鎖口鋼管樁圍堰

鎖口鋼管樁圍堰的應(yīng)用［摘要］本文論述了在水下的土層中有障礙物密集孤石、片石堆積時應(yīng)用鎖口鋼管樁圍堰施工承臺是比較合適的介紹了該圍堰的設(shè)計及施工;展望了該圍堰推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞水下復(fù)雜地層鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計施工推廣一、鎖口鋼管樁圍堰的選用斜拉橋主塔墩承臺40mX20m,厚5.5m。承臺處水深3~6m,流速1.l~1.3m/s,承臺底在水下約10m,在覆蓋層內(nèi)埋深約7m。鉆孔樁施工和地質(zhì)鉆探揭示在承臺埋深的地層中有一條木質(zhì)沉船，船內(nèi)有片石，約占承臺面積3。方形承臺內(nèi)有本身的鋼筋和型鋼勁性骨架，有主塔兩塔肢（各為mX10m）的勁性骨架和鋼筋錨固在承臺內(nèi)，加上降溫水管和架立撐，其密集程度令圍堰水平支撐難以通過該橋的邊墩25mx17m厚3.5m。承臺處水深6~7m，承臺底在水下約10m，在覆蓋層內(nèi)埋深3?4m。由于承臺在山腳下，山下巖石掉落在此處，故土層中孤石密集。這兩承臺施工圍堰必須能通過地層內(nèi)的障礙物且承臺內(nèi)不能有支撐，在灌筑塔身和墩身前，圍堰頂?shù)闹文懿鸪Ｋ畮熘性谂f鐵路橋旁新建一鋼衍梁橋其中主橋兩端的橋墩坐落在舊橋臺片石構(gòu)縫的錐體護(hù)坡上。由于老橋臺后為高填土，臺前堆砌防傾片石，水庫蓄水后將其淹沒。錐體護(hù)坡下為填筑的亞粘土厚約m，填土下為礫石土，承臺底在礫石土內(nèi)，為了清除片石，圍堰內(nèi)必須排水干挖。且鋼支撐不能埋入承臺內(nèi)。以上承臺的圍堰施工工期緊迫且無大型起吊設(shè)備。根據(jù)上述條件，對常用的圍堰進(jìn)行了比選。鋼板樁圍堰。鋼板樁插打和吊裝不需大型起吊和下沉設(shè)備旦由于其截面特性，限制了應(yīng)用［1］。上述圍堰內(nèi)支撐間距密集到1.5?2.0m。由于其截面是敞口，在孤石和片石地層中插打，下端極易出卷邊或被撕步到，造成圍堰不能止水，延誤工期，影響承臺質(zhì)量。雙壁銅圍堰，它自70年代九江長江大橋首次采用在鉆孔樁基礎(chǔ)施工后，由于其整體性。剛度和強度大、圍堰內(nèi)無支撐、止水效果、抽水水頭、抗水流沖擊力和波浪襲擊都較其他圍堰優(yōu)越所以廣泛應(yīng)用于深水鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工中但它體積龐大，需大型起吊設(shè)備。在覆蓋層下沉亦需較多設(shè)備，且下沉速度比樁要慢，若遇土層中障礙物，必須水中在刃腳下清除，勢必影響工期。雙壁銅殼在墩身出水后，承臺頂以上部分可切割回收或倒用，以下部分不能取出］。鉆孔樁圍堰。它是在深水基礎(chǔ)施工中鋼板樁和鉆孔樁并舉的圍堰。它在復(fù)雜地層中做圍堰穿透能力強，圍堰內(nèi)無支撐、止水效果好。但須先做鋼板樁圍堰，在板樁圍堰內(nèi)填土筑島，在島上板樁內(nèi)緣做深基坑護(hù)壁鉆孔樁樁頂設(shè)圈梁，再開挖基坑等；工序多，設(shè)備多，時間長，造價高，不適用上述承臺圍堰。方形板樁圍堰，我處曾將雙壁銅圍堰豎向分條，做成方形板樁，以適應(yīng)某些無大型起吊運輸設(shè)備和河床覆蓋層內(nèi)下沉雙壁銅圍堰困難的地方這種板樁剛度大，圍堰內(nèi)支撐少，借助錘擊，下沉速度快。它組成的圍堰介于鋼板樁和雙壁銅圍堰之間。我們曾用這種板樁在有片石和孤石地層內(nèi)錘擊下沉做圍堰，沉十分困難，拔出來檢查；刃腳凸凹不平，下端貼焊在骨架上的鋼板脫皮、撕裂和卷曲，骨架有的扭曲變形。這種殼體極樁在土層要占用一定的空間，將障礙物、孤石、片石劈裂、擠開是困難的，故也不適用。1956-1957年在前蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下，由大橋局主持，大橋一處負(fù)責(zé)做過裝配式鋼筋混凝土鎖口管柱試驗。并將這一成果應(yīng)用在丹江水庫大壩的防滲墻基礎(chǔ)中達(dá)到了防滲要求。當(dāng)時還想將這一新技術(shù)推廣應(yīng)用到水利工程中的大壩防滲墻馬頭岸墻、碼頭基礎(chǔ)和橋梁基礎(chǔ)。由于混凝土抗拉性能差，鋼筋混凝土鎖口管柱制造工藝要求高，加上當(dāng)時國家鋼材缺乏的制約，這一技術(shù)未繼續(xù)進(jìn)行研究和應(yīng)用。日本把鎖口鋼管樁(日本叫鋼管板樁)的新技術(shù)廣泛應(yīng)用在岸墻、護(hù)岸、防波堤、圍堰、擋土墻基礎(chǔ)等工程中，于981年編制了《鋼管板樁井筒基礎(chǔ)的設(shè)計和施工》。對鋼管樁能否穿過水下地層中的障礙物孤石和片石，我處在多座橋的施工棧橋搭設(shè)中，插打鋼管樁較多，對其設(shè)計和施工具有一定的經(jīng)驗。鑒于前面所述，我們選用了鎖口鋼管樁做這幾個承臺的施工圍堰。二、鎖口鋼管樁圍堰的設(shè)計與施工1.設(shè)計圍堰設(shè)計實際上是:①計算圍堰內(nèi)挖土和抽水時鋼管植和支撐中的應(yīng)力是否安全；②確定圍堰內(nèi)封底混凝土的強度和厚度必確定鎖口的形式，使其能注漿止水。確保鎖口在復(fù)雜受力狀態(tài)下不被破壞④圍堰在水流、風(fēng)力、波浪作用下抗傾覆性檢算。圍堰設(shè)計程序設(shè)計資料收集。如氣象、水文、地質(zhì)等資料，還有加工制造、運輸、吊裝、樁錘等有關(guān)數(shù)據(jù)。資料中的圍堰設(shè)計參數(shù)計算。如風(fēng)力、水流、波浪、土壓力系數(shù)。。確定施工順序。如對圍堰支撐的要求，是水中去土，還是干挖。這一程序是關(guān)系圍堰側(cè)壓力計算，很重要。兩種施工順序見圈繪出圍堰總圖。擬定鋼管樁直徑，鎖口形式，支撐間距及平面布置，繪于總圖中。圍堰側(cè)壓力計算。進(jìn)一步求出每米寬圍堰的彎短和支撐反力。按以鎖口中心寬度換算成每根管樁的彎矩和支撐反力，檢算樁的應(yīng)力，設(shè)計或檢算支撐。按錘擊沉樁的錘擊力及允許的施工誤差設(shè)計鎖口。計算作用在圍堰的風(fēng)力、水流力、波浪力，檢算圍堰的抗傾覆的穩(wěn)定性。兩種施工順序的圍堰布置方式見(圖圖3)晨米平丈#.圖1銅管樁圍堰施工顓序暇計糙下E預(yù)裝第二是水平文撩.潸埋星平地霸在荏腐上注注"￡輪*玉甥礎(chǔ)底第除,野"晨米平丈#.圖1銅管樁圍堰施工顓序暇計糙下E預(yù)裝第二是水平文撩.潸埋星平地霸在荏腐上注注"￡輪*玉甥礎(chǔ)底第除,野"■—■t^i本■平"支"Jf.辟礦水下封底濕夏土好i強度后,融干水.幽成擲支，中間部執(zhí)*注鋼期港兼土毫丸的50字強水贏砂蜜設(shè)計要點簡介a.鋼管樁的截面選擇。它是圍堰受力主要部件。初擬鋼管截面尺寸必須符合D/t<100摩《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ17—88）的規(guī)定:鋼管（直）徑（壁）厚比 ''V人’的要求。fy為鋼材屈服強度。A3鋼D/tW100。在保證鋼管總體穩(wěn)定性前提下，因要穿過密集孤面、片石堆積和木質(zhì)沉船，為防止在柴油錘的強擊、偏打、樁帽接觸不良及樁墊材料惡化等造成樁端部出現(xiàn)燈?quot;式壓曲或局部壓曲，故在管樁下端要貼焊定鋼板補強，補強板的厚度與原管壁疊合后的徑厚D比tW0.8X50=40。D/tV50是研究數(shù)據(jù)，0.8是兩層疊合板的折減系數(shù)。b.鋼管樁的支點處理。鋼管樁與圍堰支撐的水平圈梁接觸處防止鋼管壓曲辦法是:鋼管內(nèi)加鋼環(huán);②填早強砂漿或有圓弧面的木墊塊使集中力變均布荷載。然后按有關(guān)公式檢算鋼環(huán)或管壁強度鋼管與封底混凝土接觸處要作兩點處理①接觸處彎矩峰值很高要按照連續(xù)梁在支座處削減負(fù)彎矩峰值辦法進(jìn)行。Me=M—Rl/8，式中，M，R，L分別是封底混凝土處彎矩支反力、厚度（注%渚4=新；按均布荷^q=R/l檢算管壁強度，若不夠:a.如管樁不拔除，則在管樁吸泥，灌注混凝土；b.如管樁要拔除倒用，則如圖4所示，做成雙壁圓筒。C.封底混凝土的厚度。低強度混凝土，在抗靜水壓力和承托承臺新鮮混凝土重力時要增加厚度，則相應(yīng)增加基底開挖量，增加鋼管樁長度;若提高混凝土標(biāo)號，厚度減薄，開挖量減少，樁規(guī)少。所以應(yīng)盡量提高混凝土的標(biāo)號減薄混凝土厚度。注意厚度是削減彎矩值參數(shù)之一，要兼顧這個因素。圍堰支撐主要功能是支撐圍堰外側(cè)壓力的。在設(shè)計時應(yīng)增加兩個功能：①在圍堰內(nèi)封底混凝土之前，作用圍堰上的風(fēng)力、水流力、波浪力應(yīng)通過支撐傳給鉆孔灌注樁的鋼爐筒上；②大體積承臺的圍堰，支撐應(yīng)兼做腳手架，承受豎向荷載。鎖口的設(shè)計。鎖口能否止水是圍堰成敗的關(guān)鍵之一。為保證鎖口能止水：①要保證鎖口有足夠強度不開裂對鎖口強度檢算主要是受力分析難筆者認(rèn)可這樣假定的：a.兩根樁在同一平面內(nèi)對稱傾斜1/100，造成鎖口一端受拉，一端受壓；b.在平面外，兩根樁相反方向各傾斜1/100，鎖口受彎、扭、剪；C.一根下沉帶動相鄰樁下沉，鎖口受剪;d.管樁錘擊下沉?xí)r旋轉(zhuǎn)使鎖口受扭，旋轉(zhuǎn)力按錘擊力的10%。以上各計算力的大小時均以錘擊力為基數(shù)。②要使鎖口有空腔可灌漿堵漏。按圖所示"L-T"形鎖口較好。圍堰在封底混凝土后抗傾覆力計算時要考慮鎖口內(nèi)漿體粘著力，封底混凝土與圍堰外側(cè)壓力對樁端的嵌固力。2.鎖口鋼管樁圍堰的施工（1） 在鉆孔灌注樁施工平臺周邊安裝導(dǎo)向架。設(shè)上、下兩層，力爭高精度控制樁的傾斜。（2） 在導(dǎo)向架上按理論尺寸放線定出各樁的位置，在導(dǎo)向架內(nèi)插入樁，用震動打樁機下沉到設(shè)計標(biāo)高。若高位止樁，查閱地質(zhì)資料，如遇到沉船、孤石、片石等地段，用吊機將柴油錘套在樁頂，將樁錘擊到位。（3） 鎖口內(nèi)射水沖洗灌注粘土水泥漿，為了阻止碎石和硬上進(jìn)入鎖口，在樁下插前于鎖口槽口下端先焊坡度：6的擋板。（4） 按設(shè)計要求安裝圍堰支撐。（5） 圍堰內(nèi)開挖。泥土用抓斗沖抓或射水吸泥。沉船用沖擊鉆機和旋轉(zhuǎn)鉆機破碎，船梆的大方木由潛水工人水下切割孤石由潛水工水下作業(yè)消除片石因堆砌整齊，且用砂漿鉤縫，故在于挖時用鋼纖鑿開或用撬棍撬松，人工清除。（6） 在封底混凝土后灌筑承臺、塔肢或墩身。（7） 鋼管樁的拔除。在用震動打樁機震松鎖口的漿體后用液壓千斤頂頂出。三、鎖口鋼管樁圍堰的特點及應(yīng)用前景特點通過施工，達(dá)到了設(shè)計的目的，也加深了對這一決策的認(rèn)識，歸納起來，我們認(rèn)為有如下特點：（1） 鎖口鋼管樁雖一次性投入大，但是設(shè)備式投入，可重復(fù)使用，還是經(jīng)濟(jì)的。（2） 適應(yīng)于各種復(fù)雜地質(zhì)、地層，如水下地層有障礙物，密集孤石，片石堆積等。（3） 施工速度快。制作、加工、運輸、吊插、下沉等方便靈活，工藝簡單，所需設(shè)備少。（4） 可根據(jù)需要，組裝成各種形式的圍堰。（5） 截面剛度大，使圍堰內(nèi)支撐減少，可適應(yīng)大體積承臺的施工。其缺點是我們現(xiàn)在使用鎖口簡槽與荷頭截面積不等，造成鎖口鋼管樁不對稱，故易產(chǎn)生傾斜。應(yīng)用前景現(xiàn)在市場鋼材充足，為鎖口鋼管樁圍堰的應(yīng)用提供了廣闊的前景我們現(xiàn)在設(shè)計施工的圍堰只是荷葉才露出尖角，它可以應(yīng)用到：（1） 深水基礎(chǔ)圍堰中。完善研究鎖口灌漿工藝，發(fā)揮鎖口灌漿后的組合效應(yīng)，并增加一些輔助措施，如樁頂圈梁，是可以做到的。（2） 做橋梁薄壁沉井式基礎(chǔ)。在圍堰增加一些鎖口鋼管樁隔墻即形式沉井，在覆蓋層深的地方，樁只需進(jìn)入持力