沉箱圍堰施工工法

1、靈昆大橋沉箱圍堰施工工法目錄1、前言2、工法特點(diǎn)3、適用范圍4、工藝原理5、施工工藝流程6、操作要點(diǎn)7、材料與設(shè)備8、質(zhì)量控制9、安全措施10、環(huán)保措施11、資源節(jié)約12、效益分析13、應(yīng)用實(shí)例沉箱圍堰施工工法1、前言2007年，浙江省交通勘察設(shè)計(jì)有限公司檢測(cè)到溫州靈昆大橋樁基礎(chǔ)存在沖刷、漏筋、縮徑等I可題。主管單位溫州龍灣區(qū)交通局根據(jù)島內(nèi)正在建設(shè)的深水港的要求，提出將橋梁進(jìn)行提高荷載標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)加固處理，即將原橋的通行能力提升為一級(jí)公路，滿足集裝箱卡車的通行，下部樁基的加固由中建七局交通公司組織施工。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了查看、分析，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙要求，我們提出采用沉箱圍堰的施工方法對(duì)該橋的存在缺陷的樁基

2、進(jìn)行加固處理。2、工法特點(diǎn)沉箱圍堰的施工方法是新型的施工工藝，與傳統(tǒng)的鋼板樁圍堰、土圍堰、小圍堰相比具有不可代替的優(yōu)點(diǎn)。另外，因在海水中作業(yè)，土圍堰無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這里就不再贅述，現(xiàn)將另外三種圍堰施工方法進(jìn)行對(duì)比，具體比較見(jiàn)下表。三種方案的比較比較類沉箱圍堰方案鋼板樁圍堰方案小圍堰方案（設(shè)計(jì)）技術(shù)優(yōu)點(diǎn)可以一次性徹底解決所有樁基存在的問(wèn)題可以一次性徹底解決所有樁基存在的問(wèn)題無(wú)法徹底解決所有樁基存在的1可題設(shè)備投入共需投入3套大沉箱、2套小沉箱共需投入4套鋼板樁大圍堰、2套鋼板樁小圍堰共需投入18套小圍堰施工成本用鋼514噸，623萬(wàn)用鋼量643噸，679萬(wàn)用鋼量少，190萬(wàn)施工工期150天162天20

3、0天安全問(wèn)題有保障有保障無(wú)保障通過(guò)以上比較，我們發(fā)現(xiàn)沉箱圍堰不僅可以一次徹底解決所有樁基存在的問(wèn)題，而且所用材料成本相對(duì)低，需要的施工工期最短，且安全有保障，我們選擇了使用沉箱圍堰作為施工處理措施。3、沉箱圍堰施工方法適用范圍沉箱圍堰施工方法主要適用于深水基礎(chǔ)施工，處理深度10m以內(nèi)，開(kāi)挖深度1.5m,實(shí)行深水處干處作業(yè)，沉箱圍堰還可以作為鉆機(jī)等設(shè)備的工作平臺(tái)在水面平移進(jìn)行水上作業(yè)。地質(zhì)情況可以為粘土、砂土等III類土以下情況，便于下插板插入土中。4、工藝原理本施工方法是鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合基坑處理的方法設(shè)計(jì)施工，沉箱是采用鋼結(jié)構(gòu)，白重138噸，幾個(gè)箱體空腹時(shí)的浮力達(dá)到360噸，沉箱浮起后，利用動(dòng)力拖船

4、（80T）在平潮時(shí)將沉箱拖到指定地點(diǎn)注水下沉。落潮過(guò)程中，白重不變沉箱浮力減小，白重加大的情況下，沉箱下插板插入灘涂中，沉箱坐正后，再在箱體內(nèi)側(cè)打設(shè)一周高壓旋噴樁，起箱底止水帷幕作用，最后壓密兩漿（水玻璃、水泥）封底，實(shí)行箱體內(nèi)的閉水，從而達(dá)到圍堰內(nèi)干施工作業(yè)。由于箱體有下插板，能夠白己穩(wěn)定，一旦下沉后，箱體能夠穩(wěn)定座在灘涂面上，且整個(gè)箱體地面落在最低灘涂面，故不需要進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，箱體之間全部用高強(qiáng)螺栓連接，不需要進(jìn)行單個(gè)箱體踢腳穩(wěn)定性驗(yàn)算，根據(jù)施工主要治理的問(wèn)題是坑底隆起和滲流、箱體浮力、高壓旋噴樁厚度的驗(yàn)算。4.1坑底突涌驗(yàn)算考慮到圍堰內(nèi)的基底在覆蓋土的作用下不足以抵抗下部的水壓力，

5、基坑就會(huì)失穩(wěn)，出現(xiàn)突涌現(xiàn)象，我們對(duì)基坑的突涌穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)最局潮水坑底突涌驗(yàn)算計(jì)算簡(jiǎn)圖驗(yàn)算平衡公式：Y土Xt=YwXH式中：Y土：土的容重t:不透水層的厚度Yw：水的容重H:承壓水頭高于含水層頂板的高度8m當(dāng)t>YwXH/Y土?xí)r，不會(huì)產(chǎn)生突涌其中沒(méi)有考慮覆蓋土層的重量和覆蓋層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的摩擦力,此計(jì)算偏向安全。一般取值安全系數(shù)大于1.2。4.2坑底抗隆起穩(wěn)7E性驗(yàn)算參照基坑支護(hù)6-2-74計(jì)算基坑抗隆起安全系數(shù)1hKe"+3(Kpen191)/tg(J)Kst=|1+Gj+hd式中：hd一嵌入深度h一基坑開(kāi)挖深度4.3驗(yàn)算旋噴樁的厚度旋噴樁上口連接箱體，上部的水平力主要由箱體下插

6、板承受,墻體承擔(dān)外圍土體和潮水的壓力，墻體的厚度采用抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)o定確算-_一-*10(1.2YohaEahpEpj)局壓旋噴樁墻體厚度計(jì)算簡(jiǎn)圖5Ycs(h+hd)2YoYw(2h+3hdhw葉2hwa)式中：EEa一水泥墻底以上基坑外側(cè)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和；EEp一水泥墻底以上基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和；ha一合力習(xí)ai作用點(diǎn)至水泥墻底的距離；hwp一合力習(xí)pj作用點(diǎn)至水泥墻底的距離；Ycs水泥土墻的平均容重；Yw一水的容重Y0安全系數(shù)取1hwp基坑內(nèi)側(cè)地下水位高度hwa一基坑外側(cè)地下水位高度水平標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算£Ea作用在高壓旋噴樁基上的荷載包括土壓力、水壓力。按照以下公式

7、進(jìn)行計(jì)算:eajk=(TaikKai2CikVKai+(Zihwa)mhwa)YwaKaiYw式中：baik作用于深度Zi處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值()(Taik=(Trk+(Tck+(TlkKai第i層的主動(dòng)土壓力系數(shù)；Kai=tg2(45pik/2)Wik第i層的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；Cik-三軸試驗(yàn)確定的第i層固結(jié)不排水剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值;Zi一計(jì)算點(diǎn)深度；m計(jì)算參數(shù)；hwa一基坑外側(cè)地下水位深度；rwa一計(jì)算系數(shù)；Yw一水的容重水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值£Epi：epj=opjkKpi2CikVKpi+(乙一hwp)(1Kpi)Yw式中：bpjk作用于基坑底面以下心處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；Kpi第i層的被動(dòng)土

8、壓力系數(shù)；Kpi=tg2(45+ik/2)bpjk=YmjXZjYmj深度Zj以上土的加權(quán)平均天然容重。4.4浮力驗(yàn)算由于沉箱的排除海水體積較大，在潮水最高位置時(shí)，沉箱的理論排水量遠(yuǎn)大于沉箱白重，需要對(duì)沉箱受到的浮力進(jìn)行驗(yàn)算。沉箱排水體積計(jì)算平面簡(jiǎn)圖a上a箱a箱a下b箱b上b下b箱沉箱圍堰采用正方形設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算其白重G=138t，浮力F浮就是沉箱圍堰排開(kāi)水的體積減去箱體白重，此浮力仍舊很大，需要施加外力防止沉箱上?。篎浮=a下xb下xh2+（a下0.5）（b下0.5）h挖+a上x(chóng)b上x(chóng)hi-G式中：a、b是沉箱的內(nèi)平面尺寸；0.5m是高壓旋噴樁的寬度；h1、h2、h挖是沉箱最高水位到箱體頂、

9、箱體高度、開(kāi)挖深度；G是沉箱自重。防止沉箱上浮是采用H45鋼梁置在原橋的承臺(tái)下，反壓沉箱箱體，注意沉箱箱體要進(jìn)行適當(dāng)加固，使得反壓力均勻傳遞至整個(gè)箱體。從上式，我們沒(méi)有計(jì)算箱底的吸力和潮水漲過(guò)箱體后潮水對(duì)箱體外沿的作用力，故此計(jì)算偏于安全。5、施工工藝流程5.1 沉箱制作沉箱的制作在廠家進(jìn)行，先按照設(shè)計(jì)圖紙下料，并作記號(hào)，鋼板采用切割下料，不得使用氧氣乙煥高溫切割，防止鋼板變形。箱體所用閥門設(shè)置在箱體內(nèi)，閥門要采取防漏水處理，閥門設(shè)置在離沉箱底80cm以上。箱體之間連接處要焊接牢固，拆除的位置要設(shè)置止水帶，止水帶用螺絲連接在箱體上，做到不能因擠壓損壞。沉箱焊接完成后，在場(chǎng)地進(jìn)行拼裝，做到?jīng)]有問(wèn)

10、題后下水。5.2 沉箱就位沉箱就位前要將墩臺(tái)位置清理平整，特別是將承臺(tái)周鋼管清理至灘涂下，原承臺(tái)周邊的灘涂要基本在一個(gè)水平面上，確保箱底下插板能全部插入土中，遇到原橋鋼管時(shí)，采用外套小護(hù)筒在最低潮位時(shí)切除鋼管。沉箱拖移時(shí)間控制在漲潮基本結(jié)束前的一個(gè)小時(shí)，同時(shí)基本拆除沉箱之間（對(duì)角）的連接螺栓，留下的螺栓不要超過(guò)設(shè)計(jì)的30%,便于靠近墩臺(tái)后及時(shí)分解沉箱，為就位二次組合留下時(shí)間。分解后要將沉箱及時(shí)按照方位就位，一個(gè)邊長(zhǎng)度7m順橋方向下靠，一個(gè)邊長(zhǎng)度11m橫橋方向下靠墩臺(tái)。分解并靠近墩臺(tái)的沉箱用尼龍繩拉緊，防止落潮時(shí)沉箱漂移。必要配置5噸手拉葫蘆4根，2噸手拉葫蘆2根，第一時(shí)間將沉箱用高強(qiáng)螺栓連接，

11、連接時(shí)沉箱部分螺栓孔會(huì)漏水，用小水泵抽除。等到所有箱體的連接螺栓連接牢固并加強(qiáng)后將沉箱注水下沉。螺栓的連接先外后內(nèi)，按照順時(shí)針或逆時(shí)針加強(qiáng)螺栓。5.3 反壓梁施工當(dāng)沉箱下沉就位后，開(kāi)始反壓梁的施工，我們注意到在沉箱下沉成功時(shí)，沉箱的浮力達(dá)到680噸，一旦潮水過(guò)了箱體，會(huì)產(chǎn)生箱體上浮，利用反壓鋼梁可以有效解決沉箱的浮力，加載鋼梁前先對(duì)沉箱箱體進(jìn)行加固，使浮力均勻傳遞到箱體，本次采用的鋼梁共計(jì)4根，單根長(zhǎng)度12m鋼橫梁順橋向設(shè)置。鋼梁與承臺(tái)之間用小槽鋼頂住，之間的孔隙用三角木楔塞緊。5.4 箱底止水帷幕和壓密封底高壓旋噴樁平均樁徑為§900mm樁間距700mm長(zhǎng)度700cm高壓旋噴鉆機(jī)采

12、用XPZ50型單管高壓旋噴樁，BWT10030高壓注漿泵機(jī)，當(dāng)鉆機(jī)鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用高壓旋噴機(jī)把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底，利用高壓設(shè)備使噴嘴以24Mpa的壓力把漿液噴射出去，沖擊切割土體，并與土體攪拌混合，隨著注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升而形成圓柱樁體，漿與土體經(jīng)過(guò)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，固結(jié)成樁，從而達(dá)到支護(hù)、止水的作用。壓密注漿采用二重管壓密注漿。注漿孔的間距為1.5m。采用的鉆探設(shè)備為XY-1型鉆機(jī)，鉆孔直徑110mm孔深為4.00m,進(jìn)入樁基處理面下1.5m。注漿液采用425常酸鹽水泥，水灰比為1:10.5:1。注漿設(shè)備采用HB80/10型泵，注漿壓力0.3MP時(shí)1.0MPa,在注漿初期水灰比

13、采用1:1,若“吃漿”均勻，可增大水灰比的濃度，直至0.5:1。當(dāng)注漿壓力達(dá)1.0MPa,并不“吃漿”，應(yīng)停止注漿。5.5 維護(hù)加固在樁基抽水，開(kāi)挖前還需要對(duì)樁基進(jìn)行外圍的加固，防止潮水反復(fù)沖刷處理。潮水流速高，容易對(duì)箱底形成沖刷，導(dǎo)致箱底出現(xiàn)脫空，在沉箱下沉到位后，安排水上挖機(jī)對(duì)箱體外進(jìn)行堆土作業(yè)，堆土范圍為箱體外1.5m范圍內(nèi)，堆土高度1m必要時(shí)在箱體的兩個(gè)迎水面打設(shè)鋼管，里面填裝裝土蛇皮袋。6.1 6、材料和設(shè)備沉箱圍堰施工用的材料沉箱圍堰主要包括箱體、擋水板、下插板、反壓梁等部分。序號(hào)材料名稱材料規(guī)格使用部位備注1鋼板t=8頂板、腹板、底板、隔艙板、加勁板2鋼板t=30端頭板箱體連接3

14、槽鋼12.6箱體與擋水板連接面4角鐵L50X5擋板加強(qiáng)5角鋼L75X50X5箱體通長(zhǎng)6鋼板t=6擋水板面板7角鐵L63X5擋水板加強(qiáng)肋8角鋼L50X5男力撐9鋼管匚219X6注水口10高強(qiáng)螺栓M2(X110沉箱連接11普通螺栓M16<40擋水板連接12高強(qiáng)螺栓M16<50擋水板連接13橡膠墊10-12mm擋水板、箱體間止水14角鋼L50X5鋼爬梯15H型鋼H45反壓箱體6.2 沉箱圍堰施工用的設(shè)備按照要求投入了3套沉箱，高壓旋噴設(shè)備1套，壓密注漿設(shè)備1套。序號(hào)機(jī)械或設(shè)備名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量性能1大沉箱2.5x11m32大沉箱2.5x13m33挖泥船0.3方14泥漿泵45kw35高壓泉3

15、.5kw36單管高壓旋噴樁機(jī)XPZ5017鉆機(jī)XY128砂輪切割機(jī)29沖擊電錘210附著式振搗器HZ6Z50811電焊機(jī)BX1-300412小型運(yùn)輸船80t413內(nèi)陸式挖機(jī)17.1 質(zhì)量控制箱體接頭質(zhì)量箱體是鋼結(jié)構(gòu)，但是鋼結(jié)構(gòu)間的連接需要進(jìn)行密水處理，我們?cè)阡撓潴w（包括擋水板、箱體）之間設(shè)置安裝了橡膠墊圈作為止水材料，并用高強(qiáng)螺栓連接牢固，螺栓的間距不得大于10cm其他需要焊接的部分焊接牢固，不得有焊接孔洞，連續(xù)焊接。沉箱下水前要在場(chǎng)地進(jìn)行試拼裝，拼裝檢查螺栓孔的位置是否在一個(gè)位置，能否確保沉箱的連接鋼板密實(shí)連接，不漏水。7.2 箱體內(nèi)的背肋是否焊接牢固，應(yīng)該不連續(xù)分段焊接，焊縫長(zhǎng)度不小于5c

16、m焊接的間距不大于5cm反壓系統(tǒng)質(zhì)量控制反壓梁壓緊在箱體上，防止箱體上浮，由于潮水的來(lái)回影響箱體潮水的浮力不均勻，造成箱體不均勻的上浮，由于反壓梁限制箱體的上浮，其壓力必然作用于軟的地基，造成箱體向下移位，落潮時(shí)，箱底出現(xiàn)脫空，容易引起漏水。所以要經(jīng)常檢查反壓梁上的調(diào)平木楔，一旦松動(dòng)就及時(shí)打緊。7.3 地基的處理7.4 原來(lái)的海涂面是一個(gè)高低不平的表面，沉箱就位前需要進(jìn)行開(kāi)挖整平，經(jīng)過(guò)開(kāi)挖處理發(fā)現(xiàn)樁周存在大量的鋼管，鋼管埋置入土較深，且在最低潮位時(shí)，不滿足海涂下降的要求。最后決定采用小護(hù)筒切割鋼管。將鋼管處理到最低海涂下50cm高壓旋噴樁及壓密注漿的處理高壓旋噴施工前將沉箱圍堰內(nèi)的水位要保持水

17、平，防止潮水由箱底涌進(jìn)箱體圍堰內(nèi)。沖刷高壓成樁，有效形成了箱底止水帷幕。施工時(shí)控制提管速度，提管的速度直接影響成樁質(zhì)量，提管大致控制在每12分鐘一節(jié)（1.5m）,成樁的有效直徑0.7m,樁基的間距沿著圍堰內(nèi)側(cè)環(huán)向?yàn)?.7m。由于沉箱外側(cè)角隅處潮水沖刷嚴(yán)重，容易引起管涌，施工時(shí)在圍堰內(nèi)側(cè)垂直角的位置適當(dāng)加2根樁。施工時(shí)，拉線控制樁基的線性和間距，放線時(shí)，樁基緊貼著圍堰內(nèi)側(cè)施工，有效將樁體和沉箱下插板成為一體。8. 安全措施安全措施是本工法控制的難點(diǎn)，施工前及施工過(guò)程要加強(qiáng)安全的教育，避免不熟練工作引起事故。我們主要從水上作業(yè)、橋面作業(yè)、機(jī)械及用電三個(gè)方面對(duì)施工人員進(jìn)行了教育。本次施工無(wú)事故發(fā)生。

18、8.1.1 水上安全安全事項(xiàng)施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須戴好安全帽扣好帽扣，登高2米必須戴好安全帶扣好安全扣，禁止醉酒作業(yè)。8.1.2 施工前對(duì)沉箱，船只必須進(jìn)行檢查，合格后方可使用，嚴(yán)禁機(jī)械帶病作業(yè)。水上作業(yè)必須穿救生衣，特別在沉箱外面施工注漿，堵漏，小圍堰和其他樁基作業(yè)，作業(yè)處必須保證一艘船在作業(yè)面附近，隨時(shí)救生。8.1.3 船只由專人駕駛，并按期保養(yǎng)（修理），每天做一次清理檢查。8.1.4 人員臨近船邊作業(yè)，要注意防止落水，上下爬梯防止踏空。8.1.5 人員上下班用的爬梯要設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)。8.1.6 沉箱移動(dòng)時(shí)要防止沉箱被水流沖擊引起傾覆。8.1.7 沉箱拼裝時(shí)要注意箱體穩(wěn)定，人員不得站在箱

19、體結(jié)合處，防止被擠壓傷害。8.1.8 保持行走通道干凈、整齊，及時(shí)清理踏板上的泥巴，防止人員滑倒。8.1.9 箱體抽水完成后，由于白重及水壓較大，注意觀察箱體下土體的穩(wěn)定性。8.2 橋面作業(yè)安全事項(xiàng)8.2.1施工現(xiàn)場(chǎng)晚上必須設(shè)有專人值班，各施工點(diǎn)設(shè)標(biāo)記標(biāo)識(shí)，特別橋面施工點(diǎn)設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)志。8.2.2 橋上人員橫過(guò)橋面注意來(lái)往車輛做好防盜防火安全工作，宿舍嚴(yán)禁使用明火，貴重物品白己保存好。8.2.3 本工程為多工種，集體配合的工程，而且是地面和水上交叉作業(yè)，因此要求各工種緊密配合，統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。開(kāi)挖的基坑要設(shè)置臨時(shí)防護(hù)網(wǎng)和警示標(biāo)志，防止其他人員意外跌落。注意觀察基坑穩(wěn)定情況8.2.4 橋上要注意設(shè)置安全保護(hù)墩，同時(shí)施工人員穿反光服裝。8.2.5 橋上東西往下放的時(shí)候，注意下面人、物的安全，橋面設(shè)置安全警示標(biāo)志。8.2.6 橋面施工作業(yè)在晚上進(jìn)行時(shí)，確保場(chǎng)地明亮。用電機(jī)械安全作業(yè)8.3.1機(jī)械操作人員按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，對(duì)外來(lái)臨