123钢围堰.pdf

九龙江大桥钢板桩围堰施工方案一、工程概述一、工程概述九龙江大桥为厦门（海沧）至漳州（天宝）高速公路漳州段A6 合同段桥梁施工中的难点及重点。九龙江大桥跨越九龙江，桥梁为双幅，总宽33.5m，全长607m。引桥 0#-5#、5#-10#、13#-18#墩上构为 5*30m 先简支后连续预应力 T 梁，下构为柱式墩，钻孔桩基础。主桥 10#-13#墩上构为（40+70+40）m 预应力连续箱梁，下构为薄壁墩身，钻孔桩承台基础，其中10、13号承台为6.75*14.6*2m,11、12 号承台为 9*15.6*3m，本工程按全幅考虑，10、13 为 6.75*31.6*2m,11、12号位为 32.6*9*3m，河床地质情况为砂层、卵石层及中风化花岗岩，江水最深处为 12、13 号墩处，枯水季节水深为 4 米，雨季水位变化较大，最大可达 17 米，因此本工程安排在枯水季节施工，并要合理组织安排，确保工程进度。10、11、12、13墩具体参数如下：承台尺寸墩 号长（m）宽（m）高（m）承台底标高（m）承台顶标高（m）河床标高（m）1011121314.615.615.614.6996.756.7523322.52.0-0.5-1.04.552.51.03.32.90.50二、钢板桩围堰设计二、钢板桩围堰设计10、11 12、13主墩拟采用钢板桩围堰进行承台、墩身的施工。钢板桩采用拉森型，其长度为 12 米。本工程考虑将左右幅和在一起施工，每边预留 1 米作为支设承台模板的工作面，12、13 号墩考虑 2 道支撑，10、11 号为-1-1 道围囹支撑，11、12 号钢板桩施工尺寸为 35.6 米*11 米，10、13 号墩尺寸为34.6 米*8.75 米，具体布置见附图，在考虑承台埋深、河床标高等因素基础上，本方案以 12墩为例，对钢板桩围堰的施工进行详细叙述。三、钢板桩围堰施工方案三、钢板桩围堰施工方案（一）、插打钢板桩前的准备工作1、每个墩的钻孔桩完成后，移走钻机，拆除承台位置部分钻孔平台，钻孔平台预留两侧施工平台作为打设钢板桩和浇注水下封底砼的工作平台使用；2、对河床进行清理：在桩基施工完成后,对围堰范围内河床进行清理,避免在钢板桩插打位置遇到障碍物；由于承台埋深在河床以下，在打设钢板桩前先用长臂挖机开挖到封底混凝土底标高，本工程为承台底标高往下1.2 米。3、钢板桩变形检查：因钢板桩在装卸、运输过程会出现撞伤、弯扭及锁口变形等现象，因此，钢板桩在插打前有必要对其进行变形检查。对变形严重的钢板桩进行校正并做销口通过检查。锁口检查方法：用一块长约2 米的同类型、同规格的钢板桩作标准，采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查，对于检查通过的投入使用，不合格的再进行校正或淘汰不用。钢板桩的其它检查：剔除钢板桩前期使用后表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤；4、振动锤检查：振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常，振动锤的端电压要达到 380420 V，而夹板牙齿不能有太多磨损；5、涂刷黄油混合物油膏：为了减少插打时锁口间的摩擦和减少钢板桩围堰的渗漏，在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏（重量配合比为沥青：黄油：滑石粉：锯末=4：6：10：1）。（二）、钢板桩围堰的插打-2-钢板桩插打利用 25t 吊车作为起吊设备，配合 DZ60 型振动锤的施工方法逐片插打。1、安装钢板桩插打导向：钢板桩插打之前，在钻孔桩外侧的钢护筒上焊接牛腿，安装第一道支撑圈梁,采用 20 槽钢焊接作为钢板桩插打时的导向架，以控制钢板桩的平面尺寸和垂直度；2、为了确保每一片钢板桩插打准确，第一片钢板桩是插打的关键，第一片钢板桩位置选择在上游边角位置，插打前在导向架上设置限位装制，大小比钢板桩每边放大 1cm，插打时，钢板桩桩背紧靠导向架，边插边将吊钩缓慢下放，这时在相互垂直的两个方向用锤球进行观测，以确保钢板桩插正、插直；3、通过检测，确定第一片钢板桩插打合格后，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打每一根钢板桩到设计位置。整个施工过程中，要用锤球始终控制每片桩的垂直度，及时调整；4、每一片钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，才进行加压。5、钢板桩插打至设计标高后，立即与导向架进行焊接，以抵抗水流冲击；6、插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点（三）、围堰内二次清理钢板桩插打完成后，采用长臂挖机在围堰内进行二次清理，并由技术人员进行现场量测，保证底面标高为设计承台底标高下1.2 米。（四）、水下封底混凝土浇筑利用长臂挖机对围堰内河床清理到设计标高后，即可进行水下封底砼施工，封底砼标号为 C25，封底厚度为 1m。（1）、封底砼导管的选择及布置导管采用325mm 钢管，每根长约 11 米。导管在使用前须进行水密试验，-3-导管安装时，每个接头须预紧检查，下放固定时，导管下口悬空1520cm。本工程拟设定导管 2 根，在主墩两边的施工平台上利用 2 台 25T 吊车分两边同时进行封底。（2）、封底砼的浇注封底砼须一次性浇注完成。砼采用拌合站集中拌制，由砼罐车运至现场并通过汽车泵泵送。首批砼灌注时，先用一 5m3的集料斗储料，待储料斗满后，拔球浇注首批砼，首批砼浇注后，导管埋深应不小于0.60.8m。砼浇注前，利用吊车吊住导管。砼浇注过程中，导管应随砼面的上升而提升，导管的提升由吊车控制。封底砼的浇注顺序：先低处，后高处（先将低处砼灌高，避免高处灌注的砼往低处流，使导管底口脱空而进水或导管埋深过浅）。砼的浇注应先四周后中间，并确保砼的表面大致水平，浇筑线路见附图。在砼的浇注过程中，由技术人员负责测量砼的浇注高度和砼扩展情况，正确指挥施工人员调整导管的埋深，并及时与实验室联系控制砼的坍落度。砼浇注将近结束时，重点对导管与导管的中心处、护筒四周及钢板桩壁等部位进行高程的测量，确保砼面的标高达到设计要求。由于浇注水下封底时，砼表面无法达到比较平整的要求，所以在砼浇注时，将砼顶面标高控制在设计标高下 20cm 左右，待砼达到强度，围堰内抽水后，再补浇 20cm 砼垫层。（五）、安装支撑、堵水、抽水 1、安装第 1 道支撑：封底混凝土浇筑完成，在水面以上0.2m 处，安装第一道围囹支撑，围囹采用 2 根 36 工字钢，支撑采用 529 钢管桩，具体布置见附图（10 号、11 号为 1 道围囹支撑）；-4-2、堵水：封底混凝土浇筑完成后，可进行钢板桩围堰的堵水，堵水由专业潜水员进行，用棉絮等在外侧嵌塞，同时在漏缝处撒大量木屑或谷糠，使其由水夹带至漏水处自行堵塞，在桩脚漏水处采用砼封底等措施。3、抽水、安装第2 道支撑：待水下封底砼达到设计强度后，采用5 台 11kw水泵抽除围堰内的水至承台顶标高+1m 处，安装第二道围囹支撑，第 2 道支撑安装完成后，继续抽水至封底混凝土面，浇注砼垫层，并在围堰四周作积水坑，进行抽水，对部分渗漏处由潜水员重新进行堵水，在钢围堰抽水过程中，设置专人观察钢围堰变形情况。（六）、承台、墩柱施工1、抽出围堰内的水后，切割护筒、凿除桩头、绑扎钢筋、安装承台模板、浇注 3 米高承台砼，同时做好塔吊基础的预埋工作；2、承台施工完成后，进行薄壁墩的施工，薄壁墩底节出水面3 米，完成后即可拆除钢围堰。（七）、围堰的拆除1、围堰拆除时，向围堰内注水至承台顶标高处，拆除第二道支撑；2、继续向围堰内注水至围堰外水位标高，拆除第一道支撑；3、围囹支撑拆除后，依次拔除钢板桩，至全部拔除完成；4、钢板桩拔除方法：先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动 1min2min，使钢板桩周围的卵石松动，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔，拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。四、钢板桩围堰施工中的防漏水措施四、钢板桩围堰施工中的防漏水措施-5-钢板桩锁口之间连接是否紧密是钢板桩围堰施工中的难点，是关系到围堰是否能成功抽水进行下道工序的关键因素。为此，须从钢板桩施工前、插打时、抽水后等每道工序加以控制.1、钢板桩在运到现场后，派专人仔细清理索口间杂物、观察索口是否变形，对于索口变形的钢板桩，应调正后使用；2、在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏（重量配合比为沥青：黄油：滑石粉：锯末=4：6：10：1）以防止钢板桩的漏水；3、钢板桩在插打时应保证其垂直，防止相互倾斜的钢板桩之间索口无法密贴；4、钢板桩围堰在抽水后若存在较小的漏水现象，在抽水时，可以看到哪条缝出现漏水，利用漏水处水压差降产生吸力的原理，在漏水处钢板桩上迅速溜下一袋干细砂或锯木屑、粉煤灰（煤碴）等填充物，在吸力的作用下，填充物会被吸入接缝的漏水处，将漏水通道堵塞，有效的减少漏水量。若抽水后漏水现象较为严重，则将旧棉被或土工布裁剪成35cm 的长条状，派潜水员将漏水处用棉条从水面堵塞至河床面；5、在水下浇注封底砼时，将砼顶面标高降低0.2m，待围堰内水抽干后，在承台范围内在补浇 0.2m 垫层，而在钢板桩内侧做积水坑，防止钢板桩间轻微的渗水对承台施工的影响。五、主要设备投入五、主要设备投入序 号123设备名称钢板桩打桩桩锤汽车吊规格型号拉森（L=12m）DZ60 型25t-6-数 量2 套1 台1 台备 注每套 228 根封底时 2 台45678910潜水设备长臂挖机水泵混凝土运输车混凝土泵车导管料斗11kw8m337 米直径 325mm5m32 套1 台5 台6 辆2 台2 根2 个臂长 18 米11 米/根六、劳动力计划六、劳动力计划项目施工采用集中管理，流水作业。现场设一个工点来配备劳动力，现场设管理人员 2 名，技术人员 2 名，负责包括施工管理、技术等方面的工作。其余工种人员数量配备按能满足两个墩同时施工考虑，主要有装吊工15 人、铆焊工 15 人、砼工 10 人及普工 20 人等。七、施工周期安排（以七、施工周期安排（以 1212 号墩施工周期为例）号墩施工周期为例）序号12345678910工 作 内 容河床清理、导向安装钢板桩插打及固定内支撑安装（两道）二次清理封底（砼达到强度）抽水凿桩头承台施工墩身施工，塔吊基础、托架预埋围堰内支撑拆除钢板桩拔除合计时间(天)712612510104761八、钢板桩围堰施工中的安全措施八、钢板桩围堰施工中的安全措施-7-为确保施工中的安全，在进行钢板桩围堰施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主，在施工过程中应注意如下几点：1、对操作人员进行安全思想教育，提高操作人员安全意识，实行培训持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作；2、建立好钢板桩安全管理制度，完善好安全管理体制，编制好钢板桩安全施工应急方案；3、用吊车进行水平和垂直起吊时，对吊车起吊能力和吊起后是否稳定进行实测，保证在起吊时安全可靠，防止发生意外安全事故；4、在钢板桩插打过程中，要设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现意外安全事故；5、在钢板桩围堰开始抽水时，要派人定时进行观检，时刻注意并记录钢围堰变化情况；6、钢板桩围堰内支撑一定要按设计进行施工，施工焊缝一定要牢固，断面尺寸和数量要符合设计要求；7、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摩损情况，危及安全的要及时维修、更换；8、六级以上大风应停止吊装等施工作业并做好防风措施；9、水上施工作业人员须严格遵守水上施工安全防护相关规定，所有进入作业区人员均须戴好安全帽，穿好救生衣，必要时拴挂好安全带；10、由围堰外至围堰内须设置临时出入通道，并焊好栏杆、踏步板；11、夜间施工时必须保持良好的照明；12、备用救生船一艘，并排专人 24 小时值班。-8-附钢板桩围堰的技术书附钢板桩围堰的技术书九龙江水中墩钢板桩围堰计算书九龙江水中墩钢板桩围堰计算书一、工程概括京沪高速铁路 xx 西桥段跨 xx 河为（48808048）米一联四跨连续梁形式。x、y主墩位于 zz 河中。主墩承台平面尺寸为 10.418.2 米，高度为 4 米，其上为 6.612 米，厚度 1.5 米的加台。主墩桩基为 15 根1.5 米钻孔桩。x、y主墩承台结构尺寸如下：编号平面尺寸（m）高度（m）承台底标高（m）承台顶标高（m）zy二、围堰的布置及计算假设 1、围堰的布置在比较 2 个墩的承台底标高及河床标高后，拟以 x墩为例，进行钢板桩围堰的设计、计算。钢板桩的具体布置如下图：10.418.210.418.24411.45711.3377.4577.337-9-2、计算假设本计算中土层参数根据设计图提供的土层资料，按经验取值如下：编号（1）（2）土层名称 土层顶 标高 土层底 标高 容重（kN/m3内）摩擦角（o粘聚力（）kPa黏 土粉 砂4.5-6.86.8-16.019.5202024.510.510围堰设计时计算水位按2.0m 考虑。三、钢板桩围堰设计 1、土压力计算本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。以水位标高2.0 以基准，计算各高度点的水压力、有效土压力。（1）、主、被动土压力系数黏 土：Katg2(45-20)0.49，2-10-ka0.720)2.04，kp1.428224.5粉 砂：Katg2(45-)0.414，ka0.643224.5Kptg2(45+)2.417，kp1.5552Kptg2(45+（2）、有效主动土压力的计算 a、h6.5m 时，Pa=0b、h8.8m（上）时，Pa=1h1tg2(4512)2c1tg(4512)=0.499.52.3210.50.73.99KN/m2，取 Pa=0h8.8m（下）时，Pa=2h2tg2(4522)2c2tg(4522)=0.414102.32100.643-3.338KN/m2，取 Pa=0 c、h20.5m 时，Pa=(1h12h2)tg2(4522)2c2tg(4522)=0.414（9.52.31011.7）2100.64344.6 KN/m2（3）、孔隙水压力的计算a、h6.5m 时，Pwwhw=65 KN/m2b、h8.8m 时，Pw88 KN/m2 c、h20.5m 时，Pw205 KN/m2（4）、土压力合力2a、h6.5m 时，PaPa Pw=65 KN/mb、h8.8m 时，Pa88 KN/m2 c、h20.5m 时，Pa44.6205249.6 KN/m22、各施工工况及内力计算本围堰施工时，按上层支撑已安装，并抽水（吸泥）至待安装支撑下 100cm 处，计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。根据施工工序，分为四个工况；-11-工况一、围堰第一道支撑加好后，抽水到4.0m 标高时；工况二、围堰第二道支撑加好后，抽水、吸泥到8.0m 标高时；工况三、围堰第三道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，围堰内吸泥、清淤到13.957m 标高时；工况四、围堰封底砼浇注并达到设计强度后，围堰内抽水完成后。在计算时，各阶段钢板桩计算长度按等值梁法确定，从主动土压力与被动土压力相等的反弯矩截面（即净土压力为零或弯矩为零）截断形成等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩。工况一：围堰第一道支撑加好后，抽水到4.0m 标高时；有效被动土压力：h6.5m 时，Pp1htg2(4512)2c1tg(4512)=210.51.42830 KN/m2h8.8m（上）时，Pp1h1tg2(4512)2c1tg(45212)=2.042.39.53074.6 KN/m考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高 K1.6，则：h6.5m 时，Pp48KN/m，Pw5 KN/m22h8.8m（上）时，Pp119.4 KN/m2，Pw28 KN/m2则，h6.5m 时，Pp53 KN/m2h8.8m（上）时，Pp119.428147.4 KN/m2土压力分布图如下：-12-截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：-13-工况二：围堰第二道支撑加好后，抽水、吸泥到8.0m 标高时；有效被动土压力：h10m 时，Pp2101.55531.1 KN/m2h20.5m 时，Pp2.41710.51031.1284.9 KN/m2考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高 K1.62，则：h10m 时，Pp50.4 KN/m2，Pw0 KN/m2h20.5m 时，Pp461.5 KN/m2，Pw105 KN/m2则，h10m 时，Pp50.4 KN/m2h20.5m 时，Pp461.5105566.5 KN/m2土压力分布图如下：-14-截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：工况三：围堰第三道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，围堰内吸泥、清淤到13.957m-15-标高时；有效被动土压力：h15.957m 时，Pp2101.55531.1 KN/m2h20.5m 时，Pp2.4174.5431031.1141 KN/m2考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高 K1.62，则：h15.957m 时，Pp50.4 KN/m2h20.5m 时，Pp228.42 KN/m2土压力分布图如下：截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：-16-工况四：围堰封底砼浇注并达到设计强度后，围堰内抽水完成后。土压力分布图如下：-17-各道支撑在四个工况下的最大反力作为圈梁的设计依据，则第一至第三道支撑的支撑反力依次为：R178.9 KN/m R2305.4 KN/m R3486.7 KN/m钢板桩在各工况下所受的最大弯矩：Mmax210.7 KN.m，钢板桩拟采用拉森型，其惯性矩为 56700cm4/m,截面弹性模量为 2700cm3/m,钢材材质为 SY295。M max210.7 106=78.04 Mpa 0.6295177 Mpa，符合要求。w27000003、坑底土抗隆起验围堰在水下清淤到13.957m 标高处，须验算坑底的承载力，如承载力不足，将导致坑底土的隆起，所以必须要求钢板桩有足够的入土深度。本工程坑底抗隆起验算采用滑动圆滑分析法，以坑底 O为圆心，以钢板桩入土深度 OB 为半径作圆交坑底水平线于E、F，再由 E 作垂直平方线交河床面于 D。-18-则，抗滑力矩C1HOBOB2C2（10.52.3107.157）4.5433.144.5432101082.9滑动力矩1q HOB21(9.52.3+107.157)4.543222=964K4、封底砼厚度计算1082.91.12 1.1，可满足坑底抗隆起验算！964封底砼达到设计强度后,抽干围堰内的水。此时封底砼受到由于内外水土压力差形成的向上的水的浮力 P，封底砼必须在自重 G、与钢护筒的粘聚力 N1及与钢板桩的粘聚力 N2作用下抵抗水的浮力 P。本工程拟定封底砼标号为 C25，取其设计值 ftd=1.23MPa，考虑施工阶段混凝土的允许弯拉应力取 1.5 倍安全系数，则=0.82MPa，钢护筒与封底混凝土间握裹力=0.12Mpa。砼封底厚度为 2.5m,考虑到封底砼顶面浮浆的存在，则封底砼在计算时取有效厚度为 2.0 m。（1）、砼抗浮力计算水的浮力 Pghs=10009.815.957(13.220.4-153.140.752)3796.7t封底砼自重 Gv2.3(13.220.4-153.140.752)2.01116.8t封底砼与钢护筒的粘聚力N123.140.752.015121695.6t封底砼与钢板桩的粘聚力N2（13.220.4）22121612.8t GN1N21116.81695.61612.84425.2 t P，满足要求！(2)、封底混凝土拉应力计算由于承台封底混凝土与钢护筒及钢板桩形成握裹支撑，其力的传递较为复杂，根据本承台桩基布置情况，将封底砼看成承受均布荷载的三边固定、一边简支的面板结构。则，作用在砼梁上的荷载 p15.957102.023113.6 KN/m2Mx0.06ql20.06113.63.92103.7 KN.mMy0.055ql20.055113.63.9295.03KN.m-19-bh2390020002WxWy 2.6109mm366Mx103.7106x 0.04MPa Wx2.61095、内支撑的设计计算本工程中支撑圈梁采用 H588 型钢，支撑钢管采用 530（壁厚 10mm）和 630（壁厚 12mm）。H588 型钢的截面特性如下：A=18576mm2 I=113283.85cm4 W=3853.2cm3 530（壁厚 10mm），其截面特征如下：A=16336.3mm2 W=4.17106mm3I5.52108mm4;i=单位重量：q=128.24kg/m 630（壁厚 12mm），其截面特征如下：A=23298.1mm W=7.06410 mmI11.13108mm4;i=单位重量：q=182.9kg/m第一道支撑经 SAP2000 计算结果如下：263I=183.88mmAI=218.5mmA-20-（弯矩图）（轴力图）a、由计算可知，圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，Mmax153.51 KNM，Nmax=497.5 KN则，NM497.5103153.51106AxW18576+1.053853200=26.8+37.9=64.7 MPaf,要求！b、支撑钢管所受最大轴力 N591.5KN，计算长度 L4.2 m,-21-强度符合l4.2由=22.8;查表得：0.963i0.184N591.510337.6 MPaf,整体稳定性符合要求！A0.96316336.3第二道、第三道支撑布置、材料规格均相同，取受力较大的第三道支撑验算。第三道支撑经 SAP2000 计算结果如下：（弯矩图）（轴力图）a、由计算可知，圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，-22-Mmax994 KNM，Nmax=3069.1 KNN9941063069.1103M则，+=82.6+122.8=205.4MPaf,强度符A1.05770638037152xW合要求！b、支撑钢管所受最大轴力 N3775.3 KN，计算长度 L4.2 m,l4.2由=22.8;查表得：0.963i0.184N3069.1103 195.1 MPaf,整体稳定性符合要求！A0.96316336.3-23-24-