[贵州]铁路客专特大桥水中钢板桩围堰施工技术

钢 板 桩 围 堰 施 工 编制单位：中铁十六局集团第五工程有限公司 小组名称：中铁十六局集团贵广铁路指挥部第一项目部 QC 小组 发 布 人： 何 玉 先 目 录 一、工程概况 二、小组简介 三、确定课题 四、方案制定 五、钢板桩围堰结构计算 六、钢板桩施工 七、质量控制及施工注意事项 八、施工安全措施及钢板桩的安全操作规程 九、钢板桩加固 十、吸泥施工 十一、混凝土封底施工 十二、钢板桩防渗漏措施 十三、钢板桩拆除方案 十四、 总结 一、工程概况 新建贵广铁路 GGTJ-11 标段白石绥江大桥位于广宁县石涧镇白 石村。本桥在 DK705+550+740 之间跨越绥江，宽度 175m，水深 4.55.5m 水流平缓，流向自右向左，线路与其夹角为 80。 桥跨越的绥江为级航道，现施工水位 22.67m，通航净高 6.0m,净 宽 246m。 桥跨布置采用 6-32m 组合箱梁+（40+56+56+40）m 预应力混凝 土连续梁+2-32m 组合箱梁，其中 710#墩处于绥江中， 7#10#墩 采用栈桥施工，承台采用钢板桩围堰施工。 二、小组简介 部门 中铁十六局集团贵广铁路项目工程部 小组名称 中铁十六局集团贵广铁路项目部 QC研究小组 成立时间 2010 年 4 月 1 日 课题类型 现场型 注册编号 20101014 小组人数 8 人 活动时间 2010 年 4 月 1 日2010 年 6 月 8 日 序号 姓名 性别 职称/职务 组内职务 组内分工 1 男 项 目 总 工 程 师 组长 技术指导 2 男 工程部长 副组长 组织策划 3 男 安质部长 组员 技术顾问 4 男 质检工程师 组员 活动实施 5 男 测量主管 组员 活动实施 6 男 现场工程师 组员 活动实施 7 男 助理工程师 组员 活动实施 8 女 资料员 组员 资料收集 三、确定课题 2010 年 4 月 1 日成立水中墩钢板桩围堰施工的 QC 研究小组。 710#墩位于白石绥江中，桥梁 水中墩施工有效工期短，技术难 度高，施工工艺复杂。 根据现场实际调查，发现白石绥 江水深4.55.5m。 钢板桩围堰施工能够适用于流速 较大的深水河床，更适合于砂类 土、粘性土、碎石土及风化岩等 坚硬河床，挡水性能好，可以拆 除利用。 确 定 课 题 水 中 墩 承 台 基 坑 开 挖 采 用 钢 板 桩 围 堰 进 行 施 工 四、方案制定 经过现场调查和探讨决定：钢板桩采用拉森 IV 型钢板桩，长 16m，钢板桩围堰尺寸 12m15.5m，比承台周边尺寸大 1.2m。围堰 内侧四周圈采用三层工字钢分上、中、下三层以围檩形式支护，顶 面二层支撑采用 530 钢管横撑，四角采用 530 钢管作为斜撑配合使 用。第三层支撑采用 3 道 2HW350*350 型钢，在浇注承台时直接埋 入承台内。 为了增强工字钢围檩抗弯强度，在每根钢管两端用 2I45 型工字 钢作为斜撑加强。基底采用 C20 混凝土封底，封底厚度 2.0m，采用 4 台大功率抽水机分层抽水，分层支护，钢板桩内基坑底周圈 50cm 以内设汇水渠、积水坑。 五、钢板桩围堰结构计算 1、设计参数 （1）主跨墩处河道内主要为砾砂土，其土体力学性能如下： 土体容重： r=18KN/m3 土体内摩擦角： =36 （2）钢板桩力学性能： 钢板桩采用 IV 型拉森桩，重量 75kg/m，每 1 米宽截面模量 W=2037cm3,允许应力为=210Mpa。 （3）承台尺寸：8.4m12.3m3.5m，围堰尺寸： 10.8m15.5m。 （4）计划采用拉森钢板桩,技术参数: 宽度 高度 单位重 截面模量 w 400mm 155mm 77.7 2037cm3 （5）根据地质情况（见图 1） 20m 范围加权平均： 5.62014 .5.14 38C 主动土压力系数：Katg2（45/2）0.60 被动土压力系数：Kptg2（45/2）1.668 2、计算内容 （1）内支撑层数及间距 按照等弯矩布置确定各层支撑的间距，根据拉森型钢板桩承 受的最大弯矩确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度： 4021290 3awf6hK m98.2c106.523735 ：取加权平均 16.5， h10.88h2.62m h20.77h2.29m h30.65h1.94m 根据具体情况，确定采用的立面布置形式如下图所示： （2）计算板桩墙上土压力零点离开挖面的距离 y，在 y 处板桩 墙的被动土压力等于板桩后的主动土压力： KKpyKa（Hy） 2018206350 y 81.360.129pKaH 式中 K-主动土压力修正系数，取 1.2 （3）钢板桩零点以下入土深度 x 的确定： 由力矩分配法计算的如下： P0=47.7KN P1=8.2KN/m P2=63.3KN/m P3=129KN/m P4=80.1KN/m 最大弯矩在 8.9m 处,Mmax=98.3KN.M 采用等值梁法计算原理，土压力零点处的支撑反力与该点以下 钢板桩土压力对桩底的力矩平衡，假设土压力零点以下钢板桩零点 以下钢板桩埋深为 x，建平衡方程。 P0 26ap） （ K x 3.52m） （ a0P）（ 6.08.15.674 钢板桩入土深度 t0xy3.813.527.33m，则 t1.27.338.8m （4）抗管涌检算 根据不发生管涌条件： Kj，其中 jirw w2th K抗管涌安全系数，取 K1.8 土的浮容重，w6.5KN/m j最大渗流力（动水压力） i水头梯度 t排桩的入土深度,8.8 h地下水到坑底的距离为 8.9m 计算得：j3.36，Kj=6.05，故满足要求。 （5）抗浮稳定性验算 1）混凝土厚度确定：假设混凝土厚度为 2.5m 土压力形成的荷载： pKah 2.524 16.50.611.44864.86KN/M2 M pl120.1254264.86129.72KN.M8 1 混凝土截面模量 W= 129.721100 0.118m3ctf h +0.51.190.51.69b KW6 满足要求 fct C20 混凝土抗拉强度设计值， ，取 1.1Mpa c混凝土的比重取 2.5T/m3 2)、抗浮稳定性检算 1FG G钢板桩重量内支撑重量混凝土自重侧阻力 F浮力 G=237.762+112.151+101216893050.913t F2348t， 1，故安全。3. G 3、围囹及内支撑计算 （1）围囹 根据现场情况，围囹采用 I45b，具体布置见图 内支撑布置：第一道为双层 I45b，兼作导向框架 第二道为双层 I45b 第三层为三层 I45b 根据受力分析只需计算第三道内支撑即可,围囹主要承受弯矩应 力和轴向压力，I45b 抗弯截面系数 w1500cm 长边受力分析： 1501083750202003750 围囹惯性半径：r CMAI4.17360 ，0.995.84.17 305u L 容许应力 0.995170169.15Mpa 29.386.1503 28wMAN 短边受力分析： 围囹惯性半径：r CMAI4.1736 ，0.996.174. 250u L 容许应力 0.996170169.32Mpa 2.1879.3150 8236wMAN （2）横撑检算：L12m 417 20ru 0.87 Mpa 1.2013.44 AN （3）斜撑检算 L7.07 ，0.9672.04.17 50ru Mpa85.7*3 .4 AN 均满足要求 2010 年 4 月 7 日中铁十六局贵广铁路指挥部在广东省广宁县主 持召开了贵广铁路白石绥江大桥钢板桩围堰施工安全专项方案专家 评审会。同时邀请了贵广公司佛山指挥部、中铁二院（成都）咨询 监理公司贵广铁路项目部等单位代表参加了会议。经过各位专家的 详细研究审核，同意采用水中墩施工方案。 专家评审会 六、钢板桩围堰 一）总体施工流程 施工准备测量定位导向架制作打钢板桩钢板桩内支撑 1排水堵漏钢板桩内支撑 2 吸泥 排水堵漏钢板桩内支 撑 3吸泥（高压射水清淤，保持水头不变）水下混凝土封底 排水堵漏找平垫层承台施工墩身施工钢板桩围堰拆除。 二）施工准备 钢板桩运到工地后，钢板桩在插打前必须对其进行检查、丈量、 分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长 23m 的短桩作通过 试验，以 23 人拉动通过为宜。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、 死弯等缺陷，采用冷弯、热敲（温度不超过 8001000） 、焊补、 铆补、割除、接长等方法加以整修。 三） 、钢板桩施工 钢板桩的定位： 钢板桩的定位系统包括两层定位架。下层定位架在水面上 0.5m 处，采用 I24a 型钢焊接于工作平台的钢管桩上，上层定位架固定于 平台钢管桩顶部。 施打顺序： 首先施打角上的钢板桩，施打完成后测量检测平面位置和垂直 度，满足要求后利用锁口导向和定位导向依次施打其余钢板桩。 钢板桩接长 钢板桩设计长度均为 16m，进场钢板桩长度为 12m，需要对钢 板桩进行接长。在焊接时，先对焊，再焊接加固板。钢板桩接长采 用坡口对焊， “U”形内侧焊接加劲板，焊接完成后，用 2m 长钢板桩 从焊接钢板桩一端插人、穿出到另外一端，检查锁口质量。 钢板桩插打 钢板桩插打的原则为：从上游开始插打、下游合拢。利用 40 型 振动锤自重顺锁口下插，并测量观测钢板桩垂直度和平面位置，满 足要求后开启振动锤一边振动，一边插打下沉。 插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插正、打正。整个钢板桩围 堰施打过程中，开始时可插一根打一根到设计位置；到剩下最后 20 片时，要先插后打；若合龙有误，用倒链或滑车组对拉，使之合龙； 合龙后，再逐根打到设计深度。 钢板桩围堰的合龙 钢板桩围堰合龙段选在承台短边靠近栈桥侧，在合龙时，两侧 锁口不一定会平行。为此要在钢板桩顶端使用千斤顶或葫芦丝调整 两侧锁口的平行，采取先插合龙、再逐根施打到位，使钢板桩围堰 合龙。 七、钢板桩施工质量控制及施工注意事项 4 月 20 日对技术员进行培训 4 月 20 日对技术员进行技术培训，培训内容如下： （1）在拼接钢板桩时，要求两钢板桩端头间缝隙不大于 3mm，断面上的错位不大于 2mm，钢板桩的出厂证明文件，并详细 丈量尺寸，检验是否符合要求； （2）全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密； （3）为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直在施工中加强测量工 作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂 直方向的倾斜度均不大于 5； （4）拼接接长的钢板桩拼接接头不能在围堰的同一断面上，而 且相邻桩的接头上下错开至少 2m 以上； （5）在进行钢板桩的插打时，当垂直度较差时，要分两次进行 施打； （6）打桩时切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难； （7）做好基坑内的排水工作； （8）控制好桩位、垂直度及保证咬口及转角处的闭合； （9) 钢结构的焊接，必须是持有特种作业上岗证的人员操作， 确保安全与质量； （10）加强基坑监测。 八施工安全措施及钢板桩的安全操作规程 4 月 30 日对施工人员进行安全培训 4 月 30 日对现场施工人员进行安全培训，培训内容如下： 1、施工安全措施 （1）对操作人员进行安全思想教育，提高安全意识； （2）设专人进行现场轮流值班； （3）拔桩时要先往下震动 2cm，再慢慢启动振动锤拔桩。 （4）对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查，及时维修、更换。 （5）水上作业操作人员必须穿救生衣，以防人员落水。 （6）在钢板桩围堰外围靠主航道侧一定位置需设置防撞装置。 2、安全操作规程 (1) 吊车或震锤工作时发现异常，要立即停车检查； (2)吊桩时要用专用的钢丝绳和锁扣扣紧桩身，并轻起轻放； (3)作业范围内严禁站人，以防各种突发事件造成事故； (4)支撑要水平直顺，不得倾斜弯曲。 (5)不得在风力超过 6 级及大雨等恶劣天气下作业； (6)严禁非司机作业，起吊时要先鸣笛示警，要稳妥操作； (7)打、拔桩严禁超负荷作业； (8)随时检查钢板桩和支撑是否完好，发现松动要及时补焊； (9)专人指挥，夜间作业，必须有良好的照明。 九、钢板桩加固 在确保安全的前提下，基坑支撑的施工与基坑内水位或泥面的 下降按“先支撑后降水或吸泥，分层支撑分层降水或吸泥” 的原则进 行。 1、加固措施 钢板桩围檩的支撑包括围檩及内撑，采用三层布置。围檩采用 I45b 工字钢，内撑采用 530mmx8mm 钢管，围檩固定于钢板桩内壁， 钢管桩八字撑两端均采用三角加劲板进行加固。 （见结构平面图） （1）撑顺序如下： 支撑第一层围檩及内撑（第一层位于水面以上）抽水至第二 层支撑下 50cm支撑第二层围檩及内撑抽水至第三层支撑下 50cm支撑第三层围檩及内撑吸泥（保持第三层支撑处的水位） 浇注封底混凝土抽水至封底混凝土面。 （2）钢板桩围檩安装 围檩型钢安装时首先要在安装位置下方焊接承受围檩自重的临 时短型钢，然后吊装围檩型钢就位。由于部分钢板桩侧面与围檩型 钢之间存在空隙，将每片有空隙处的钢板桩用短型钢支撑在围檩型 钢上并焊接固定。 （3）钢板桩内撑安装 按照设计图纸安装内撑，对围檩型钢和内撑接头位置用三角加 15012025025025025025010 劲板焊接，同时加强焊缝质量检查。 十、吸泥工程 利用现场泥浆泵采用低水位射水吸泥法施工。当抽水至第二层 支撑下 50cm 并采用围檩及内撑加固后，用 4 台水泵进行高压射水， 同时用 4 台泥浆泵吸出混合泥砂水进行吸泥施工。 十一、混凝土封底施工： 水下混凝土封底前在钢板桩底部四周用编织袋或土工布将钢板 桩与封砼隔离，以便将来钢板桩顺利拔除。封底砼采用泵送，采用 普通 C20 砼封底进行普通水下灌注法施工，由一边向另一边推进， 但保证连续、不间断、不留接缝、一次性完成，在灌注混凝土过程 中不断的量测混凝土面标高，确保封底后标高不能高于承台底设计 标高，封底砼顶面保证基本平整。 十二、出现渗漏现象，制定措施 1、7#墩钢板桩施工完成，抽水后发现有少量的水漏出。 2、施工时的防渗漏措施 （1）施工前：做锁口渗漏试验，检查钢板桩锁口松紧程度，防 止工后渗漏。 （2）