深水低桩承台（精选6篇）
深水低桩承台 篇1
0 引言
钢板桩围堰和双壁钢围堰作为两种不同的围堰类型, 在众多的大型桥梁深水基础施工中广泛应用, 但由于其在工程造价、施工工序、技术难度等方面的差异, 适用条件存在着不同。本文以长湖特大桥连续梁31号主墩基础为例, 对原设计的双壁钢围堰方案进行了重新比选和设计, 选用18 m钢板桩方案, 达到造价更经济、工期更合理、施工更便捷的目的。
1 工程概况
长湖特大桥全长4 022.56 m, 桥位穿越湖北荆门长湖湿地自然保护区, 其中31号~35号墩采用64 m+96 m+96 m+64 m连续箱梁作为通航孔跨, 该深水基础桩基承台平面尺寸18.5 m×13.5 m, 底标高19.281, 施工水位30.5 m, 水深4 m。基坑支护深度达11.5 m。31号主墩处河床地质从上至下依次为淤泥 (0.7 m) , 粉质粘土 (7.3 m) , 细砂 (6.9 m) , 粉质粘土 (7.5 m) , 最高水位水深4 m, 原设计采用双壁钢围堰进行围护施工。
2 方案比选
根据现场实际调查情况, 双壁钢围堰虽具有整体刚度大、结构稳定等特点, 但在施工中仍存在较大的不便, 且造价较高。针对此情况, 我部将双壁钢围堰和钢板桩围堰两种围护方式进行了多方面的对比, 具体如表1所示。
结合两方案的优劣对比及实际工程地质, 在结构设计验算合格的前提下, 该桥主墩基础采用钢板桩围堰结构较为合理, 可大大的提高施工效率和节约资金, 有利于工程施工。
3 钢板桩围堰优化设计
31号墩为主墩, 承台底标高19.281, 施工水位30.5 m, 水深4 m。承台上下两层, 下层平面尺寸18.5 m×13.5 m, 高3.5 m, 上层高2.7 m, 考虑基底超挖30 cm, 基坑支护深度按11.5 m计。
支护钢板桩内部尺寸按比承台平面尺寸每边各宽出1 m考虑, 即内部尺寸20.5 m×15.5 m。角撑及围囹分上下3层, 角撑均为ф630×10 mm的钢管, 围囹均为3Ⅰ50a工字钢倒放。钢板桩采用拉森-Ⅳ型, 长度不小于20 m, 截面每延米抗弯模量不小于2 200 cm3, 基底以下嵌固深度8 m。支护结构详见图1。
4 钢板桩围堰内力验算
4.1 计算方法
计算采用《理正深基坑7.0》软件整体建模计算。整体计算可以较为准确的模拟结构的力学行为, 如内力和变形等。而抗隆起、抗管涌、抗突涌等的计算则利用该软件的单桩计算功能实现。计算时土压力按弹性法、结构计算按极限状态法、基坑外侧不排水。
4.2 设计参数
支护设计参数按基坑四周相同考虑。土层参数如表2所示。
4.3 结构变形
通过软件给出的计算工况共有4个, 即抽水到2 m、开挖到5.3 m, 8 m及基坑底时, 每种工况的计算模型均不相同。通过软件计算可以看出, 开挖到基底时钢板桩的横向变形最大, 最大变形值95.35 mm, 其位于长边中间钢板桩。
图2为开挖至基底整体变形俯视图, 图3为开挖至基底时的单桩最大变形图。整个基坑支护桩的最大变形即发生于此。
4.4 结构内力
钢板桩法向 (即垂直于侧边) 弯矩、腰梁以及角撑的水平弯矩、轴力是分别控制这三种结构设计的主要因素, 这里给出这三种内力供后面的设计检算之用。由于开挖至基底为控制工况, 结构受力最大, 这里只讨论此工况下的结构受力问题。
图4为此工况腰梁的弯矩图。从该图看到, 各层腰梁最大弯矩599.7 k N·m, 对应的轴向力1 041 k N。
如图5所示为此工况角撑的弯矩图。各层角撑最大轴向力为1 463 k N, 对应的弯矩138.2 k N·m。
图6为开挖至基底时的钢板桩弯矩情况。从该图看到, 钢板桩单桩最大弯矩为317.33 k N·m。
5 支护结构检算
1) 钢板桩检算。
钢板桩单宽受到的最大弯矩为317.33 k N·m, 其单延米抗弯模量为2 200 cm3。最大应力:317.33×1 000/2 200=144.2 MPa<215 MPa (满足要求) 。
2) 腰梁检算。
腰梁均采用3Ⅰ50a倒放, 抗弯模量为:3×1 860=5 580 cm3;截面面积为:3×119=357 cm2;各层腰梁的最大正应力如表3所示。
3) 角撑检算。
角撑均为ф630×10 mm螺旋钢管, 由于第三层受力最大, 这里只计算该层的受力情况。最大正应力为:
N/A+M/W=1 463×10-3/ (3.14×0.62×0.01) +138.2×10-3/ (3.14×0.623×0.01) ×0.63/2=86.8 MPa<215 MPa (满足要求) 。
由于强度水平较低, 角撑较短, 不再进行受压稳定计算。
4) 抗隆起验算。
支护底部, 验算抗隆起:
Ks=1.719<1.800, 但相差在5%以内, 可以认为安全。
5) 抗管涌验算。
计算参数:截水帷幕高19.5 m。
K=2.691≥1.6, 满足规范要求。
6) 抗突涌验算。
基坑底部土抗承压水头稳定。
6 结语
经检算, 长湖特大桥主墩采用单层钢板桩围堰支护体系的强度、刚度 (变形) 及抗隆起、管涌、突涌稳定方面均符合要求, 能够保证基坑施工期间的安全, 方案可行。
目前长湖特大桥31号主墩基础钢板桩围堰已开挖完成, 经实践证明, 通过采用钢板桩围堰结构在深水软泥基础中替代双壁钢围堰的方案经济节约、工期可控, 施工效果明显。
参考文献
[1]邱训兵.大型钢板桩围堰施工设计的思考[J].铁道建筑, 2005 (9) :37-39.
[2]刘明, 任家富.南宁仙葫大桥桥墩钢围堰分析和优化[J].交通标准化, 2006 (4) :70-71.
[3]JGJ 120—2012, 建筑基坑支护技术规程[S].
深水低桩承台 篇2
安徽省望东长江公路大桥为国家高速公路网G35 (济南至广州高速公路) 中最为便捷的过江通道, 也是北京、山东、河南通往江西、福建、广东等地的重要通道, 全线长38.025km。主桥为五跨连续组合梁、双塔双索面半漂浮斜拉桥, 跨径布置为78m﹢228m﹢638m﹢228m﹢78m=1250m。北主桥墩 (44#) 水位深 (水深21m) 、水流急, 承台为水中墩高桩钻孔承台, 平面尺寸为47m×25m, 厚8m。承台底标高-1.0m, 顶标高+7.0m。承台下设32根Φ3.0m钻孔灌注桩, 按端承桩设计, 桩底标高-43.0m, 桩基伸入承台0.2m, 桩长为42.2m。桩基呈梅花型布置, 顺桥向桩距5.0m, 横桥向桩距7.0m。
2 方案确定
望东长江大桥北主桥墩位于长江中央, 施工处水深流速大, 且长江航道行船密度大, 对江中主墩施工干扰严重, 承台本身为整体式大体积高桩承台。根据施工水位、承台位置、承台标高与河床的关系、工程特点及工期要求等综合考虑, 确定北主桥墩承台采用有底双壁钢吊箱围堰施工。围堰封底采用C25水下混凝土, 厚度为2.6m, 封底顶标高为-1m, 总方量为2190m3。承台采用C35混凝土, 分3次浇筑, 浇筑厚度依次为3m、3m、2m, 总方量为8914m3。
3 双壁钢吊箱围堰设计
3.1 工况分析
钢吊箱围堰作业时段, 设计受力状态可按照以下工况条件进行分析:
工况一:钢吊箱起吊工况;
工况二:浇筑封底混凝土工况;
工况三:抽水工况;
工况四:浇筑第一层承台混凝土工况。
3.2 受力体系介绍
在底板上焊接设置铰支座, 在钢护筒上搁置固定米字型支架, 铰支座和米字型支架之间连接Φ40mm精轧螺纹钢筋, 每个钢护筒处设置6根精轧螺纹钢筋。钢吊箱的全部重量通过精轧螺纹钢筋最终传递给钢护筒, 则32根钢护筒是整个钢吊箱的承重载体。
3.3 钢吊箱围堰的结构形式
图1所示, 双壁钢吊箱内轮廓尺寸为47.03m×25.03m, 外轮廓尺寸为50.03m×28.03m, 壁体厚度1.5m, 壁体总高度20.1m, 内设四道钢管撑, 重量约1400t。钢吊箱由壁体、底板、内支撑系统、拉杆装置等组成。
3.3.1 底板结构
钢吊箱底板结构由面板、次梁、主梁、加强梁、封边槽钢组成。主梁及加强梁采用HN350×175mm型钢, 次梁采用HN150×75mm型钢, 面板为8mm钢板, 封边槽钢采用[36槽钢。
3.3.2 壁体结构
钢吊箱壁体结构由外壁板、内壁板、纵向次梁、水平环板、水平横撑、组合梁、隔舱板等部分组成。外、内壁板采用6mm钢板;纵向次梁采用L80×50×6mm角钢;水平环板14mm钢板;水平横撑采用L100×8mm角钢与L90×8mm角钢;组合梁翼缘板采用16mm钢板, 腹板采用14mm钢板;隔舱板采用8mm钢板与14mm钢板。
3.3.3 内支撑系统
内支撑共设置4道, 水平撑采用Φ800×12mm钢管, 竖向撑采用Φ600×8mm钢管。
3.3.4 吊挂系统
拉杆采用Φ40mm精轧螺纹钢筋, 下端与底板设置的铰支座连接, 上端锚固在米字型支架上 (见图2) 。
4 钢吊箱加工
底板、壁体、内支撑全部集中在指定厂家分块制作:底板总重约150t, 分成4块, 单块最大重量约37.5t。底板在桩基位置要预先开孔, 以利于钢吊箱整体顺利沉放, 开孔位置为按照桩基完成后现场实测的Φ3.3m钢护筒位置准确定位, 开孔尺寸为钢护筒直径每侧加大200mm的预留量。同时事先在底板的各个钢护筒区周围焊接设置连接精轧螺纹钢筋的铰支座。
钢吊箱壁体总高度20.1m, 双臂高度18.7m, 单壁高度1.4m。双臂部分成3层, 分别为6.4m、6.0m、6.3m, 第一、二层分层8块, 第三层分成12块, 共计28块。壁体总重量约820t, 单块最大重量约50t。所有的壁体单元均做好编号, 并标明上下游和南北方向, 以免现场拼装混乱。
钢管内支撑分4组, 高度方向分1组, 平面分4组, 总重量约243t。内支撑做成4个整体单元, 到现场安装, 只需将4个整体单元相连即可。
5 钢吊箱拼装
钻孔桩施工结束后, 拆除护筒区平台, 从上游往下游方向拆除。平台拆除按照搭设的相反方向进行, 拆除同时进行钢吊箱拼装平台施工, 然后开始拼装钢吊箱。
5.1 底板组拼
底板按照从上游往下游方向的顺序进行拼装。具体拼装步骤为:
(1) 拼装平台施工完毕后, 在平台顶面放样底板轴线位置, 并拉出轴线。
(2) 起吊钢吊箱底板, 将其套入钢护筒内, 根据轴线初步定位。
(3) 用手拉葫芦和机械千斤顶精确调整平面位置和标高 (平整度) , 合格后, 焊接固定。
(4) 按照上述方法逐块安装其它底板, 检查其整体平整度。
(5) 主梁拼装和焊接。
(6) 纵、横面板安装。
5.2 壁体组拼
钢吊箱壁体组拼顺序为:从中间往两侧对称逐块拼装, 在两端合龙。壁体上下层接缝错开, 钢吊箱壁体组拼施工步骤如下:
(1) 底板组拼完后, 根据底板中心线放样出壁体内外轮廓线, 并做好标示。
(2) 在底板上设置限位块, 起吊壁体置于限位块内, 检查底部位置是否满足要求。用手拉葫芦 (或机械千斤顶) 调整垂直度, 吊垂线检查。
(3) 在壁体两端的内外侧同时将壁体与底板焊接固定。
(4) 继续吊装第二块壁体, 调整垂直度及端部焊缝宽度之后与底板焊接固定, 同时在壁体顶部焊接相邻壁体之间的环板。
(5) 从两侧依次拼装第一层壁体至合龙段, 安装合龙段时根据实际合龙口宽度配切合龙段。
(6) 第一层壁体焊接的同时, 在其顶部内外侧安装施工平台, 便于第二层壁体安装。
(7) 按照第一层壁体的拼装方法, 组拼第二、三层壁体。
(8) 在钢吊箱顶面焊接护栏, 安装顶层单壁体。
5.3 内支撑组拼
内支撑分4组, 高度方向每4层1组, 平面分4组。先安装整体构件, 后安装连接单件。整体构件安装前在壁体上焊接临时牛腿, 便于构件搁置, 钢管一端与壁板直接焊接, 另一端与壁板采用哈夫接头连接。
5.4 拉杆安装
拉杆为Φ40mm精轧螺纹钢筋, 长约20m, 分2根用连接器相连。拉杆下端与铰支座连接, 上端挂在临时平台上。
5.5 其他附属设施安装
在钢吊箱顶面焊接栏杆, 便于人员行走。在钢吊箱北侧壁体的内、外侧设置爬梯, 便于施工人员翻越壁体, 进出钢吊箱。
5.6 壁体水密性试验
对于内外壁板的所有对接焊缝、底板对接焊缝、隔舱板对接焊缝、内外壁板与底板的角焊缝及内外壁板与隔舱板的角焊缝均采用渗油法检验焊缝的水密性。
6 钢吊箱沉放
钢吊箱重约1400t, 采用1台1200t浮吊和1台800t浮吊共同起吊沉放, 分别承担800t和600t的起重量。具体沉放步骤为:
(1) 钢吊箱组拼完后, 提前拆除底板护筒区内支撑梁 (HN350×175mm型钢) , 使底板自重传递至壁体下支撑梁, 拆除顺序为:从底板中心往四周方向拆除, 预留四周壁体位置支撑梁。
(2) 浮吊在指定位置抛锚定位, 提前1d栓接吊具, 做好起吊准备工作。
(3) 起吊钢吊箱, 使其脱离平台30cm, 此时钢吊箱底板仍然套在钢护筒上, 割除四周壁体支撑梁。
(4) 钢吊箱支撑体系割除完后, 检查钢吊箱平面位置, 浮吊缓慢下放钢吊箱至入水自浮, 钢吊箱入水自浮状态时, 吃水深度约为6.68m。
(5) 钢吊箱入水自浮后保持浮吊起吊状态, 吊具钢丝绳收紧但不受力, 对称均匀注水并观测钢吊箱顶面高程, 保持平稳下沉。通过注水精确调整顶面高程和壁体的垂直度, 直至钢吊箱下沉至设计标高。同时调整钢吊箱的顶面平面位置。
(6) 钢吊箱沉放到位后, 在钢护筒顶口安装米字型支架, 将拉杆上端锚固于支架上, 用扭矩扳手将拉杆螺母拧紧, 并切断拉杆固定环。拉杆安装前, 长江水位变化大于100cm时, 应及时根据水位情况增减钢吊箱壁体内水深度。
(7) 由潜水员在水下安装哈夫板, 封堵钢护筒与钢吊箱底板的间隙, 并在哈夫板上堆码一层袋装混凝土。
钢吊箱顶面高程和平面位置调整, 钢吊箱注水下沉过程中在2#、5#、7#、13#、20#、26#、28#、31#钢护筒上焊接牛腿, 牛腿顶面标高+13.67m, 钢吊箱内壁设置有反向牛腿, 牛腿底面标高+13.7m。牛腿布置如图3、图4所示。
钢吊箱注水下沉至距离设计高程30cm位置后, 测量钢吊箱顶面高程, 通过注水精确调整顶面高差;继续均匀注水下沉至距离设计高程5cm位置后, 根据测量结果精确调整顶面高程至满足精度要求, 此时测量每组牛腿之间的实际间隙, 用钢板调整间隙差;再继续均匀注水下沉至每组牛腿之间接触, 通过牛腿控制顶面高程。
每组牛腿之间接触后, 测量钢吊箱顶面平面位置, 在钢护筒牛腿顶面设置30t (或50t) 千斤顶, 调整平面位置至满足精度要求, 并在牛腿之间焊接限位装置以固定平面位置。上下游水流力较大, 在上游位置布置2个50t千斤顶, 其它位置布置15t千斤顶。平面位置调整结束后, 各仓内继续均匀注水30~80cm, 使所有牛腿之间紧贴, 并焊接固定。考虑水流力影响, 下游侧壁体内注水深度大于上游侧壁体, 以便顶面平衡。
7 结语
望东长江大桥北主桥墩自2013年4~6月顺利完成了钻孔平台拆除、钢吊箱组拼、沉放、封底和承台混凝土浇筑等全部工作, 在6月10日长江最高水位来临之前完成了承台第一层混凝土浇筑, 解除了北主桥墩整个施工过程中的最大风险。受到了业主及监理单位的一致肯定, 证明此深水高桩承台有底双壁钢吊箱围堰设计与施工技术对缩短工期、降低成本、保证承台施工质量起到了很好的效果, 为类似工程提供了借鉴。
摘要：随着高速公路、铁路建设的飞速发展, 大跨径深水桥梁基础多采用群桩基础, 大体积混凝土承台, 水中承台与钢吊箱围堰的设计施工密不可分。双壁钢吊箱围堰结构强度高、防水性能好, 并且结构简单、施工方便, 适用于桥梁深水高桩承台的施工。本文根据以往施工的经验, 结合安徽省望东长江大桥北主桥墩承台钢吊箱的施工实际, 探讨双壁钢吊箱围堰的设计和施工, 为同类工程提供参考。
关键词：高桩承台,钢吊箱,围堰,设计,施工
参考文献
[1]中国工程建设标准化协会.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2006.
[2]中交公路规划设计院.JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.
[3]交通运输部, 中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2011.
深水低桩承台 篇3
广州新光大桥横跨珠江主航道, 全桥布置为 (3×50) m+ (177+428+177) m+ (3×50) m, 其中引桥为3×50m的预应力砼连续箱梁, 主桥为177+428+177m三跨连续刚构钢桁拱, 全桥桥长1 083.20m, 桥面全宽37.62m, 双向六车道, 两侧各设置3m宽的人行道, 设计荷载为汽-超20级, 地震烈度7度 (按八度设防) 。桥梁基础为钻孔灌注桩承台结构, 主墩为整体式承台, 其余为分
主墩承台几何尺寸为:48.3×34.7×6.0m (长×宽×高) , 承台处水深约10m, 大桥跨越南珠江, 为潮汐性河流, 平均潮位差1.5m。河床为粉细砂、中砂, 下伏基岩裂隙发育, 当进行基础承台开挖时, 因水头差的变化, 砂粒极易顺水带走, 而形成管涌或流砂, 施工安全不易保证。
2 提出施工方案
由于施工受潮汐和通航限制, 承台大体积砼面积大, 地质情况差, 且完全处于水中, 工程量大, 安全施工面临严峻考验, 质量要求严, 工期紧迫, 本工程48.3×34.7×6.0m承台施工在国内无此先例。
若采用常规的钢套箱施工存在以下问题:
1) 钢套箱施工需重新搭设提升设备, 不但增加投资, 而且延长工期;
2) 钢套箱施工对基底的抗渗要求较高, 至少要求封底砼3m厚, 工程造价太高;
3) 钢套箱施工自重大, 吊装就位难, 且水上施工困难, 存在安全隐患;
4) 两种施工方案的比较 (见表1) 。
新光大桥水中承台施工方案比较表新光大桥水中承台施工方案比较表
由此可见, 采用钢套箱围堰无法满足施工工期要求, 承台的施工需要创建新型的围堰来代替。为此通过集思广益的方式, 对大体积深水基础围堰方案进行讨论, 按支撑结构形式归纳共提出4种方案及其平面图如下:
3 方案综合分析、评估及比选
3.1 贝雷梁纵横对撑方案
由于该方案贝雷梁纵横交错, 空间节点难以处理, 贝雷片损失大, 其回收率只有70%, 工程造价为453.4万元, 在钢筋安装要求的施工空间需12×12m, 该方案只有6×6m, 且在砼浇筑过程中拆除贝雷梁的支点转换不易布置。
该方案具有:1) 安全可靠性差, 容易失稳;2) 传力明确;3) 施工不便, 节点处理困难;4) 可利用钢护筒作为竖撑, 经济性较好。
经研究分析对比, 该支撑体系是比较经济的做法, 但由于施工空间只有6m×6m, 非常狭小, 不便于基底的处理及钢筋的安装, 施工及其困难, 此方案不能满足要求。
3.2 型钢纵横对撑方案
由于该方案型钢纵横交错, 空间节点难以处理, 型钢回收率为85%, 工程造价为466.4万元, 且在砼浇筑过程中支点转换容易布置。在钢筋安装要求的施工空间需12×12m, 该方案只有6.4×6.4m。
该方案具有:1) 安全可靠性差, 易失稳;2) 传力明确, 受力合理;3) 施工不便, 节点处理困难;4) 陆地上制作, 现场拼焊;5) 型钢材料使用较多, 且回收利用率为85%, 经济性一般;6) 支撑转换方便。
经研究分析对比, 该方案在支撑转换和施工空间上比方案一要好些, 但由于施工空间也只有6.4m×6.4m, 非常狭小, 不便于基底的处理及钢筋的安装, 施工及其困难, 此方案不能满足要求。
3.3 大角撑方案
该方案在构思上有较大突破, 比方案一、二有着显著有点, 型钢回收率为95%, 工程造价为421.2万元, 施工空间为26×8.5m, 满足钢筋安装要求的施工空间12×12m, 且在砼浇筑过程中支点转换容易布置。但部分斜撑杆件自由度偏大, 超出设计值100, 容易失稳。
该方案具有:1) 安全可靠性一般;2) 传力明确, 受力合理;3) 施工便捷, 施工空间大;4) 陆地上制作, 现场拼焊;5) 型钢回收利用率为95%, 造价低, 经济性好。
经研究分析对比, 该支撑体系是比较安全、经济的做法, 但部分斜撑杆件自由度偏大, 此方案安全性能不能满足要求。
3.4 角撑与对撑结合方案
该方案型钢回收率为95%, 工程造价为422.4万元, 施工空间为18×6m, 满足钢筋安装要求的施工空间12×12m, 且在砼浇筑过程中支点转换容易布置。部分斜撑杆件自由度偏大这一缺点也得到了解决, 稳定性好。
该方案具有:1) 支撑体系安全可靠;2) 传力明确, 受力合理;3) 施工便捷, 施工空间大;4) 陆地上制作, 现场拼焊;5) 型钢回收利用率为95%, 造价低, 经济性好。
经研究分析对比, 该方案在方案三的基础上进行了优化设计, 使支撑受力更加合理, 结构更加安全, 是比较安全、经济的做法, 通过比较, 认为此方案能满足要求。
以上4种方案优 (缺) 点归纳汇总如下表:
4 确定最终方案
经过分析比选, 确定采用角撑与对撑结合方案, 即不封底的钢板桩围堰施工方案。其构造见图2。其具体施工流程是:钢板桩尽量打入全风化层或打入强风化层;钢板桩合龙后, 整平基底, 然后回填石粉;完成顶层内撑后, 堵漏止水;内侧回填石粉反滤层, 外侧抛砂袋与内侧基本平齐, 防冲刷;分层抽水, 在低水位时安装内撑;抽干围堰内水, 设导渗盲沟引水至四周排水沟、集水井, 干浇筑砼垫层, 见施工流程图3。
参考文献
[1]JTJ024-85.公路桥梁地基与基础设计规范.
谈某桥梁深水承台施工技术 篇4
关键词：钢板桩,钢构桥,深基坑
1 工程简介
某工程位于西藏昌都县城西南部, 214国道昌都至邦达机场路段之间路段国道东侧, 上跨越澜沧江使江东侧的农科所与西侧214国道边的生格村相连, 该地区海拔高度约为3240m, 属于典型的高原地区。该桥全长170mm, 桥梁跨度45m+80m+45m, 采用预应力混凝土刚构桥结构形式。中墩基础采用钻孔灌注桩接承台基础, 承台尺寸为19.15m×6.9m×2.5m。承台及桩基施工采用先筑岛围堰施工桩基础, 再对承台基坑进行支护, 现浇承台施工方案。
2 水文地质情况
根据水文资料显示, 澜沧江枯水季节和雨季期间水位高差约为8m。澜沧江水位状况为:近年最高水位高程H最=3214.40m, 常年洪水位高程H常=3210.20m, 设计情况:1#承台设计底高程H1底=3201.40m, 2#承台设计底高程H2底=3204.50m。承台施工选择水位较低的季节施工, 考虑水位变化, 承台基坑深度约7m。
基坑开挖位置地层分别穿透卵石层、强风化粉砂质泥岩及中风化粉砂质泥岩。卵石层以灰白色、青灰色为主, 偶夹圆砾和漂石, 母岩成分主要成分为砂岩、花岗岩等, 一般呈中-微风化, 磨圆度较好, 呈亚圆形, 一般卵石含量为50%~70%, 粒径2~18cm, 充填细-中砂、角砾、粉质黏土, 含量约15%~20%。中风化粉砂质泥岩为紫红色, 泥质结构, 层状构造, 多为泥质胶结, 局部为钙质胶结。岩体较完整, 岩芯多呈短柱-柱状, 柱长约6~20cm, 节理一般发育, 偶可见铁锰质浸染。
3 深基坑支护施工
因基坑开挖后, 基坑壁受到的水压力很大, 且因本地缺乏黏土, 土石围堰及下部的卵石层渗水性极好, 为创造施工条件并保证施工安全, 采用钢板桩压入工法施工, 以此进行基坑支护及止水。承台相对自然地面基坑开挖深度为7m, 嵌固深度为5m, 基坑围护用钢板桩为日本产SKSP-Ⅳ型, 即拉森Ⅳ型高强度钢板桩, 单根宽度40cm。在深度1m处第一层支护, 围檩采用热轧H型钢HM400×300×10×16, 支撑材料采用热轧H型钢HM400×300×10×16。在深度3m处第二层支护, 围檩采用热轧H型钢HM400×300×10×16, 支撑材料采用热轧H型钢HM400×300×10×16。采用钢板桩支护具有优势: (1) 采用钢板桩支护, 止水效果好; (2) 施工方便, 大大缩短了工期; (3) 钢板桩强度高, 保证了施工安全有序的进行; (4) 钢板桩可重复利用, 经济适用性强, 节省施工成本。
钢板桩插打设备选择日本GIKEN公司的ECO400S无声压入机 (见图1) , 设备采用克服坚硬地质工业法, 利用GIKEN独自的除芯理论, 在保证压入工法优越性的前提下, 实现了在砂砾层, 卵石层等坚硬地质的压入施工。迄今为止的试制机所积累的大量施工实绩, 充分证明了该工法的优越性。螺旋钻装置作为最小限度的压入辅助设备, 具有排土量少, 不破坏周围地基, 并可迅速完成具有强大支持力完成桩的特点。
主要施工工序如下:
1) 插打钢板桩。正确确定钢板桩的起始桩位和合拢桩位。保证拉森桩封闭效果。
2) 整体围堰施工完毕后, 围堰内进行开挖, 分步设置围檩, 增加支撑。
3) 开挖至槽底后, 整平及地面, 浇筑混凝土垫层, 进行承台结构施工。
4) 墩柱施工期间, 分步进行, 并根据支撑位置逐步拆撑、拆除围檩。
5) 向围堰内注水, 直至与外侧水位等高后, 拆除拉森板桩。
施工工艺流程如图2所示。
4 施工注意事项
施工期间, 应该对工程的现场进行观测, 包括采用仪器设备观测和巡视检查相结合的方法。观测对象应与基坑工程设计、施工方案相匹配, 针对观测对象的关键部位, 做到重点观测、项目配套并形成有效的、完整的观测系统。本项目变形监测内容包括基坑位移观测和基坑周边建筑沉降观测。
5 结语
经过2个多月的紧张施工, 采用静压拉森高强度钢板桩对桥梁深水承台施工基坑进行支护, 不仅保证了施工安全有序的进行, 缩短了工期, 而且止水效果好。
参考文献
[1]JTG/TF 50-2011公路桥涵施工技术规范[S]
深水低桩承台 篇5
某工程主桥为2×136 m独塔单索面混合梁斜拉桥,全长272 m。主塔(15号墩)基础采用16根ϕ2.2 m钻孔桩,主墩承台平面为带4个圆弧倒角的矩形,尺寸为24.0 m×17.5 m,承台顶标高+4.0 m,底标高+0 m,厚度4.0 m,C45混凝土浇筑量为1 666 m3,分2次浇筑完成,每次浇筑高度为2.0 m。主塔塔座高度3.0 m。
图1为主桥桥型图。
工程主桥承台围堰施工存在的关键技术和难点如下。
1)水道最大流速0.7 m/s,主墩承台下河床覆盖层为淤泥层夹砂层,封底完成后围堰内外最大水头差7 m,施工环境较为复杂。
2)主桥承台钢板桩围堰设计需保证施工安全性、可操作性等要求。
3)水道涨潮与落潮时水流方向相反,且水流较急,增加了钢板桩围堰的精确定位及施打难度。
4)水下混凝土封底是能否实现干施工环境的关键工序,施工中应精确控制,以保证封底混凝土质量。
2主要施工步骤
结合主桥承台施工要求及现场地质情况,主墩承台拟采用钢板桩围堰施工方案。主要施工步骤为:桩基完成后拆除桩基施工平台→定位钢板桩围堰导向架→施打钢板桩→抽水堵漏及焊接支撑系统→承台施工→支撑体系转换→塔座施工→拆除围堰。
3主桥承台施工工艺
3.1围堰施工准备
钢板桩围堰的施工准备主要包括3个方面。
1)支撑系统材料加工。
主桥承台围堰的支撑系统材料包括双肢I56型钢,双肢I40型钢,双肢I25型钢,630 mm×8 mm钢管桩。为保证施工进度,应提前15 d按图纸要求下料加工。
2)钻孔平台拆除。
桩基完成之后立刻开始平台拆除,主墩平台拆除后示意见图 2 。
3)钢板桩的选用与整理。
主桥承台围堰钢板桩型号为拉森IV型,桩长18 m,采用60 t振动锤施打。根据计算采用18 m钢板桩围堰入土深度能够满足要求。 钢板桩进场后,采用冷弯、热敲(温度≤800 ℃)、焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。整修后的钢板桩达到锁口内外光洁并呈一直线,全长不应有焊瘤、钢板、角铁或其他突出物,两端切割整齐。接头强度与其他断面相等。
3.2围堰导向系统施工
1)施打定位钢管桩。
平台贝雷梁及下横梁拆除完成之后,拔出平台内的8根钢管桩,从钢管桩顶口向下量4.5 m焊接I40型钢作为第2层导向架牛腿。按设计坐标在测量仪器的精确控制下重新施打,作为整个钢板桩围堰的定位钢管桩,每根钢管桩桩长24 m,施打时桩顶标高控制在+9 m。为减少误差,钢管桩在低潮位平潮时施打,要求钢管桩垂直度误差控制在1%,平面误差<5 cm,标高误差<10 cm。定位钢管桩施打完成后,测出桩顶标高,用切割或者补焊型钢的方法调平第2层支撑牛腿至标高+4.5 m,然后在+7.5 m焊接钢牛腿,作为第1层支撑牛腿。
2)导向架定位。
在测量控制下,抢低潮位首先定位第2层导向架。第2层导向架由第2层内支撑系统围檩与第3层内支撑系统围檩焊接而成,定位时用吊线法复测第1层导向架与第2层导向架是否在同一平面。经反复调节完成定位,保持吊车吊装状态,在钢管桩上焊接反向牛腿加固。
3.3钢板桩施打
1)施打方法。
为加快施工进度,钢板桩采用对角双向施打工艺,配置3台500 kN 吊车,2台60 t振动锤。分别从北岸上游和南岸下游2个角点双向施打,于南岸上游北岸下游2个角点附近同时合龙。
2)技术要求及注意事项。
(1)主墩钢板桩施打顶标高为+8.2 m,过渡墩钢板桩围堰顶标高为+7.5 m,实际施打时误差<20 cm。首根直角钢板桩插打时,应严格控制其标高、平面位置及垂直度,插打完毕后,用I25型钢将其与附近的平台钢管桩焊接,以保证后续钢板桩的准确插打。
(2)每根钢板桩施打至相应标高后,与相邻钢板桩焊接加固,增加整体稳定性,以避免施打钢板桩时阻力太大而带动相邻钢板桩下沉。要求每根钢板桩标高误差≤10 cm。
(3)钢板桩围堰于北岸下游与南岸上游2个角点附近合龙。首先将角点一边的钢板桩插打完成,根据围堰转弯所需的实际尺寸焊接直角钢板桩施打,要求2条直角钢板桩必须满焊;另一边留出3 m左右的调整空间作为合龙段。合龙段的钢板桩控制在6～8根,要先插后打。若合龙有误,则用千斤顶对顶或用倒链和滑轮组对拉使之合龙。合龙后,再逐根打到设计深度。
(4)因围堰堵漏工程量较大,每天在围堰外侧堵漏的潜水员应完成前一天施打钢板桩堵漏工作。
(5)钢板桩应紧贴两层导向架施打,每隔0.4 m,将1根钢板桩与围檩用钢板焊接加固,以增加整个结构的稳定性。
(6)钢板桩合龙后,在围堰上下游侧各选1根钢板桩开1个边长10 cm的小口,标高+4.3 m,以平衡内外水压,焊接完成第1层、第2层内支撑之后,在低潮位时焊接钢板堵住小口,开始抽水作业。
3.4内支撑焊接
主墩围堰内支撑系统在围堰封底完成之后进行,主墩围堰分别在+7.5 m、+4.5 m、+3.7 m与+1.5 m设置4层内支撑系统。
1)第1、2层内支撑焊接。
主墩围堰第1层支撑标高+7.5 m,第2层支撑标高+4.5 m。据施工观测,水道低潮水位为+4.0 m,封底完成之后,原则上先焊接第2层支撑,再焊接第1层支撑,2个/d的低潮水位可以保证6 h的焊接时间。内支撑结合施工图纸与现场施工情况现场下料,应在封底混凝土浇筑前完成主墩围堰第1层和第2层内支撑的下料。
2)第3层内支撑焊接。
主墩围堰焊接好第1层、第2层支撑后,开始进行围堰的首次抽水。在抽水时继续堵漏,将抽水标高控制在+2.5 m,在+3.0 m标高处割除1、4、13、16号护筒,以方便第3层支撑系统的吊装与焊接。第3层内支撑系统焊接完成之后,抽水至封底混凝土,开始第1层主墩承台施工。
3)第1次支撑体系转换。
在第1层承台施工过程中可以先完成第4层围檩的焊接,以及双肢I25短支撑的加工。第1层承台模板拆除之后,焊接第4层临时支撑,要求第4层支撑必须在潮水水位<4.5 m时焊接,可以先将短支撑点焊固定,全部支撑定位之后再重新加固。第4层支撑焊接完成之后,拆除第3层支撑,开始第2层承台施工。
4)第2次支撑体系转换。
在第2层承台施工完成后,焊接第3层临时内支撑,具体施工工艺同第1次支撑体系转换。第3层临时支撑焊接完成后,只拆除第2层支撑系统的12 m长斜撑,开始塔座施工。
5)钢板桩围堰拆除采用逐层注水、逐层拆除支撑的方法。
先注水入围堰至标高+1 m,拆除第4层临时支撑,将第2层支撑拆除部分,在主塔底座上做简单支护;再将水注入围堰至标高+3 m,拆除第3层临时支撑。第3层临时支撑拆除后,拔除1根钢板桩,令水流入围堰,保持内外水压平衡。趁每天低潮的时段拆除第2层支撑,最后拆除第1层支撑,拔除钢板桩。
6)钢板桩围堰质量控制措施。
(1)内支撑系统的围檩应按照图纸尺寸提前加工完成,内支撑则应结合现场实际情况下料。
(2)要求内支撑施工班组严格按照图纸要求进行焊接,包括焊接方法、焊缝长度、焊缝的饱满程度等。每一道焊缝都要经过技术人员的验收。
(3)在整个围堰内支撑安装及拆除过程中,要根据现场工长及技术人员指令,严格控制围堰内水位,使整个围堰受力在设计考虑工况范围之内。
3.5钢板桩围堰封底
主墩承台封底混凝土厚2.2 m,理论用量1 156 m3,采用水下封底工艺。采用1台泵车泵送,混凝土供应量为40 m3/h。主墩围堰封底浇筑控制在15 h之内完成。
1)基底清淤及找平。
为提高地基承载力,对钢板桩围堰内河床淤泥进行处理。主墩围堰范围内河床标高为-0.5～+0.5 m,首先用22 m臂长的挖机直接进行挖泥。施工时可根据实际情况对吸泥厚度进行调整,最后将河床标高控制在-0.7 m,误差<20 cm。挖泥完成后,在河床底部铺1层薄铁皮,将封底混凝土与淤泥隔离开。
2)钢护筒外壁的清理。
承台封底前由潜水员下水用高压水枪清除钢护筒外壁的水锈和其他杂物,保证封底混凝土与钢护筒之间的握裹力。
3)封底施工平台搭设及导管布置。
封底临时施工平台以钢护筒为基础,主梁采用双肢I40型钢,分配梁采用双肢I25型钢,双肢I40型钢的底标高为+8.8 m。
封底混凝土流动半径按+3.5 m考虑。主墩承台围堰封底需准备11 m长导管8条,导管布置从北岸向南岸分为A、B、C、D、E、F 6个区域,由槽14型钢焊接成限位卡固定。第1批导管定位在A区域及B区域。封底时由A至F依次进行。过渡墩围堰导管布置类似,封底时由上游向下游进行。
4)封底混凝土的浇筑。
主墩围堰封底混凝土浇注需要设备如下:泵车1台,500 kN履带吊1台,汽车吊1台,3 m3的大料斗1个,1 m3小料斗1个,3 kg的测量锤10个,15 m长的测绳10条。
每个浇筑点及测点处平台标高应提前测出,作为测量混凝土面的依据,并用油漆标志在该点处。
主墩围堰混凝土浇筑从南岸向北岸推进,第1个浇筑点为南岸上游点A1,用汽车吊控制封底导管的移动。选大料斗,采用拔球法进行首批混凝土浇筑,导管附近混凝土面标高+1.5 m后,将大料斗换成小料斗,同时将A1点控制范围内的混凝土面标高测出。若某个区域内的混凝土面标高<1.2 m,则用吊车将导管移至该点进行补料,直至浇到预定标高。A1点浇筑完成之后按照相同方法,依次进行A2、A3和A4的浇筑。浇筑完成的点每隔0.5 h测1次标高。若混凝土下降高度过大,继续返回补料,直至混凝土不再明显下沉为止。每个浇注点观察时间≥2 h。
A区域混凝土浇筑完成后,1台吊车按相同方法浇筑B区域,另1台则将A区导管移至C区,准备C区的浇筑。依次循环进行,直至整个围堰浇筑完成。
混凝土浇筑临近结束时,全面测出混凝土面标高,根据测量结果,对混凝土面标高偏低的测点附近的导管增加灌注量,达到预定标高。
当所有测点的标高满足控制要求后,结束封底混凝土浇筑。
3.6桩头处理
主墩承台封底混凝土浇筑完毕后,待强度达到90%后,在标高为+1 m处割除钢护筒。钢护筒顶部伸入承台100 cm,其中80 cm切割成间隔12 cm、宽6 cm的条状,其上设置锚固钢筋,1个钢护筒顶设48根ϕ28 mm的锚固筋,双面焊接于钢护筒外壁,并与钢筋笼主筋位置对应。
桩头采用风镐凿除,不得损伤桩身混凝土和主筋,以保证钻孔桩与承台之间的连接。桩顶凿至设计标高后,对桩头钢筋进行清理、调整。
桩头处理完毕,将封底混凝土顶面杂物清除,采用人工和风镐2种方式凿除多余的封底混凝土至设计标高,对低处回填至设计标高,使钢筋绑扎场地平整。
封底混凝土处理完毕,将封底混凝土顶面打扫冲洗干净,并将桩顶伸出钢筋和钢护筒调直,理顺,然后绑扎喇叭口钢筋的箍筋。
4结语
深水急流环境下承台围堰施工技术 篇6
某黄河特大桥设计为左右双幅分离式桥梁, 主桥跨越黄河, 上部结构为70+128+70m预应力混凝土变截面悬浇连续箱梁, 下部结构为薄壁墩、低桩承台, 承台平面尺寸10.5m (横) ×6.9m (纵) , 承台厚3.5m, 左右幅承台横向净间距1.25m。基础采用直径1.8m钻孔灌注桩。
桥梁主墩位于主河道内, 主桥处河道宽度220m, 最大流速5.75m/s。承台顶面位于河床面以下0.8m, 承台底距洪水位水面高度为14.15m。
桥梁位于黄河侵蚀堆积河谷阶地, 桥梁处淤积层为粗砂及细砂, 沿桥梁纵向各处水文条件变化无明显规律。粗砂:层厚13.1m, 次棱角状, 可见最大颗粒粒径达30mm, 淡红色粉土约占10%, 饱和, 稍密。细砂:层厚14m, 灰色, 饱和, 松散, 土含量少。 (如图1)
2 围堰的方案比选
在本工程桥梁基础施工中, 根据水深、流速、地质情况等因素, 可选择的结构形式有:双壁钢围堰及钢板桩围堰。
2.1 双壁钢围堰
主墩承台围堰采用矩形双壁钢围堰的结构形式, 围堰设计总高度17m, 入土深度6.24m。外径为28.0m×9.1m, 围堰壁厚1m, 在高度方向为3节, 高度为 (6.5+5+5.5) m。水平块与块之间采用螺栓连接, 竖向上下节之间采用焊接连接。封底混凝土厚2m, 水下封底1.8m, 待抽水后再浇筑20cm找平。封底混凝土标号采用C30水下混凝土。 (图2)
2.2 钢板桩围堰
钢板桩采用FSP-Ⅳ型钢板桩, 桩长24米, 封底混凝土厚2m, 钢板桩入土深度6.35m。围堰尺寸为25.3×9.5m, 围堰比承台周边大130cm, 围囹和内支撑采用I63b工字钢、I40a工字钢焊接成空间桁架结构, 材质Q235。牛腿及竖向连接采用[32槽钢, Q235材质。 (图3、图4)
2.3 方案比选
经过对比分析, 从工期及成本方面, 采用多种措施保证施工安全等因素, 采取24m长钢板桩围堰施工方案。 (表1)
3 钢板桩围堰施工
根据桥位处水文地质情况, 主墩水中承台施工采用先桩后堰法, 围堰采用钢板桩围堰。水中灌注桩结束后拆除部分水中工作平台, 利用剩余工作平台钢管桩和护筒拼装围囹, 下沉预安装到位, 作为钢板桩定位导向架。然后从上游中部逐根插打钢板桩直至合拢, 合拢后进行基底开挖清理, 水下浇筑封底混凝土。待封底混凝土达到设计强度的90%后, 逐层抽水加固围囹, 并安装最下层围囹。围囹及内支撑全部完成后抽水施工承台, 承台施工结束后, 对围囹支撑进行体系转化, 然后施工墩柱直至墩柱施工结束。 (图5)
3.1 钢板桩接长
钢板桩设计长度为24m, 由于钢板桩进场时分节长度达不到使用要求, 需要现场焊接接长。按照12m+12m和15m+9m两种组合, 数量比例1:1。焊接时先对焊, 再焊加固钢板, 相邻板桩接长缝错开。
3.2 导向架安装
桩基施工完毕后, 将钻孔平台上贝雷梁及桥面拆除, 在各钢护筒外侧, 安装竖向导向架, 作为围囹及内支撑整体下放的导向及限位装置。竖向导向架采用挂壁式结构, 将导向架焊接接固定在钢护筒上。竖向导向架下端设有牛腿, 以承托底层围囹。 (图6)
3.3 安装围囹和支撑
在护筒上焊接牛腿支架, 将围囹及支撑在牛腿上拼装成整体。用两台75t履带吊两侧对称起吊围囹, 割断牛腿支架, 将围囹下放到设计位置。
3.4 插打钢板桩
采用QUY75液压履带吊和DZ90振动锤以四层围囹为导向架进行钢板桩的逐根插打施工。插打顺序:从上游开始, 每边由一角插至另一角, 在下游合龙, 合龙处选择在围堰一边的中点位置。插打钢板桩时要严格控制好桩的垂直度, 特别是第一根桩要从两个互相垂直方向同时控制, 确保垂直不偏。插打一根或几根桩稳定后即与导向架进行联系, 避免跟桩现象出现。插打钢板桩的过程中施工作业人员要对插打桩位置、垂直度进行符合, 偏差超限的应及时纠正, 直至所有钢板桩插打完毕。
3.5 水下清淤
钢围堰内基础开挖, 采用高压水枪射水以及水下吸泥机吸泥相结合的开挖方法。钢板桩插打完成后, 将高压水枪送至河床顶面, 利用水下吸泥机清除堰内淤泥及细砂, 吸泥机开动时注意使内外水头保持平衡。靠近钢板桩和钢护筒的部位可安排潜水员到水下用钢刷进行清理。吸泥完成后以1m间距布设测量网点, 记录每个点的标高, 以此作为混凝土厚度控制依据, 以保证混凝土封底浇筑厚度不小于2m。
3.6 封底混凝土施工
封底混凝土施工前, 在基底抛填30cm厚石块, 防止封底时将基坑底的泥沙搅起, 影响封底混凝土质量。钢围堰封底采用C30混凝土, 封底厚度2m, 设计方量557m3。围堰基坑宽9.5米, 沿宽度方向布置3根导管, 每根导管的作业半径为3m。每根导管配一个料斗, 料斗的容量需满足首灌混凝土数量要求, 首灌要求导管埋深不小于65cm。封底混凝土的浇筑, 由左侧向右侧水平推进。灌筑过程中应及时测量混凝土面的高度变化, 根据断面图, 对灌注的位置和方量及时调整, 以防超灌或欠灌。
3.7 体系转换
承台施工完成后, 在承台周边填筑碎石, 然后浇筑混凝土圈梁。承台和圈梁强度达到90%后, 对第四道支撑进行体系转换。灌水至第三层围囹下50cm, 先安装4#支撑, 然后拆除1#、2#支撑, 再安装5#支撑, 拆除3#支撑, 如此完成第三层支撑的体系转换。依此循环, 直至最上一层支撑转换完毕。 (图7)
3.8 围堰拆除
围囹的拆除与围囹的安装顺序相反, 首先采用水泵加水至最下一层围囹标高处, 然后拆除最下一层钢围囹。依此循环, 直至最顶一层围囹拆除完毕。
在围堰内灌水至高出围堰外侧水位1.5m, 内侧水压力使钢板桩与封底砼脱离。再在下游选择一组或一块较易拔除的钢板桩, 先略锤击振动后拔高1~2m, 然后挨次将所有钢板均拔高1~2m, 使都松动后, 再从下游开始分两侧向上游挨次拔除。
4 结束语
深水基础开挖钢板桩防护方案在孔家寺黄河特大桥得到了成功的运用, 不仅解决了超长钢板桩的在急流环境下易产生倾斜移位、自稳能力差、止水效果差的缺点, 同时也加快了施工进度, 赢得施工的时间, 成功解决了该桥深水基础施工难题。施工过程中, 多次优化施工方案, 简化施工工序, 降低了工程成本。该桥的成功修建, 为施工单位以后跨河桥梁深水基础施工提供了宝贵的施工经验。
参考文献
[1]杨永刚.大体积混凝土施工技术探讨[J].山西建筑, 2006 (14) .
[2]马先明.中小型设备基础施工要点[J].工业建筑, 2007 (S1) .