半浦余姚江特大桥主桥承台钢板桩围堰施工方案设计.docx

半浦余姚江特大桥主桥承台钢板桩围堰施工方案设计导读对宁波市绕城高速公路西段工程半浦余姚江特大桥水中主桥低桩承台的 施工方案设计、施工进行了总结 摘 要：对宁波市绕城高速公路西段工程半浦余姚江特大桥水中主桥低桩承台的 施工方案设计、施工进行了总结，对以后同类型桥梁的施工有一定的借鉴意义。 关键词：桥梁；承台；钢板桩围堰；施工方案1主桥下部结构设计概况宁波市绕城高速公路西段工程半浦余姚江特大桥由南、北岸引桥和主桥组成，桥 梁全长1489m。主桥全长230m,采用(65+100+65) m三孔变截面预应力混 凝土箱梁连续梁，半幅桥面宽20m。主桥下部结构采用单箱双室薄壁空心墩， 承台采用整体式承台，高度300cm，桩基础采用10x?准150cm钻孔灌注桩， 见图1所示。单位：c：m图1主桥下部构造主桥的左幅25、26号、右幅26、27号墩，均位于余姚江主河道中，水深达6 7m，且承台顶面位于河床面以下，承台施工时需水下开挖河床，因此，承台施 工采用打入钢板桩围堰方案进行。水中承台平面尺寸为9.5mx15m的六边形， 混凝土方量为349.131m3，为C30混凝土，承台底标高为-8.4m，混凝土一次 性浇筑完成。根据半浦余姚江特大桥主桥工程地质报告显示：河床顶面(标高-5.2m)至标高 -11.01m处土质均为流塑、饱和态的灰色淤泥；标高-11.01m至标高-18.41m处 土质均为流塑、饱和态灰色淤泥质粘土；标高-18.41m至标高-27.41m处土质均 为硬塑、饱和态黄褐色亚粘土；方案设计计算时，取最高水位为+1.33m。2钢板桩围堰的施工结构设计钢板桩围堰适用条件：深水或深基坑，流速较大的砂类土、粘质土、碎石土等坚 硬的河床。防水性能好，整体刚度较强。钢板桩围堰是承台及墩身部分施工时的 防水围堰，其主要是钢板桩和封底混凝土共同形成围堰起防水作用。因此要求钢 板桩围堰结构密实，不漏水或漏水很少。根据半浦余姚江特大桥水中主桥的地质情况，进行了钢板桩围堰施工方案的结构 设计，其要点如下：(1) 围堰采用钢板桩围堰，由单层钢板桩和四层由型钢、大直径钢管组成的围 笼、内撑梁组成；(2) 围堰平面为矩形，其内口尺寸为13.52mx19.82m，钢板桩单根长18m， 被打入后，其底端标高为-16.0m，顶面标高为2.0m；(3) 采用德国拉森丑型钢板桩，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联 结转角1015。，摩阻力小，防渗性较好，四个转角位置采用焊接的T形钢板桩；(4) 钢板桩的施打采用小型水上浮吊，配合具有液压夹桩装置的震动打拔桩锤 进行打入，施工完成后拔除；(5) 围笼分别安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩的牛腿上，内撑梁外缘两 端与围笼相撑住，以加大围堰抵抗土侧压力及水压力的能力。(6) 考虑到围堰所受的三角形土压力和水压力在承台高度范围内比较大，为了 保证承台混凝土一次性整体浇注完成，根据计算第三层和第四层围笼的布设间距 设为2.2m，第四层围笼不设中间的水平支撑。(7) 钢板桩围堰内淤泥采用潜水工配合吸泥机水下吸泥清淤。(8) 因承台底面下的地层为流塑状淤泥，为确保混凝土封底质量，防止封底混 凝土内形成淤泥夹层，在清淤完成后先铺设一层厚50cm的片石垫层，然后进行 1.5m厚水下封底混凝土的灌注。钢板桩围堰见图2所示。图s钢板桩围堰构造3钢板桩方案的确定方案初期确定钢套箱与钢板两个方案，结合场地、工期、经济优越性、地质情况， 经多方比选，钢板桩围堰较钢套箱围堰方案优越性有以下几个方面：（1）占用空间小，无须准备大的制作钢套箱场地；（2）对设备要求相对较底，无须配置大型托运和下沉钢套箱的设备；（3）可多次周转且打设速度较快，加快施工进度；（4）钢板桩围堰基底清淤、拆除等较钢套箱围堰安全，拆除方便，对原河道恢 复较容易；（5）钢板桩围堰在施工投入、工期、施工安全等方面均比钢套箱围堰优越。4钢板桩围堰的计算4.1钢板桩长度的确定控制钢板桩长度的要素主要有基底翻起、管涌、插打过程的稳定（入土深度与钢 板桩长度比值应大于0.5）、封底的经济性几方面和现场实际地质情况，为保证 施工安全采用有水开挖方案，并经过计算比选，最终选用18m钢板桩。4.2封底厚度的确定封底混凝土厚度主要考虑以下几个因素：（1）封底混凝土底面在受到内外水头压力差的作用下，若钢板桩围堰和封底混 凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏时，则必须有足够抵抗封底混凝土及围 堰整个被浮起的能力；（2）在围堰整体能稳定时，必须考虑封底混凝土在抵抗向上的水压力及其它荷 载时能正常工作，不至因产生向上的挠曲和折裂致使围堰穿孔。本基坑封底混凝 土厚度取为1.5m，混凝土的计算弯拉应力为157KPa ；混凝土抗浮力时需要基 桩提供112KPa的摩阻力，能够满足要求；（3）根据前期施工确定的桩的摩阻力计算桩的锚固力；（4）封底最终形状多为锅底型，这样对封底厚度就有一定的折损，确定封底厚 度时应进行考虑。所以，混凝土封底应有足够的厚度，以确保围堰的安全，在保证围堰施工安全的 情况下考虑施工的经济性，最终确定封底厚度为1.5m。4.3内支撑的确定围堰围笼间距采用等弯矩法进行计算，内支撑采用多跨连续梁计算模型进行确定 间距。5 钢板桩围堰的插打5.1施工准备：将新旧钢板桩运到工地后，详细对其检查、丈量、分类、编号， 同时对两侧锁口用一块同型号长23m的短桩作通过试验，锁口通不过或桩身 有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯、焊补、割除、接长等方法加以整修。为 保证插打过程顺利，在锁口处涂以适量的黄油。5.2导框安装与插打方法在安装导框时，先进行定位测量。导框的安装，一般是先打定位桩或作临时施工 平台。导框采用现场的钢板桩制作，固定在定位桩上，在钢板桩上设置定位卡盘， 限制钢板桩的平面位置。钢板桩采用单根插打。将钢板桩运至指定位置，然后用浮吊的两个吊钩吊起，使 钢板桩成垂直状态，脱出小钩，用液压钳夹住钢板桩移向安插位置，插入已就位 的钢板桩锁口中。钢板桩在淤泥质地段挤进过程中，受到淤泥中块石或其它不明 障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发 生偏斜位置将钢板桩往上拔1.02.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次， 可使大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少 钢板桩的倾斜度。插打从上游开始，在下游进行合拢，合拢一般分为两种情况：四角合拢和中间合 拢。中间要求打设精度高，打设过程要精确测量，四角合拢对打设精度要求较低， 经过分析采用在四角合拢，就是选在下游一个角合拢。合拢时会出现图3所示情 况，在露出水面段的合拢处将两根合拢钢板桩焊接1m的焊缝后，再把两根钢板 桩拔起全底部，然后随焊随打，一直到设计标高处。如打进过程有阻碍可把相临 桩拔起一段后一起打入即可解除阻碍。为保证插打过程钢板桩的稳定性，每插打完一根桩后应与相临的钢板桩进行焊 接。图3合拢大样图图3合拢大样图6围堰封底施工围堰合拢后进行基底清淤，余姚江河床底为淤泥质粘土，清淤方法为，由潜水员 用高压水枪配合泥浆泵进行水下清淤。清淤过程潜水员要对围堰钢板桩的锁口情况进行检查，看是否有脱口现象，如有 应提早进行整修，保证围堰后期抽水顺利。清淤达设计标高后，抛填50cm厚粒径不大于20cm的片石，之后进行水下混凝 土封底围堰水下封底应全断面一次连续浇注完成。为此，首先组织尽可能大的混 凝土供应和浇注能力；其次，研究水下混凝土的配合比设计，采用低热水泥和良 好的粗、细骨料，掺加适量粉煤灰和外加剂。从而使混凝土拌和物和易性良好， 可泵性好，初凝时间长，坍落度损失小。封底混凝土采用单导管法浇注，横向内使用2根导管，导管设计作用半径为 3.0m。实践证明在此作用半径下能够从一端向另一端斜面推进，进行水下封底 混凝土的浇注。实际操作过程中完全符合要求，封底效果较好，无渗漏水现象， 局部较平整。7围堰支撑的安设在封底混凝土达设计强度的50%后即可抽水架设围笼和内支撑。在确保安全的前提下，基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按“先支撑后降水， 分层支撑分层降水”的原则进行，结合本基坑工程的特点，共分四层支撑。基坑 支撑的顺序如下：加入第一层围笼一进行第一层支撑一抽水至第二层支撑处一加 入第二层围笼一进行第二层支撑一抽水至第三层支撑处一加入第三层围笼一进 行第三层支撑一抽水至第四层支撑处一加入第四层围笼一进行第四层支撑一抽 水至基坑底。实物见图4所示。围堰第一次抽水较为关键，需配置足量的水泵进行强降水，从实践中可知漏水情 况与围堰钢板桩锁口咬合是否紧密有很大关系，漏水处可用细砂拌和木屑从锁口 外侧抛洒，靠水压差产生的水的自吸力即可堵漏，效果较好。漏水较大处可先用 棉絮等物品进行填塞，然后重复上步工作反复多次后即可堵漏。由以往施工经验知，围堰四角处受力较复杂，为保证围堰安全性，四角采用型钢 进行加强。8围堰施工过程中的监测在钢板桩施工中，打设的允许误差一般为：桩顶标高偏差±100mm，钢板桩垂直 度偏差为1%。在打设过程中，应监测是否在允许误差范围内，超出时及时纠正。 在钢板桩施工完成、封底以后，就开始支撑的施工。在施工支撑及承台的过程中， 应对支撑系统进行监测。主要监测支撑的变形、钢板桩的变形、基坑内流动水量 及围堰的位移、抽水深度的控制等。图4钢板桩围堰实物照图4钢板桩围堰实物照通过实际施工的监测发现，钢板桩在第二层与第三层支撑之间有稍大的弯曲变 形。分析原因主要是第一次抽水架设第二层内支撑为最不利情况，设计计算过程 应按施工过程所发生的各种情况进行模拟计算保证施工安全。因变形在施工容许 范围内，不影响施工。此种情况提醒我们，施工过程受力情况在不断变化，应充 分考虑各种可能出现的受力模型，确定所有可能的不确定性因素，保证施工过程 的安全。9钢板桩围堰的拔除钢板桩的拔除与围堰插打是一个相反的过程。钢板桩拔桩前，先给围堰内回灌水至要拆除的内支撑的位置，拆除该层内支撑。 之后继续回灌水，从下到上依次拆除内支撑。拆除最后一层内支撑后，使内外水 压平衡，板桩挤压力消失。在下游选择一块较易拔除的钢板桩，用液压钳配合振 拔桩锤先震动几分钟，再慢慢向上拔起，不可硬拔，如不好拔起，反复几次拔起 插打即可拔除钢板桩。结束语：从半浦余姚江特大桥主桥水中基础施工所采用的方案选择及结构布置的 效果来看，钢板桩围堰具有施工进度快、更安全、占地空间小等优点，这对于水 较深、淤泥或粉细砂等软基上与其他围堰施工相比较较为有利，而且相对钢围堰， 钢板桩围堰一次性投入费用较低，占用流动资金较少，因此采用钢板桩围堰，在 经过技术性、经济性、施工安全性以及便利性比较后使用在半浦余姚江特大桥主 桥基础施工上还是相当合理和可行的。在此处对低桩承台的施工方案设计、施工 进行了总结，可为日后同类型桥梁的施工提供一些借鉴。