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钢板桩围囹施工详解

343 2020-06-15 10:52:28

1、工程概况

虎跳门特大桥全长2505.465m,主桥采用(120+248+120)m连续刚构-柔性拱组合结构(见图1),主桥全长489.6m,跨越国家Ⅰ级航道虎跳门水道。33号墩为北岸(江村侧)主墩,其基础为12根Φ3m钻孔灌注桩,采用行列式顺桥向3排4列布置,钻孔桩桩顶标高为-8.174m,桩底标高为-28.174m,桩长20m;承台平面为带圆角的矩形,分2层,平面尺寸为23m*17m*4m+16.6m*13.2m*2m,承台顶标高为-2.174m,底标高为-8.174m,承台高6m;承台采用钢板桩围堰施工,钢板桩长15m,设置3层内支撑围囹,采用C25封底混凝土,封底混凝土厚2.0m。

全桥布置示意

图1 全桥布置示意


1.1 地质情况

33号墩位于虎跳门主航道中,基础范围内河床面高程为-5.18~-5.58m。标高-12.35m以上为覆盖层,主要为海陆交互海相沉积层,其地质情况从上向下依次为:第1层为灰褐色淤泥质细砂,厚度为11~12.4m;第2层为全风化花岗岩,厚度约为2m;第3层为强风化花岗岩,厚度为0~2.5m;标高-16.75m以下为基岩。桩基础按照柱桩设。


1.2 钢板桩施工环境

33号墩位于主航道中,虎跳门水道为国家Ⅰ级航道,可以通航3000t级海轮,航运繁忙,过往轮船多且吨位大。由于在航道中各种物资设备、机械、人员均需要通过栈桥运输,无大型场地堆放材料,对施工造成很多制约。


1.3 水文资料

虎跳门特大桥位于既有公路虎跳门大桥上游2.3km处,根据水文观测资料Q1%=3081m3/s,H1%=3.24m,V1%=0.704m/s。枯水位为+0.4m,常水位为+2.704m,雨季汛期最高水位为+2.904m,且河道水位受潮汐影响,每日均有水位变化。


2、钢板桩围堰施工方案比选

钢板桩围堰施工方案主要有2种可供选择:

(1)常规施工方法。钻孔桩施工完毕后,接高4根角桩钢护筒,在护筒上焊接简易拼装牛腿,安装第1节导向内支撑框架,切除牛腿,利用吊带吊挂于4根角桩护筒上;利用吊带吊挂下放第1节内支撑框架至顶面位于水面,安装钢板桩第2节导向内支撑框架;利用吊带吊挂下放内支撑框架至设计位置,将内支撑框架固结于4根角桩护筒上;利用内支撑框架作为导向,在周边插打钢板桩,插打完成后在清淤前将钢板桩与第1道水平支撑焊接牢靠,在保证内、外水头一致的情况下,吸泥、清理河床至封底混凝土底面、封底混凝土施工[1,2];在承台第1层混凝土顶面与钢板桩围堰之间设置抄紧垫块,进行支撑受力转换,使第3道内支撑框架的反力转换至抄紧垫块,拆除第3道内支撑框架保留周边框架;浇筑2层混凝土及加台混凝土,第1、2道内支撑框架中间2根内支撑转换,拆除第2道内支撑框架,围堰内注水施工墩身。

(2)整体吊装钢围囹法。钻孔桩施工完毕后,清理围堰周边河床,在护筒上焊接简易拼装牛腿,陆地整体制造钢围囹,利用水上浮吊一次性整体吊装、放到设计位置;后续插打钢板桩、混凝土水下封底和支撑体系转换施工墩身与常规方法相同。


经过比较分析,整体吊装钢围囹法可以保证内支撑框架的施工质量,有利于围堰施工的安全,且节省工期。确定采用整体吊装钢围囹法施工。


3、整体吊装钢围囹施工钢板桩围堰

3.1 整体式钢围囹制作

钢围囹制作场地应选择在离施工墩位较近、运输方便的地方。对场地进行硬化作为拼装平台,按照钢围囹外边尺寸在地面上放出控制线[3]。按照设计图纸焊接钢围囹,先底层框架、斜撑、立杆,逐步完成钢围囹(见图2)。焊接时要保证各构件的空间位置准确无误,焊缝按照设计长度、高度施焊。整体焊接完成后经全面检查合格后焊接吊耳。

钢围囹整体结构

图2 钢围囹整体结构


3.2 河床清理

(1)测量放线。计算钢围囹四角中心线坐标位置,以导线点为基准点,利用全站仪放出各条基线的延长点,打好护桩,测量出各点对应的高程,作为固定钢围囹和清基的控制点。在已放出护桩间拉上线绳作为基线,利用测砣测量河床底标高,并清理到下层围囹下0.5m的标高后下放钢围囹。

(2)河床清理。钻孔桩施工完毕,拆除钻孔桩施工平台,清理围堰周边河床到设计标高。


3.3 钢围囹吊装下放

(1)航道封航。确定吊装日期后,提前与海事部门联系,提出封航申请,写明封航开始、结束时间,具体封航位置。经海事部门同意后方可实施吊装作业。在吊装封航期间,在航道上、下游均停放海事船维护封航秩序。

(2)岸边起吊及航道内运输。在高水位时将吊装驳船停至拼装岸边位置,利用锚绳精确定位,在岸边进行试吊。试吊完成后即可进行正式起吊,浮运就位。

(3)下放就位。钢围囹下放前利用已有中线悬挂测绳作为下放位置的明显标志,利用吊装驳船缓缓将内支撑框架下放至设计位置。在下放过程中,围囹四周设专人盯控、检查各边下放位置、围囹倾斜情况。在钢围囹四角设缆风绳,出现偏差及时纠正。经测量钢围囹平面位置、高程准确无误后在钢护筒上焊接临时牛腿,将钢围囹与钢护筒牢固地固定在一起,准备下道工序施工。


3.4、插打钢板桩、水下混凝土封底

3.4.1 插打钢板桩

(1)插打。利用钢围囹框架作为导向架在其周边插打钢板桩,钢板桩采用单根插打。为保证插打过程钢板桩的稳定性,每插打完一根桩后应与相邻的钢板桩进行焊接。为了保证钢板桩的施工精度,在打设第1、2根钢板桩时,每打入1~2m应测量1次,打至设计标高后,与钢围囹顶层焊接固定,作为后插打钢板桩的基准。

(2)合龙。插打从上游开始,在下游进行合龙,采用∀四角合龙#法,选在下游一个角合龙。合龙时先在露出水面段的合龙处将一侧的一根钢板桩临时固定,与随后合龙钢板桩锁固后,再把2根钢板桩一起打到设计标高处,打进阻力过大时可把相邻桩拔起一段后再一起打入。钢围囹要求与钢板桩接触紧密,部分不能接触的要抄垫牢固,保证传力效果和受力的均匀性,钢围囹顶层与钢板桩的连接采用短钢板或钢筋焊接。

(3)清基。钢板桩围堰完成后,在保证内、外水头一致的情况下,吸泥、清理河床至封底混凝土底面。清淤时,由潜水员用高压水枪配合泥浆泵进行水下清淤。潜水员应检查围堰钢板桩的锁口情况,若有脱口现象,应提早整修,保证围堰后期抽水顺利;若基底岩层较硬造成钢板桩锚固长度不足时,可采用水下局部爆破法清除多余基岩,保证锚固长度及封底厚度。清基要保证达到设计标高,允许偏差为∃100mm,经测量人员测量合格后才可进行水下混凝土封底。


3.4.2 水下混凝土封底

在封底前须制定封底顺序,本着从下而上、先四周后中间的原则,以免影响封底混凝土的质量。在封底前测量封底标高。在封底阶段,为防止围堰内、外水位差对封底混凝土产生附加压力,钢板桩侧壁应设置连通管,使围堰内、外应具有良好的连通性。


3.4.3 围堰内抽水

当封底混凝土强度达设计强度的90%以上时,便可进行围堰内抽水。抽水前,将围堰侧壁的连通管封堵。当围堰内水位降至一定高度时,暂停抽水,观察围堰水位变化及其变形情况,无异常情况可继续抽水。每当水位到达某层钢围囹支撑框架梁位置时,逐层按设计图纸补焊斜撑,以确保钢围囹整体的稳定性。当围堰内水位接近封底混凝土顶面时,用高压水枪冲洗围堰内壁及封底混凝土顶面,抽出泥浆并外运。对钢板桩的细小漏缝,可用细砂、水泥和锯末拌合物在水流上游侧撒入水中进行堵漏,局部采用棉絮塞紧止水。


3.5 支撑受力体系转换

3.5.1第1次支撑受力体系转换

(1)第1层承台施工。在最下层内支撑框架梁竖杆位置接长竖杆,置于封底混凝土上。然后自中心向四周逐步切割钢护筒,凿除桩头,人工清理封底混凝土面,并仔细观察钢板桩围堰的整体稳定性。清理完成后,按设计图纸进行第1层承台混凝土施工。


(2)第1次支撑受力体系转换。在第1层承台混凝土侧面与钢板桩围堰间设置抄紧垫块,垫块与钢板桩围囹焊接,并通过预埋件与下层承台连接,使最下层支撑框架梁反力通过抄紧垫块传至钢板桩围囹四周框架上,完成支撑受力体系的第1次转换(见图3),然后拆除最下层内支撑框架。


3.5.2 第2次支撑受力体系转换

第1次支撑受力体系转换

图3 第1次支撑受力体系转换


第2层承台混凝土施工及第2次支撑受力体系转换(见图4):按设计图纸施工承台上层混凝土,然后浇注加台混凝土。在加台混凝土顶面预埋支撑牛腿,将第2层支撑框架梁中间支撑焊接在支撑牛腿上,并改造顶层支撑框架梁。用直撑和斜撑将顶层内支撑框架的对撑与第2层内支撑四周框架梁连接成一体,然后拆除第1、2道内支撑框架与墩身相抵住的框架梁,完成第2次支撑受力体系转换。

第2次支撑受力体系转换

图4 第2次支撑受力体系转换


3.6 拆除钢板桩围堰

钢板桩的抽拔与围堰插打是一个相反的过程。钢板桩拔桩前,先给围堰内回灌水至要拆除的内支撑的位置,拆除该层内支撑,之后继续回灌水,自下而上依次拆除内支撑。所有支撑拆除后,内外水压平衡,钢板桩挤压力消失。在下游选择一根较易拔除的钢板桩,用振动打桩机拔除。


4、结语

钢板桩在施工中充分利用陆地整体制作钢围囹施工质量易于保证的特点,使用水上浮吊,一次性将钢围囹吊装、下放到位,利用钢围囹为钢板桩插打导向,既保证了施工安全,又为后续工序节省了大量时间。33号墩墩身于2009年7月顺利完成,按期进行上部结构施工。该项施工技术于2010年获得铁道部工法。