超長鋼板樁圍堰施工方案和關(guān)鍵技術(shù),水利施工論文

超長鋼板樁圍堰施工方案和關(guān)鍵技術(shù),水利施工論文摘要：采用先安支撐后打樁的新工藝，可大幅度提高鋼板樁圍堰的基坑適用深度，但同時給該圍堰的合攏、內(nèi)支撐拆除等施工環(huán)節(jié)帶來了新的技術(shù)難題。結(jié)合常益長鐵路沅江特大橋522#墩施工實例，具體介紹了超長鋼板樁圍堰施工中沖突部位鋼護筒的處理、內(nèi)支撐整體拼裝和下放，內(nèi)支撐拆除所采用的先割離，后回水，再吊裝等眾多工藝。實踐證明，所用技術(shù)工效高、成本低，經(jīng)濟和社會效益良好。本文關(guān)鍵詞語:超長鋼板樁，深水圍堤逆作法，內(nèi)支撐整體拼裝整體下放，Abstract：Thenewtechnologyofinstallingsupportbeforepilingcangreatlyimprovetheapplicabledepthofthefoundationpitofthesteelsheetpilecofferdam,butitalsobringsnewtechnicalproblemstotheconstructionproceduressuchastheclosureofthecofferdamandtheremovaloftheinnersupport.Combinedwiththeconstructionexampleofthe522#pierofYuanjiangextralargebridgeinChangyi-Changsharailway,thispaperintroducedindetailthetreatmentofsteelcasingattheconflictposition,theoverallassemblyandloweringofinternalsupport,andthefirstcutting,thenreturning,andthenhoistingadoptedintheremovalofinternalsupportintheconstructionofsuperlongsteelsheetpilecofferdam.Practicehasprovedthatthetechnologyhashighworkefficiency,lowcostandgoodeconomicandsocialbenefits.Keyword：superlongsteelsheetpile;deepwatercofferdam;reversemethod;Internalsupport;overallassemblyandlowering;1、工程大概情況常益長鐵路沅江特大橋橋梁全長1386.1m,主跨為224m矮塔加勁剛構(gòu)斜拉橋。521#-522#墩為主橋邊墩、輔墩，橋墩基礎(chǔ)采用11根呈梅花型布置的?2.0m的鉆孔樁。521#墩承臺底標(biāo)高為13.732m,522#墩承臺底標(biāo)高為13.207m,承臺為矩形鋼筋混凝土構(gòu)造，尺寸為19.1m12.8m4.0m。施工水位+30.0m,最大流速1.2m/s,河床地質(zhì)為砂卵石層，采用先平臺后圍堰的施工方式方法進行基礎(chǔ)施工。521#-522#墩均采用鋼板樁圍堰進行承臺施工，采用進口的27m長新日鐵NSP-IVw600210型鋼板樁，設(shè)置3道內(nèi)支撐，內(nèi)支撐采用型鋼進行加工，3道內(nèi)支撐通過聯(lián)合系連成整體。圍堰長21.6m、寬14.4m、高27.0m,鋼板樁頂標(biāo)高+30.5m,樁底標(biāo)高+3.5m,封底混凝土厚3.6m。鋼板樁構(gòu)造見圖1。圍堰設(shè)計構(gòu)造主要包括：內(nèi)支撐、吊放系統(tǒng)及導(dǎo)向系統(tǒng)。2、方案比選各類鋼圍堰的適用條件如表1所示。由表1可知，從水深和覆蓋層兩個關(guān)鍵條件來講，521#-522#墩圍堰采用鋼套箱最為適宜，但鋼套箱圍堰整體施工周期長、用鋼量較大、費用高且回收率低。綜合考慮工期壓力和成本因素，決定采用鋼板樁圍堰，但522#墩設(shè)計水位至承臺底距離為16.8m,超出了適用的深水范圍，如按傳統(tǒng)的先打樁，再逐層降水逐層安裝內(nèi)支撐工藝施工，各工況檢算、鋼板樁抗彎強度將嚴(yán)重超限；如采用先安支撐，后打樁的新工藝，各工況檢算、圍堰構(gòu)造受力能知足要求。圖1521#-522#墩鋼板樁圍堰構(gòu)造(mm)3、施工方案3.1、總體方案[1,2]一是提早制作圍堰內(nèi)支撐，進行半成品施焊拼組；二是拆除鉆孔平臺，在鉆孔樁鋼護筒上焊接內(nèi)支撐拼組牛腿；三是由于鉆孔樁為梅花型布置，需要提早處理下放內(nèi)支撐時有障礙的鋼護筒及混凝土樁頭；四是接長鋼板樁到設(shè)計長度；五是預(yù)開挖河床到底層內(nèi)支撐標(biāo)高下面；六是內(nèi)支撐下放到位后進行鋼板樁插打至合攏，進行后續(xù)的基坑開挖、混凝土封底；七是封底混凝土到達(dá)強度后抽水進行承載圍堰內(nèi)支撐的牛腿的安裝焊接、鋼護筒割除，承臺施工。表1各類鋼圍堰的適用條件3.2、技術(shù)重點和難點一是內(nèi)支撐的整體拼裝質(zhì)量與下放經(jīng)過中的位置偏差控制；二是與水平撐管位置沖突的鋼護筒及內(nèi)部混凝土樁頭的去除；三是27m超長鋼板樁接長的直線度及打設(shè)的垂直度控制；四是圍堰使用完畢后內(nèi)支撐的拆除。4、施工關(guān)鍵技術(shù)主要施工流程為：平整河床割除內(nèi)支撐處鋼護筒安裝內(nèi)支撐拼裝平臺牛腿制作并拼裝3層內(nèi)支撐及聯(lián)合系安裝改造提升的鋼護筒安裝吊掛下放裝置提升并下放內(nèi)支撐插打鋼板樁圍堰清淤至封底混凝土底標(biāo)高澆筑封底混凝土抽水、承臺施工拆除鋼板樁圍堰。4.1、河床預(yù)開挖及整平因墩位處河床地質(zhì)屬板結(jié)卵石與碎砂石混合型，且河床高于圍堰第3層支撐的設(shè)計標(biāo)高，經(jīng)反復(fù)嘗試探尋求索，采用了空壓機的氣舉法+長臂挖機的組合方式進行河床開挖。長臂挖機主要用于松動局部板結(jié)層，空壓機氣舉用于大規(guī)模開挖。預(yù)開挖為自然塌方放坡式開挖，開挖方量較大，且經(jīng)過中會不斷回淤，故開挖需要超過第3層內(nèi)支撐最少0.5m,才能夠知足內(nèi)支撐順利的吊放到位。4.2、沖突部位鋼護筒的處理圍堰四角的4根鋼護筒與斜撐位置沖突，中心的鋼護筒與平撐位置沖突，均需提早處理。通過振動錘吊掛鋼管樁試打的方式探測到5根鋼護筒內(nèi)混凝土樁頭均高于第3層內(nèi)支撐標(biāo)高。為了加快進度，將原設(shè)計的四角斜撐的?1000mm12mm的鋼管更換為?630mm12mm鋼管+C50混凝土填充的鋼管樁混凝土構(gòu)造，因管徑變小，避開了四角的鄰近鋼護筒。針對中心的鋼護筒，先用泥漿泵及高壓水槍對鋼護筒內(nèi)鉆孔樁殘存余留淤泥進行清理，之后在鋼護筒內(nèi)低于水面6m的位置安裝三角形支撐，采用人工去除高出的混凝土樁頭部分，最后水下割除鋼護筒。通過上述兩種措施，確保了內(nèi)支撐的下放能順利到位。4.3、平臺搭設(shè)及內(nèi)支撐拼裝在外圍鉆孔樁的鋼護筒外側(cè)焊接牛腿，因枯水期水位穩(wěn)定，牛腿底部高出河水面30cm即可。內(nèi)支撐由圍檁和撐桿構(gòu)成，在后場加工各類構(gòu)件，對隱蔽性焊縫及關(guān)鍵部位焊縫進行跟蹤查看，做好記錄。因圍堰3層內(nèi)支撐為整體構(gòu)造，制作時先將長、短邊圍檁焊接為整體，然后將3層的各類撐桿用豎向連接桿件焊接為整體，再將各層圍檁與撐桿拼焊成整體。4.4、提升系統(tǒng)安裝和內(nèi)支撐吊放采用千斤頂和精軋螺紋鋼做內(nèi)支撐的提升下放系統(tǒng)，拼組完內(nèi)支撐后在四角鋼護筒上高出第2層內(nèi)支撐1m以上部位安裝提升墊梁、千斤頂?shù)忍嵘到y(tǒng)；在第2層內(nèi)支撐的圍檁底部四角各安裝一根托梁，用于固定螺紋鋼的底部(如此圖2所示)。在內(nèi)支撐上安裝導(dǎo)向限位裝置，吊放入水經(jīng)過中，實時復(fù)測內(nèi)支撐的平面位置，及時調(diào)整，確保偏差符合要求。圖2提升系統(tǒng)構(gòu)造4.5、鋼板樁接長及插打制作鋼板樁接長胎具，放樣制作鋼板樁對接模具，嚴(yán)格控制直線度，對變形鋼板樁進行校正，對接頭處進行打磨，確保鋼板樁順直度。在打設(shè)時，采取雙向控制垂直度，同時嚴(yán)格控制每片樁的平面位置，確保順利合攏。對于27m的超長鋼板樁，初始下沉速度要緩慢，入土10m后方可加快下沉速度。針對河床局部有硬層易導(dǎo)致鋼板樁打脫槽的情況，可在樁底的鎖槽附近焊接1根長約20cm的?16mm圓鋼作為限位防脫裝置，可有效防止脫槽現(xiàn)象的發(fā)生。為了確保插打位置準(zhǔn)確，第1片鋼板樁定位準(zhǔn)確是保證插打質(zhì)量的關(guān)鍵。在內(nèi)支撐上根據(jù)設(shè)計位置設(shè)置一個用型鋼制作的鋼板樁限位框架，框架內(nèi)部大小比鋼板樁每邊放大1cm,吊裝插入鋼板樁，讓鋼板樁背靠內(nèi)支撐豎直，調(diào)整好鋼板樁的垂直度后用振動錘打入。把第1根鋼板樁和內(nèi)支撐焊接固定，然后以第1根鋼板樁為基準(zhǔn)，再分別向兩邊對稱插打鋼板樁直至合攏。4.6、清淤及封底鋼板樁打設(shè)合攏后，二次基坑開挖吸泥至設(shè)計標(biāo)高，用鋼護筒水下清洗器、高壓水槍對封底混凝土厚度以內(nèi)的鋼護筒外壁、鋼板樁腹板及根部進行清洗，最后進行水下混凝土封底，砼強度達(dá)標(biāo)后抽水、割除鋼護筒、破除樁頭，進行承臺作業(yè)。4.7、內(nèi)支撐拆除承臺完成后進行內(nèi)支撐體系轉(zhuǎn)換，墩身施工完成后常規(guī)割除第3層內(nèi)支撐。但第1、2層支撐因受力較大，無法采用傳統(tǒng)的干割法進行割除，設(shè)計方案為圍堰完全回灌水后用潛水員水下割除，但因成本較高、不易割透，且構(gòu)件割斷后在應(yīng)力釋放時會出現(xiàn)回彈現(xiàn)象給潛水員的人身安全帶來很高的風(fēng)險，經(jīng)研究論證后，采用了先割離，后回水，再吊除的創(chuàng)新工藝。即在圍堰內(nèi)注水至內(nèi)支撐下50cm,先將圍檁用L形縫割斷(如此圖3所示),割斷后長、短邊圍檁由原全焊固結(jié)變?yōu)橄嗷デ短字蔚你q接方式；然后將四角斜撐鋼管在靠近長邊圍檁處割開一寬2cm的縫隙，縫隙割除經(jīng)過中兩端會再次擠壓受力，在割斷的四大塊內(nèi)支撐構(gòu)件上設(shè)置吊裝鋼絲繩提早牽引至樁頂拴系好，同法處理第1層內(nèi)支撐。圍堰內(nèi)注水與河面持平，先鏟除部分鋼板樁對內(nèi)支撐進行應(yīng)力釋放，再依次吊除第1層、第2層內(nèi)支撐預(yù)先割斷的大塊構(gòu)件。圖3