某特大桥-水中钢板桩围堰施工方案

1、XXXX 特大桥主墩承台钢板桩围堰施工方案一、设计概述XXXX 特大桥起始里程为 DK15+882.58DK21+003.69,全长 6629.86m 。 全桥共 201个承台, 水中承台 (106#107# 类型为 13.713.7(4+2加台 m ,承台混凝土为 C30高性能砼。承台位于佛山市伦教区鸡洲河内,根据设计图纸,施工水位为 3.854m , 107#原地面标高 1.1m 、 106#原地面标高 -0.74m ,地质地层 均为(2 1,淤泥,流塑状,级松土,土层厚度基本在 1015米 以上,土层含水量大,压缩性高,承载力低,其工程性能差。承台 均处在该地层之中。根据承台底设计标高,

2、 106#承台底距离河床底面 5.2米深, 107 #承台底距离河床底面 6.3米深。根据以上数据对比承台方案以 107 #承台为例计算,施工拟采用钢板桩围堰方案。二、施工方案XXXX 特大桥主墩深水基础采用钢板桩围堰进行支护施工,钢 板桩采用拉森 IV 型钢板桩, 长 18m , 钢板桩围堰范围 16.70m 16.70m , 承台四周留 1.5m 的作业空间。钢板桩周圈咬合紧密,有止水措施。 围堰内侧四周圈采用双层型钢分上、中、下三层以围檩形式支护,顶 层采用 2I 30工字钢, 底下两层采用 2I 45b 工字钢, 中间纵向支撑采用外 径 325 mm壁厚 10 mm 圆钢管,按一定间距

3、布置,四角采用工字钢 2I 30斜撑。为增强工字钢围檩抗弯强度,在每根钢管两端用 2I 30型工钢作为斜撑加强。 承台底面高出基底, 围堰基底先用片石回填 30cm , 然后回填砂找平,基底采用 C 30混凝土封底,封底厚度 60cm 。抽水 采用 2台大功率抽水机。基坑分三层开挖,沿钢板桩内侧周圈 50cm 以内设汇水渠、 积水坑。 承台施工分三次浇筑, 按大体积砼施工考虑, 钢板桩围堰内支撑同样分三次拆除。钢板桩施工采用一艘 25t 浮吊实 施插打及拔除。钢板桩围堰施工方案图详见附图。三、设计计算1、允许应力参数:A3钢 w=145MPa、 =140MPa 新型 钢材用在临时工程允许应力提

4、高 1.25倍;路桥施工常用数据 手册截面惯性矩:I45b 工字钢:31500cm W = I30:30. 403cm W = 实用土木工程手册压杆应力折减系数 :8. 0=材料力学土的物理参数:淤泥质粉砂的容重及内摩阻角取3/17m KN =; (内摩阻角 =15; 淤泥质粉砂的饱和水容重为:(饱和容重 3/10m KN =实用土木工程手册 水容重为:(水的容重3/10m KN =实用土木工程手册 被动土压力修正系数 (6. 1=K ; 土的渗透系数 (3/08. 0 m KN K =土质学与土力学教材拉森 IV 钢板桩设计参数:MPa 200=, 32000cm W =(每米钢板桩抗弯矩实

5、用土木工程手册 ;砼容重:3/2300m kg =实用土木工程手册 ;淤泥质粉砂土的主动土压力系数及被动土压力系数:589. 0 245(2=-=tg Ka , 698. 1 245(2=+=tg Kp ; 各层淤泥质粉砂土压强:21/5. 27m KN h e B =; 2/9. 106m KN e D =;2、钢板桩计算2.1、钢板桩入土深度计算板桩最小入土深度 t 等于桩墙上水土压力强度等于零的点离挖 土面距离 y 与实际产生被动土压力的钢板桩锚固段 x 之和。 即 x y t +=。a 、计算板桩墙上水土压力强度等于零的点离挖土面距离 y 。 在 y 处板桩墙前的被动土压力等于板桩墙后

6、的主动土压力与水 压力之和。( y H y K y KK a p +=代入数值得:75. 210 29. 6(589. 017698. 16. 117+=y y求得:m y 5. 2=(由计算结果得假定成立b 、计算产生被动土压力的钢板桩锚固段 x 可根据 E R 和墙前被动土压力 对 板 桩 底 端 的 力 矩 相 等 求 得 ,即:R E板桩实际埋深应大于 x 之下,所需实际板桩的入土深度为:m t 16. 8 3. 45. 2(2. 12. 1=+=钢板桩水面以上长 50cm板桩总长 m t H L 66. 1716. 85. 9=+=+= 实际取 L=18m。所以实际入土深度为 8.5

7、m 。2.2钢板桩悬臂计算根据钢板桩允许抵抗弯矩, 计算板桩悬臂部分的最大允许跨度。max M 极限应力状态下钢板桩承受的 最大弯矩;m cm h W h h W52 max= 根据具体施工情况,确定采用的支撑如右图所示:m h 0. 31=; m h 5. 22=; m h 5. 23=;2.3钢板桩跨中强度计算m x x K KK x x R a P E 3. 4589. 0698. 16. 1(172. 11166(2=-=-=27.5KN按多跨连续梁 AE ,用计算软件计算各支点力及最大弯矩,取 1m 板宽作为计算单元。用同济启明星 etool 计算软件计算得:最大弯矩:KNm M 8

8、. 190max =; 支反力:, 1. 39KN R A = , 7. 33KN R B =KN R C 9. 189=, KN R D 3. 232=, , 2. 111KN R E =钢板桩强度验算:(满足要求 MPa MPa W M 2004. 95102000108. 19063max =- 3、横向围檩横梁支撑强度验算: 106.9KN 27.5KN按多跨连续梁 AE ,用计算软件计算各支点力及最大弯矩,取 1m 板宽 作为计算单元。符合 (17525. 16. 1198. 0 4103. 946223MPa MPa d D A R B =-=用同济启明星 etool 计算软件计算

9、得:最大弯矩:KNm M 3. 48max =;支反力:, 7. 27KN R A = , 2. 119KN R B =KN R C 9. 189=, KN R D 3. 232=, , 2. 25KN R E =围檩计算最不利工况为第三层围檩。横梁支撑由 2根 I45b 工字钢组成(取第三层支撑处最不利工况 进行验算 ,横向围檩由 2根 32510mm 钢管桩支撑,布置在计算 简图 C 、 D 、 E 处。 189.9 用同济启明星 etool 软件计算得:最大弯矩:KNm M 4. 393max =支反力:A R =141.7KN KN R B 1. 724= KN R c 3. 946=

10、(18125. 11. 131150024. 3932满足要求 MPa Pa W M B =挠度满足要求 =(02. 025044m l f EI ql f =- 4、 (纵向横梁应力验算说明:(纵向横梁由 2根 I45b 工字钢(取第三层支撑最不利工况进行算 , I45b 工字钢承受由钢板桩传递的均布荷载, 支撑于 I30a 工字钢上, I30a工字钢布置在计算简图的 C 、 D 点。由围檩横梁计算得支反力:R C =946.3KN; W 每延米工字钢抗弯矩;最大弯矩 : KNm M 4. 393max =189.9 (a 、 强度计算:MPa MPa W M 18125. 11. 1311

11、50024. 3932max =(满 足要求(b 、挠度44m l f EI ql f =- (c 、 I30a工字钢MPa MPa A F 17525. 12. 109210254. 6123. 94624=+=+=w H t H k 6、基底隆起验算考虑 c 、 的抗隆起验算:计算公式为: qh D cN DN k c q += (12 式中 D 入土深度;H钢板桩顶到基坑底的高度;q地面荷载(为 0 ;1坑外地表至墙底,各土层天然重度的加权平均值;2坑内基坑底以下各土层天然重度的加权平均值;c 淤泥粘结系数取 5KPa ;q N 、 c N 地基极限承载力的计算系数。 376. 5 5.

12、 745(tan 245(tan 15tan 2tan 2=+=+=e e N q 3. 1615tan 1376. 5(tan 1(11=-=-=-q c N N31/87. 14 3. 675. 2(3. 61775. 210m KN =+= 32/4. 171. 85. 7176. 00. 23m KN =+= 2. 129. 31. 804. 9(87. 143. 165376. 51. 84. 17=+=k (不会隆起 抗隆起计算时考虑封底混凝土的自重, 施工时将钢护筒与封底混 凝土的粘结力作为安全储备。三、钢板桩及承台施工方法1、施工准备将钢板桩运到工地后, 钢板桩在拼组前必须对其

13、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,或采用卷扬机拖拉。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 800 1000 ,焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。同时接头强度 与其它断面相等,接长焊接时,用坚固夹具夹平,以免变形,在焊接 时,先对焊,再焊接加固板,对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。 插打钢板桩之前须检查振动锤。振动锤是打拔钢板桩的关键设 备,在打拔前一定要进行专门的检查,确保线路畅通,功能正常。且 功率达到 40KW 以上,而振动锤夹具磨损不宜太多。2、第一层支承设置在插打钢板

14、桩前需设导向架。导向架采用牛腿形式,用 I22a 工 字钢焊接而成,导向架焊接在护筒上。定位横梁沿承台外侧四周,距 承台长边 1.5处布置,距短边 1.5米处布置。也是钢板桩围堰的第一 层围檩支护,采用 2I30工字钢。定位横梁的位置须严格遵照设定的 标高布置。定位横梁安放在导向架上,与钢管相连接,四角设两道 2I30斜撑,斜撑与横梁呈 45度夹角,采用焊接固结连接,然后安装 纵向 325内支承钢管,钢管支承两端头处加焊钢板作为支承面,直 接支撑在定位横梁上,钢管与横梁连接设一定的加劲块。3、插打钢板桩在第一层定位支撑安装完成后即可进行插打钢板桩施工。 在插打过程中,加强测量工作,发现倾斜,及

15、时调整,为保证插 桩顺利合拢,要求桩身垂直,并且围堰周边的钢板数要均分,在整个 钢板桩围堰施打过程中, 开始时可插一根打一根, 即将每一片钢板桩打到设计位置,到剩下最后一部分时,要先插后打,若合拢有误,用 倒链或滑车组对拉,使之合拢。合拢后,再逐根打到设计深度 , 在用 倒链或滑车组对拉时不要过猛, 以防止合拢段缝隙过大。 在整个钢板 桩插打过程中必须保证合拢密实,以防漏水。在施工过程中,钢板桩如需拼接时, 两端钢板桩要对正,可先在 一端上面焊接一块限位板然后将另一端缓缓放下并进行对焊, 再焊接 加强板。焊接时必须保证焊接面平整且焊缝有足够厚度。插打钢板桩要充分采取止水措施,以防钢板桩围堰大量

16、漏水。 4、钢板桩围堰封底第一层支撑焊接完毕后, 用挖机开挖基坑, 边开挖边往基坑内注 水,等开挖到基坑底时,再往下超挖 0.9m ,然后抛片石 30cm ,对基 坑底进行找平,然后进行水下混凝土封底,封底厚度为 60cm 。 水下混凝土封底工艺:首先,对围堰内基底进行吸泥、清平处理,保证基底平整而且距 离承台底面约 1.01.2m ,然后抛填约 30cm 厚片石,同时回填约一 定量河砂找平基底面,然后浇筑 0.5m 厚 C30水下砼进行封底。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。 封底砼采用泵送,利用导管进行。封底时由一边向另一边推进, 但必须连续、不间断、不留接缝、一

17、次性完成。5、钢板桩围堰抽水及安装内支承安装内撑与抽水交替进行。第一次抽水后水面达到第一层支承底 3m 以下即可安装第二层内支承。 安装第二层内支承前先按确定的标高位置在钢板桩内壁焊上三 角托架, 托架采用槽钢 6.3, 安装托架一定要采取措施保证顶面位于 同一水平面上。 然后安装 2I45b 工字钢内支承横梁及斜撑, 最后安装 纵向钢管支撑,安装方式同第一层内支撑。第二层内支承安装完成后, 然后进行第二次抽水, 接着进行第三 层支护, 最后进行第三次抽水, 第三次抽水要全部将钢板桩围堰内的 水抽干。钢板桩围堰内抽水完成后, 将露出承台底面部分的钢护筒全部切 割拆除。钢板桩围堰抽水过程中要加强

18、钢板桩的止水堵漏措施。6、钢筋的制作及绑扎承台基础内的钢筋根据设计图纸的要求在钢筋加工车间统一制 作,运至基坑内按照钢筋构造图进行焊接和绑扎。为保证承台基础 内钢筋网空间几何位置的准确,在铺设前应先用 C15混凝土打 10cm 厚垫层,最后放置钢筋网。承台钢筋网必须严格按照设计要求与孔 桩钢筋进行有效连接,接地钢筋绑扎、焊接时严格按照广珠公司 综合接地技术交底工作会议纪要要求;同时在承台基础内设立支 架钢筋以固定连接墩身钢筋的预埋件。钢筋网与预埋件的空间几何 位置必须通过测量定位,在通过监理工程师的复核后转入下道工序 施工。7、承台模板的制作及安装承台模板采用组合钢模,模板分块装入基坑内,人工

19、进行模板拼装,模板拼缝采用胶带处理,模板用 M16拉条支撑。模板经测量 定位后,根据测量结果对模板进行调整,加固模板连接及支撑,然 后经测量组复测。8、砼浇注、内支撑拆除与拔桩承台砼属于大体积砼, 施工中采取布设冷水管 (冷水管采用 503mm 的方式来满足承台砼内部、 表面和环境之间温度差不大于 20 的要求。冷水管布设距承台边缘均 1.0m 处,冷水管分层布置,其间 距为 1m ,冷水管伸出承台 0.5m 。在承台内埋设 pvc 管对承台内温度 进行测量, 在承台顶部距墩身边缘 0.51.0m 处埋设 pvc 管, 埋设长 度为承台高度的一半, 埋入混凝土中的端口用木塞或其他材料临时封 上

20、,承台混凝土浇注完成后打开封口,向 pvc 管中注入清水。如承台 分层浇注,埋设长度为第一层承台高度的一半加上其余分层的高度。 水中大体积混凝土承台根据实际情况计划分三次浇筑,底下 4m 分两次浇筑, 顶上加台部分再进行一次浇筑。 内支撑依次分三次拆除。 第一层承台浇筑完成后, 在承台与钢板桩间回填砂, 然后拆除底层内 支承;第二层承台浇筑完成后,在承台与钢板桩间回填砂,然后拆除 第二层内支承;最后一层承台施工全部完成后,拆除顶层内支承,最 后拔除钢板桩。拔桩时,尽量使板桩下部与混凝土脱离,然后再进行拔桩。先略 锤击振动各拔高 12m ,然后挨次将所有钢板桩均拔高 12m ,使其 松动后,再挨

21、次拔除,对桩尖打卷及锁口变形的桩,可加大拔桩设备 的能力,将相邻的桩一起拔出。承台混凝土养护采用自然养护,混凝土浇注后进行保水潮湿养 护, 用草袋或麻袋进行覆盖, 撒水养护, 养护时间根据混凝土类型 (是 否掺矿物掺和料 、水胶比、大气潮湿和日平均气温确定最底养护期 限,大体积混凝土养护时间不小于28d ,当环境温度低于50C 时, 应采用草袋覆盖进行保温。混凝土强度没有达到1. 2MP前或开始 灌注混凝土后15小时,不得在其上踩踏、安装模板、支架等作业。 五、质量控制及注意事项1、在拼接钢板桩时,两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具 内施焊,要求两钢板桩端头间缝隙不大于 3mm ,断面上的错

22、位不大 于 2mm ,使用新钢板桩时,要有其机械性能和化学成份的出厂证明 文件,并详细丈量尺寸,检验是否符合要求。2、对组拼的钢板桩两端要平齐,误差不大于 3mm ,钢板桩组上 下一致,误差不大于 30mm ,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,并且围堰周边的钢板 数要均分, 为保证桩身垂直, 于第一组钢板桩设固定于围堰支撑上的 导向架,顺导向架桩下插,使第一组钢板桩桩身垂直,由于钢板桩桩 组上下宽度不完全一致, 锁口间隙也不完全一致, 桩身仍有可能倾斜, 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

23、斜度均不大于 5 。4、在使用拼接接长的钢板桩时,钢板桩的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 ,所以,在组拼钢板桩时要预先配桩,在运输、存放时,按插桩顺利堆码,插桩时按 规定的顺序吊插。5、在进行钢板桩的插打时,当钢板桩的垂直度较好,一次将桩 打到要求深度,当垂直度较差时,要分两次进行施打,即先将所有的 桩打入约一半深度后,再第二次打到要求的深度。6、打桩时必须在桩顶安装桩帽,以免桩顶破坏,切忌锤击过猛, 以免桩尖弯卷,造成拔桩困难。7、同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口,按设计尺寸计算出使 用钢板桩的数量,以确保够用;8、剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩;9、

24、剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤;10、在接长焊接时,相邻焊缝高度差不得小于 2m 。六、钢筋加工和安装质量要求1、 承台基础内的钢筋根据设计图纸的要求在钢筋加工场统一制 作,用平板车运至现场,吊装时严防钢筋变形;2、钢筋整直盘筋和弯曲的钢筋, 采用冷拉方法调直钢筋时, 级钢筋的冷拉 率不宜大于 2%;级钢筋的冷拉率不宜大于 1%。3、钢筋的截断及弯曲钢筋的截断及弯曲工作均应在钢筋加工场内进行。钢筋应按图纸所示的形状进行弯曲。 除有特殊要求且在监理工 程师许可的前提下,所有钢筋均应冷弯。主钢筋的弯曲及标准弯钩应按设计图纸规定执行, 设计未提出 时,应符合下列要求:A 、受拉热扎光圆钢

25、筋的末端应做成 180弯钩,其弯曲直径 d 不得小于钢筋直径的 2.5倍,钩端应留有不下于钢筋直径 3倍的直线 段。B 、受拉热扎光圆和带肋钢筋的末端,当设计要求采用直角型弯 钩时, 直钩的弯曲直径 d 不得小于钢筋直径的 5倍, 钩端应留有不下 于钢筋直径 3倍的直线段。C 、弯起钢筋应弯成平滑的曲线,其弯曲半径不得小于钢筋直径 的 10倍(光圆钢筋或 12倍(带肋钢筋 。D 、 用低碳钢热扎圆盘条制成的箍筋, 其末端应做成不小于 90的弯钩,有抗震等特殊要求的结构应做成 135或 180的弯钩,弯 钩的弯曲直径应大于受力钢筋直径,且不得小于箍筋直径的 2.5倍, 弯钩端直线段的长度, 一般

26、结构不得小于箍筋直径的 5倍, 有抗震等 特殊要求的结构,不得小于箍筋直径的 10倍。4. 钢筋焊接前必须进行试焊,合格后方可正式施焊。焊工必须 有考试合格证。钢筋接头采用双面搭接焊,焊缝长 5倍钢筋直径。 当不能双面焊时,才允许单面搭接焊,焊缝长 10倍钢筋直径,搭 接前预先弯折,保证搭接后轴线一致。5. 钢筋接头应错开布置,接头长度(35d 区段内,接头截面积 不得超过总面积的 50%。接头与钢筋弯起处的距离不小于 10倍钢筋 直径。6. 必须采用合格的结 502或结 506焊条施焊。要求焊缝饱满、 平整,无蜂窝、孔洞、焊瘤。焊渣和药皮随焊随敲。焊接时避免损伤 钢筋。7. 钢筋安装前,桩头

27、及基底必须彻底清理干净,桩头伸入承台 底 10cm ,钢筋按测量放样位置严格就位,绑扎牢固,平整顺直。保 护层用半球形或三角形砂浆垫块绑扎在钢筋上,错开布置。8. 注意预埋墩身钢筋,桩基伸入承台内的桩顶主筋作成喇叭型, 以保证桩基与承台的连接。钢筋安装及钢筋保护层厚度允许偏差和检验方法 注:表中钢筋保护层厚度的实测偏差不得超过允许偏差范围。七、安全措施为确保施工中的安全,在进行钢板桩围堰施工时,必须将安全工 作放在首位,预防为主。1、对操作人员进行安全思想教育,提高安全意识,实行持证上 岗制度,不经培训或无证者,不得进行上岗操作。2、 设专人负责日常检查和养护工作, 在施工过程中设专人指挥,

28、避免人多时乱指挥,出现安全事故。3、拔桩时要先震动 12分钟,再慢慢启动振动桩锤拔桩。在有 松动后再边震边拔,防止蛮干。4、对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查,特别是要注意滑轮的轴 和钢丝绳摩损情况,危及安全的要及时维修、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,以 保证船舶撞击围堰,造成安全事故。八、施工监测方案1 监测重点本工程监测重点在于基坑抽水期间对基坑围护结构的平面位置进 行监测,和对钢板桩进行跟踪沉降监测。2 监测计划因为工程进入基坑围堰期间,由于坑内水体的荷载减少,坑内外 土、 水压力不平衡, 可能会导致产生坑外水体和

29、基坑本身的一定变形, 因此拟将整个监测过程分为两个阶段:基坑抽水期间, 须对基坑本身的沉降和位移进行专人专项监测, 监 测频率在抽水期间要每天观测两次, 非抽水期间每天测一次, 并做好 记录和数据分析。3 监测工作内容3.1 监测内容根据相关经验及有关规范、 围护桩施工要求, 主要监测基坑本身平面 位置, 钢板桩的沉降量, 结构物的受力情况确定本工程的监测内容如 下:1. 基坑监测基坑顶部沉降和位移监测(1测点布置在围堰周边上设置沉降和位移观测点,根据建筑物具体情况确定 观测点数,一般每边 23点,共布置沉降和位移监测点 12点,见下 图。 (2 测试手段采用水准仪测试。沉降采用闭合线路三等水

30、准测量。(3测点埋设在基坑抽水时用钢筋在围护压顶上布设沉降和水平位移监测点,用红油漆标注。4 测量仪器表 1 监测仪器、设备选用统计表 5 各监测项目界限报警值据有关规范及基坑围护设计方案要求、周边环境情况,初步确定 各监测项目界限报警值,见表 2。表 2 各监测项目界限报警值表 6 监测要求与技术保障6.1 监测要求(1 根据结构荷载施加时间、分析支撑受力、变形等的需要,及时测量;(2 所有测量数据及时整理,发现问题及时改正,或重新测量;(3 发现施工或设计问题及时反映。6.2 技术保障(1 在监测开始前, 对监测仪器进行全面检查, 以保证仪器正常工作。(2 监测前认真分析钢板桩围堰在结构、体型、施工上的特征,做到 心中有数;(3 认真分析设计图纸,忠实