钢板桩围堰施工技术

钢板桩围堰施工技术

魏爱军

(中铁十二局集团,太原

030000)

　　摘　要:介绍武汉天兴洲公铁两用长江大桥采用钢板桩围堰施工深水基础,包括钢板桩选择、检算、内支撑设置以及施工工艺,为同类工程提供借鉴。　　关键词:深水基础;钢板桩;内支撑;施工

中图分类号:U445.162　　文献标识码:B　　文章编号:1673-6052(2008)01-0101-03

1　前言

新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥,是国家“十五”重点项目之一。我单位承建的正桥Ⅱ标为北汊铁路正桥部分,施工范围为DK7+449.4处

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070墩～DK9+264.4处028墩(不含)铁路正桥,全长1815.0m,其中050墩～059墩位于长江北汊河道以内,以粉细砂为主,覆盖层厚度较大,高程-16～-20m以下有多层圆砾土、砾砂层。承台均位

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施工干扰很大;

③钢板桩围堰要求钢板桩的入土深度比较大,尤其是在基底透水性强的情况下,既要满足底部支撑力,又要满足较小渗流,对钢板桩的入土深度要求比较大。

总的来说,钢板桩围堰是一种施工简单、快捷、成本较低的围堰形式。3　施工方案3.1　施工方法

于河床以下,基坑开挖中的支护是施工的难点。2　施工方案确定

钢板桩围堰施工所需材料设备通过临时便道由平板车运至施工现场,利用25t汽车吊喂桩配合50t履带吊通过振动锤将钢板桩打入,自上而下边抽砂边焊接内支撑,内支撑焊接完成后继续抽砂至要求的基底深度。3.2　施工人员的配置

根据施工可行性、投入程度、经济效益、结合现场实际条件综合比选,决定采用钢板桩围堰支护开挖基坑施工承台。050墩～059墩承台设计的平面尺寸为23.1m×17.3m,设计围堰内有效平面尺寸为25.6m×20.0m,纵、横桥向分别宽出承台边缘1.35m、1.25m,留出承台施工的作业空间及安装内支

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现场指挥1人,现场安全调度员1人,施工技术人员1人,钢板桩施工10人。3.3　施工要素的配置

撑,并且防止钢板桩在插打过程中发生偏移对承台施工造成影响。钢板桩施工的优缺点如下:

(1)优点

①钢板桩单根自重较轻,吊装与插打不需要大型起吊设备;

②钢板桩插打深度大、防水性能好,在深水基础施工中不需要水下作业;

③钢板桩可重复使用,打拔桩容易,倒用时间短,回收率高。(2)缺点

①由于钢板桩是组拼式结构,整体刚度较小,其抗水流及冲刷能力差,不宜于在流速较大的情况下使用;

②由于钢板桩本身强度、刚度的局限,在承台较深时,需设置强而密的内支撑,对后续的承台及墩身

设备:50t履带吊1台,90kw振动锤1台,25t汽车吊1台,平板车一辆。

机具:电焊机4台,氧焊焊枪2把,5t倒链2个。4　钢板桩围堰的设计检算

根据设计地质、施工水位及承台底部标高确定钢板桩的长度及钢板桩的入土深度。因各承台底标高不一致,以059墩为例检算钢板桩。059墩承台底标高8.0m,抽砂后底标高7.0m,施工时水位按18.0m设防,则钢板桩的入土深度及内支撑计算如

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下:

(1)内撑计算

水压:P.0-7.0)×10=110.0kN水=(18

2

土压:P.0×(18.0-7.0)tg(45-30/2)土=17

・102・=62.271kN

北方交通　　　　　　　　　　　　　　　　2008

若不设内撑则Mmax=(110+62.271)×(18.0-7.0)2/3=1263.32kN.m

钢板桩的容许抗弯强度[σ]=200MPa,w=2037m

3

3

3

钢板桩纵向割开后,焊接到另一块钢板桩中间拼制成角桩。5.2　导向框的制作

钢板桩围堰采用I40b型钢作为内导框制成围囹,其作用在插打钢板桩时起导向作用,可兼作施工平台。5.3　打桩机具的选择

各种类型打桩机具,只要适合于打桩的锤以及其相应系数适合时,均可用于打钢板桩。

根据地质情况和选用的钢板桩规格,我项目部施工钢板桩时,采用液压震动打桩机。配置的起吊设备是50t的履带吊。5.4　插打与合拢施工承台采用的是矩形钢板桩围堰,插打次序从上游中间开始向两边打设,在下游合拢。插打钢板桩时要严格控制好桩的垂直度,尤其是第一根桩要从两个相互垂直方向同时控制,确保垂直不偏。插打一块或几块桩稳定后即与内导框进行联接。由于采用单层内导框,钢板桩与内导框之间的间隙,利用木块塞紧。插打时用25t汽车吊喂桩,50t履带吊打桩。

钢板桩吊起后用人工扶持插入前一块锁口后继续下插。起吊作业时,钢板桩下部须设缆风绳人工控制。钢板桩插打要保证垂直,最先施工的钢板桩不得一次性到位,由于钢板桩锁扣的摩擦力,会出现打入后一片时带动上一片一起下沉。施工时往往打至比设计标高高30～50cm时停止,然后施工下一片,以此类推,至打完一侧时,然后调整标高。5.5　支撑安装

钢板桩插打完成,开始边抽砂开挖基坑边安装内支撑。内支撑从上到下分三层布置,首先把第一、二、三层的框梁放在围堰内,然后安装第一层的内支撑。随着基坑开挖,依次焊接其他两层的内支撑。内支撑安装完毕后将钢板桩与框梁之间间隙用木楔塞紧,以保证框梁受力均匀。5.6　内支撑拆除

W=M/[σ]=6316.6m>2037m必须设内支

撑。

按三层内撑设置,第一层牛腿顶标高16.5m,第二层牛腿顶标高13.3m,第三层牛腿顶标高11.0m。第一层内支撑围囹采用两层Ⅰ40b工钢,第二层内支撑围囹采用三层Ⅰ40b工钢,第三层内支撑围囹采用三层Ⅰ56b工钢,内支撑全部采用Φ630钢管。

(2)钢板桩入土深度计算

2

土压力计算:Ka=tg(45-30/2)=0.333

2

Kp=tg(45+30/2)=3.0

主动土压力:

2

Pa=17×(18.0-7.0)tg(45-30/2)=62.271kPa

P.0-7.0)×10=110.0kPa水=(18

F1=(62.271+110)×11/2=947.49kNX=Pa/[17(3-0.333)]=1.373mF2=(62.271+110)×1.373/2=118.264kN所有力对1点(第三层内支撑)取矩则:

947.49×(11.0×2/3-7.0)+118.264×(1.373/3+11.0-7.0)=17/2×Y2×3.0×(11+1.373-7.0+Y×2/3)

即:Y+8.06Y=49.588

将试算得:Y=2.198

则钢板桩的最小入土深度为:1.5×(2.198+1.373)=5.356m

5.356+11=16.356m

考虑钢板桩头锁口两端打桩处理和吊桩开孔等的影响,桩长取18m。5　钢板桩围堰施工5.1　钢板桩的整理

钢板桩运到工地后,检查整理钢板桩,检查钢板桩是否损坏,尤其是锁口部位。拼制角桩时,将一块

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钢板桩使用完成后,开始拆除内支撑。

内支撑拆除从下到上,拆除时,考虑施工的安全,易操作,利用抽砂回填法回填基坑,减小钢板桩受力程度。首先在围堰内抽砂回填至第三层的框架下0.2m处,然后拆除第三层的内支撑。依次围堰内抽砂回填至第二层的框架以下0.2m,拆除第二层的内支撑。6　钢板桩施工遇到的问题及预防处理措施

第1期　　　　　　　　　　　　　　魏爱军:钢板桩围堰施工技术6.1　钢板桩施工遇到的问题

(1)插打的钢板桩倾斜;

(2)插打过程中因钢板桩锁口的摩擦力而出现

・103・

打后一片把前一片带下去的现象,即“带桩”;

(3)钢板桩不能顺利合拢;(4)开挖后钢板桩漏水。6.2　预防及处理措施

(1)为了防止插打的钢板桩倾斜,在前期的施

个集水井,在四角布置。

7.3　承台施工

因内支撑的影响,承台混凝土需分两次浇注,第一次浇注2.0m高,浇筑完毕后用方木把承台模板与钢板桩之间顶紧,然后拆除第三层内支撑,第二次承台钢筋绑扎,模板支立,第二次浇注3.0m高。承台混凝土浇筑完毕后拆除承台模板,用抽沙法将钢板桩与承台混凝土之间填满,然后逐层拆除内支撑。8　施工体会

通过钢板桩围堰的施工,有如下几点认识:

(1)钢板桩插打过程中控制插打的误差对钢板桩围堰能否顺利合拢非常关键,所以施工中必须坚持不断监测,发现倾斜偏位应及时纠正,以保证钢板桩顺利合拢。(2)钢板桩打设方式分为“单独打入方式”与“屏风式打入方式”两种。单独打入方式即逐块打设,打入方法简单,但易使钢板桩向一侧倾斜,误差累积后不易纠正,适用于钢板桩围堰精度要求不高、桩身长度较小的情况;屏风式打入方式是将多根钢板桩成排呈屏风状,分批施打,可减少倾斜误差积累,但施工难度大,施工速度慢。

(3)通常在一般河流中插打钢板桩的顺序是上游经墩位两侧至下游合拢,这样可以减少钢板桩因水流阻力引起插打不便。

(4)钢板桩围堰内的封底混凝土一定要保证设计厚度,封底混凝土的作用有:围堰内抽沙至底标高后作为钢板桩的一层内支撑结构;承受水对围堰底板向上的压力。

(5)要严格控制钢板桩围堰外侧的施工荷载,防止施工过程中出现超过设计所取的施工荷载对围堰产生破坏。

(6)钢板桩围堰的设计最重要的就是分清施工过程中围堰的不同工况,对应不同的工况选择合理的计算模型,从而设计合理的内支撑,减少对后续施工的影响。

工过程中就要注意,不要在打设钢板桩的部位下面埋入硬物,打设钢板桩时,这些硬物会使钢板桩倾斜;打设第一片钢板桩时要从两个相互垂直的方向严格控制,保证钢板桩的垂直度;在打设的过程中要随时监测,及时调整,发现钢板桩倾斜后,可用倒链拉,调整钢板桩的垂直度。

(2)为防止在打设钢板桩的过程中出现“带桩”的现象,打之前可在钢板桩的锁口内塞入黄油等润滑物,从而减少钢板桩锁口的摩擦力,避免“带桩”;另外,保证钢板桩的垂直度,也可以避免“带桩”现象。

(3)为保证钢板桩的顺利合拢,主要有两点要控制,即钢板桩围堰的平面尺寸与钢板桩的垂直度。在打设的过程中及时检查及时调整,防止因平面尺寸与垂直度的偏差影响钢板桩围堰的合拢。

(4)开挖后钢板桩有漏水现象,可在漏水处外面抛洒黄油、锯末的混合物,利用水的压力堵漏。7　承台施工7.1　围堰内清沙

钢板桩围堰内清基工作采用泥浆泵抽砂进行。泥浆泵安装在浮筒上,可随意移动,利用高压水枪射向基坑内的沙层,将沙子与水混合后一起由泥浆泵抽至基坑外,直至抽到设计标高。7.2　围堰内混凝土的封底及集水井设置

混凝土封底前,需进行抽水。为汇集积水,设置集水井。用δ=4mm厚钢板卷制成直径1.0m高1.5m的钢管,底口焊钢筋网片,再蒙上麻袋片,管顶略高出封底混凝土顶面。根据实际渗水量确定设置四

TechniquesforSteelSheetPileCofferdamConstruction

Abstract　Thepaperintroducesconstructionofstreelsheetpilecofferdamindeepwaterfoundation,whichYangtzeRiverBridgefordual-purposeforhighwayandrailwayinWuhan’sTianxingzhouhasadopted,includingtheselectionandcheckingcomputationofsteelsheetpile,thesettingupofinternalbraceaswellastheconstructiontechnology,thatofferreferenceforsimilarengineering.

Keywords　Deepwaterfoundation;Steelsheetpile;Internalbrace;Construction