鎖扣鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鎖扣鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)與施工技術(shù)作者：劉俊杰來源：中國科技博覽2016年第04期摘 要本文結(jié)合G104國道五河淮河特大橋24#主墩承臺鎖扣鋼管樁圍堰的施工，就鎖口鋼管樁圍堰的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)進(jìn)行了論述總結(jié)，對類似條件下深水橋基礎(chǔ)施工具有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞鎖扣鋼管樁 圍堰 設(shè)計(jì) 施工技術(shù)中圖分類號：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0113-041 工程概況G104國道三標(biāo)段五河淮河特大橋?yàn)殡p線橋，單幅橋面寬16米，全長1930米，跨淮河主橋采用（100+170+100）m連續(xù)剛構(gòu)橋方案 ，24#主墩設(shè)兩個(gè)1914m矩形鋼筋混凝

2、土承臺，高5m，每個(gè)承臺各設(shè)12根250cm的鉆孔灌注樁 。橋位處2005年2014年之間歷年枯水季節(jié)（10月至次年5月）最高水位為12.737m，最高水位時(shí)水流速度最快為0.68m/s，主墩河床水深58m，常水位11.9m。24#主墩處河床覆蓋層約46m，主要為粉土、細(xì)砂，下伏全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化片麻巖。承臺底位于河床以下約6.1米。2 圍堰方案的選擇根據(jù)河床地質(zhì)情況，可選方案有鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰及鎖扣鋼管樁圍堰等方案。2.1 圍堰特點(diǎn)及適用范圍鎖口鋼管樁圍堰適用于深水基礎(chǔ)和各種復(fù)雜地質(zhì)、地層，有施工速度快，制作、加工、安裝下沉方便靈活，工藝簡單，截面強(qiáng)度、剛度大，支撐方便，設(shè)備投入少

3、，可重復(fù)利用的特點(diǎn)。鋼板樁圍堰適用于深水或深基坑、水深4米以上、覆蓋層較厚，流速較大的砂類土、黏性土、碎石土及風(fēng)化巖等堅(jiān)硬河床。防水性能好，整體剛度較強(qiáng)。雙壁鋼圍堰適用于大型河流的深水基礎(chǔ)，覆蓋層較薄、平坦的巖石河床。2.2 河床地質(zhì)分析及施工方案選擇根據(jù)主墩地質(zhì)狀況，橋位處河床面下23m范圍內(nèi)地質(zhì)依次為粉土、粉質(zhì)粘土、粉土，同時(shí)在樁基施工過程中鉆孔取樣這幾層土質(zhì)發(fā)現(xiàn)：粉土、粉質(zhì)粘土在硬塑狀態(tài)下很堅(jiān)硬，在流塑狀態(tài)下非常粘，如同膠泥，經(jīng)常粘住沖擊鉆錘頭，該地質(zhì)狀況有利于采用鎖扣鋼管樁圍堰施工。由于承臺截面尺寸較大，鎖扣鋼管樁的剛度比鋼板樁大，對內(nèi)支撐的要求比鋼板樁低，所以最終決定采用鎖扣鋼管樁圍

4、堰方案。3 鎖扣鋼管樁圍堰施工方案3.1 施工順序先從淮河兩側(cè)搭設(shè)鋼棧橋至水中各墩位處，在各墩位搭設(shè)水上施工平臺，施工樁基礎(chǔ)。樁基施工完再拆除承臺位置平臺插打鎖扣鋼管樁，采用有水狀態(tài)下用C25水下混凝土封底，再排水施工圍檁及內(nèi)支撐，然后施工承臺墩身。3.2 勞動組織及機(jī)械設(shè)備組織根據(jù)施工特點(diǎn)及現(xiàn)場條件，岸邊就近選擇施工場地，按方案設(shè)計(jì)要求將鎖扣樁加工成半成品，然后由吊車起吊，平板車或運(yùn)輸船運(yùn)送到各墩位，振動打樁機(jī)逐根振沉鎖扣鋼管樁，清淤、抽水、隨抽水隨安裝圍堰內(nèi)支撐，澆注水下封底混凝土。3.3 鎖扣鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)方案3.3.1 圍堰總體設(shè)計(jì)鎖扣鋼管樁圍堰由鋼管樁、陰陽頭、內(nèi)支撐、分配梁和封底混

5、凝土組成。鋼管樁采用630mm、壁厚為10mm的焊接鋼管，鋼材采用Q345C材質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)鋼管樁順橋向間距為0.940m，橫橋向?yàn)?.940m。圍堰平面尺寸為32.3m21.9m，圍堰高度為27m。圍堰頂面標(biāo)高以施工期最高水位以上2m控制，設(shè)計(jì)圍堰鋼管樁頂面高程為14.737m。鋼管樁底面高程經(jīng)計(jì)算確定為-12.263m。-8.763m。詳見圖1、圖2、圖3。3.3.2 鎖扣設(shè)計(jì)（詳見圖4 鋼管樁鎖扣細(xì)部結(jié)構(gòu)樣式圖）鎖扣陽頭采用20b工字鋼，；陰頭采用219mm、壁厚為10mm的焊接鋼管連接，如圖4所示。鎖扣堵漏材料采用現(xiàn)場基坑開挖出來的沙粘土及棉絮，人工將棉絮和沙粘土混合物塞進(jìn)鎖扣內(nèi)，在填充鎖扣

6、時(shí)盡量一層棉絮一層黏土，棉花與黏土的體積比為1：1，一次性填充鎖扣約45 m，然后用振動錘壓實(shí)鎖扣。3.3.3 內(nèi)支撐設(shè)計(jì)第一道內(nèi)支撐采用630、=10mm鋼管，采用雙肢I(xiàn)56b工字鋼作為分配梁（圍檁）支撐鎖扣鋼管；第二第四道內(nèi)支撐采用630、=12mm鋼管，采用三拼I63b工字鋼作為分配梁（圍檁）支撐鎖扣鋼管；鋼管樁與內(nèi)支撐之間滿焊連接固定，內(nèi)支撐與焊接在鋼管樁上的牛腿滿焊固定，使圍堰形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的整體。由于振動錘激振力較大，當(dāng)下沉困難導(dǎo)致樁底或樁頂應(yīng)力集中損壞時(shí)，采取在樁頂或樁底外側(cè)加焊3050cm高的=10mm鋼板圈加固。3.3.4 圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)算3.3.4.1 計(jì)算工況根據(jù)圍堰設(shè)計(jì)圖紙，

7、主墩圍堰采用有水開挖方式，圍堰開挖主要流程為：1）工況1：先安裝第一層圍檁及內(nèi)支撐，保持圍堰內(nèi)外水頭高度，直接清淤至封底混凝土底，此工況作為鋼管樁入土深度計(jì)算時(shí)的工況；2）工況2：封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，抽水至第二層圍檁處，第二層圍檁及內(nèi)支撐未安裝；3）工況3：安裝第二層圍檁及內(nèi)支撐，抽水至第三層圍檁處，第三層圍檁及內(nèi)支撐未安裝；4）工況4：安裝第三層圍檁及內(nèi)支撐，抽水至第四層圍檁處，第四層圍檁及內(nèi)支撐未安裝；5）工況5：安裝第四層圍檁及內(nèi)支撐，抽水至封底混凝土頂面；6）工況6：第一層承臺施工完畢，砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在承臺與鋼管樁之間填砂，在頂部澆筑混凝土圈梁，圈梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆

8、除第四層圍檁及內(nèi)支撐。3.3.4.2 封底混凝土厚度計(jì)算水下封底混凝土承受的荷載應(yīng)按施工中最不利情況考慮，即在圍堰封底以后，圍堰內(nèi)水被排干，封底素混凝土將受到可能產(chǎn)生的向上最大水壓力作用。經(jīng)計(jì)算，封底混凝土厚度可取2m，考慮主墩水深較深，封底砼施工質(zhì)量較差，故封底混凝土厚度最終按3.0m 選取，封底混凝土底面標(biāo)高為-3.80。3.3.4.3 鋼管樁入土深度計(jì)算計(jì)算鋼管樁的入土深度時(shí)，考慮在第一層圍檁安裝完成后進(jìn)行水下開挖至封底混凝土底面時(shí)鋼管樁圍堰穩(wěn)定所需的最小入土深度，采用等值梁法進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，實(shí)際鋼管樁的入土深度在基坑開挖面以下t處，t =8.376m，鋼管樁的底標(biāo)高為-3.8-8.3

9、76=-12.176m，鋼管樁的頂標(biāo)高為14.737m，由此求得鋼管樁的總長度為14.737+12.176=26.913m，實(shí)際施工中鋼管樁長度取27.0m，滿足要求。3.3.4.4 基坑底抗管涌驗(yàn)算鋼管樁圍堰內(nèi)抽水至封底砼頂面時(shí)，保證封底砼底面土層不會出現(xiàn)管涌的鋼管樁入土深度為：經(jīng)計(jì)算，封底砼底面土層不會出現(xiàn)管涌的鋼管樁入土深度為6.323m3.3.4.5 基坑底部的隆起驗(yàn)算在軟土中開挖較深的基坑或深基礎(chǔ)承臺施工時(shí)，當(dāng)樁背后的土柱重量和外荷載之和超過基坑底面以下地基土的承載力時(shí)，地基的平衡狀態(tài)受到破壞，常會發(fā)生坑壁土流動，坑頂下陷，坑底隆起的現(xiàn)象，為避免在水下開挖基坑時(shí)出現(xiàn)基坑底部隆起，施工

10、前，需對地基進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算抗隆起安全系數(shù)即地基穩(wěn)定力矩與轉(zhuǎn)動力矩之比k=1.81.2，故基底不會產(chǎn)生隆起。3.3.4.6 抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算在封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對鋼管樁內(nèi)進(jìn)行抽水，設(shè)置其他圍檁時(shí)，為保證封底混凝土及鋼管樁圍堰的整體抗浮穩(wěn)定性滿足要求，根據(jù)以上計(jì)算的封底砼厚度以及鋼管樁的入土深度，選取抽水至封底混凝土頂面時(shí)的最不利工況對封底砼進(jìn)行整體的抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。主墩雙幅承臺下共有24 根直徑2.5m 鉆孔灌注樁，取樁基與封底混凝土之間的摩阻力？ =120Kpa，圍堰基底凈面積為554.23m2。經(jīng)計(jì)算抗浮安全系數(shù)k=1.721.05，封底砼厚度3m 能滿足抗浮穩(wěn)定性要求。3.3.

11、4.7 圍堰整體穩(wěn)定性驗(yàn)算圍堰在在流水壓力作用下有可能發(fā)生傾斜，如果圍堰發(fā)生整體傾斜其轉(zhuǎn)動軸背水面的圍堰腳趾處，穩(wěn)定力矩是由樁基與封底混凝土的摩阻力G1、混凝土自重G2、鋼管樁抗拔力G3 的合力與水浮力P 的差值。經(jīng)計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)k= M0/Mr=1124.2，安全系數(shù)足夠大，24 號主墩圍堰整體穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求。3.3.4.8 圍堰鋼管樁結(jié)構(gòu)計(jì)算3.3.4.9 圍檁計(jì)算根據(jù)前述鋼管樁工況1 至工況6 的計(jì)算結(jié)果，將鋼管樁各支撐處工況支反力結(jié)果匯總?cè)缦隆０锤魑恢米畈焕r考慮，計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦拢簭纳鲜鲇?jì)算中可以得出以下結(jié)論：鋼管樁圍堰在各種工況荷載作用下是安全的，滿足主橋主墩基礎(chǔ)在計(jì)算工況條件

12、下施工的要求。3.4 鎖扣鋼管樁圍堰施工方案由于封底混凝土以下土層為粉土和粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土自然狀態(tài)下呈硬塑狀態(tài)，不透水性較好，根據(jù)計(jì)算報(bào)告，施工時(shí)采用有水開挖。3.4.1 施工工藝流程測量放線清理鎖扣鋼管樁設(shè)置導(dǎo)向框架插打定位鎖扣鋼管樁插打鎖扣鋼管樁至合龍安裝第一層圍檁及內(nèi)支撐吸泥、挖土C25水下混凝土封底分層抽水、分層加支撐破樁頭、施工承臺第一層砼承臺與鋼管樁之間填砂、圈梁施工施工承臺第二層砼水位以下的墩身施工拆除鎖扣鋼管樁。3.4.2 鎖扣鋼管樁加工與運(yùn)輸購置成品鋼管，施工現(xiàn)場設(shè)置加工場進(jìn)行大、小鋼管及配件拼接組裝，進(jìn)行工廠化集中加工制造。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行節(jié)段長度調(diào)整，接樁在現(xiàn)場進(jìn)行

13、，采用焊接，接樁時(shí)避免接頭處于局部沖刷線附近。構(gòu)件利用拖掛車運(yùn)至施工現(xiàn)場，裝卸鎖扣鋼管樁采用兩點(diǎn)吊，吊運(yùn)方式采用單根起吊，并注意保護(hù)鎖扣陰陽頭，以防止鎖扣變形。管樁堆放在平坦加固的場地上，堆放前對場地進(jìn)行壓實(shí)處理。堆放的順序、位置、方向、和平面布置等應(yīng)考慮到以后的施工方便，鎖扣鋼管樁要按型號、規(guī)格、長度、施工部分分別堆放。3.4.3 導(dǎo)向框的設(shè)置在鋼管樁施工中，為保證沉樁軸線位置的正確，設(shè)置定位架進(jìn)行限位。在已搭建好的鋼棧橋和鋼平臺管樁上，每隔幾米臨時(shí)焊接一條牛腿，在牛腿上面安裝 18槽鋼定位架，鋼管樁沿槽鋼外邊緣一直往前插打。3.4.4 鋼管樁施工3.4.4.1 鋼管樁插打打樁機(jī)械選擇履帶吊

14、配合90型振動錘施工，該設(shè)備能夠滿足長度大的鋼管樁的插打和拔除。插樁時(shí)鎖扣要對準(zhǔn)，在打樁過程中，為保證鋼管樁的垂直度，用全站儀跟蹤控制。開始打設(shè)的第一根鋼管樁的位置和方向確保精確，以便起到樣管導(dǎo)向作用，及時(shí)測量糾偏，打至預(yù)定深度后應(yīng)立即用鋼筋與導(dǎo)向框焊接固定。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和鋼管樁的設(shè)計(jì)，選擇單樁打入法，以一根鋼管樁為一組，逐根插打，直至鋼管樁插打完畢。3.4.4.2 沉樁施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)a、沉樁開始時(shí)，可以靠樁的自重下沉，然后吊裝90型振動錘和夾具與樁頂連接牢固，開動振動錘使樁下沉至穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高時(shí)，即認(rèn)為合格。b、每根樁的下沉一氣呵成，不可中途間歇時(shí)間過長。每次振動持續(xù)時(shí)間過

15、短，則土的結(jié)構(gòu)未被破壞，過長則振動錘部件易遭破壞。振動的持續(xù)時(shí)間長短應(yīng)根據(jù)不同機(jī)械和不同土質(zhì)通過試驗(yàn)確定，一般持續(xù)振動不易超過60min75min。c、振動錘與樁頭必須用液壓鉗夾緊，無間隙或松動，否則振動力不能充分向下傳遞，影響鋼管樁下沉，接頭也易振壞，在振動錘振動過程中，如發(fā)現(xiàn)樁頂有局部變形或損壞，要及時(shí)修復(fù)。d、測量人員現(xiàn)場指揮精確定位，在鋼管樁打設(shè)過程中要不斷的檢測樁位和樁的垂直度，并控制好樁頂標(biāo)高。下沉?xí)r如鋼管樁傾斜，應(yīng)及時(shí)牽引校正，每振12min要暫停一下，并校正鋼管樁一次。設(shè)備全部準(zhǔn)備好后振樁錘方可插打鋼管樁。e、鋼管樁之間的接頭必須滿焊，各加長加勁板也需滿焊并符合設(shè)計(jì)的焊縫厚度要

16、求，經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)員檢查鋼管樁接頭焊接質(zhì)量合格后方可打設(shè)鋼管樁。3.4.5 圍堰挖土、抽水、加內(nèi)支撐3.4.5.1 吸泥、挖土清淤采用泥漿泵配合高壓射水清除圍堰內(nèi)的淤泥，淤泥抽到泥漿船或者平臺上泥漿車中運(yùn)至指定地點(diǎn)。遇到堅(jiān)實(shí)地層，泥漿泵無法清理時(shí)改用抓斗出土，該機(jī)械由斗體和主機(jī)兩部分組成，主機(jī)為一臺汽車吊，抓斗容積為1.0m3，抓斗采用帶掘齒的抓斗，抓出的土用汽車運(yùn)輸棄至岸上指定地點(diǎn)。清淤時(shí)要隨時(shí)測量坑底標(biāo)高，達(dá)到設(shè)計(jì)底標(biāo)高以上2m，及時(shí)停止高壓射水，防止擾動持力層。開挖時(shí)，挖土機(jī)械不得碰撞或損害鋼管樁、內(nèi)支撐及其連接件等構(gòu)件。當(dāng)開挖揭露的實(shí)際土層性狀或地下水情況與設(shè)計(jì)依據(jù)的勘察資料明顯不符，或出

17、現(xiàn)異常現(xiàn)象、不明物體時(shí)，應(yīng)停止開挖，在采取相應(yīng)處理措施后方可繼續(xù)開挖。3.4.5.2 圍檁、牛腿、支撐的安裝精確控制牛腿的高程，先測量放樣確定每個(gè)牛腿的高程、然后掛線檢查各牛腿之間的高差，以控制圍檁的安裝誤差。牛腿與鋼管樁、圍檁與牛腿、支撐鋼管與圍檁均應(yīng)滿焊固定牢固。安裝支撐時(shí)，隨時(shí)觀察鋼管樁圍堰的變化情況，當(dāng)鎖扣漏水時(shí)，用棉絮、木條等在外側(cè)嵌塞。3.4.6 水下封底砼施工（1）清底水下開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，先用射水裝置沖洗管樁，再安排潛水工潛入水中清基，整平基面，將封底砼高度內(nèi)的鋼管樁壁的粘泥應(yīng)盡可能洗凈，確?；炷练獾仔Ч?。（2）搭設(shè)封底平臺、布置封底砼導(dǎo)管封底平臺利用現(xiàn)有工字鋼和鋼管在第一道

18、圍檁上面進(jìn)行搭設(shè)，導(dǎo)管采用水下灌注樁導(dǎo)管，導(dǎo)管在使用前須進(jìn)行水密試驗(yàn)，導(dǎo)管安裝時(shí)，每個(gè)接頭須預(yù)緊檢查，下放固定時(shí)，導(dǎo)管下口懸空2030cm。導(dǎo)管的布置、固定利用護(hù)筒搭設(shè)平臺，每根導(dǎo)管的作業(yè)半徑按4m考慮。（3）水下澆注封底砼封底砼的澆注順序：先下游處，后往上游處，砼的澆注應(yīng)先從一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行，并確保砼的表面大致水平。由于澆注水下封底時(shí)，砼表面無法達(dá)到比較平整的要求，所以在砼澆注時(shí)，將砼頂面標(biāo)高控制在設(shè)計(jì)標(biāo)高下20cm左右，待砼達(dá)到強(qiáng)度，圍堰內(nèi)抽水后，再補(bǔ)澆20cm砼墊層。（4）抽水、硬化基層待水下封底砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，抽除圍堰內(nèi)的水及施工內(nèi)支撐、圍檁，破樁頭，采用高壓水槍清理封底砼底面，澆注

19、砼找平墊層，并在圍堰四周作積水坑，然后進(jìn)行承臺施工。在鋼圍堰抽水過程中，設(shè)置專人觀察鋼圍堰變形情況。3.4.7 鋼管樁的拔除承臺施工完成、墩柱出露水面以上后采用履帶吊配合液壓振動錘拔除鋼管樁，拔樁時(shí)，先用振動錘將管樁鎖扣振活以減小土的阻力， 然后邊振邊拔，對引拔阻力較大的鋼管樁，采用間歇振動的方法每次振動15min，振動錘連續(xù)工作不超過1.5h。3.5 圍堰維護(hù)及監(jiān)測3.5.1 圍堰維護(hù)措施指定專人負(fù)責(zé)對整個(gè)圍堰的維護(hù)，定時(shí)對各種警示設(shè)施進(jìn)行維修、補(bǔ)充。每天對圍堰各連接部位進(jìn)行細(xì)致檢查：檢查鋼管樁、支撐梁、圍檁各連接部位的焊縫是否有脫焊、漏焊，如有脫焊漏焊及時(shí)加焊補(bǔ)焊；檢查鋼管樁銹蝕程度，如銹

20、蝕厲害及時(shí)除銹并焊接加固鋼板。檢查支撐梁及圍檁是否變形松動，上下樓梯是否穩(wěn)固，圍擋是否結(jié)實(shí)可靠。3.5.2 監(jiān)測方案3.5.2.1監(jiān)測目的1）為信息化施工提供基本數(shù)據(jù)參考，避免事故的發(fā)生。2）根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析圍堰變形的趨勢，而決定是否采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，進(jìn)而保證施工安全。3.5.2.2 監(jiān)測儀器全站儀1臺，水平儀1臺，P4微機(jī)1臺，對講機(jī)2部。3.5.2.3 監(jiān)測項(xiàng)目圍堰施工和使用期內(nèi)，每天均由專人進(jìn)行巡視檢查。巡視檢查包括以下內(nèi)容：a、支護(hù)結(jié)構(gòu)：支護(hù)結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量，圍堰鋼構(gòu)件、圍檁、支撐有無裂縫出現(xiàn)、支撐、鋼構(gòu)件有無較大變形，有無滲漏，基坑有無涌土、流沙、管涌。b、施工工況：開挖后暴露的土質(zhì)情況與巖土勘察報(bào)告有無差異；基坑開挖分段長度、分層厚度及支錨設(shè)置是否與設(shè)計(jì)要求一致。c、監(jiān)測設(shè)施：基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)完好狀況。巡視檢查宜以目測為主，輔以錘、釬、量尺、放大鏡、攝像等工具、設(shè)備進(jìn)行。3.5.2.4 監(jiān)測點(diǎn)布置1）圍堰頂部水平位移和豎向位移監(jiān)測點(diǎn)，布置于圍堰頂部，焊接金屬件作為監(jiān)測點(diǎn)。短邊布置兩點(diǎn)、長邊布置三點(diǎn)、平面對稱布置。2）支撐的水平位移監(jiān)測點(diǎn)布置在圍檁上，焊接金屬件作為監(jiān)測點(diǎn)，短邊布置兩點(diǎn)、長邊布置三點(diǎn)，豎向與鋼管樁頂監(jiān)測點(diǎn)垂直布置。3.5.2.5監(jiān)測頻率1）每層支撐處開挖后