情高涨，决定今后继续开展QC活动，活动题目选为“水下封底混凝土施工方案创新”。
18 / 18