鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工

1、鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工 提要該文敘述了水中承臺(tái)施工中采用鋼板莊圍堰進(jìn)行維護(hù) 擋水的設(shè)計(jì)情況與施工方法以及施工中易出現(xiàn)的問(wèn)題和解決措施。 關(guān)鍵詞鋼板樁設(shè)計(jì) 施工方法 控制措施1、 工程概況*市*縣*撤渡建橋工程*大橋q1標(biāo)位于*省*縣境內(nèi)，該橋全長(zhǎng)605.3米?？鐝浇M合為（4-25）+（3-25+20）+（42+75+42）+（20+4-25）+（5-25）m，其中主橋上部為（42+75+42）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面單箱單室連續(xù)箱梁，下部承臺(tái)幾何尺寸為5.4米*5.4米，墩身幾何尺寸為4.4米*2.0米。主墩9#、10#位于運(yùn)糧河中，運(yùn)糧河屬于國(guó)家二級(jí)河道，不能斷航。平時(shí)水深保持在3米左右，雨季

2、時(shí)水深在6米以上，地質(zhì)情況自上而下依次為素填土、亞粘土、淤泥質(zhì)亞粘土、粘土等。地質(zhì)-40.4米為淤泥質(zhì)亞粘土，正好處于承臺(tái)下部和樁基頂部。2、 水中墩施工情況回顧2004年11月，我單位中標(biāo)*大橋q1標(biāo)，當(dāng)時(shí)運(yùn)糧河處于枯水期，水位比較淺，水流速度較小。根據(jù)當(dāng)時(shí)情況，采用圍堰筑島。堰頂高出水面0.5米，筑島面積為10米*10米。后來(lái)由于建設(shè)單位配套施工服務(wù)設(shè)施遲遲不能解決，開工日期一再延期。到2005年3月，我項(xiàng)目部施工完10#墩第一根樁后，運(yùn)糧河河水提前上漲，將圍堰及沒(méi)來(lái)得及撤回的鉆機(jī)淹沒(méi)，施工被迫停止。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，重新選擇施工方案。根據(jù)以上情況及*大橋總體工期安排，結(jié)合我項(xiàng)目部技術(shù)水平以及

3、我單位以前施工類似情況，擬采用以下施工方案：2.1水中墩樁基采用鋼管樁型鋼支架固定平臺(tái)施工。 2.2 水中承臺(tái)和墩身采用鋼板樁圍堰施工。3、水中墩施工方案選定水中承臺(tái)和墩柱的施工擬采用鋼板樁圍堰的施工方案。根據(jù)此橋的水深、水文、地質(zhì)等相關(guān)情況和我單位多年進(jìn)行水中施工的經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)各類施工方案進(jìn)行綜合比選后認(rèn)為：采用鋼板樁圍堰施工方案與鋼套箱圍堰相比具有工期短、施工成本低、工藝簡(jiǎn)單、較少占用水面、安全、施工風(fēng)險(xiǎn)易于控制等諸多優(yōu)勢(shì)。4、鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)一、鋼板樁圍堰示意圖 水中鉆孔樁成樁后，選用12m拉森a型鋼板樁進(jìn)行圍堰施工，圍堰尺寸定為：7.2m7.2m。方形圍堰鋼板樁采用方形導(dǎo)向架，在圍堰的內(nèi)

4、側(cè)打4根定位樁，焊接牛腿，再安裝導(dǎo)向框。該工程由于在施工水中鉆孔樁時(shí)，固定平臺(tái)4根管樁可兼作定位樁用，故水中鉆孔樁完成后，利用鉆孔用固定平臺(tái)（8.0m8.0m）作鋼板樁插打?qū)蚣苎b置。二、鋼板樁圍堰尺寸為7.2m7.2m。設(shè)置兩層相同內(nèi)支撐，邊梁用2i40工字鋼，斜撐（45度）用2i40工字鋼。第一道設(shè)在水面7.5米標(biāo)高處，第二道設(shè)在承臺(tái)頂面2.5米標(biāo)高處。樁底標(biāo)高-4.5米，樁頂標(biāo)高7.5米。開挖清泥后，一般不進(jìn)行砼封底（視情況而定，施工承臺(tái)時(shí)需打2030cm砼墊層）。如果涌沙，采用水下混凝土封底，封底厚度為50厘米。圍堰受力按靜水壓力和土壓力計(jì)算。三、鋼板樁圍堰受力計(jì)算： 1、資料數(shù)據(jù)：河

5、床標(biāo)高為+2.0米，根據(jù)水碧橋19952004年5月最高水位資料，水位標(biāo)高暫定為+7.0米，水深5.0米，承臺(tái)頂標(biāo)高+2.0米，承臺(tái)尺寸5.4m*5.4m*2.5m。圍堰擬采用拉森iia型鋼板樁，截面抗彎模量w=849cm3,長(zhǎng)度為12米，頂標(biāo)高+7.5底標(biāo)高-4.5米。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料（ zk06）,土的物理性質(zhì)指標(biāo)為：gs=2.71,e=0.868,=18.3kn/m3,c=8.6,=21.6。2、荷載計(jì)算：取1米寬板樁計(jì)算其側(cè)面荷載，計(jì)算至超開挖-0.8米處。-0.8米處水壓力為：w(h1+h2)=(5.0+2.8)*10=78kn/m2,-0.8米處土壓力為：=(gs-1)*w /(1

6、+e)=(2.71-1)*10/(1+0.868)=9.15,*h2tg2(45。-/2)=9.15*2.8*tg2(45-28/2)=9.25kn/m2(為偏于安全，按不考慮土層粘著力c影響計(jì)算)。故-0.8米處總側(cè)面荷載為：p=78+9.25=87.25kn/m23、第一層受力：第一層內(nèi)支撐設(shè)在標(biāo)高為7.0米處，其受力最不利情況在開挖清泥抽水至第二道內(nèi)支撐下0.5米時(shí)，即便于施工第二道內(nèi)支撐時(shí)受力最大，圍堰內(nèi)水位2.0米，簡(jiǎn)化成如下圖示：5.0米2.8米5.1米2.7米f合 f1 =5.0 t/m2 f1 f砼 f砼則f合=5.05.08.7/2+5.02.88.7=230.6噸，經(jīng)計(jì)算，

7、f1=79.8噸，f砼=151噸。（f砼為假定圍堰內(nèi)土層總受力，不考慮土層受力的不穩(wěn)定性，按固端受力考慮）4、第二層受力：其最不利情況為開挖清泥抽水至比設(shè)計(jì)承臺(tái)底低2030cm時(shí)，即超開挖2030cm。此時(shí)水、淤泥全部清完，受力圖示簡(jiǎn)化為： f1 4.5 0.7 2.6 f1 f2 f砼=7.8t/m24.5米3.3米f砼f2f合 偏于安全考慮，水中土壓力取w=0.915 g/cm31.0g/cm3,假設(shè)此時(shí)受力 全由第二層內(nèi)支撐承受，經(jīng)計(jì)算可得：f合=7.8*7.8/2*8.7+2.8*2.8/2*8.7=298.7噸， f2=235.3噸， f砼=63.4噸。四、鋼板樁抗彎計(jì)算：查橋涵施工

8、手冊(cè) 圖5-45板樁計(jì)算圖（四） 曲線5-5最大彎矩mmax=h3=0.21*7.83=99.6kn.m,=mmax/w=99.6*103/849=117mpaf1=79.8噸，故只需要驗(yàn)算第二層支撐受力是否滿足受力要求即可。 f2max=235.3噸，水平撐及45度斜撐用的是2i40b工字鋼，單片截面積為71.7cm2,邊梁用2i40b工字鋼, 單片截面積為71.7cm2,截面抗彎模量為w=949.2cm3（詳見鋼板樁圍堰施工示意圖）。 最大受力面2i40b工字鋼斜支撐可承受的總允許壓力為：（271.70.712）1.6 0.8=260噸235.3噸，滿足受力條件。 邊梁工字鋼最大自由長(zhǎng)度為

9、2.5米，承受的彎矩為m=117kn.m.故 =m/w=117103/949.2/2=61.6mpa160mp，滿足受力條件。 5鋼板樁圍堰施工5.1施工準(zhǔn)備：）a、插打鋼板樁前的準(zhǔn)備工作a 鋼板樁經(jīng)過(guò)裝卸、運(yùn)輸、會(huì)出現(xiàn)撞傷、彎扭及鎖口變形，鋼板樁在拼組前必須進(jìn)行檢查，剔除鎖口破裂、扭曲、變形的鋼板樁；剔除鋼板樁表面因焊接鋼板、鋼筋留下的殘?jiān)鯾、在鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油以減少插打時(shí)鎖口間的摩擦和減少鋼板樁圍堰的滲漏。c 插打鋼板樁的導(dǎo)向設(shè)備按照施工方法，一般先打定位樁，在定位樁上安置導(dǎo)梁，組成框架式的圍籠作為插樁時(shí)的導(dǎo)向設(shè)備，因此在施打前必須制作導(dǎo)向架。b 檢查振動(dòng)錘振動(dòng)錘是打拔鋼板樁的關(guān)鍵設(shè)

10、備，在打拔前一定要進(jìn)行專門檢查，確保線路暢通，功能正常。振動(dòng)錘的端電壓要達(dá)到 380420 v，而夾板牙齒不能有太多磨損。5.2插打鋼板樁5.2.1、插打第一片鋼板樁為了確保插打位置準(zhǔn)確，第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。插打在導(dǎo)向架上設(shè)置一個(gè)限位框架，大小比鋼板樁每邊放大1cm，插打時(shí)鋼板樁背緊靠導(dǎo)向架，邊插打邊將浮吊鉤緩慢下放。這時(shí)在互相垂直的兩個(gè)方向用經(jīng)緯儀觀測(cè)，以確保鋼板樁插正、插直，然后以第一根鋼板樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱插打鋼板樁。在整個(gè)鋼板樁圍堰施打過(guò)程中，開始時(shí)插一根打一根，即將每一片鋼板樁打到設(shè)計(jì)位置，到剩下最后5片時(shí)，要先插后打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車組對(duì)拉使之合攏，合攏后，再逐根

11、打到設(shè)計(jì)深度。5.2.2、鋼板樁的插打作業(yè)步驟和技術(shù)要點(diǎn)a、在鋼板樁鎖口內(nèi)涂黃油，安置吊點(diǎn)，根據(jù)浮吊起重高度可在樁頂利用拔樁孔系千斤頂，如起重機(jī)高度不夠，可用鋼絲繩在鋼板樁1/3以上處捆扎，捆扎處應(yīng)有夾板，并墊有木塊，膠皮以防滑移和受力后吊點(diǎn)處鎖口變形。b、 在鋼板樁下端系攬風(fēng)繩二根，浮吊起吊鋼板樁接近垂直狀態(tài)時(shí)，利用攬風(fēng)繩控制正反方向。c、 鋼板樁就位下插，第一片鋼板樁沿活動(dòng)導(dǎo)向下插是整個(gè)圍堰的基準(zhǔn)，要反復(fù)測(cè)量檢查，使其方向垂直，位置準(zhǔn)確，必要時(shí)可加輔助設(shè)施，控制樁在導(dǎo)向內(nèi)的左右位置。d、 移動(dòng)浮吊，將樁夾住后，進(jìn)一步復(fù)核樁的垂直度、位置，認(rèn)可后進(jìn)行插打。使鋼板樁（第一片或第一組）下沉到河床

12、設(shè)計(jì)標(biāo)高，其它鋼板樁則以插打好的樁為準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)鎖口，控制好方向，利用自重下插，當(dāng)自重不能迫使下插時(shí)，可利用配重或滑車組加壓。5.2.3、合攏a、合攏前的準(zhǔn)備在即將合攏時(shí)，開始測(cè)量并計(jì)算出鋼板樁底部的直線距離，再根據(jù)鋼板樁的寬度，計(jì)算出所需鋼板樁的片數(shù)，按此確定下一步鋼板材如何插打（是增加鋼板樁，還是鋼板樁插打時(shí)向外繞圓?。?。b、合攏時(shí)樁的調(diào)整處理為了便于合攏，合攏處的兩片樁應(yīng)一高一低。方形鋼圍堰有4個(gè)面，打完的每一片鋼板樁都要沿導(dǎo)向架的法線和切線方向垂直，合攏應(yīng)選擇在角樁附近（一般離角樁45片），如果距離有差距，可調(diào)整合攏邊相鄰一邊離導(dǎo)向架的距離。為了防止合攏處兩片樁不在一個(gè)平面內(nèi)，一定要調(diào)整好

13、角樁方向，讓其一面鎖口與對(duì)面的鋼板樁鎖口盡量保持平行。5.3、 安裝內(nèi)支撐當(dāng)圍堰合攏后，抽水施工前還須進(jìn)行內(nèi)支撐的安裝，以防水壓力過(guò)大影響圍堰內(nèi)的施工安全。 內(nèi)支撐的設(shè)置，除了考慮受力外，還應(yīng)考慮不妨礙堰內(nèi)施工。內(nèi)支撐自上而下設(shè)置，一邊抽水，一邊安裝，根據(jù)水壓力和土壓力計(jì)算決定支撐數(shù)量。內(nèi)支撐周邊梁采用2i40型鋼，頂桿立柱采用六五式軍用墩，上下間距3.0米，支撐擬采用二道（見圖四）。圍堰內(nèi)排水用抽水機(jī)，抽水機(jī)采用大于圍堰內(nèi)滲水量的1.52.0倍（抽完后留12臺(tái)備用）。5.4、圍堰擋水效果基坑抽干水后，可清楚觀察到圍堰擋水止水效果：鋼板樁圍堰內(nèi)表面基本沒(méi)有漏水，只 有少數(shù)較殘舊的鋼板樁由于接頭

14、不緊密導(dǎo)致少量漏水；基坑內(nèi)也沒(méi)有出現(xiàn)滲漏、管涌等現(xiàn)象 。說(shuō)明鋼板樁圍堰是成功的。5.5、拔樁水中墩施工結(jié)束，立即拔除鋼板樁。拔樁前向圍堰內(nèi)灌水，自下而上拆除內(nèi)支撐，先拆除下部支撐，將水灌進(jìn)一層，再拆處上部支撐。拔樁時(shí)先用打拔樁機(jī)夾住鋼板樁頭部振動(dòng)1min2min，使鋼板樁周圍的土松動(dòng)，產(chǎn)生“液化” ，減少土對(duì)樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時(shí)注意樁機(jī)的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難 或拔不上來(lái)時(shí)，應(yīng)停止拔樁，先振動(dòng)1min2min后再往下錘0.5m1.0m再往上振拔，如此反 復(fù)既可將樁拔出來(lái)。同時(shí)觀察浮吊吃水情況，逐漸加快起拔速度。6、 鋼板樁圍堰出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施6.1鋼板樁圍堰合攏問(wèn)題。6.

15、1.1、鋼板樁合攏口尺寸上下都大時(shí)a、當(dāng)尺寸上大下小時(shí)，在合攏口兩側(cè)鋼板樁上下平行吊耳，位置根據(jù)尺寸大小的差值而定，利用倒鏈或轉(zhuǎn)向滑輪進(jìn)行對(duì)位，直至符合要求合攏為止。其優(yōu)點(diǎn)是：鋼板樁對(duì)向平行受拉能保證樁的兩側(cè)鎖口在同一平面內(nèi)，通過(guò)對(duì)拉，使兩側(cè)鋼板樁連接有利于穩(wěn)定，便于插樁合攏。b、當(dāng)尺寸下大上小時(shí)，鋼板樁上設(shè)置的吊耳，應(yīng)盡量向樁的下部安置，必要時(shí)可安放在水下對(duì)位，直至合攏。6.1.2、合攏口尺寸上下都小時(shí)，此時(shí)應(yīng)將合攏口的位置設(shè)置在合攏面一側(cè)的角樁附近。用千斤頂在鋼板樁頂端頂推和設(shè)置吊耳，將合攏口向兩側(cè)張拉，調(diào)整上下尺寸，但要采取保證兩側(cè)鋼板樁鎖口在同一平面內(nèi)，一般是在樁內(nèi)外安置活動(dòng)導(dǎo)向，迫使

16、鋼板樁在導(dǎo)梁平面內(nèi)移動(dòng)。6.2、插打在插打過(guò)程中，鋼板樁下端有上擠壓，鋼板樁鎖口和鎖口之間縫隙較大，上端總會(huì)產(chǎn)生向遠(yuǎn)離第一根鋼板樁的方向傾斜。因此，每打四五根鋼板樁就要用垂球吊線，將鋼板樁的傾斜度控制在1以內(nèi)，超過(guò)限定的傾斜度應(yīng)予糾偏（一次性糾偏不能太多，以免鎖口卡住，影響下一片鋼板樁的插打）。當(dāng)鋼板樁偏移太多時(shí)，采用多次糾偏的方法逐步減少偏移量，若因土質(zhì)太硬糾偏困難時(shí)，采用走四滑輪組糾偏。6.3、由于鋼板樁在插打過(guò)程中受多方面的影響，整個(gè)圍堰的側(cè)面順直度較差，工字鋼安裝后與鋼板樁之間有較大的間隙。為防止圍堰的變形，將工字鋼與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接，圍堰的四個(gè)角更應(yīng)加強(qiáng)。6.4、鋼板樁的堵漏。一般的做法是在鋼板樁施打過(guò)程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫。剛開始時(shí)我們也采用此法，效果不是很理想，后在鋼板樁全部插打完畢開始抽水安裝圍囹時(shí)，采用一邊抽水一邊順著鋼板樁的接縫下溜較干細(xì)砂的方法，借助水壓力將細(xì)砂吸入接逢內(nèi)而達(dá)