深水基础工程中钻孔桩与深水承台结合的施工技术

深水基础工程中钻孔桩与深水承台结合的施工技术

京沪高速铁路是中国第一座高速铁路，设计速度为350公里。其中，五松江大桥位于上海西郊，是整个线路的主要控制区。主桥设计为60m+100m+60m连续梁,占用河岸约230m,以31°斜角上跨吴淞江,其中5#、6#主墩分别位于两岸水中,墩中心距岸边约为9～13m。桥梁每个主墩有21根群桩基础,桩径ϕ1.5m,桩间距3.9m,在圆形范围内布置,每根桩长92m;下承台为圆柱形,直径20.5m、高4m;上承台为圆台形,下上直径分别分14m、11.4m,高3m。1主墩承台基础位置吴淞江为五级通航河道,来往船只较多。航道要求净宽不小于45m,净高不小于5m。规划河底标高-3.622m,规划河底宽38m,可通行500t的船舶。为保证通航要求,主墩承台基础置于规划河床线以下,而水下基础施工须占用两岸的河道长,占用后通航净宽为24m。如何保证驳岸安全,保证正常通航条件下按期完成施工,是本工程的难点。2项目所在地和水文2.1全心统青稞组地层桥位地层均为第四系松散堆积层,总厚度在100m以上。上部近50m范围分布第四系全心统青浦组(Q4q)地层,主要为冲-海积、海-冲积,岩性以粉质黏土、粉土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土为主;下部主要分布第四系上更新统南汇组(Q3n)地层,主要为冲-海积、海-冲积,海积相成因,岩性以粉质黏土、黏土、粉土、粉砂、细砂为主。2.2桥址区下游水文条件地下地表水丰富,河流水位受季节影响明显,雨季水量丰沛,有生活和工业废水的排入,排泄方式以迳流、蒸发为主。吴淞江属平原感潮河网,本桥桥址常水位H常=0.8m,100年一遇的内涝水位H1/100=2.59m,50年一遇的内涝水位H1/50=2.52m。桥址区河水流向从西向东,遇大潮时流向相反。河水通常流速0.5m/s,通常流量约130m3/s。桥址区河面平均宽度为64m,水深2～6m,流量约268m3/s,河床坡度较平缓,形态较顺直。桥址区地表水及地下水有硫酸盐侵蚀,环境作用等级H1。3施工方案的确定为确保安全质量和工期,结合主墩的地形地质和水文情况,设计了2个不同的施工方案:A、钢板桩围堰+填芯筑岛;B、双壁钢箱围堰+水上钻孔平台。通过从工程造价、工期、施工风险等方面进行综合比较,结论如下:主墩采用方案A,即钢板桩围堰+填芯筑岛。4施工工艺施工工艺流程如图2所示。4.1混凝土构件基础水中平台基础利用桩基护筒,护筒之间设平联,岸上设混凝土条形基础。纵梁为六四军用梁,设置横联,铺I20型钢作分配梁,10mm厚钢板作桥面。4.1.1共4根入土深度插打中间的桩基钢护筒,钢护筒内径ϕ1800mm,壁厚12mm,共4根,每根长度15m,入土深度9m。水中安放六四军梁框架作护筒定位架,采用全站仪监测护筒的垂直度、平面位置、标高,特别是作好入土初期的控制,如发现偏差及时纠偏。4.1.2护筒的安装和焊接插打ϕ800mm钢管桩作桥台基础,插打完成中间4个护筒,安装和焊接护筒顶部牛腿,牛腿部位的护筒用钢板加固,焊缝高度12mm,双面满焊,控制好牛腿标高。4.1.3安装军梁安装六四军用梁纵梁,检查标高、平面位置,安装桁架横联;安装I20a桥面分配梁;安装10mm厚桥面钢板,与I20a点焊。4.2插杆木框架4.2.1确定最高水位经调查,吴凇江历史水位未溢出河堤(标高2.8m),为保证围堰的正常使用,围堰顶标高设为3m,比最高水位高0.41m,比常水位0.8m高2.2m。钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩,设计长度24m,插入河床以下约18m,承台底面以下10.78m。承台为圆形,钢板桩围堰为圆形,预留1.5m的施工空间,钢板桩围堰内径设计为ϕ23.5m。4.2.2挡墙基础在上、下游堤岸与围堰之间各打6根6m长的ϕ60cm钢管桩,码砂袋封水。在下游围堰外顺堤向插打钢板桩临时护岸,临时护岸长7.2m。测定岸上围堰位置,在河堤背后进行试探性开挖,查明挡墙基础的影响范围。将河堤逐段向上游方向拆除,挖开下游堤背土方,将底下的桩基础拔除。4.2.3外导向+内导向相结合插打靠近围堰内壁的12根钢护筒,护筒壁厚10mm,长9m,入土深度3m,采用工20a作平联,连成稳定的框架。为确保围堰插打精度,先安装工20a内、外导向定位架,导向架作上口内外围檩,再增加工10槽钢作外围檩,并在钢板桩与围檩之间的空隙间插打木楔夹紧。定位架与钢护筒之间采用工20a平联连接牢靠,然后顺定位架插打钢板桩。4.2.4接长钢板桩的围堰钢板桩先插打上游桩,分别向两边分,最后破除堤岸,在岸上合龙。先插打河上游的第1根钢板桩,第1根钢板桩长22m,为通长桩,其它桩长为24m,为接长钢板桩,接长钢板桩所用钢板为钢板桩切割的原钢板,以确保材质相同,焊接缝合性能好。在第1根钢板桩两边插打,逐渐向两边分,对打好的钢板桩进行检查,并与内外定位圈进行连接,空隙处插上木楔,保证钢板桩与定位圈密贴,保证插打钢板桩围堰质量。插打围堰钢板桩,直到合龙。4.3填土时要透水,或填土安装外围檩对围堰进行加固。堰内分层填土(40cm一层),每层基本找平后再填上一层,采用透水性好的砂土,一边填土,一边抽水,确保堰内外压力基本平衡。拆除钢平台桥面及纵梁。将岛面填筑成中间比周边高1m的隆起,理顺排水,防止岛面积水。围堰填筑成型后,在填土顶面铺一层碎石以增强其承载能力。4.4孔和注射桩的施工采用反循环回转法成孔,设沉淀池和泥浆池(可利用钢护筒),循环造浆。泥浆采用汽车或船舶中运至指定地点。4.5添加钢模板设计,安装预应力钢墙(1)采用长臂挖机分层开挖、高压水枪、吸泥机等设备开挖承台基坑,泥土采用汽车和轮船运到环保部门指定的弃土场。(2)大面开挖到标高+1.1m时,安装第一道围檩(0.4×0.4m双室钢箱)。第一层内围檩采用10mm的钢板自行加工成圆形钢箱。内围檩在加工场加工成8个组件,采用履带吊吊装至设计位置。在钢板桩侧壁上焊接牛腿,围檩安装在牛腿上。第一层内围檩安装完毕后,进行内支撑安装,内支撑与围檩间采用焊接。内支撑安装完毕,方可进行下层开挖。(3)边开挖边抽水,分层开挖,5#墩大面开挖到标高-2.25m和-5.021m时,安装钢筋、模板、焊锚固钢筋、安装塑料隔膜,各浇注C40围檩混凝土(1.1×1.1m)。(4)5#墩大面开挖到标高-7.021m时(6#墩开挖到标高-7.221m),浇注1×1mC40混凝土(连续墙第一次浇筑)。(5)5#墩大面开挖到标高-8.021m时(6#墩开挖到标高-8.221m),安装模板、钢筋、并与上层墙体钢筋相连、安装塑料隔膜,浇注1m高、0.5m宽C40混凝土(连续墙第二次浇筑)。连续墙竖向分节开挖,分节施工浇注,连续墙高度共4m。4.6确定封底混凝土作为承台底标高(1)连续墙完工,强度达到75%后,继续开挖,比承台底超挖1m,基底找平,浇注1m厚封底混凝土,并在坑底四周预留排水沟、积水坑等。封底顶标高即为承台底标高,封底采用C20混凝土。为保证以后钢板桩好拔出,在钢板桩与封底混凝土之间10mm厚的泡沫板作隔离层,以便于以后钢板桩拔出。(2)封底混凝土与承台混凝土分开。封底时,精确测量,严格控制封底混凝土顶面标高,高凿平,低垫平,使封底混凝土不侵占承台截面,确保承台底面标高满足设计要求。(3)作水下封底应急预案,作好水下封底的准备,施工中作好观察,如出现基础底部发生隆起、管涌流量大等情况,停止干处挖基,改成水下挖基,水下封底。4.7防裂剂的防裂剂施工以连续墙作模板,浇注下承台混凝土。承台为大体积混凝土,采用埋设冷却水管、减小浇注层厚、覆盖养生等温控防裂措施。(详细施工工艺不在赘述)。5为钢渣边坡施工引入的质量控制措施5.1对称插打钢板桩(1)钢板桩打设之前,在钻孔平台周围用工20a设置定位导向架,定位架要安装精确,固定牢靠,保证钢板桩的插打精度。(2)为了确保插打位置准确,第一片钢板桩是插打的关键。插打在导向架上设置一个限位框架,大小比钢板桩每边放大1cm,插打时钢板桩背紧靠导向架,边插打边将履带吊钩缓慢下放。这时在互相垂直的两个方向用经纬仪观测,以确保钢板桩插正、插直,然后以第一根钢板桩为基准,再向两边对称插打钢板桩。(3)在整个钢板桩围堰施打过程中,开始时插一根打一根,即将每一片钢板桩打到设计位置,到剩下最后5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。(4)在钢板桩锁口内涂黄油,安置吊点,根据履带吊起重高度可在桩顶利用拔桩孔系千斤顶,如起重机高度不够,可用钢丝绳在钢板桩1/3以上处捆扎,捆扎处有夹板,并垫有木块,胶皮以防滑移和受力后吊点处锁口变形。(5)在钢板桩下端系揽风绳2根,履带吊起吊钢板桩接近垂直状态时,利用揽风绳控制正反方向。(6)钢板桩就位下插,第一片钢板桩沿活动导向下插是整个围堰的基准,要反复测量检查,使其方向垂直,位置准确,必要时可加辅助设施,控制桩在导向内的位置。(7)复核桩的垂直度、位置,认可后进行插打。使钢板桩(第一片或第一组)下沉到河床设计标高,其它钢板桩则以插打好的桩为准。(8)在插打过程中,钢板桩下端有上挤压,钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大,上端总会产生向远离第一根钢板桩的方向倾斜。因此,每打四五根钢板桩就要用垂球吊线,将钢板桩的倾斜度控制在1%以内,超限时给予纠偏(一次性纠偏不能太多,以免锁口卡住)。当钢板桩偏移太多时,采用多次纠偏的方法逐步减少偏移量,若因土质太硬纠偏困难时,采用四滑轮组纠偏。5.2钢板桩表面锁口设置检查钢板桩整体质量的均匀性,发现孔洞缺口,要封补严密,防止漏水。抽水时如发现有渗漏,用潜水工下水在锁口处填塞棉絮、砂等堵漏。钢板桩表面锁口部位喷射止水带。在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝,采用顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法,借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的。5.3确定围堰结构和材料规格在承台开挖时,要分