主墩鋼板樁圍堰施工方案(同名1359)

揚(yáng)州西北繞城高速公路YRC-YZ1標(biāo)段(10#、11#墩鋼板樁圍堰）施工方案中鐵第十九工程局第二工程處揚(yáng)州西北繞城高速公路YRC—YZ1標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部二OO二年四月十三日一、工程概述：京杭運(yùn)河特大橋兩主墩（10#、11＃墩）設(shè)計(jì)為低樁承臺(tái)，設(shè)計(jì)承臺(tái)底標(biāo)高為-3.45m，河床標(biāo)高為-0.66m，高程差為2。74m。承臺(tái)處水深為5。35m，河床土層為硬塑亞粘土，承載力為300Kpa.原施工方案采用單壁無底鋼套箱,套箱高度為10。8m，需沉入土層深度為3.8m（封底砼厚度為1。0m）.鋼套箱施工時(shí)需采用反循環(huán)鉆機(jī)在河床上施鉆，鉆進(jìn)深度不小于3。80m，施工周期較長，費(fèi)用較高，與目前現(xiàn)場施工的進(jìn)度要求不相適應(yīng)。于此,我部擬變更承臺(tái)施工的圍水方案，采用鋼板樁圍堰，圍堰平面尺寸為28.8×14.0m，單塊鋼板樁長度為15m，并保證基底開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鋼板樁樁尖距離基坑底部的距離不小于2。5m。經(jīng)計(jì)算，鋼板樁選擇我國生產(chǎn)的“鞍Ⅳ”型板樁。板樁插打完成后，邊抽水邊安裝支撐。抽水結(jié)束后，采用人工挖掘河床至設(shè)計(jì)標(biāo)高，以達(dá)到為承臺(tái)施工提供無水環(huán)境之目的。二、鋼板樁圍堰施工（一）施工機(jī)具的選擇板樁施工的順利進(jìn)行在很大程度上決定于施工機(jī)械的選擇,綜合考慮本工程的工程規(guī)模、土質(zhì)情況、作業(yè)能力及作業(yè)環(huán)境，我部決定采用25T吊機(jī)配合90KW振拔樁錘,該樁錘引進(jìn)日本技術(shù),采用液壓原理固定樁端,牢固可靠,不易損壞樁頂，適合于在粘土層中打樁作業(yè)，且可以插打任意形式的板樁，輔助設(shè)施簡單，操作方便，振動(dòng)力大，施工速度快，噪音小.(二）鋼板樁的整理、堆放鋼板樁不論新購置，還是租賃的,進(jìn)入施工現(xiàn)場前需進(jìn)行檢查整理，完整無損的鋼板樁可運(yùn)入現(xiàn)場,檢查項(xiàng)目如下:1、鎖口檢查：用一塊長為1。5～2。0m符合類型規(guī)格的鋼板樁作標(biāo)準(zhǔn),將進(jìn)場的所有鋼板樁作鎖口通過檢查，檢查時(shí)用絞車或卷揚(yáng)機(jī)拉動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)鋼板樁平臺(tái),從樁頭至樁尾進(jìn)行,鎖口不合格的鋼板樁禁止直接使用,需作修整處理后再用。鎖口檢查方式如圖一.2、完整性檢查：因鋼板樁為圍水結(jié)構(gòu)，需檢查鋼板樁樁身的有無割洞、割縫及破損,發(fā)現(xiàn)缺陷處及時(shí)修整，以保證鋼板樁在使用過程中不漏水，并滿足強(qiáng)度要求。3、規(guī)格檢查：檢查單塊鋼板樁規(guī)格尺寸是否一致，板樁長度及長度方向的板寬是否一致,有無楔形現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)需作適當(dāng)調(diào)配或修整.板樁檢查合格后，在堆放時(shí)盡量不使其彎曲變形,避免碰撞,尤其不能將鎖口破壞,堆放場地應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)，不產(chǎn)生大的缺陷。最下層板樁應(yīng)墊木塊,每塊板樁間要留有一定通道,便于吊機(jī)或運(yùn)輸車輛的通行。（三）鎖口潤滑及防滲為防止板樁在形成樁墻后出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，板樁插打前在兩側(cè)鎖口涂以熱的混合油膏，以減少插打時(shí)的磨阻力，并增加防滲性能?；旌嫌透嗯浜媳龋ㄙ|(zhì)量比）為：黃油：瀝青：干鋸末：干粘土=2:2:2：1另外,在板樁插打完成進(jìn)行抽水施工時(shí),若出現(xiàn)較嚴(yán)重滲漏現(xiàn)象，可采用優(yōu)質(zhì)黃砂沿滲漏的板樁壁灑入水中,即可實(shí)現(xiàn)堵漏。（四）異形板樁的準(zhǔn)備因本圍堰平面型式為封閉式矩形,插樁時(shí)需進(jìn)行轉(zhuǎn)直角及封閉合攏,故需事先加工角樁,角樁可采用配套的專用角樁，亦可現(xiàn)場加工,考慮租用或購買的鋼板樁多為普通板樁,角樁比較少見，故我部采取現(xiàn)場加工的角樁，其方法為：將一普通板樁沿中線割開，割面垂直焊加于另一塊板樁的“鞍背”上,形成直角樁。角樁制作形式如圖二.另外,在合攏時(shí)，若合攏塊寬度不能滿足一塊規(guī)格板樁的寬度要求或合攏塊寬度上下不一致，需制作“楔”形板樁,“楔"形樁制作的具體尺寸需依現(xiàn)場實(shí)際測量情況確定。（五）圍籠準(zhǔn)備及安裝在插打鋼板樁時(shí)需采用I45b工字鋼作為內(nèi)外導(dǎo)梁、導(dǎo)框,制成圍籠,內(nèi)外兩導(dǎo)梁間距為440cm，其作用在于插打鋼板樁時(shí)起導(dǎo)向作用。導(dǎo)框分兩層,下導(dǎo)框緊貼水面,上導(dǎo)框與下層導(dǎo)框間距為2.2m。所有導(dǎo)梁工字鋼要平放。上導(dǎo)框只設(shè)內(nèi)導(dǎo)梁，采用2I45b工字鋼，并兼作施工平臺(tái);下導(dǎo)框設(shè)內(nèi)外導(dǎo)梁，內(nèi)導(dǎo)梁采用支撐牛腿焊于護(hù)筒上，外導(dǎo)梁采用支撐牛腿焊于平臺(tái)鋼管樁上，內(nèi)外導(dǎo)梁均采用1根I45b工字鋼。導(dǎo)梁按設(shè)計(jì)尺寸直接下料，并在平臺(tái)上試拼，導(dǎo)梁接頭盡量安排在內(nèi)支撐的支點(diǎn)處，接頭采取焊接.安裝圍籠導(dǎo)梁時(shí)，應(yīng)進(jìn)行測量定位，牛腿伸出導(dǎo)梁的部分應(yīng)割掉，以避免影響板樁插打。導(dǎo)框工字鋼要與牛腿焊接牢固，不能滑移。導(dǎo)梁接頭要焊固,尤其拐角接頭處，不能發(fā)生變形扭曲.待鋼板樁插打完成后，將圍堰外導(dǎo)梁移至圍堰內(nèi)，4根I45b導(dǎo)梁合并焊于一體，焊加橫、縱支撐后,下沉至下層支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高。（六)插打與合攏1、鋼板樁的插打方法:鋼板樁插打時(shí)按開始的一部分先插打,后一部分則先插合攏,后再統(tǒng)打的施工方法。此方法可減小合攏誤差，且施工進(jìn)度較快.2、插打順序：若施工時(shí)有水流，可從上游開始，在下游合攏，每邊由一角插至另一角，具體插打順序如圖三所示。3、插打施工：插打前,應(yīng)在上下層導(dǎo)框的內(nèi)導(dǎo)梁上放出每塊板樁的位置線。插打時(shí)應(yīng)盡量將板樁貼靠內(nèi)導(dǎo)梁，并嚴(yán)格控制好樁的垂直度，尤其第一根樁要從兩個(gè)相互垂直方向同時(shí)控制,確保垂直不偏.在板樁插打前，在鎖口內(nèi)涂刷熱的混合油膏，并將不進(jìn)行插連一側(cè)的鎖口采用木楔塞緊（第一塊插打的板樁需兩側(cè)全部塞緊），以免泥土或砂礫進(jìn)入增加插樁阻力和降低防滲性能.板樁插打一塊或幾塊后，即與導(dǎo)框進(jìn)行聯(lián)系。板樁起吊時(shí)，為防止板樁彎曲變形，可將吊點(diǎn)移至距樁頭不大于三分之一樁長的范圍內(nèi)，并采用捆吊法。4、板樁插入導(dǎo)框的技術(shù)措施：為使板樁在下插時(shí)有準(zhǔn)確方向，在上下層圍籠內(nèi)導(dǎo)梁上預(yù)先設(shè)置導(dǎo)向短方木，第一根鋼板樁即順此導(dǎo)向木插下.導(dǎo)向短方木預(yù)先鋸好槽口,卡住導(dǎo)框的內(nèi)導(dǎo)梁,待第一根短方木插打完成后,可將短方木移至下一樁位，繼續(xù)作為插打?qū)颉?、鎖口下插困難時(shí)的技術(shù)措施:鋼板樁起吊后，采用人工扶持插入前一塊的鎖口后繼續(xù)下插，如下插困難時(shí),可采取如下措施：（1）樁吊起插入鎖口后,快速放松吊樁繩，借樁自重急速下插;（2）用錘壓樁下插，必要時(shí)可加以低錘慢打；(3）用倒鏈絞拉。6、施工周期：因樁基施工完成后，兩主墩平臺(tái)場地寬闊，可作為板樁堆放場地。為加快施工進(jìn)度，可將板樁提前運(yùn)至鋼平臺(tái)上,并用一臺(tái)吊機(jī)配合擺放鋼板樁及涂刷混合油膏,另用一臺(tái)吊機(jī)作打樁用，若不計(jì)板樁運(yùn)輸時(shí)間,每塊板樁的插打周期為：涂刷混合油膏10分鐘,起吊就位插鎖口10分鐘，插打10分鐘，共計(jì)30分鐘.每天有效工作時(shí)間按12小時(shí)計(jì)算，每天可插打板樁24根。每個(gè)圍堰共計(jì)216塊板樁，9天即可插打完成。7、順利合攏的技術(shù)措施：為保證板樁插打正直、順利合攏，應(yīng)及在插打過程中及時(shí)糾正偏斜，當(dāng)偏斜過大不能用拉壓方法調(diào)正時(shí)，應(yīng)拔起重新插打,在防止與糾正無效時(shí)，可用特制楔形樁進(jìn)行合攏。每塊楔形樁的斜度不應(yīng)超過2％,如一塊楔形樁仍不夠合攏口用時(shí)，則可以采用兩塊楔形樁，兩塊楔形樁應(yīng)各有一個(gè)垂直邊，其間至少應(yīng)插入一塊普通樁，用一塊楔形樁插打順序如圖四所示。8、抽水堵漏鋼板樁圍堰的防滲能力較好,但遇有鎖口不密、個(gè)別樁入土不夠及樁尖打裂、打卷等情況時(shí)，仍會(huì)發(fā)生滲漏。鎖口不密的漏水可在抽水發(fā)現(xiàn)后以板條、棉絮、麻絨等在板樁內(nèi)側(cè)嵌塞，或在漏縫處側(cè)水中撒下大量爐渣與鋸末或谷糠等隨水夾帶至漏縫處自行堵塞。漏縫處較深時(shí)，也可將爐渣等裝袋，到水下適當(dāng)深度時(shí)逐漸倒出爐渣堵漏。三、鋼板樁圍堰的計(jì)算見后附“鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)計(jì)算”。附錄：鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)計(jì)算一、計(jì)算原則：1、板樁的計(jì)算原則：求算板樁圍堰的橫斷面、最小入土深度、支撐間距及尺寸等,本工程依實(shí)際情況，將板樁支撐布置成多支撐形式，且考慮施工方便,支撐為間距不等的任意間距形式。2、橫撐導(dǎo)梁的計(jì)算原則:橫撐按兩端鉸接的軸向受力的壓桿計(jì)算，并驗(yàn)算導(dǎo)梁與橫撐接觸面的受壓情況.二、設(shè)計(jì)計(jì)算的工況條件：1、抽水階段的受力計(jì)算；2、圍堰內(nèi)挖基的受力計(jì)算。三、荷載取值依據(jù):1、水平荷載∑Mj=靜水壓力+流水壓力；2、豎直荷載∑Mj=板樁自重+浮力；3、水的容重按9.81KN/m3計(jì)算，單位面積上的靜水壓力按9。81KN/m2考慮，水壓隨高度成線性分布；4、考慮汛期流水壓力，其流速按V流=1.0m/s計(jì)算;5、水的浮力γ浮=9.81KN/m3四、板樁的計(jì)算：對(duì)板樁的受力分析按最不利的情況考慮，所以我們?nèi)〕樗A段迎水流側(cè)板樁的水平受力。為安全起見,板樁的容許彎曲應(yīng)力按常用數(shù)值增加75％，在支撐系統(tǒng)計(jì)算中，仍按容許應(yīng)力計(jì)算。因板樁插打的土層為硬塑亞粘土層,為不透水層，故可考慮堰內(nèi)挖基階段的受力情況與抽水階段的受力情況相同。板樁圍堰支撐的布置板樁支撐的布置層數(shù)及間距，直接影響著板樁、橫縱撐、圍檀的截面尺寸及支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料量,從理想狀態(tài)考慮,支撐的布置分為等彎矩布置和等反力布置兩種形式，等彎矩布置可充分發(fā)揮鋼板樁的抗彎強(qiáng)度,可使鋼板樁材料最??；等反力布置可使支撐系統(tǒng)簡化。但從兩主墩處河床標(biāo)高及承臺(tái)位置,不能按上述任何一種方式布置支撐,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況預(yù)以確定支撐層數(shù)及間距。即板樁圍堰內(nèi)共設(shè)三道支撐，將最下層支撐設(shè)置于承臺(tái)標(biāo)高之上0.5m的位置處,且與上兩道支撐等間距布置，間距為h=2.0m.具體布置形式見圖一。板樁入土深度及板樁總長度確定設(shè)板樁最小入土深度為t0，抽水、挖基后板樁與外側(cè)土體間存有殘余水，則圍堰支撐結(jié)構(gòu)及板樁受力如圖一所示：上圖為板樁上經(jīng)簡化的水壓力及土壓力分布圖,其中，h=3。06m，h1=h2=2.0m，h3=4。0m，計(jì)算過程如下：按盾恩近似法計(jì)算,假定作用在板樁CO段上的荷載為CDKO,一半傳至C點(diǎn)上，另一半由坑底被動(dòng)土壓力CJO承受，由幾何關(guān)系可得：γH·（H2+H3+t0）=ρt0Kp+2cEQ\R(，Kp)上式中：γ=9.81KN/m3，H=5。35m，H2=1。21m，H3=2。79m,ρ=20.4KN/m3,c=77。6Kpa,Kp=tg2（45+EQ\F（ψ,2）)=tg2(45+EQ\F（21。5,2)）=2.16則有:9。81×5。35×（1.21+2。79+t0)=20.4×t0×2。16+2×77.6×EQ\R(，2。16）解得：t0=2.16m（即為板樁的最小入土深度）板樁下端的實(shí)際埋深應(yīng)位于t0之下,所需實(shí)際板樁的入土深度為:t=1.1t0=2.38m.考慮板樁插打成形后,板樁頂面應(yīng)高出鋼平臺(tái)頂面(平臺(tái)頂面標(biāo)高▽+7。606m)，而板樁入土后的樁尖標(biāo)高計(jì)算如下：▽=—3.454m（基坑底標(biāo)高）—2。38（板樁入土深度）=—5.834m則所需板樁實(shí)際長度為：L≥7.606-(-5.834）=13。44m3、鋼板樁類型的選擇取最不利的工況條件，即以抽水、挖基后的板樁受力狀態(tài)作為確定板樁類型的依據(jù)。以1延米板樁墻為受力單元，將板樁看成是承受三角形荷載與均布荷載共同作用的連續(xù)梁，以計(jì)算的板樁最小入土深度確定板樁下支點(diǎn)位置，按彎矩分配法計(jì)算板樁的彎矩和反力.其力學(xué)簡化模式如圖二所示：坑底被動(dòng)土壓力的合力作用點(diǎn)，距基坑底的距離為EQ\F（2to,3），其點(diǎn)設(shè)為G，從圖中可以看出，在5跨不等跨連續(xù)梁中,CG跨的彎矩最大，L=h3+EQ\F（2to,3)=4。0+EQ\F(2×2。16,3)=5。44m,為安全起見，將梁段CG的最大彎矩以簡支梁的形式計(jì)算，并近似采取圖④的均布荷載形式,該梁段靜水壓力集度為:q靜=ρt0Kp+2cEQ\R（,Kp）=20.4×2.16×2。16+2×77。6×EQ\R（,2。16)=323.27KN/m動(dòng)水壓力:P=KHEQ\F(v2,2g）Bγ=20×5.35×EQ\F（1。02,2×9.8）×1×9.81=80。33KN則動(dòng)水壓力集度為:q動(dòng)=EQ\F(P，L)=EQ\F（80。33，(8.144+1。44)）=8.38KN/m則CG梁段的最大彎矩為：Mmax=EQ\F（1，8）ql2=EQ\F(1，8）×(323.27+8.38)×5。442=1226.84KN·m鋼板樁為A3鋼，常用容許彎拉應(yīng)力為[σ］=180Mpa則每延米鋼板樁W=EQ\F(Mmax,1。45［σ])=EQ\F(1226。84,1.45×180×103)=4701cm3從計(jì)算所需鋼板樁的截面模量(4701cm3/m）可以看出，無此規(guī)格的鋼板樁可以滿足受力要求,計(jì)算表明需在CG梁段跨中增加一道支撐，以減少板樁的最大彎矩。若假設(shè)板樁的最小入土深度不變，在梁段CG中間增加一層支撐,其跨度變?yōu)?.72m,最大彎矩為：Mmax=EQ\F（1,8）ql2=EQ\F（1，8）×（323.27+8。38）×2.722=306。7KN·m每延米板樁墻W=EQ\F（Mmax，1.45［σ]）=EQ\F(306。7，1.45×180×103)=1175cm3可選用德國生產(chǎn)的拉森式“Ⅳ”型鋼板樁(截面模量為2037cm3/m）?？紤]施工實(shí)際情況，將最下一道支撐設(shè)置在距離基底2。0m處，按上述同樣方法驗(yàn)算，所選板樁亦能滿足受力要求。Mmax=EQ\F（1，8）ql2=EQ\F（1,8)×（323.27+8.38）×3。442=490。58KN·m每延米板樁墻W=EQ\F(Mmax,1.45[σ］)=EQ\F(490.58,1.45×180×103)=1880cm34、圍檀構(gòu)件截面尺寸的確定以兩護(hù)筒（或鉆孔灌注樁）的間隔作為內(nèi)支撐桿件的通過位置，其內(nèi)支撐桿件的平面布置見圖三所示：從圖中可以看出,縱向(無水流側(cè)）最大支撐間距為4。95m,橫向（迎水流側(cè)）最大間距為4.70m。增加一道內(nèi)支撐后,其板樁受力形式見圖四所示,取有水流側(cè)作為研究對(duì)象。從圖中可以看出，反力RE值最大，次之RC，RA最小。由以上可知，▽C=0.546m,則有：h=0。144，h1=h2=2m，h3=2。72m,h4=1.28m，假設(shè)各支撐反力相鄰兩跨上的半跨壓力由該支點(diǎn)承擔(dān)，則單根內(nèi)支撐反力為：RE=（γH+P動(dòng))h·b=(9。81×5.35+80.33）×2.72×4.70=1698KN由上知，▽EQ\F(B、C，2)=+1。546m，▽EQ\F(C、E,2)=-0。814m，則EQ\F（h2+h3,2)=2。36m，H1=4。69—1。546=3。144m，H2=4.69+0。814=5。504m，Rc=[EQ\F（γ（H1+H2)，2)+P動(dòng)］·h·b=[EQ\F（9。81×(3.144+5。504），2)+80.33]×2。36×4。70=1362KN同理可求得:RB=953KNRA=462KN將內(nèi)支撐與圍