学文网摘 要:钢板桩围堰广泛应用于水中工程施工中。本文结合茂湛铁路鉴江特大桥工程水中墩钢板桩围堰施工实例,介绍钢板桩围堰的适用条件及特点、组成结构及施工流程,重点介绍钢板桩检修整理、导桩框架安设、钢板桩插打合拢、堰内清碴与封底、堰内抽水及支撑安设、围堰支撑转换与拆除等关键工艺环节的施工方法及其技术要点。
关键词:水中墩;钢板桩围堰;工艺流程;施工技术
1 实例工程概况
鉴江特大桥中心里程为茂湛铁路DK30+791.06,全长2137.06米,共计67孔,上部结构为双线简支梁。该桥为跨鉴江、285省道及鉴江冲积平原而设,其中的57#～64#共计8个墩位于江水中。鉴江为Ⅶ级通航河道,要求通航净高为4.5m,河宽250m左右,水流方向与桥轴线交角为88度,流速约2.02m/s,最高通航水位7.9m。该桥设计为钻孔桩基、刚性承台。承台尺寸为12.2×5.7×2.5m,承台顶在水底以下-0.8m,钻孔桩为8φ1.25m,水中钻孔桩最短15.5m,最长32m。河床覆盖地层为:中粗砂、软塑状淤泥质粉质黏土、细圆砂砾、寒武系变质泥质石英砂岩、燕山早期花岗岩,岩面上地层厚5～26.5.5m。墩位处河水深3.6～8.8m。
2 钢板桩围堰适用条件及其特点
钢板桩围堰适用于水中基坑,覆盖层为淤泥及各类砂性土、黏性土、碎石土、风化岩等地层。钢板桩围堰是施工比较简单、结构受力明确、适用范围广的一种围堰形式。较各种土围堰它有不受水深、地层承载力和堰体空间等现场条件限制、抗水流冲刷性能强、施工进度快、安全风险小等特点。较双壁钢围堰和套箱围堰等它有成本低、工艺简单、工期短、较少占用水面等特点。
根据鉴江特大桥的水深、水文、地质、通航等相关情况,通过几种围堰方案的综合比选,确定57#～64#水中墩均采用钢板桩围堰施工,围堰内净空尺寸为13.5×7m。使用拉森SKSP-IV钢板桩,其长度为16m,截面特性:W=2043cm3,A=247.85cm2。
3 钢板桩围堰的组成结构及施工流程
钢板桩围堰一般是由导桩框架、钢板桩、内支撑、封底砼四个基本结构组成。
钢板桩围堰施工流程:测量放线安设导桩框架插打钢板桩堰内清理封底安设内支撑抽水堵漏承台及墩身施工内支撑转换及拆除拔除钢板桩。
上述工艺流程中:堰内清理作业主要是清除堰内的泥土、砂石等,不抽水,主要通过水中抓挖或水下吸抽方式进行;封底采用水下灌注砼;安设内支撑和抽水堵漏作业需分层交错进行,循环向下直至封底层。
4 钢板桩围堰施工的关键工艺环节及施工方法
4.1钢板桩检修及整理
将新旧钢板桩运到工地后,详细对其检查、丈量、分类、编号。对每片钢板桩作锁口通过试验检查,用一块同型号、长2～3m的短桩作通过试验,以2～3人拉动通过为宜,或采用卷扬机拖拉,有条件时,采用检查小车拉动进行,从桩头至桩尾作通过锁口检查。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯、孔洞等缺陷的钢板桩,采用冷弯、热敲、割除、焊补、铆补、接长等方法加以整修。接长焊接时,需用强力夹具夹平钢板桩接头处,以免变形,在焊接时,先对焊,再焊接加固板,做到接头强度与其它断面等强。对于新桩或接长桩,在桩端制作吊桩孔。
对于检查合格的钢板桩,每道锁口都均匀涂以混合油膏,其体积配合比为黄油:干膨润土:干锯沫=5:5:3,以减少插打时的摩阻力,增加钢板桩在使用时的防渗性能。
采用组桩施工时,预先将2～3片钢板桩拼成一组合桩,组拼后用坚固夹板夹牢。在组桩两端及中间每隔4～5m设一套夹板,组桩吊起插打过程中,自桩底端起,随插打进展逐套拆除夹板,保证组桩插打质量,夹板周转使用。
4.2 安设导桩框架
钢板桩插打施工前,需先安设钢板桩的定位系统,即导桩框架。导桩框架作成内导框形式,导桩框架尺寸根据承台外轮廓尺寸加工作面考虑,工作面按每边1m计算,因此鉴江特大桥的围堰尺寸定为13.2×6.7m。导桩框架由上、下两层内导框组成,两层内导框间距≥3m,以保证钢板桩插打的垂直度。
在一个墩的所有钻孔桩灌注砼施工完毕后,拆除钻孔桩施工平台,清理围堰周边河床,在围堰内侧四周打设定位钢管桩(φ529×8mm),其高出水面4.5m,与钻孔桩钢护筒齐高,用以焊接牛腿并安装导桩框。
在定位钢管桩上贴近水面0.5m高度焊接数个牛腿,用以安装第一层(即下层)内导框(包括限位装置及锚固结构),内导框的围囹由136a工字钢焊接而成,在导框的围囹内作130工字钢斜撑加固。在钢护筒顶端下0.5m高度,以同样的方法安设第二层(即上层)内导框。两层导桩框共同组成导桩框架。
4.3钢板桩插打
顺着导桩框架的围囹外侧面,逐根(或组)插打钢板桩。从上游侧开始,分两头向下游侧行进,在下游侧合拢,形成钢板桩闭合堰体。
4.3.1开始插打的第1、2块钢板桩的位置和方向应确保精确,以便起到样板导向作用。第1、2片钢板桩每打入1m应测量一次,发现有偏差时及时纠正,插打至设计标高后立即用钢筋或钢板与内导桩框架的围囹焊接牢固。其余各钢板桩,则以已插好的钢板桩为准。
4.3.2插打作业分三阶段进行,一是人工扶持钢板桩对准相邻桩锁口,利用钢板桩自重慢慢插入;二是当钢板桩靠自重不能继续插入时,开始启动振动锤进行预打,打到钢板桩稳定深度即可;三是钢板桩形成闭合围堰结构后,再逐根复打到设计深度。
4.3.3整个插打施工过程中,用吊锤控制每片桩的垂直度,及时调整,遵守“插桩正直,分散即纠,调整合拢”的施工要点。出现轻度偏斜时,拔出钢板桩一定高度,纠正至竖直状态,重新插打,必要时可往复几次进行调正。
4.3.4插打过程中遇上大块石或其它不明障碍物,导致钢板桩打入深度不够时,采用转角桩或弧形桩绕过障碍物,再连回至导桩框架围囹侧面上继续插打。
4.3.5遇上软弱的淤泥质地层,当施工中发生将相邻桩带入现象时,可把相邻的数根桩焊接在一起,并与导桩框架临时焊接固定,再进行插打。
4.4 钢板桩合拢
在合拢前剩最后5～7片钢板桩未插打时,需测量并计算两相对钢板桩间的水平距离,再根据钢板桩的宽度,计算出所需钢板桩的片数,非整数片时,可采用转角桩向外绕圆弧合拢,或采用特制型桩凑整合拢等办法。
合拢过程实行“先插后打”,即先把剩余几片钢板桩逐片人工扶持对准相邻桩锁口,利用钢板桩自重插入,到达合拢围堰结构,再逐次施打至设计深度。
钢板桩围堰在合拢时,两侧钢板桩锁口若不平行,出现小幅度的上大下小或上小下大,或左右偏移等情况,用倒链或滑车组对拉调整好,或拔出钢板桩重新定位插打。
钢板桩合拢并插打至设计深度后,将上层内导桩框吊放至下层内导框顶面,并将钢板桩与上层内导框的围囹焊接牢固,该上层内导框便成为钢板桩围堰的顶层内支撑。
4.5 堰内清碴及封底
将安装在围堰侧壁的水体连通管打开,保持堰内外水头一致,采用泥浆泵吸泥,采用冲抓锥冲抓,或高压射水,或高压鼓风辅助使河床砂砾层松动,清理堰内河床至设计封底砼底面,再进行封底砼的水下混凝土施工。
4.6 堰内抽水及内支撑安设
当封底混凝土强度达设计强度80%(同环境养护砼试件)以上时,便可开始进行围堰内逐步抽水,并自上而下分层设置内支撑。内支撑层数及结构按设计要求设置。抽水前,将围堰侧壁的水体连通管封堵。按“分层支撑分层降水”原则进行。内支撑结构由围囹和斜撑组成。钢板桩堰体的第一道内支撑利用上层导桩框在抽水前已安装牢固。
堰内抽水速度不能过快,随时观察围堰的变化情况。当锁口不紧密漏水时,可用棉絮棉纱、板条等在内侧嵌塞,也可在漏缝处外侧撒大量木屑或谷糠,使其由水夹带至漏水处自行堵塞,在桩脚处漏水时可采用砼封底措施。当发生钢板桩和内支撑变形过大时,立即停止抽水,并向围堰内注水,以减少变形,分析原因,采取加固措施后,重新抽水、安装支撑。
抽水至第二道内支撑设计位置时,吊放下层导桩框,用其作第二道内支撑,快速安装稳固(把内支撑的围囹与钢板桩焊接,围囹与钢板桩间的空隙用钢板垫密贴)。继续抽水至第三道内支撑设计位置,吊装设计要求的钢杆件,快速安装好内支撑。继续抽水并同样按设计要求安设好内支撑,直至围堰底的封底砼顶面。随后拆除钻孔桩钢护筒,清理桩头,进行承台和墩身施工。
5 钢板桩围堰支撑转换与拆除
承台施工完毕待强度满足要求后,拆除侧模板,将围堰内承台顶面以下范围的杂物清除,往承台和钢板桩间分层(每层厚约30cm)回填砂土,采用人力夯、注水等措施适当密实填层,遇到内支撑时,将内支撑结构(包括围囹和斜撑)全部拆除,让支撑力分配到所填砂土和上层内支撑上,继续分层回填砂土层和拆除内支撑,直至承台顶面。再进行墩身施工,待墩身施工完毕后,清理堰内杂物,慢慢往围堰内注水,当水面接近内支撑结构时,停止注水,拆除该层内支撑结构,按此程序继续注水和拆除内支撑结构,直至内支撑全部拆除,围堰内外水头平齐,保持围堰侧壁的水体连通管处打开状态。
支撑拆除完毕后,进行钢板桩的拔除。钢板桩拆除施工与其插打施工程序相反进行。钢板桩拔除从下游侧开始,对称施工至上游侧,采用振拔锤配履带吊进行施工。拔桩时先用振拔锤使钢板桩震动1～2min,使钢板桩周围的土产生“液化”松动,以减少对桩的摩阻力,然后慢慢往上拔。
6 结束语
钢板桩围堰方案广泛应用于各类水中工程的施工组织中,钢板桩围堰施工技术也在不断的发展与完善。茂湛铁路鉴江特大桥的8个水中墩均采用钢板桩围堰施工,实际效果表明,该套钢板桩围堰施工技术对工程现场条件的适用性较好,便于作业,工期较短,施工成本较低,安全风险小,可为类似工程施工提供参考。
参考文献
[1]杨文渊,实用土木工程手册(第二版)[M],北京:人民交通出版社出版,1994.
[2]铁道部经济规划研究院,TZ203-2008,客货共线铁路桥涵工程施工技术指南,北京:中国铁道出版社,2009.
作者简介:
蒋从平,男(1975―),工作单位:茂湛铁路有限责任公司,通讯地址:广东省湛江市赤坎区***民路35号。