某海域特大桥钢板桩围堰施工技术_secret.docx

钢板桩围堰施工技术
1、前言
海水环境桥梁基础施工围堰一般有钢板桩围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰三种形式，钢板桩围堰相对于其他两种围堰显得更为方便快捷，而且材料回收率高，整体施工成本较低，施工进度较快，特别是在免封底的情况下，钢板桩围堰较其他围堰更有优势，但是钢板桩围堰必须具备可靠的止水措施，水深较大时不宜使用，针对本工程海域实际情况，部分墩台采用钢板桩围堰辅助施工，大部分钢板桩围堰没有进行混凝土封底施工，并取得了良好施工的效果，为工程进度争取了时间，保证了全线按期贯通。
2、工程概况
***位居渤海湾北岸岸线转折处，位于**省**市**县**堡外侧滩地上，陆地交通通畅。
***特大桥位于***岛后浅滩，处于***煤码头通路路基工程公路段以南，***综合服务区围海造地二期工程以北，已建成通车的通岛路和规划一港池之间，滩面高程约-1.0m～0.7m，因周边工程取砂，本工程范围内局部分布有取砂坑，最深处约-17.9m。
勘察揭露表明，场地内地层为第四系全新统滨海相沉基层，岩性为淤泥、细砂、粉土、粉质粘土等。
***特大桥全桥长7477.46m，共242孔 ,位于水中部分约为1.44Km。自191#至216#共有26个墩台在***水域施工，其中有14个墩台采用钢板桩围堰施工。
3、方案选择
（1）方案比选备选方案主要有三种：钢套箱方案；钢吊箱方案；钢板桩围堰方案。经比较，钢套箱和钢吊箱钢材投入多、回收率低，下沉时设备及人员投入多，工序复杂；钢板桩围堰方案能够迅速展开施工，速度快，周期短，且支护材料可回收利用，经济性较钢套箱和钢吊箱方案好，只是必须加强止水措施，所以浅水区均选用钢板桩围堰施工方案。
（2）总体方案：大桥位于水域的墩台总共有26个，对于水深小于10m的基础采用钢板桩围堰进行支护施工，共有14个钢板桩围堰，采用拉森IV型钢板桩，长18m和15m两种，钢板桩围堰结构尺寸有三种15.2m×10.4m、20.8m×12.8m、16m×10.4m，钢板桩围堰内侧距承台边沿1.15m，.钢板桩沿承台四周紧密咬合，同时采取止水措施。围堰内侧四周采用双层I45b工字钢分上、中、下三层（主墩围堰采用四层）以围囹形式支护，桁架间部分杆件采用I25a工字钢。（主墩钢板桩围堰示意图见图1，具体参看钢板桩围堰现场施工照片）
4、钢板桩围堰施工工艺
4.1钢板桩围堰施工
（1）施工准备
施工之前，全面测量各墩位具体水深，合理安排施程序，及时组织施工人员、设备和材料进场。编制施工组织计划及施工作业指导书，有计划有步骤的开展钢板桩围堰施工作业。
（2）测量放线、安装导向框
在水位合适的情况下将第一层围囹作为打桩的导向框，首先在施工现场定出钢板桩围堰第一层围囹中心标高，在桩基钢护筒上作出标记，在护筒上以[20槽钢为材料焊接牛腿，牛腿顶标高与围囹底标高一致，同时精确测量定位各个围囹的具体位置，在牛腿顶部作出标记。
图1

钢板桩围堰现场施工照片
在测量定位的同时，以2I45b工字钢为材料预制围囹，两片工字钢间以段焊形式焊接牢固，测量定位完成后，2I45b工字钢按照腹板保持水平方向由吊车配合安装定位。
（3）插打钢板桩
Ⅰ、钢板桩插打前必须对钢板桩材料进行检查，严禁使用影响结构安全的钢板桩。
①在施打钢板桩前，检查桩身是否完整，两端是否破裂或卷曲，钢板桩是否变形或者弯曲。
  ②检查锁口是否有破裂、扭曲、缺损、局部弯曲及电焊瘤渣。
  ③检查钢板桩的型号、宽度是否一致。
Ⅱ、钢板桩的吊运和插打。
①用运输船将钢板桩运至围堰位置，然后由50吨履带吊和90型振动锤配合将钢板桩沿导向框插打入预设位置。
②打桩时沿围囹周边从围堰的一角开始打起，先打入角桩。角桩的位置要准确、垂直、倾斜度要小于1%。然后在角桩两侧插入钢板桩，打桩过程中要随时以导向梁为准检查所打钢板桩的位置是否准确，垂直度是否合格，及时纠偏。
 ③钢板桩施打到河床以下稳定高度，进一步复核桩的垂直度、位置准确后方可振动打入。
④钢板桩的合拢。合拢口相邻的10～15片钢板桩采取先插至桩的稳定高度，以利于钢板桩的调整，并且合拢口两侧钢板桩之间具有一定高差，便于插桩，待合拢后再将桩打至设计标高。
（4）封底平台搭设
钢板桩围堰合拢后，根据河床标高和河床地质情况计算确定是否需要混凝土封底，具体在本工程施工过程中，有2个钢板桩围堰采用了混凝土封底施工，其余12个围堰全部采用免封底的形式施工。实践证明当河床泥土粘结力不小于18 kpa，并且钢板桩围堰深入河床深度不小于8m水深不大于9m时，可以不用混凝土封底，不过，免去混凝土施工的同时必须采取加强防护措施：a、围堰围囹必须焊接上下牛腿固定在钢板桩上，严防事故。b、在围堰壁上设置较大水阀门，在抽水过程中实时监控围堰底层情况，如有管涌迹象及时向围堰内放水，平衡压力，重新采用封底施工。
对免封底钢板桩围堰坑底稳定性进行验算，以主墩201#钢板桩围堰为例计算如下：
①.抗管涌检算
根据不发生管涌条件：
≥K×j
其中j＝i×rw＝
K－抗管涌安全系数，取K＝1.5
－土的浮容重，＝＝10kN/m
j－最大渗流力(动水压力)
i－水头梯度
t－排桩或地下连续墙的入土深度， 7.88m
h－地下水到坑底的距离为9.12m
h1－围堰外侧水面距河底距离8.39m
h2－围堰外侧河床距围堰底垂直距离0.73m
计算得：， 10>1.5×5.8＝8.7 满足要求
②.基坑底部隆起验算
根据围堰底部地质资料，基坑底部粉砂力学性质取＝20KN/m，c＝18kpa土的浮容重＝10KN/m3，坑顶荷载q取水压力，q＝×8.31＝83.1kpa
抗隆起安全系数K= 满足要求。
综上所述，水深在9m以内的钢板桩围堰在此种地质条件下可以不用封底。深水区仍采用混凝土封底施工。
综合从施工进度、材料造价及施工方便方面来考虑，以现场已有的贝雷梁、I25a工字钢为材料搭设封底平台（示意图见图3），用三组贝雷梁搭设在护筒上，上面铺设间距为75cm的I25a工字钢，顶面预留出灌注点位置后，以厚度为10cm的木板铺面。
图3
（5）混凝土封底
封底施工前准备两个容积为6m3的大料斗和两个容积至少为1 m3的小料斗，大料斗侧面设爬梯，底部设支撑。采用由拌合站集中拌和的C20混凝土进行水下封底，封底采用一次浇注完成的方式进行，最终灌注厚度为2.0m，封底混凝土顶标高允许误差－10cm、＋10cm。浇注点设置如“图3”中数字位置所示，共设置10个浇注点。
浇注过程中注意事项：
① 封底施工以前测量围堰底部标高，保证封底混凝土顶面标高与承台底标高一致，如围堰底标高过高，必须提前进行吸砂降低围堰底标高，保证封底混凝土厚度，如果围堰底过低，可采用抛石、填沙提高围堰底标高，防止过度增加混凝土用量。
② 浇注前准备两个吊车，至少有一个起吊重量不小于50吨的吊车，检查机械性能是否正常吊车起吊过程要有专人指挥，保证安全作业。
③ 混凝土坍落度为200～220mm，并严禁使用离析的混凝土。
④ 每个位置在首次灌注时大料斗内的混凝土量必须保证不小于6 m3，导管距钢板桩围堰底距离为20～30cm，每次灌注后必须测量、记录灌注点周围4m范围内混凝土上升高度，当上升高度达到1.8～2.0m时可转入下一灌注点施工，沿数字标注顺序依次进行，保证混凝土的连续性。
⑤ 混凝土浇注时要及时调整导管长度或者直接提高大料斗整体高度，可在大料斗下面垫方木，保证导管插入混凝土的深度在30～50cm范围内，同一个灌注点灌注时严禁将导管拔除混凝土面。
⑥ 水下混凝土封底必须保证连续施工，中途停止灌注时间不能超过2个小时。混凝土灌注过程中及时测量记录混凝土标高，及时补灌过低部位或调整过高部位，特别是围堰角落部位及时补点灌注施工。
（6）内支撑安装
在确保安全的前提下，基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，结合本工程的特点，共分三层和四层支撑。围堰内支撑的安装顺序如下（按四层介绍）：将下面三层围囹全部放入围堰内并由钢丝绳悬吊在围堰壁上→固定第一层围囹→进行第一层支撑安装→抽水至第二层支撑处→固定第二层围囹→进行第二层支撑安装→抽水至第三层支撑处→安装第三层围囹→进行第三层支撑安装→抽水第四层支撑处→固定第四层围囹→进行第四层支撑→抽水至基坑底。
内支撑安装质量是确保围堰安全的关键，在内支撑安装过程中应注意以下事项：
① 内支撑及围囹下料尺寸必须准确，由于抽水过程中围堰受到海水挤压，围堰有一定的变形，围囹实际需要长度下面几层比第一层要短至少10～15cm，下料时下层围囹长度可适当调整。
② 内支撑焊接质量是关键，现场焊工必须持证上岗证，保证内支撑焊接质量。
③ 内支撑安装前围囹要提前放下去，并且由下而上的顺序放置，悬吊至围囹本身大致设计位置，并将钢丝绳固定在围堰钢板桩上，防止上层内支撑安装完成后，由于空间较小下层围囹无法放下去的事件发生。
④ 导向框作为第一层围囹时，固定围囹后及时割除焊接在护筒上的牛腿。
⑤ 内支撑安装过程中及时采用有效的措施对围堰进行堵漏防水，常用的堵漏方法有以下几种：a、锯末和细砂混合在围堰外侧漏水严重的位置撒入水中，并向钢板桩锁口内填充。b、防水材料布包裹围堰，此种方法必须在河底用沙袋将材料布底端压入泥土中。c、棉纱填充钢板桩锁口缝隙，在围堰内部用钢钎和铁锤将棉纱条强行砸入漏水缝隙。
⑥ 内支撑安装过程中是与钢护筒割除、吸泥、破桩头等施工交替、交叉进行的，所以必须安排专人协调、管理，保证各项施工紧凑有序的进行。
4.2墩台施工及围堰拆除
内支撑安装完成后，围堰内开始破除桩头，抽水吸泥，放线立模，开始承台、墩身施工，施工过程中必须经常检查围堰漏水情况及时堵漏，保证墩台顺利施工。
墩台施工完成后，开始围堰拆除工作，拆除工序与安装过程正好相反，围堰拆除顺序如下（按四层说明）：割除第四层内支撑及围囹→承台内支撑割除位置防腐→注水至第三层支撑处→割除第三层内支撑及围囹→注水至第二层内支撑处→割除第二层内支撑及围囹→注水至第一层支撑处→割除第一层支撑及围囹→拔除钢板桩。
拔桩时，尽量使板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩。先略锤击振动各拔高1～2m，使其松动后，再挨次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出。
5、质量保证措施
1、对进场的钢板桩进行检查，剔除锁口损坏、扭曲、严重变形的钢板桩。剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤。
2、为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，特别是第一组钢板桩必须垂直，施工中每插入一段测量一次，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于1%。
3、在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m，所以，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺利堆码，插桩时按规定的顺序吊插。
4、在进行钢板桩的插打时，当钢板桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再第二次打到要求的深度。
5、打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免桩顶破坏，切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。
6、同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口，按设计尺寸计算出使用钢板桩的数量，以确保够用。
7、围堰内支撑安装完成后安排专业工程师检查各个部位焊接质量，复核各内支撑间距及标高，检查围囹与钢板桩接触是否严密，如有空隙，用木楔顶紧。
8、实时监控记录围堰变形情况，如有较大变形及时反馈处理。　
6、安全保证措施　
　　1、对操作人员进行安全思想教育，提高安全意识，并设专职安全人员全程监控施工过程，保证施工安全。
　　2、设专职人员负责日常机械检查和养护工作，在施工过程中设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现安全事故。
　　3、拔桩时要先向下振动1~2分钟，再慢慢启动振动锤向上拔桩。在有松动后再边震边拔，防止蛮干。
4、对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查，特别是要注意滑轮的轴和钢丝绳磨损情况，危及安全的要及时维修、更换。
5、涉及到割除作业时，氧气瓶和乙炔瓶摆放位置间距至少保持5m，
6、水上作业操作人员必须穿救生衣，以防人员落水。
7、在钢板桩围堰外围靠主航道侧一定位置需设置防撞装置，以保证船舶撞击围堰，造成安全事故。
7、结论
针对******地区海域施工环境我们采用的钢板桩围堰施工方法成功的完成了14个墩台施工，提出并实施了钢板桩围堰免封底的施工工艺，极大的节约了工程施工成本，并节约了近1/4的施工工期，保证了施工进度。钢板桩围堰施工技术特别是免封底钢板桩围堰的施工技术的成功，为海域桥梁施工积累经验，提供参考。