深水地下连续墙板桩码头施工技术研究.pdf

田秀强:深水地下连续墙板桩码头施工技术研究施工技术SHIGONGJISHU 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:田秀强(),男,山东烟台人,工程师深水地下连续墙板桩码头施工技术研究田秀强(山东港通工程管理咨询有限公司,山东 烟台 )摘要:深水地下连续墙板桩码头具有长度大、深水作业、隐蔽性工程多等特点,使得其结构施工质量控制困难.为解决深水地下连续墙板桩码头施工技术问题,文章以山东省某港区 号至 号多用途泊位工程码头施工为研究对象,对深水地下连续墙施工的各个工序进行研究,并采用现场实测的手段对板桩墙体的位移进行监测.结果表明,从施工准备工作、泥浆自备、钢筋加工、成槽工艺、钢筋笼起吊以及混凝土浇筑等全流程分析了深水地下连续墙板桩码头的施工关键技术,成果可直接应用于工程实际;深水地下连续墙板桩码头的施工与变形并非同步发生的,研究案例的地下连续墙垂直位移和水平位移大于 d后才趋于稳定,地下连续墙仍存在较长时间的工后变形问题.关键词:深水码头;地下连续墙;板桩码头;钢筋笼吊装;变形;施工技术中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()引言深水码头是发展重载航运的重要公共服务基础设施,在大型船舶运输长距离运输成本优势的背景下,发展深水码头日益受到政策决策者的重视.与浅水码头相比,深水码头建设的难度要求更为苛刻,传统的重力式码头和高桩承台码头的适用性较差,一般采用安全性更高、结构强度更大的地下连续墙板桩码头,它作为码头主体结构构件,不仅能够挡土和隔水,而且还可以承担码头地表的各类动、静荷载.值得注意的是,深水地下连续墙板桩码头修建的位置一般为土质松软的深水区域,地下连续墙具有长度大、深水作业、隐蔽性工程多等特点,使得其结构施工质量控制难度加大,处置不当会直接影响结构的稳定性和安全性.因此,研究深水地下连续墙板桩码头的施工技术显得尤为重要 .工程概况山东省某港区 号至 号多用途泊位工程码头工程施工第二标段,位于港区港池南岸.本工程板桩码头地连墙作为地下构筑物的重要结构,起承重、挡土、止水作用,地连墙分为L形结构和直线形结构两种.本工程地连墙板桩码头工程包括 万吨级板桩码头、万吨级板桩码头、码头滚装上岸段、码头西侧直立岸壁四部分.个泊位“一”字形布置,新建码头岸线总长度为 m,码头面高程为 m,施工码头长度为 m.共由 段地连墙组成,其中段为L形地连墙,其他为直线 形地 连墙,直线 形地 连墙 标 准段 单元 槽段 长 度 为 m,厚度为 m和 m,地连墙钢筋笼 重量 统 计见表.本方案为直线形、L形地连墙,锚碇墙,遮帘桩的钢筋笼吊装方案.各型号地连墙、锚碇墙、遮帘桩槽段简图及段数、钢筋笼重量见表.表板桩码头地连墙段数和钢筋笼重量序号型号数量/段重量/t长度/m备注 直线形 直线形 直线形 直线形 L形 直线形表板桩码头锚碇墙墙段数和钢筋笼重量序号型号数量/段重量/t长度/m备注 直线形 直线形深水地连墙板桩码头施工关键技术 施工准备及泥浆制备、循环利用深水地下连续墙在施工准备阶段的主要工作包括设备的安装与调试、材料的堆放与加工处理、施工材料的试验以及其他为保证正式施工的必要工序.设备的安装包括架设环保型泥浆循环系统,地下连续墙成槽设备的安装与调试;材料的堆放和加工处理主要包括混凝土材料、膨润土材料、钢筋材料的堆放场地建设以及钢筋加工场的设置;辅助工作主要包括导墙施工、泥浆配合比试验等.膨润土泥浆是深水地下连续墙成槽施工中最为重要的辅助材料,它可以维持孔壁的稳定,防止孔壁渗透破坏和保持孔内外地下水的平衡,因此,确定其生产能力以及配合比是施工准备阶段的重要工作内容.结合本工程实际情况,选取的环保型泥浆循环系统为高速回转式搅拌机,具有良好的膨润土搅施工技术SHIGONGJISHU田秀强:深水地下连续墙板桩码头施工技术研究 工程与建设 年第 卷第期拌功能,能够实现每台每小时生产 m的膨润土泥浆,联合多台搅拌机,可以满足地下连续墙挖方能力 倍至 倍的膨润土泥浆使用要求,同时为保证成槽施工的连续性,膨润土的泥浆应具有一定的盈余作为泥浆储备,储备量确定为成槽能力的 倍范围内.膨润土的拌和均匀性可以通过搅拌时间来 控 制,每 台 搅 拌 机 生 产 膨 润 土 时 每 批 次 应 不 少 于m i n,生产完毕的泥浆应放置在储浆池内,使用时采用管道泵送至成槽位置.泥浆配合比是实现泥浆护壁功能的重要参数,一般通过室内试验确定,比重采用泥浆比重计测试,黏度采用 m L漏斗法测试,含砂率采用洗砂瓶进行测试,p H采用p H试纸进行测试.依据大量工程经验,本项目深水地下连续墙板桩码头施工按照不同的地层类别采用的新鲜泥浆、循环泥浆配合比如表所示.同时,为了增加膨润土的黏性和拌和均匀性,每 k g膨润土添加增黏剂羟甲纤维素 k g,添加分散剂纯碱k g.表深水地下连续墙板桩码头泥浆配合比序号 泥浆类型适用地层比重/(g/c m)含砂率/黏度/s p H新鲜泥浆黏性土 小于 新鲜泥浆砂性土 小于 循环泥浆黏性土小于 小于小于 大于循环泥浆砂性土小于 小于小于 大于 地下连续墙成槽施工成槽施工属于隐蔽性工程,作为地下连续墙施工中最为重要的施工工序,槽体的成型质量直接影响着后续钢筋笼的下放和混凝土的浇筑,也直接影响地连墙的施工质量,.单元槽段划分总体上应遵照设计要求进行.为尽可能地避免对地层扰动,在槽段开挖时需要对抓斗成槽循序进行布置,布置的方式分两种不同的工况,分别为地下连续墙首开段和顺开段,详细的抓斗开挖顺序平面图如图所示.本工程m厚的地连墙槽段共计 段,计划中间一段为首开段,然后向两侧按顺序开段施工;m厚的地连墙槽共计 段,计划做两个首开段,分别向两侧顺开,最后两个闭合段收尾.图不同开挖段地下连续墙抓斗开挖顺序平面布置在深水地下连续墙成槽施工质量控制中,有个最为重要的控制指标,分别为成槽垂直度和成槽深度.成槽垂直度直接与地下连续墙的密闭性相关,影响着钢筋笼的下放和成墙后的止水效果;成槽的深度则直接影响到混凝土的浇筑方量,成槽深度过大会导致混凝土的浪费,成槽深度不足则不能满足设计要求.在成槽的垂直度控制方面,最为主要的控制手段是控制抓斗的平面位置以及抓挖方向,抓斗的平面位置在下放抓斗前,应该按照设计要求,摆放限位器使抓斗的中心线与槽段的轴线相互重合,摆放限位器上标示出中心线指示,并用水准仪等仪器进行复核其平面位置.在抓进的过程中,抓斗设备位置处设置了重力倾斜仪和纠偏导向板,重力倾斜仪可实现对抓斗成槽路径进行实时监测,当其发生位置偏移时,操作人员可通过电脑控制,控制指令传输至纠偏导向板,依托纠偏导向板的伸缩来达到修正抓斗成槽方向.在成槽深度控制方面,主要是通过测锤校核的方法实现,特别是在抓斗开挖至设计标高以上m时,操作人员依托设备仪表盘获取成槽深度信息后,边挖边提斗,同时严格控制开挖进尺,保持每次开挖进程不超过 c m,达到设计成槽深度后采用KO D E N DM 测孔仪进行验孔.由于工程场区存在较厚的砂层,渗透系数大,为了保障成槽过程中槽壁稳定,不会因为砂层坍塌导致的槽内泥浆漏失,引起抓斗的过度开挖,进一步引起抓斗偏移方向,因此,在成槽的过程中应保持抓斗闭合状态放入槽内,并加大膨润土和CMC的掺量,保证泥浆高度大于地下水位高度,并确保泥浆的比重和黏度.钢筋加工、制作及吊装深水地下连续墙板桩码头的钢筋主要在加工平台进行,主要完成钢筋的连接、焊接、弯曲等预备和准备工作.加工使用的钢筋材料应满足施工配筋图,钢筋的品种、规格使用正确;焊条和焊剂的品牌和性能符合要求,箍筋和主钢筋的焊接要求有所不同,前者采用点焊封闭,后者采用闪光渡劫焊;加工完成的钢筋在长度方向上的误差不超过mm,完成后利用钢筋滚筒平台加工钢筋笼,钢筋滚筒平台的尺寸为m m,加工平台的数量设置应满足前方地下连续墙钢筋笼吊装的要求,钢筋笼的最大生产尺寸为 m m,重量约为 t,钢筋笼中的焊接接头不能在同一个断面上,接头之间应相互错开,同一个断面上的接头数量不超过总数的.受力钢筋间距的允许误差不超过 mm,箍筋和分布筋间距的允许误差不超过 mm,钢筋笼骨架长度的允许误差不超过mm,保护层厚度为 mm,在钢筋笼的绑扎过程中需要考虑后期吊装和混凝土浇筑的需求,按照设计要求设置吊装点、混凝土导管、保护钢垫板预埋件、槽段节段预埋件.钢筋笼的吊装采用主吊机和辅助吊机相互配合的形式进行起吊,主吊机的起吊能力为 t,采用个吊点,分别在钢筋笼顶部以下首根加强筋位置设个吊点,在钢筋笼上部/位置处设置个吊点;辅助吊机的起吊能力为 t,同样采用个吊点,分别在钢筋笼底部以上 m位置设个吊点,在钢筋笼底部/位置处设置个吊点.钢筋笼竖立时,主吊机和辅助吊机相互配合同时抬起钢筋笼,在抬起高度距离地面约 m时,缓慢启动主吊机将钢筋笼直立,并由主吊机将钢筋笼运输至槽段内,缓慢下放钢筋笼,通过调整吊放速度和配合人工操作调整钢筋笼的垂直度,直至下放至设计标高.地下连续墙混凝土的浇筑深水地下连续墙板桩码头的混凝土制作和运输采用拌和集中加工和水泥罐车运输.在地下连续墙槽体内下放完成钢筋笼后,在槽段间安装工字钢槽段接头,并在钢筋笼内部下放田秀强:深水地下连续墙板桩码头施工技术研究施工技术SHIGONGJISHU 工程与建设 年第 卷第期 混凝土浇筑导管,导管的结构形式为快速接头.在地下连续墙混凝土浇筑前,须采用测量设备对槽底部的沉渣厚度进行检测,满足要求后方可向导管内灌注混凝土.开始浇筑时,为了保证混凝土浇筑的均匀性,同时也为了符合导管的埋深要求,可以采用根导管并行浇筑的方式进行混凝土的浇筑,初灌混凝土量大于 m.在浇筑过程中应及时测量,对浇筑过程中的各种异常现象做到及时记录和调整,并合理控制灌注混凝土导管的埋置深度,一般控制在m,任意工况下导管的埋置深度不能小于 m,也不能超过 m,以避免混凝土的塌落离析和混凝土导管的提拔扰动.由于深水地下连续墙的混凝土浇筑施工为水下作业,应保持混凝土浇筑过程的连续性,避免出现浇筑过程的中断,防止由于导管水密性不良导致的漏水、进水.在浇筑过程中,混凝土置换出的循环泥浆应回收至固定的储蓄池中,检测其配合比参数,满足表中的要求后可以重复再利用.深水地下连续墙的变形施工监测在施工完成后的深水地下连续墙顶部和中部分别设置垂直位移计和水平位移计,以观测深水地下连续墙的变形情况,监测时长为 d,监测结果如图所示.图深水地下连续墙板桩码头水平位移和垂直位移监测结果图中水平位移正数值表示地下连续墙向迎水侧移动,负数值表示地下连续墙向背水侧移动;垂直位移正数值表示地下连续墙墙向下沉降,负数值表示地下连续墙向上隆起.从图中可以看出,无论地下连续墙的垂直位移还是水平位移,其日位移变化率剧烈变化波动的时间段为 d内,位移变化率幅度范围在 mm/d,而在大于 d后,垂直位移和水平位 移均趋于稳定,位移变化率幅度范围在 mm/d.由此表明,深水地下连续墙板桩码头的施工与变形并非同步发生的,施工完成后,地下连续墙仍存在较长时间的工后变形.在实际工程中,应加强地下连续墙工后变形的监测,避免因变形过大引起结构应力集中或者局部破坏.结论以山东省某港区 号至 号多用途泊位工程码头施工为研究对象,对深水地下连续墙的各个工序进行研究,并采用现场实测的手段对板桩墙体的位移进行监测,得到以下结论:()深水地下连续墙板桩码头属于隐蔽性工程,施工难度大,从施工准备工作、泥浆自备、钢筋加工、成槽工艺、钢筋笼起吊以及混凝土浇筑等全流程分析了深水地下连续墙板桩码头的施工关键技术,成果可直接应用于工程实际.()深水地下连续墙板桩码头的施工与变形并非同步发生的,研究案例的地下连续墙垂直位移和水平位移大于 d后才趋于稳定,地下连续墙仍存在较长时间的工后变形,在实际工程中,应加强地下连续墙工后变形的监测,以避免因变形过大引起结构应力集中或者局部破坏.参考文献王翠燕,吴相豪遮帘桩对板桩码头地震响应的影响J水运工程,():彭钰皓,张竣豪,张秀芳,等采用X形桩的遮帘式板桩码头结构静力分析J水运工程,():,胡新贵富水粉细砂地层中护壁泥浆材料配比的优化J科学技术与工程,():陈福茂,谭慧明,王琰分离卸荷式板桩码头承载特性与结构优化设计分析J湖南大学学报(自然科学版),(S):唐寅伟,刘维,史培新,等地连墙成槽施工对周边环境的影响及控制J江苏大学学报(自然科学版),():卢伟“上软下硬”复合地层地连墙快速成槽施工关键技术研究J铁道科学与工程学报,():盛佳珺,崔磊间隔嵌岩板桩结构在越南永安港码头中的应用J水运工程,():,徐光明,任国峰,顾行文,等盐城港卸荷式地连墙结构码头离心模型试验J水利水运工程学报,():周末,欧阳峰,安杰晶,等堆载过程中分离卸荷式板桩码头结构变形特性J水运工程,():,徐光明,刘阳,任国峰,等 万吨级卸荷式板桩码头离心模型试验研究J岩土工程学报,():(上接第 页)邵旭东,曹君辉面向未来的高性能桥梁结构研发与应用J建筑科学与工程学报,():邵旭东,邱明红,晏班夫,等超高性能混凝土在国内外桥梁工程中的研究与应用进展J材料导报,():邓舒文,邵旭东,晏班夫,等全预制快速架设钢 UH P C轻型组合城市桥梁J中国公路学报,():赵明,何湘峰,邱明红,等全预制钢 UH P C轻型组合梁在中小跨径桥梁中的设计与应用研究J公路工程,():R I C HA R DP,C HE Y R E Z Y M C o m p o s i t i o no fr e a c t i v ep o w d e rc o n c r e t e sJC e m e n ta n dC o n c r e t eR e s e a r c h,():邵旭东,胡建华钢超高性能混凝土轻型组合桥梁结构M北京:人民交通出版社,中华 人 民 共 和 国 交 通 运 输 部公 路 桥 涵 施 工 技 术 规 范:J T G/T S北京:人民交通出版社,广东省交 通运输厅超高性能轻型 组合桥面结构 技术规程:G D J T G/TA S北京:人民交通出版社,