跨江特大桥水中钢板桩围堰施工安全技术方案课件.ppt
水中围堰施工安全技术方案,让世界更畅通,1,Contents,目 录,六、其它特殊说明,七、需要向专家咨询的问题,2,一、工程概况,1、设计范围,xx城际xx至xx段，起点DK7+592.97，终点DK26+000，18.102正线公里，本段线路路基总长 0.797Km，桥梁17.305Km，全段桥梁比例为95.6，全线桥梁具有工程量大、桥长、新技术含量高、施工复杂的特点。xx的特大桥主跨(75+125+125+75)m连续梁，施工难度大，控制简支箱梁的运架通过，基础采取施工栈桥配水上施工平台辅助措施。本次设计针对xx特大桥水上墩，包含73#80#墩，共计8个水中墩。,3,东 莞,广 州,线特大桥,xx特大桥,特大桥,特大桥,4,5,一、工程概况,6,一、工程概况,7,一、工程概况,2、主要结构参数,8,一、工程概况,3、水文及地质情况,xx为级航道，百年一遇设计潮流水位3.87m，通航水位3.59m，通航净高10m，测时水位3.085m，百年一遇设计流量Q=3456m3/s，对应设计水位3.09m，设计流速v=0.93m/s。5年一遇高水位+3.29m，5年一遇低水位-0.36m；施工水位采用20年一遇设计潮洪水位+3.36m，20年一遇洪水水流速度v=1.5m/s。桥位区域属于丘陵区间河谷、河谷一级阶地地貌。水深1020m，桥址区域内的土层主要分布为素填土、卵石、碎块状强风化石英片岩、中风化石英片岩等，各层的分布情况、分布位置及物理特性如下表所示。,9,一、工程概况,3、水文及地质情况,表2.3.11 各地质钻孔所在位置地质汇总表一,桥梁所在区域地层汇总表,10,一、工程概况,3、水文及地质情况,表2.3.11 各地质钻孔所在位置地质汇总表一,各地层设计参数建议值,11,3、水文及地质情况,一、工程概况,各土层主要物理力学指标统计表,12,一、工程概况,3、水文及地质情况,表2.3.11 各地质钻孔所在位置地质汇总表一,各地层描述情况：,1、(2)10-2:中砂：浅黄色，中密，饱和，主要分布于DK14+480DK14+700附近，埋深约18.45m，厚度111m，平均厚度约3.4m，层内标贯击数标准值为10.15，本层土石等级为I，推荐基本承载力为200KPa。,2、(6)3-1:含砾砂岩，全风化：灰-浅红黄色，原岩矿物基本风化成黏土矿物，原岩结构可分辨，岩芯呈半岩半土状，遇水易软化，局部见碎砾石。主要分布于DK11+110DK12+920，平均埋深约6.6m。厚度0.421m不等，平均厚度5.5m。层内标贯击数标准值为30.2，本层土石等级为III，推荐基本承载力为200KPa。,3、(6)3-2:含砾砂岩，强风化：灰黑色，节理裂隙发育，岩石矿物已部分风化蚀变，原岩结构较清晰，岩芯呈碎块或饼状，岩质较软，岩块用手可折断，最大节长达20cm。主要分布于DK11+110DK12+920，平均埋深约12.1m。厚度0.57.5m不等，平均厚度2.5m。本层土石等级为IV，推荐基本承载力为300KPa。,13,一、工程概况,3、水文及地质情况,表2.3.11 各地质钻孔所在位置地质汇总表一,(2)10-2:中砂,(6)3-1:含砾砂岩，全风化,(6)3-2:含砾砂岩，强风化,14,4、现场实测情况,一、工程概况,根据项目进场以来的不间断观测，实际涨落潮水位变化较小，最大高潮位不超过+2.8m，水流速度及波浪均较小，但实际航道中运行船舶吨位较大，对施工造成一定影响。根据栈桥钢管的入土情况反算，实际地质情况与设计提供基本相符，钢管入土全风化深度大约8m左右。,现场水面情况,15,Contents,目 录,一、工程概述,六、其它特殊说明,七、需要向专家咨询的问题,16,二、方案设计及比选,1、施工难点,1、水中承台均为低桩承台，其中76#墩围堰需入土10m左右，入土土层为风化层，施工难度大；2、承台施工时抽水后内外水头差比较大，最大水头差为17.8m，对围堰受力很不利；3、若采用双壁钢围堰进行施工，围堰加工难度大、施工需要大量船机设备，且需要爆破开挖，对航道及周边影响大；4、航道船舶运输繁忙，对施工干扰大。,17,二、方案设计及比选,2、方案比选,针对以上困难，需要采用一种施工迅速、安全可控且成本相对低廉的承台围堰施工方法，根据国内低桩承台的施工经验，可采用以下几种方法：1、钢板桩围堰；2、锁扣钢管桩围堰；3、双壁钢围堰；,18,二、方案设计及比选,3、技术比较,围堰技术比较汇总表,19,二、方案设计及比选,3、技术比较,各围堰抗弯性能比较表,20,二、方案设计及比选,4、工期比较,钢板桩围堰：长螺旋引孔（10d）内支撑整体安装及下放（10d）钢板桩下放（10d）平台拆除（5d），共计35d。锁扣钢管围堰：冲击钻或旋挖钻引孔（20d）内支撑整体安装及下放（10d）钢管下放（10d）平台拆除（5d），共计45d。双壁围堰：冲击钻旋挖钻或爆破引孔（20d）平台拆除（5d）护筒拆除（5d）围堰浮运定位及下沉（30d），共计60d。,21,二、方案设计及比选,5、初步方案确定,根据以上分析可知，双壁钢围堰无论在技术、工期以及适用性方面均无优势，因此本方案推荐采用钢板桩围堰进行施工。,水中承台围堰推荐方案汇总表,22,6、类似项目参考,类似项目参考汇总表,二、方案设计及比选,23,Contents,目 录,一、工程概述,六、其它特殊说明,七、需要向专家咨询的问题,24,三、现场试验情况,1、地质钻孔,我们在77#墩进行了地质补勘。,25,三、现场试验情况,26,三、现场试验情况,27,三、现场试验情况,粉质粘土层,全风化砂岩,1、地质钻孔,28,三、现场试验情况,强风化砂岩,29,三、现场试验情况,2、软化试验,地质资料描述，全风化砂岩遇水软化，所以我们通过试验来确定其软化速度。,全风化砂岩,强风化砂岩,30,三、现场试验情况,2、软化试验,12小时后效果,全风化砂岩,强风化砂岩,31,三、现场试验情况,2、软化试验,24小时后效果,全风化砂岩,强风化砂岩,32,三、现场试验情况,2、软化试验,试验结论：强风化砂岩遇水极易软化，软化后基本无强度；而强风化砂岩泡水后对强度无影响，从触摸感官上表现反而强度有增加趋势。,33,三、现场试验情况,3、强风化岩层抗压强度试验,强风化含砾砂岩地质描述：灰黑色，节理裂隙发育，岩石矿物已部分风化蚀变，原岩结构较清晰，岩芯呈碎块或饼状，岩质较软，岩块用手可折断，最大节长达20cm。推荐基本承载力为300KPa。地质报告中未给其抗压强度，因此我们在实验室进行了测量。,34,三、现场试验情况,3、强风化岩层抗压强度试验,试验表明换算强度为：0.60.9Mpa,35,三、现场试验情况,4、现场抽水试验,现场地层渗透性试验主要有：抽水试验、压水试验、注水（渗水）试验，三种方法的侧重点不同。抽水试验：为查明场地地层的渗透性和富水性，往往采用单孔的稳定流抽水试验；因为现场条件限制，也常常在探井、钻孔或民井，用水桶或抽筒进行简易抽水试验。抽水试验、注水试验用于透水率较大的地质的透水率试验，如破碎带。,36,三、现场试验情况,4、现场抽水试验,试验目的：在不考虑侧壁漏水的情况下，测量全风化地层下围堰底口的渗漏水情况。抽水井：直径1.5m护筒试验地点：77#墩（水深9m）试验步骤：（护筒入土到底后再做一次）1、打设钢护筒至全风化层；2、利用吸泥机掏空护筒内部土层至护筒底口上3m；3、抽干护筒中水，测量基底标高；4、安放水位测量装置（泡沫浮标+测量杆）5、等待护筒水位上升；6、每30min测量护筒内部水位上升情况并记录；7、直至水头不再上升，记录标高。,37,三、现场试验情况,4、现场抽水试验,试验现象及结论：抽水完成后36小时，未发现液面上升。由此可以判定水在土层中的渗透能力及土层裂隙情况没有想象中的严重，围堰有干挖的可能性。,直径1.5m护筒,38,三、现场试验情况,5、土体渗透系数测量,试验目的：为进一步搞清楚土层水的渗透性能提供理论依据。本次试验采用变水头试验方法，委托广州铁城工程质量检测有限公司进行。,39,三、现场试验情况,5、土体渗透系数测量,全风化,40,三、现场试验情况,5、土体渗透系数测量,强风化,41,三、现场试验情况,6、试验结论,根据以上试验可以得出以下结论：1、设计提供地质资料与实际基本相符，但未能体现粉质粘土层，同时粉质粘土层水下开挖存在困难；2、强风化砂岩较硬，直接打入钢板桩存在困难，但机械引孔方法可行；3、砂层及全风化层的透水性能较差，围堰干挖可行；4、全风化砂岩遇水极易软化，干挖时需加强排水，减少泡水时间。,因此，围堰设计采用强风化引孔固脚，取消封底混凝土，围堰干挖的实施方案。,42,Contents,目 录,一、工程概述,六、其它特殊说明,七、需要向专家咨询的问题,43,四、钢板桩围堰设计,1、设计理念和原则,基坑支护结构设计应从稳定、强度和变形等三个方面满足设计要求：1、稳定：指基坑周围土体的稳定性，即不发生土体的滑动破坏，因渗流造成流砂、流土、管涌以及支护结构、支撑体系的失稳。2、强度：支护结构，包括支撑体系或锚杆结构的强度应满足构件强度和稳定设计的要求。3、变形：因基坑开挖造成的地层移动不得超过变形允许值，不得影响基坑工程基桩的安全。,44,四、钢板桩围堰设计,2、主要设计内容,水中承台主要设计内容,45,四、钢板桩围堰设计,2、主要设计内容,水中承台主要设计内容,46,四、钢板桩围堰设计,3、围堰主要技术参数,水中承台围堰技术参数汇总表,47,四、钢板桩围堰设计,4、钢板桩围堰结构（76#墩）,48,四、钢板桩围堰设计,4、钢板桩围堰结构（77#墩）,49,四、钢板桩围堰设计,5、钢板桩施工流程,50,四、钢板桩围堰设计,5、钢板桩施工流程,51,四、钢板桩围堰设计,6、钢板桩围堰计算,钢板桩围堰计算以76#墩为例，主要计算工况如下：工况一：1-4层内支撑下放完毕，钢板桩成型后，抽水干挖基坑至第5层内支撑处工况二：第5层内支撑安装后，基坑开挖至第6层内支撑处工况三：第6层内支撑安装后，基坑开挖至承台底50cm处工况四：第一层承台混凝土浇筑完成后，回填承台与钢板桩间隙，然后拆除第六层内支撑工况五：全部承台混凝土浇筑完成后，回填承台与钢板桩间隙，然后拆除第五层内支撑,52,四、总体结构设计,钢板桩结构的验算利用有限元软件midas civil建立三维整体模型进行空间分析，整体建模时只考虑钢板桩和内支撑组成的钢板桩围堰，土层与它们之间的相互作用以及内外水压力差均作为荷载考虑。钢板桩采用等截面模量的型钢进行模拟，内支撑和围檩，均按梁单元模拟；钢板桩和基坑底土层接触处约束采用面弹性支撑中的分布弹性支撑模拟，基床系数全风化层取30000KN/m3，强风化层取150000KN/m3，所施加的外部荷载有水压力和土压力。采用水土分算法进行加载。钢板桩没有与土层接触的河床面以上部分仅受水压力作用，河床面以下部分水压力和土压力同时加载，土压力采用静止土压力计算，偏安全。,3、钢板桩围堰计算,53,四、总体结构设计,内支撑为双拼HN700、HN600及HN400型钢。围堰的整体模型见下图。,3、钢板桩围堰计算,54,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,工况一：1-4层内支撑下放完毕，钢板桩成型后，抽水干挖基坑至第5层内支撑处。,工况1：钢板桩应力图示,55,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,工况1：内支撑应力图示,56,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,工况一：1-4层内支撑下放完毕，钢板桩成型后，抽水干挖基坑至第5层内支撑处。,表2.2.11 工况一结果汇总表,工况一结果汇总表,57,四、总体结构设计,工况二：第5层内支撑安装后，基坑开挖至第6层内支撑处。,3、钢板桩围堰计算,工况2：钢板桩应力图示,工况2：内支撑应力图示,58,四、总体结构设计,工况二：第5层内支撑安装后，基坑开挖至第6层内支撑处。,3、钢板桩围堰计算,工况二结果汇总表,59,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,工况三：第6层内支撑安装后，基坑开挖至承台底50cm处。,工况3：钢板桩应力图示,工况3：内支撑应力图示,60,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,工况三：第6层内支撑安装后，基坑开挖至承台底50cm处。,工况三结果汇总表,61,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,工况四：第一层承台混凝土浇筑完成后，回填承台与钢板桩间隙，然后拆除第六层内支撑。工况五：全部承台混凝土浇筑完成后，回填承台与钢板桩间隙，然后拆除第五层内支撑。此处省略，满足要求。,62,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,各工况结果汇总表,63,四、总体结构设计,3、钢板桩围堰计算,基坑稳定验算汇总表,综上结果，围堰结构和基坑稳定性均满足施工要求。,64,Contents,目 录,一、工程概述,七、需要向专家咨询的问题,65,五、围堰施工,1、内支撑的施工,内支撑杆件的加工以厂制和现场加工相结合，力求做到统一标准化和通用性，厂制件运到现场后，按1/4片角部结构分组成半成品。为了保证结构尺寸准确，组件加工必须在定型样板台座上完成。,66,2、内支撑的施工,下放系统平面布置,下放系统立面布置,五、围堰施工,67,3、钢板桩的施工,（1）钢板桩结构,PU28型钢板桩截面特性表,五、围堰施工,68,3、钢板桩的施工,（2）钢板桩接驳,钢板桩接长需用同类型钢板桩等强度焊接接长，焊接时先对焊或将接口补焊合缝，再焊加强板。,钢板桩接驳施工现场图示,五、围堰施工,69,3、钢板桩的施工,（3）钢板桩插打,钢板桩利用浮吊或者在平台上进行施工。,五、围堰施工,70,4、引孔方法,引孔设备1：辅助射水 辅助射水采用专用钢板桩内焊接2 根钢管，一根气管一根水管，分别通压缩空气和高压水进行引孔。桩头及高压水枪见图。,1、采用高压水泵,五、围堰施工,71,4、引孔方法,引孔设备2：长螺旋钻机+螺旋钻头,1、正基机械是全国第一家专门研发cfg长螺旋入岩的公司，并推出了一系列的岩石螺旋钻头和其它地层的系列螺旋钻头几十种钻头产品。强风化钻进没有问题，最大成孔直径80cm，长螺旋钻机扭矩有限。2、螺旋钻头型号可分为：直径400mm-500mm-600mm-700mm-800mm。螺旋钻头采用铸钢叶片，钻尖，耐磨，链接法兰和钻杆采用高碳钢精加工。强风化钻进没有问题，中风化岩层能力有限。,五、围堰施工,72,4、引孔方法,引孔设备3：旋挖钻机+短螺旋钻头,1、常用的嵌岩短螺旋钻头在结构形式上又可分为单锥单螺短螺旋钻头、双锥单螺短螺旋钻头和双锥双螺短螺旋钻头，很多时候螺旋钻头起到的是破碎或搅松孔底风化层或胶结砾石层的作用。,五、围堰施工,73,4、引孔方法,引孔设备4：小型地质钻机XY-200,1、成本低，对孤石或硬质土层比较有效，成孔直径小，最大成孔30cm。,五、围堰施工,74,5、围堰内部土体开挖,根据实际地层情况，采用干挖进行施工，过程中采用小型挖掘机配合人工作业，挖出土方利用栈桥用汽车运输至土方存放场地。,五、围堰施工,75,6、施工监控,根据方案的要求安排专人对围堰冲刷、钢板桩位移与变形、大体积混凝土温控等进行定期与不定期的监测与记录。,五、围堰施工,76,6、施工监控,根据方案的要求安排专人对围堰冲刷、钢板桩位移与变形、大体积混凝土温控等进行定期与不定期的监测与记录。,五、围堰施工,77,7、其它技术细节,换撑处理：根据设计，内支撑不影响墩柱施工，仅第一层承台施工完毕后，需要拆除底层内支撑进行支撑转换施工。主要方法为在第一层承台和围堰之间的孔隙区域填充砂，并浇筑混凝土圈梁。,五、围堰施工,78,Contents,目 录,一、工程概述,79,六、其它特殊说明,1、水土合算与水土分算,我们采用的计算方法为水土分算法，而对于本围堰，由于土层的渗透系数小，土层中的自由水很少，因此对围堰侧壁的水压相对较小，其实用水土分算法进行计算是偏保守的。,80,六、其它特殊说明,1、水土合算与水土分算,这是我们根据估算的渗透系数计算的基坑底部总水头的情况，参数如下：中砂压缩模量：3.6Mpa；全风化、强风化压缩模量：5.71Mpa中砂渗透系数：1.5*10-2cm/s；全风化、强风化渗透系数：2.5*10-4cm/s,以上结果表明，实际基坑底部水头在经过了多层土的渗透后，其能量显著降低，基坑底部总水头约为实际位置水头的一半。,81,Contents,目 录,一、工程概述,82,谢谢！,THANKS,让世界更畅通,83,
