武江大橋主墩系梁、承臺鋼板樁圍堰施工技術研究
2017-07-17
1 工程概述
本次施工的樂昌互通連接線武江大橋承臺（系梁）基坑鋼板樁圍堰支護工程，位于樂昌市長來鎮(zhèn)昌山村。本次圍堰施工主要是為位于江中的8#～11#墩共四個墩臺的施工提供施工作業(yè)條件。根據設計圖紙及現場實測，各承臺圍堰處理河床底標高約為83～84 m，河床地質從上往下依次為約2～3 m鉆渣，5 m左右厚度的卵石層，卵石層下面是約1～2 m厚度的粉質粘土，然后是中風化灰?guī)r。圍堰施工處目前水位約為87.4 m，橋位處下游約600 m是一個水電站大壩，因此根據近兩年來的觀察，該河段水位標高一般都保持在該水位變化不大，水流流速平緩，最大流速約0.5 m/s。
2 總體實施方案
本次施工的8#～11#墩鋼板樁圍堰，其中9#、10#為主墩，8#、11#為過渡墩，圍堰分兩次進行施工，一次同時施打一個主墩和一個過渡墩圍堰，等承臺墩柱施工完后再拔除鋼板樁施工下一個主墩和過渡墩。9#、10#主墩圍堰內凈空：橫橋向長約16.2 m，順橋向寬約10.8 m，從承臺邊緣至鋼板樁內側最小寬度為1.6 m；8#、11#過渡墩圍堰橫橋向長約14.9 m，順橋向寬約4.7 m，從系梁邊緣至鋼板樁內側最小寬度為0.9 m。四個墩臺鋼板樁圍堰共約延長200 m。
為施打鋼板樁，須先在鋼板樁圍堰外搭設施工平臺，其中9#、10#主墩在前后兩面各搭設6 m寬的施工平臺，8#、11#過渡墩在旁邊一側搭設一條寬6 m的施工平臺，施工鋼平臺結構形式與施工便橋相同，采用鋼管樁、工字鋼和槽鋼搭設。鋼平臺搭好后，按鋼板樁圍堰設計平面尺寸在樁基鋼護筒上焊接工字鋼框架作為打樁導向架，然后采用20 t吊車，90 kW液壓振動錘，利用錘身重量及高頻激震原理把拉森鋼板樁振入地下。根據地質狀況和水深，鋼板樁采用單根長度為12 m的拉森IV型鋼板樁，打入河床底以下約5 m左右，頂端露出水面約0.5～1.0 m（8#、11#墩由于地質顯示底下巖層標高較高可能打到巖層時需露出水面兩米以上，對于此類情況則直到打到巖層震不下去為止）。圍堰支護圍檁采用雙拼I30工字鋼，對撐采用φ630 mm×10 mm鋼管樁，圍堰支護共設置兩道，第一道支護設置高度位于承臺（系梁）面設計標高以上，大約在現有水面的高度設置；過渡墩圍堰不設第二道支護，主墩圍堰第二道支護設置于第一道支護以下約2.5 m處。
內支護安裝好以后，潛水員配合長臂挖機整平坑底至設計標高，然后澆灌水下混凝土封底，封底砼采用C25水下砼，8#和11#過渡墩封底厚度為0.5 m，9#、10#墩封底厚度為1.0 m，封底砼頂面即為承臺或系梁底面設計標高。封底砼強度達到設計強度80%以上時將坑內水排干開展承臺、系梁施工。在結構施工過程中要對鋼板樁圍堰變形進行監(jiān)測，發(fā)現問題及時處理，潛水員對于出現漏水的地方及時封堵，并用抽水機排干漏水。
3 鋼板樁打設前的準備工作
3.1 施工交底
開展作業(yè)前對所有參與施工人員進行施工技術交底和施工安全技術交底，并作好安全應急預案。
3.2 鋼平臺搭設
為滿足吊車吊錘施打鋼板樁的要求，在鋼板樁材料設備進場前要在圍堰旁邊搭設好鋼平臺。
3.3 人、材、機進場
鋼平臺搭設好以后，安排吊車和振動錘進場，在鋼平臺適當位置支腿準備就緒，然后根據一個圍堰所需材料數量，將拉森鋼板樁從卸料點陸續(xù)轉運至施工現場。各類人員和焊機等小型機械進場準備就緒。
3.4 放樣鋼板樁圍堰打設位置
首先，按施工最小工作面定出圍堰布置方案，鋼板樁布置的平面位置，盡量平直整齊，盡可能避免不規(guī)則的轉角，以便充分利用鋼板樁和便于設備支撐。按圍堰平面布置方案放樣出鋼板樁圍堰四個角點的位置。
3.5 導向架安裝
為了保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直，控制樁的打入精度，防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力，設置一定剛度的、堅固的導架，亦標“施工圍檁”。
4 施工工藝流程圖
施工工藝流程圖如圖1所示。
5 施工方法
5.1 鋼板樁支護方法
鋼板樁圍堰支護均采用兩道圍檁支護，每道圍檁均采用雙拼I30工字鋼沿周長布置。主墩圍堰短邊長度約10.8 m，長邊約16.2 m，每道支護平面布置為：四個角距離角部約4.2 m左右用雙拼I30工字鋼進行斜拉對撐，使每個角部形成一個直角三角形，在長邊中間位置設置一根φ630 mm×10 mm鋼管作對撐。
過渡墩圍堰短邊長度約4.7 m，長邊長度約14.9 m，四個角距離角部約2 m左右采用雙拼I30工字鋼進行斜拉對撐，使每個角部形成一個直角三角形，長邊中間則按間距約3.4 m布置一道φ630 mm×10 mm鋼管作對撐，每層支護設兩根鋼管對撐。
5.2 鋼板樁圍堰施工流程
5.2.1 施工流程
搭建施工鋼平臺？邛整平河床底至要求標高？邛工程放線定位板樁？邛板樁墻定位？邛安裝導向鋼圍檁定位？邛振打鋼板樁？邛封底？邛圍檁安裝？邛圍堰內抽水？邛圍檁吊入圍堰內？邛抽水并將圍堰內圍檁用葫蘆吊下沉至要求標高？邛排干水？邛結構工序施工？邛拆除支護、拔除鋼板樁、拆除施工平臺。
5.2.2 測量放線
根據本工程施工工作面的要求，測量放線定出鋼板樁支護結構墻軸線及邊線。 5.2.3 施工圍檁安裝
為保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直、控制樁的打入精度，防止鋼板樁的屈曲和提高樁的貫入能力，在打設鋼板樁前，先設置一定剛度的堅固單層單面的導向鋼圍檁定位架。
5.2.4 屏風式打入法
鋼板樁打設采用屏風打入法。將鋼板樁成排插入導架內，呈屏風狀，然后分批施打。施工時先將屏風墻兩端的鋼板樁打至設計標高或一定深度，成為定位板樁，然后在中間按順序分1/3、1/2板樁高度呈階梯狀打入。
鋼板樁打設允許誤差：樁頂標高±100 mm，板樁軸線偏差±100 mm，板樁錘直度1%。
5.2.5 鋼板樁的打設
插打方法：先逐根插打矩形圍堰的三個邊，最后一邊先插合攏后再打入。實踐證明：該方法速度快，合攏誤差小，易合攏。
插打順序：先上游，后下游合攏。
垂直度控制：在鋼板樁正面、側面各站一人采用吊線錐的方法檢查垂直度，觀察點遠離鋼板樁插打位置50～100 m為宜。
先用吊車將鋼板樁吊至插樁點進行插樁，插樁時鎖口要對準，每插入一塊即套上樁帽輕輕加以錘擊。在打樁過程中，為保證鋼板樁的垂直度，用兩臺儀器在兩個方向加以控制。為防止鎖口中心線平面位移。可在打樁進行方向的鋼板樁鎖口處設卡板，阻止板樁位移。同時在圍檁上預先算出每塊板塊的位置，以便隨時檢查校正。
打樁時，開始打設的第一、二塊鋼板樁的打入位置和方向要確保精度，主要起樣板導向作用，一般每打入1 m測量一次。
5.2.6 止水施工
一般的做法是在鋼板樁施打過程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫?；蛟阡摪鍢度坎宕蛲戤呴_始抽水安裝圍囹時，采用一邊抽水一邊在鋼板樁的接縫外側下溜細砂或鋸末拌合濕砂的方法，借助水壓力將細砂吸入接逢內而達到堵漏的目的，對于變形較大的接縫在圍囹安裝后用棉絮塞填。
5.2.7 圍堰封底
封底采用C25砼，主墩封底厚度為1.0 m，過渡墩為0.5 m。
封底混凝土采用導管法，導管設計作用半徑為2.0～3.0 m，封底砼采用一次連續(xù)澆注完成，潛水員配合水下整平混凝土面，控制封底砼頂標高為設計承臺（系梁）底標高，如圖2所示。
5.2.8 鋼支撐安裝與拆除
?、僭诜獾谆炷吝_設計強度的80%后即可抽水架設圍囹和內支撐。
?、谥伟卜旁瓌t：先支撐后降水，分層支撐分層降水。
③圍堰第一次抽水較為關鍵，根據鋼板樁新舊程度需配置足量的水泵進行強降水。
?、車咚慕翘幨芰^復雜，為保證圍堰安全性，四角采用型鋼進行加強。
?、菔┕び^測，重點是觀測圍堰圍囹、內支撐和鋼板樁的變形。如發(fā)現變形過大，立即停止抽水，并向鋼板樁圍堰內注水，以減少變形。分析原因，采取加固措施后，重新抽水、安放支撐。
圍囹的安裝應隨著抽水的深度逐層實施，安裝過程中要密切注意河床水位的變化，并安排專人負責施工期間的抽水工作。值得注意的是工字鋼與鋼板樁的連接，由于鋼板樁在插打過程中受多方面的影響，整個圍堰的側面順直度較差，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，要求將工字鋼與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接，圍堰的四個角更應加強。如圖3所示。
5.2.9 拔 樁
墩柱施工好以后將圍堰內逐步拆除支護逐步注水至與堰外持平以后就可拔除鋼板樁。
①鋼板樁圍堰拆除與圍堰施工順序相反進行。首先采用水泵加水至最下一道圍堰標高處拆除最下一道鋼圍囹，依次循環(huán)，直至最頂一層圍囹拆除完畢。
?、阡摪鍢栋纬刃杏上掠畏较蜷_始，對稱施工至上游方向，采用振拔錘配吊車進行施工。
先用打樁機夾住鋼板樁頂部振動1～2 min，使鋼板樁周圍的土松動，產生“液化”，減少對樁的摩擦力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時注意樁機的負荷情況，發(fā)現上拔困難或拔不上來時，應停止拔樁，先振動1～2 min后再往下錘0.5～1.0 m，然后再往上振拔，如此反復可將樁拔出來。
6 施工中遇到的常見問題及處理方法
由于河床地質結構復雜，鋼板樁打拔施工中常會遇到一些難題，常采用如下幾種辦法解決：
?、俅驑哆^程中有時遇上大的塊石或其它不明障礙物，導致鋼板樁打入深度不夠，采用轉角樁或弧形樁繞過障礙物。
?、阡摪鍢稊D進過程中受到石塊等側向擠壓作用力大小不同容易發(fā)生偏斜，采取以下措施進行糾偏：在發(fā)生偏斜位置將鋼板樁上拔1.0～2.0 m，再往下錘進，如此上下往復振拔數次，可使大的塊石被振碎，或使其發(fā)生位移，讓鋼板樁的位置得到糾正，減少鋼板樁的傾斜度。
?、垆摪鍢堆剌S線傾斜度較大時，采用異形樁來糾正，異形樁一般為上寬下窄和寬度大于或小于標準寬度的板樁，異形樁可根據實際傾斜度進行焊接加工。傾斜度較小時也可以用卷揚機葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘擊。
?、茉诨A較軟處，有時發(fā)生施工當時將鄰樁帶入現象，采用的措施是把相鄰的數根樁焊接在一起，并且在施打當樁的連接鎖口上涂以黃油等潤滑劑減少阻力。
7 結 語
文章重點的研究了鋼板樁以及對各個環(huán)節(jié)穩(wěn)定性的加強效果，在呈三角形或者是四邊形的狀態(tài)下具體施工，之后進行封堵和止水拆卸等流程的操作，進一步確保了武江大橋主墩系梁、承臺鋼板樁圍堰的可靠性，雖然鋼板樁圍堰在工程中經常應用，技術也已成熟，但施工過程中還要綜合考慮，采用最經濟、安全、高效的施工方案。
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