主墩鋼板樁圍堰施工方案(同名1359)

揚州西北繞城高速公路YRC-YZ1標段(10#、11#墩鋼板樁圍堰）施工方案中鐵第十九工程局第二工程處揚州西北繞城高速公路YRC—YZ1標項目經(jīng)理部二OO二年四月十三日一、工程概述：京杭運河特大橋兩主墩（10#、11＃墩）設計為低樁承臺，設計承臺底標高為-3.45m，河床標高為-0.66m，高程差為2。74m。承臺處水深為5。35m，河床土層為硬塑亞粘土，承載力為300Kpa.原施工方案采用單壁無底鋼套箱,套箱高度為10。8m，需沉入土層深度為3.8m（封底砼厚度為1。0m）.鋼套箱施工時需采用反循環(huán)鉆機在河床上施鉆，鉆進深度不小于3。80m，施工周期較長，費用較高，與目前現(xiàn)場施工的進度要求不相適應。于此,我部擬變更承臺施工的圍水方案，采用鋼板樁圍堰，圍堰平面尺寸為28.8×14.0m，單塊鋼板樁長度為15m，并保證基底開挖至設計標高后，鋼板樁樁尖距離基坑底部的距離不小于2。5m。經(jīng)計算，鋼板樁選擇我國生產(chǎn)的“鞍Ⅳ”型板樁。板樁插打完成后，邊抽水邊安裝支撐。抽水結(jié)束后，采用人工挖掘河床至設計標高，以達到為承臺施工提供無水環(huán)境之目的。二、鋼板樁圍堰施工（一）施工機具的選擇板樁施工的順利進行在很大程度上決定于施工機械的選擇,綜合考慮本工程的工程規(guī)模、土質(zhì)情況、作業(yè)能力及作業(yè)環(huán)境，我部決定采用25T吊機配合90KW振拔樁錘,該樁錘引進日本技術,采用液壓原理固定樁端,牢固可靠,不易損壞樁頂，適合于在粘土層中打樁作業(yè)，且可以插打任意形式的板樁，輔助設施簡單，操作方便，振動力大，施工速度快，噪音小.(二）鋼板樁的整理、堆放鋼板樁不論新購置，還是租賃的,進入施工現(xiàn)場前需進行檢查整理，完整無損的鋼板樁可運入現(xiàn)場,檢查項目如下:1、鎖口檢查：用一塊長為1。5～2。0m符合類型規(guī)格的鋼板樁作標準,將進場的所有鋼板樁作鎖口通過檢查，檢查時用絞車或卷揚機拉動標準鋼板樁平臺,從樁頭至樁尾進行,鎖口不合格的鋼板樁禁止直接使用,需作修整處理后再用。鎖口檢查方式如圖一.2、完整性檢查：因鋼板樁為圍水結(jié)構，需檢查鋼板樁樁身的有無割洞、割縫及破損,發(fā)現(xiàn)缺陷處及時修整，以保證鋼板樁在使用過程中不漏水，并滿足強度要求。3、規(guī)格檢查：檢查單塊鋼板樁規(guī)格尺寸是否一致，板樁長度及長度方向的板寬是否一致,有無楔形現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)需作適當調(diào)配或修整.板樁檢查合格后，在堆放時盡量不使其彎曲變形,避免碰撞,尤其不能將鎖口破壞,堆放場地應平整、堅實，不產(chǎn)生大的缺陷。最下層板樁應墊木塊,每塊板樁間要留有一定通道,便于吊機或運輸車輛的通行。（三）鎖口潤滑及防滲為防止板樁在形成樁墻后出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，板樁插打前在兩側(cè)鎖口涂以熱的混合油膏，以減少插打時的磨阻力，并增加防滲性能?；旌嫌透嗯浜媳龋ㄙ|(zhì)量比）為：黃油：瀝青：干鋸末：干粘土=2:2:2：1另外,在板樁插打完成進行抽水施工時,若出現(xiàn)較嚴重滲漏現(xiàn)象，可采用優(yōu)質(zhì)黃砂沿滲漏的板樁壁灑入水中,即可實現(xiàn)堵漏。（四）異形板樁的準備因本圍堰平面型式為封閉式矩形,插樁時需進行轉(zhuǎn)直角及封閉合攏,故需事先加工角樁,角樁可采用配套的專用角樁，亦可現(xiàn)場加工,考慮租用或購買的鋼板樁多為普通板樁,角樁比較少見，故我部采取現(xiàn)場加工的角樁，其方法為：將一普通板樁沿中線割開，割面垂直焊加于另一塊板樁的“鞍背”上,形成直角樁。角樁制作形式如圖二.另外,在合攏時，若合攏塊寬度不能滿足一塊規(guī)格板樁的寬度要求或合攏塊寬度上下不一致，需制作“楔”形板樁,“楔"形樁制作的具體尺寸需依現(xiàn)場實際測量情況確定。（五）圍籠準備及安裝在插打鋼板樁時需采用I45b工字鋼作為內(nèi)外導梁、導框,制成圍籠,內(nèi)外兩導梁間距為440cm，其作用在于插打鋼板樁時起導向作用。導框分兩層,下導框緊貼水面,上導框與下層導框間距為2.2m。所有導梁工字鋼要平放。上導框只設內(nèi)導梁，采用2I45b工字鋼，并兼作施工平臺;下導框設內(nèi)外導梁，內(nèi)導梁采用支撐牛腿焊于護筒上，外導梁采用支撐牛腿焊于平臺鋼管樁上，內(nèi)外導梁均采用1根I45b工字鋼。導梁按設計尺寸直接下料，并在平臺上試拼，導梁接頭盡量安排在內(nèi)支撐的支點處，接頭采取焊接.安裝圍籠導梁時，應進行測量定位，牛腿伸出導梁的部分應割掉，以避免影響板樁插打。導框工字鋼要與牛腿焊接牢固，不能滑移。導梁接頭要焊固,尤其拐角接頭處，不能發(fā)生變形扭曲.待鋼板樁插打完成后，將圍堰外導梁移至圍堰內(nèi)，4根I45b導梁合并焊于一體，焊加橫、縱支撐后,下沉至下層支撐設計標高。（六)插打與合攏1、鋼板樁的插打方法:鋼板樁插打時按開始的一部分先插打,后一部分則先插合攏,后再統(tǒng)打的施工方法。此方法可減小合攏誤差，且施工進度較快.2、插打順序：若施工時有水流，可從上游開始，在下游合攏，每邊由一角插至另一角，具體插打順序如圖三所示。3、插打施工：插打前,應在上下層導框的內(nèi)導梁上放出每塊板樁的位置線。插打時應盡量將板樁貼靠內(nèi)導梁，并嚴格控制好樁的垂直度，尤其第一根樁要從兩個相互垂直方向同時控制,確保垂直不偏.在板樁插打前，在鎖口內(nèi)涂刷熱的混合油膏，并將不進行插連一側(cè)的鎖口采用木楔塞緊（第一塊插打的板樁需兩側(cè)全部塞緊），以免泥土或砂礫進入增加插樁阻力和降低防滲性能.板樁插打一塊或幾塊后，即與導框進行聯(lián)系。板樁起吊時，為防止板樁彎曲變形，可將吊點移至距樁頭不大于三分之一樁長的范圍內(nèi)，并采用捆吊法。4、板樁插入導框的技術措施：為使板樁在下插時有準確方向，在上下層圍籠內(nèi)導梁上預先設置導向短方木，第一根鋼板樁即順此導向木插下.導向短方木預先鋸好槽口,卡住導框的內(nèi)導梁,待第一根短方木插打完成后,可將短方木移至下一樁位，繼續(xù)作為插打?qū)颉?、鎖口下插困難時的技術措施:鋼板樁起吊后，采用人工扶持插入前一塊的鎖口后繼續(xù)下插，如下插困難時,可采取如下措施：（1）樁吊起插入鎖口后,快速放松吊樁繩，借樁自重急速下插;（2）用錘壓樁下插，必要時可加以低錘慢打；(3）用倒鏈絞拉。6、施工周期：因樁基施工完成后，兩主墩平臺場地寬闊，可作為板樁堆放場地。為加快施工進度，可將板樁提前運至鋼平臺上,并用一臺吊機配合擺放鋼板樁及涂刷混合油膏,另用一臺吊機作打樁用，若不計板樁運輸時間,每塊板樁的插打周期為：涂刷混合油膏10分鐘,起吊就位插鎖口10分鐘，插打10分鐘，共計30分鐘.每天有效工作時間按12小時計算，每天可插打板樁24根。每個圍堰共計216塊板樁，9天即可插打完成。7、順利合攏的技術措施：為保證板樁插打正直、順利合攏，應及在插打過程中及時糾正偏斜，當偏斜過大不能用拉壓方法調(diào)正時，應拔起重新插打,在防止與糾正無效時，可用特制楔形樁進行合攏。每塊楔形樁的斜度不應超過2％,如一塊楔形樁仍不夠合攏口用時，則可以采用兩塊楔形樁，兩塊楔形樁應各有一個垂直邊，其間至少應插入一塊普通樁，用一塊楔形樁插打順序如圖四所示。8、抽水堵漏鋼板樁圍堰的防滲能力較好,但遇有鎖口不密、個別樁入土不夠及樁尖打裂、打卷等情況時，仍會發(fā)生滲漏。鎖口不密的漏水可在抽水發(fā)現(xiàn)后以板條、棉絮、麻絨等在板樁內(nèi)側(cè)嵌塞，或在漏縫處側(cè)水中撒下大量爐渣與鋸末或谷糠等隨水夾帶至漏縫處自行堵塞。漏縫處較深時，也可將爐渣等裝袋，到水下適當深度時逐漸倒出爐渣堵漏。三、鋼板樁圍堰的計算見后附“鋼板樁圍堰的設計計算”。附錄：鋼板樁圍堰的設計計算一、計算原則：1、板樁的計算原則：求算板樁圍堰的橫斷面、最小入土深度、支撐間距及尺寸等,本工程依實際情況，將板樁支撐布置成多支撐形式，且考慮施工方便,支撐為間距不等的任意間距形式。2、橫撐導梁的計算原則:橫撐按兩端鉸接的軸向受力的壓桿計算，并驗算導梁與橫撐接觸面的受壓情況.二、設計計算的工況條件：1、抽水階段的受力計算；2、圍堰內(nèi)挖基的受力計算。三、荷載取值依據(jù):1、水平荷載∑Mj=靜水壓力+流水壓力；2、豎直荷載∑Mj=板樁自重+浮力；3、水的容重按9.81KN/m3計算，單位面積上的靜水壓力按9。81KN/m2考慮，水壓隨高度成線性分布；4、考慮汛期流水壓力，其流速按V流=1.0m/s計算;5、水的浮力γ浮=9.81KN/m3四、板樁的計算：對板樁的受力分析按最不利的情況考慮，所以我們?nèi)〕樗A段迎水流側(cè)板樁的水平受力。為安全起見,板樁的容許彎曲應力按常用數(shù)值增加75％，在支撐系統(tǒng)計算中，仍按容許應力計算。因板樁插打的土層為硬塑亞粘土層,為不透水層，故可考慮堰內(nèi)挖基階段的受力情況與抽水階段的受力情況相同。板樁圍堰支撐的布置板樁支撐的布置層數(shù)及間距，直接影響著板樁、橫縱撐、圍檀的截面尺寸及支護結(jié)構的材料量,從理想狀態(tài)考慮,支撐的布置分為等彎矩布置和等反力布置兩種形式，等彎矩布置可充分發(fā)揮鋼板樁的抗彎強度,可使鋼板樁材料最?。坏确戳Σ贾每墒怪蜗到y(tǒng)簡化。但從兩主墩處河床標高及承臺位置,不能按上述任何一種方式布置支撐,應根據(jù)實際情況預以確定支撐層數(shù)及間距。即板樁圍堰內(nèi)共設三道支撐，將最下層支撐設置于承臺標高之上0.5m的位置處,且與上兩道支撐等間距布置，間距為h=2.0m.具體布置形式見圖一。板樁入土深度及板樁總長度確定設板樁最小入土深度為t0，抽水、挖基后板樁與外側(cè)土體間存有殘余水，則圍堰支撐結(jié)構及板樁受力如圖一所示：上圖為板樁上經(jīng)簡化的水壓力及土壓力分布圖,其中，h=3。06m，h1=h2=2.0m，h3=4。0m，計算過程如下：按盾恩近似法計算,假定作用在板樁CO段上的荷載為CDKO,一半傳至C點上，另一半由坑底被動土壓力CJO承受，由幾何關系可得：γH·（H2+H3+t0）=ρt0Kp+2cEQ\R(，Kp)上式中：γ=9.81KN/m3，H=5。35m，H2=1。21m，H3=2。79m,ρ=20.4KN/m3,c=77。6Kpa,Kp=tg2（45+EQ\F（ψ,2）)=tg2(45+EQ\F（21。5,2)）=2.16則有:9。81×5。35×（1.21+2。79+t0)=20.4×t0×2。16+2×77.6×EQ\R(，2。16）解得：t0=2.16m（即為板樁的最小入土深度）板樁下端的實際埋深應位于t0之下,所需實際板樁的入土深度為:t=1.1t0=2.38m.考慮板樁插打成形后,板樁頂面應高出鋼平臺頂面(平臺頂面標高▽+7。606m)，而板樁入土后的樁尖標高計算如下：▽=—3.454m（基坑底標高）—2。38（板樁入土深度）=—5.834m則所需板樁實際長度為：L≥7.606-(-5.834）=13。44m3、鋼板樁類型的選擇取最不利的工況條件，即以抽水、挖基后的板樁受力狀態(tài)作為確定板樁類型的依據(jù)。以1延米板樁墻為受力單元，將板樁看成是承受三角形荷載與均布荷載共同作用的連續(xù)梁，以計算的板樁最小入土深度確定板樁下支點位置，按彎矩分配法計算板樁的彎矩和反力.其力學簡化模式如圖二所示：坑底被動土壓力的合力作用點，距基坑底的距離為EQ\F（2to,3），其點設為G，從圖中可以看出，在5跨不等跨連續(xù)梁中,CG跨的彎矩最大，L=h3+EQ\F（2to,3)=4。0+EQ\F(2×2。16,3)=5。44m,為安全起見，將梁段CG的最大彎矩以簡支梁的形式計算，并近似采取圖④的均布荷載形式,該梁段靜水壓力集度為:q靜=ρt0Kp+2cEQ\R（,Kp）=20.4×2.16×2。16+2×77。6×EQ\R（,2。16)=323.27KN/m動水壓力:P=KHEQ\F(v2,2g）Bγ=20×5.35×EQ\F（1。02,2×9.8）×1×9.81=80。33KN則動水壓力集度為:q動=EQ\F(P，L)=EQ\F（80。33，(8.144+1。44)）=8.38KN/m則CG梁段的最大彎矩為：Mmax=EQ\F（1，8）ql2=EQ\F(1，8）×(323.27+8.38)×5。442=1226.84KN·m鋼板樁為A3鋼，常用容許彎拉應力為[σ］=180Mpa則每延米鋼板樁W=EQ\F(Mmax,1。45［σ])=EQ\F(1226。84,1.45×180×103)=4701cm3從計算所需鋼板樁的截面模量(4701cm3/m）可以看出，無此規(guī)格的鋼板樁可以滿足受力要求,計算表明需在CG梁段跨中增加一道支撐，以減少板樁的最大彎矩。若假設板樁的最小入土深度不變，在梁段CG中間增加一層支撐,其跨度變?yōu)?.72m,最大彎矩為：Mmax=EQ\F（1,8）ql2=EQ\F（1，8）×（323.27+8。38）×2.722=306。7KN·m每延米板樁墻W=EQ\F（Mmax，1.45［σ]）=EQ\F(306。7，1.45×180×103)=1175cm3可選用德國生產(chǎn)的拉森式“Ⅳ”型鋼板樁(截面模量為2037cm3/m）?？紤]施工實際情況，將最下一道支撐設置在距離基底2。0m處，按上述同樣方法驗算，所選板樁亦能滿足受力要求。Mmax=EQ\F（1，8）ql2=EQ\F（1,8)×（323.27+8.38）×3。442=490。58KN·m每延米板樁墻W=EQ\F(Mmax,1.45[σ］)=EQ\F(490.58,1.45×180×103)=1880cm34、圍檀構件截面尺寸的確定以兩護筒（或鉆孔灌注樁）的間隔作為內(nèi)支撐桿件的通過位置，其內(nèi)支撐桿件的平面布置見圖三所示：從圖中可以看出,縱向(無水流側(cè)）最大支撐間距為4。95m,橫向（迎水流側(cè)）最大間距為4.70m。增加一道內(nèi)支撐后,其板樁受力形式見圖四所示,取有水流側(cè)作為研究對象。從圖中可以看出，反力RE值最大，次之RC，RA最小。由以上可知，▽C=0.546m,則有：h=0。144，h1=h2=2m，h3=2。72m,h4=1.28m，假設各支撐反力相鄰兩跨上的半跨壓力由該支點承擔，則單根內(nèi)支撐反力為：RE=（γH+P動)h·b=(9。81×5.35+80.33）×2.72×4.70=1698KN由上知，▽EQ\F(B、C，2)=+1。546m，▽EQ\F(C、E,2)=-0。814m，則EQ\F（h2+h3,2)=2。36m，H1=4。69—1。546=3。144m，H2=4.69+0。814=5。504m，Rc=[EQ\F（γ（H1+H2)，2)+P動］·h·b=[EQ\F（9。81×(3.144+5。504），2)+80.33]×2。36×4。70=1362KN同理可求得:RB=953KNRA=462KN將內(nèi)支撐與圍