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沪杭客运专线横潦泾特大桥主墩深水基础围堰选择与实施

沪杭客运专线横潦泾特大桥主墩深水基础围堰选择与实施





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 沪杭客运专线横潦泾特大桥主墩深水基础围堰选择与实施


廖满平



摘  要


[摘要]以沪杭客运专线横潦泾特大桥深水基础施工为例,通过对深水基础不同围堰结构及特点进行分析对比,选 择施工快速、防水性好、可重复使用、适用性强的钢板桩围堰进行施工。同时针对现场条件,着重介绍了钢板桩围堰的结构、施工步骤、主要实施要点及受力监控方法。


[关键词]桥梁工程;深水基础;钢板桩围堰;施工技术


1


工程概况


沪杭客运专线横潦泾特大桥主要跨越上海黄浦江上游的横潦泾河,桥梁起讫桩号为DK31 +267.745— DK46 +532.240,桥梁中心桩号 DK038 +899.933,全 长15.2645km,与河流走向约呈62。夹角。主墩121号墩为水中圆形实体墩,桩号为DK35 +498.395。


桥梁位于冲积湖平原区,上部为第四系全新统黏 性土及粉土、粉砂层,厚约20~50mo主墩处于河道中 间位置,承台位于河床底以下,河床实测标高 -11.800 – -12.200m,涨潮时水深约13.5m,淤泥厚 度约5m。河道常水位在2. 3m左右,流速约1. lm/s, 为III级通航河道。


2


深水基础围堰种类、结构及特点


2.1 深水基础围堰种类


主墩121号墩位于深水中,水流流速较小,一般深水围堰施工有钢板桩围堰及钢套箱围堰两种。其中, 钢板桩围堰主要为单壁结构,钢套箱围堰又分为单壁、 双壁以及单双壁组合式钢围堰。


2.2 深水基础围堰结构及特点


2.2.1 钢板桩围堰

钢板桩围堰是一种比较传统的深水基础施工方法。钢板桩可以打入土中或连到物件上,组成承载及防水结构,施工完成后,拔出或拆下重复使用。钢板桩围堰一般采用单壁的矩形、圆形等结构形式,内部根据水位情况设置支撑;它是一种施工简单、快捷、成本较 低的围堰形式。


2.2.2 钢套箱围堰


钢套箱围堰按形状可分为矩形(圆端形)和圆形, 其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合等形式。


圆形围堰在水压力作用下只产生环向轴力,围堰结构整体性好,无需设内支撑;适用于流速较大的深水基础施工,但围堰面积大,钢材用量及封底混凝土大, 成本相对较高。


矩形(圆端形)围堰面积小,钢材用量及封底混凝土相对较少,但其抗水流冲击能力及整体刚性相对较差,必须设置内支撑,以增加围堰的刚性,但对后续工程施工有较大影响,适宜在流速较小的深水基础施工。


单壁、双壁钢围堰主要根据围堰入土需要进行选择,在入土较深的情况下,单壁围堰难以达到下沉深度要求,应选择双壁围堰结构,在双层围堰间灌注混凝土或填充砂石,增加围堰自重,满足围堰下沉需要;在入土要求较浅及淤泥地质条件下,可选择单壁围堰结构; 介于两者之间,可选择单双壁组合式围堰结构。


3


深水基础方案选择


121号墩受通航条件影响大且施工场地小,吊装困难,工程工期要求紧。结合上述基坑围堰的优缺点, 根据现场条件、工期要求及施工成本,选择钢板桩围堰 进行深水桥梁的基础施工,它具有防水性能好、施工速度快、沉入深度大、插拔容易、时间短、利用率高等优点,但防撞效果差,施工时需加强防撞防护措施。


4


钢板桩围堰施工


4.1 钢板桩围堰结构

钢板桩围堰为方形,平面尺寸24. 0m x24. 0m,顶 标高3.500m,入土 11.4m,设5道内支撑,封底厚度 1.5m。钢板桩采用拉森IVw型,总长27m,内支撑圈梁采用H560及H800型钢梁,斜撑采用©800mm,©630mm 钢管。钢板桩围堰结构如图1所示。

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4.2 主要施工步骤

钢板桩围堰的主要施工步骤如下。

1)钻孔桩施工过程中,在靠近承台侧定位桩上 2.0m标高处焊接牛腿,安装第1道支撑作为钢板桩插打时的导向。

2)依次插打围堰的3个侧面钢板桩;钻孔桩完成后拆除平台,插打余下1个侧面的板桩并合龙。

3)向围堰内回填6m厚细砂至-6. Im,抽水至 -2m,安装第2道内支撑。

4)继续抽水至-5m,安装第3道内支撑。

5)继续抽水、挖泥至-8m,安装第4道内支撑。

6)继续抽水、挖泥至-10. 5m,安装第5道内支撑。

7)向围堰内注水至外水位,水下吸泥、清基至-16. 8m。

8 )布置封底平台,水下浇筑1 . 5m厚封底混凝土。

9) 待封底混凝土达到强度后,抽水,施工承台、墩座。

10)承台施工时,将第5道内支撑中斜撑钢管一并 浇注在内,待承台模板拆除后,向钢板桩与承台间内回 填砂土混合物并在顶部浇筑50cm厚C30混凝土圈梁, 拆除第5道内支撑,浇筑在承台内的钢管注浆填实。

11)施工墩身、墩帽,布置墩顶托架。

12)向围堰内回填砂土至-7.8m,拆除第4道内支撑。

13)继续向围堰内填筑砂土至-4. 8m,拆除第3 道内支撑。

14)向围堰内注水至-1.8m,拆除第2道内支撑。

15)继续向围堰内注水至围堰外水位,拆除第1道内支撑。

16)依次拔出钢板桩。


4.3 主要施工要点

4.3.1 钢板桩接长要点

由于施工所需钢板桩长度为27m,考虑运输条件, 采用18m长钢板桩接长。

1)钢板桩接长前先行进行变形检查,对变形严重的钢板桩进行校正并做锁口通过检查。

2) 钢板桩在北岸栈桥处的拼装场地上接长,焊接时,采用二氧化碳气弧焊,先对焊磨平,再焊接加固板。

3) 钢板桩接长焊接完成后,用一块长约2ni的钢 板桩分别从两侧锁口穿过,检查锁口是否在同一直线及锁口内是否存在焊渣等障碍物。


4.3.2 钢板桩插打施工要点

1) 采用50t履带式起重机及100t浮吊作为起吊设备,配合振动锤进行钢板桩插打。

2) 在靠近承台侧定位桩上2. 000m标高处焊接钢 牛腿,安装圈梁作为钢板桩插打时的导梁,用以控制钢 板桩施工的平面尺寸和垂直度。

3) 第1片钢板桩插打是整个钢板桩施工的基准, 第1片钢板桩必须位置准确、垂直。本工程选择在上 游中心处进行第1片钢板桩插打,插打前在圈梁上安 装导向架并设置限位装置,限位装置每边比钢板桩大 1cm,插打时,钢板桩紧靠导向架,一边插打一边将吊 钩缓慢下放,同时用锤球按十字形方向进行观测,确保 钢板桩插打垂直。

 4) 第1片钢板桩插打完成并检验合格后,以其为基准,再向两边对称插打直至设计位置,最终在中间合龙。施工中随时用锤球检查每片钢板桩的垂直度,发 现问题时及时调整,确保钢板桩位置准确、垂直。

5) 插打时注意钢板桩的焊缝上下交替错开。钢板 桩插打时先自然下插,当不能下插时,通过振动锤加压,直至设计标高,然后与导向架焊接,防止水流冲击 钢板桩产生移位变变形。

6) 整个钢板桩施工过程中,严格按“插桩正直,分散即纠,调整合龙”的施工要点进行控制。


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4.3.3 围堰合龙要点

1) 根据施工布置及工期,在最后插打的一侧围堰中段设置1个合龙口,板桩根数为3~5根。

2) 在距合龙口两侧还剩10余根钢板桩时严格控 制钢板桩的倾斜度。每插打1根钢板桩测量其轴向及法向倾斜度,并根据其倾斜度的累积增加规律及已有 的施工经验预计其后几根桩的倾斜度。在距合龙口还剩几根钢板桩时立即下异形钢板桩,将桩的轴向倾斜度纠正为负数,然后再插打桩至合龙处,使其轴向及法 向倾斜度均控制在0.2%以内。

3) 根据合龙口的形状确定合龙钢板桩的尺寸,根据实测的合龙口宽度焊接1根合龙桩试样,并在合龙口处试插,通过试插,以确定合龙钢板桩的尺寸。

4) 插打前控制合龙钢板桩与相邻桩高差至100 ~ 200mm,以便合龙钢板桩与相邻桩的锁口相互咬合。

5 )插打合龙桩时,先将合龙桩自由落下,然后振动 锤垂直降落,开启振动锤,钢板桩所受阻力随进入土体 的深度增加而逐渐增大,控制器电流值也随之增大,当电流值升至400A时,将桩上提2m左右,待电流值降 至100A时,再向下施打。此反复几次,直至设计高程。


4.3.4 围堰内支撑施工要点

1) 内支撑采用分块拼装的方法安装,吊装作业由浮吊及履带吊机完成。安装时斜撑与圈梁、圈梁与钢 板桩焊接,以减少钢板桩变形量。

2) 在钢板桩围堰的插打过程中,小范围弯曲排列的钢板桩较多,圈梁与钢板桩之间存在空隙。为避免 圈梁相对钢板桩产生滑动或倾翻,在圈梁与钢板桩之间填塞槽钢并焊牢,根据空隙位置不同使用不同型号 的槽钢,使槽钢与钢板桩、圈梁以及斜撑头焊接成整体。


4.3.5 吸泥、清基要点

1) 围堰内吸泥采用冲吸的方法,即通过潜水工水下作业,用高压水枪将泥土冲散后,用潜水泵将泥浆排 出达到清土的目的。吸泥过程中注意保持水头,可采用布置水阀向围堰内注水的方法。

2) 围堰内清基采用高压水枪清洗钢板桩壁及钢护 筒壁,并通过潜水泵将清洗出的泥浆排出围堰外。清 基时注意保持围堰内外水位一致,必要时采用水泵补 水,清基后期潜水工要采用逐段清理、逐段检查的方法。


4.3.6 围堰封底施工要点

1) 围堰的封底采用导管法水封,围堰四周导管布置应较中间密。

2) 采用两根导管同时开灌。导管下口距围堰底应为 10 ~ 15cm。

3) 在导管拔出后,立即测量混凝土在导管周围堆 置高度及导管埋深。

4) 导管埋入混凝土内最佳埋深在1.2m左右,导管的提升必须严格按测量所得混凝土面标高及导管的埋深控制,以免导管提出混凝土或造成其他质量事故。

5) 当测得混凝土面接近设计标高时,应放慢浇筑速度,注意调整混凝土面坡度,使表面尽量平整。


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4.3.7 围堰拆除要点

1) 拆除支撑时严格按照从下至上逐步释放内应力 的原则,对内支撑体系进行拆除。

2) 在承台及墩座施工完成后,在承台与钢板桩间 回填砂土,并在顶部浇筑50cm厚的混凝土腰梁;拆除 第5道支撑。

3) 向围堰内填砂至-7. 8m,拆除第4道支撑。

4) 向围堰内注水至-4. 8m,拆除第3道支撑。

5) 向围堰内注水至-1.8m,拆除第2道支撑。

6) 向围堰内注水至与外水位同,拆除第1道支撑。


4.4 围堰受力监控

4.4.1 监控目的

由于121号水中墩钢板桩围堰较常规深,结构受力复杂,钢板桩内支撑较多,为保证钢板桩围堰施工安 全,需对钢板桩结构各工况下的受力情况进行监控,并与设计进行对比,及时判断结构的安全性以采取应变措施。


同时通过施工过程中的受力检测及数据分析,检 验并完善钢板桩围堰的设计。


4.4.2 测点布置

1) 围堰内共选取4根钢板桩布置测点,分别位于4个围堰边的中间段,每根板桩上布置9个测点,共36个测点。

2) 在平面布置上,钢板桩上的拉应力测点布置于 远离圈梁的外侧钢板桩上,近圈梁侧;压应力测点布置 于近圈梁侧的钢板桩上,近土侧;在立面布置上,钢板 桩上的测点顺长度方向布置于第1 ~5支撑处及支撑跨中部位,以及封底面处。

3) 选第2~5道内支撑布置测点,测点的平面布置如图所示,在圈梁的跨中、1/5处及斜撑的跨中布置, 内支撑共布置测点40个。应力测点布置如图2所示。

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4.4.3 应变元件选用

应力测试的应变计拟采用JMZX-206智能弦式数码应变计,适用于各种钢筋应力、锚杆应力、钢板表面 应力、钢管表面应力等钢结构应变测量,适应长期监测和自动化测量。通过点焊将钢弦应变片与被测钢结构 永久固结,不影响结构强度。


5


结  语


沪客运专线横潦泾特大桥深水围堰施工中,采用钢板桩围堰施工,施工过程中围堰结构稳定,施工速度快,围堰不变形,能快速用于周转,满足了工期要求, 施工安全质量得到了保障,降低了工程成本。施工可操作性强,为同类施工提供了借鉴。



来源:《施工技术》

编辑整理:项 敏

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