拉森鋼板樁圍堰在海河春意橋水中墩施工中的應(yīng)用.doc

拉森鋼板樁圍堰在海河春意橋水中墩施工中的應(yīng)用劉躍武（中國(guó)建筑第六工程局有限公司基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部天津市300457）摘要采用拉森鋼板樁圍堰做水中墩時(shí),確定鋼板樁的強(qiáng)度、剛度和入土深度是保證承臺(tái)、墩柱順利施工的關(guān)鍵。文中以海河春意橋水中墩圍堰為例,介紹了拉森鋼板樁圍堰的結(jié)構(gòu)形式、內(nèi)力和入土深度的計(jì)算方法,并對(duì)拉森鋼板樁圍堰的工藝流程和施工方法做了較詳細(xì)的闡述,可為類似工程的施工提供一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞市政工程 海河春意橋拉森鋼板樁圍堰施工1工程概況海河春意橋5、6號(hào)墩承臺(tái)位于海河水中,墩位處淤泥底面標(biāo)高-5.6m，設(shè)計(jì)承臺(tái)底標(biāo)高在-10m，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，海河常水位為+1.5m，考慮封底混凝土厚度等因素進(jìn)行，承臺(tái)施工時(shí)，鋼圍堰內(nèi)外水位差為12.513.0m，采用拉森鋼板樁圍堰法進(jìn)行水中承臺(tái)施工。設(shè)計(jì)的鋼板樁圍堰如圖1所示。圖1鋼板樁圍堰2圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算2.1計(jì)算選定參數(shù)2.1.1 海河水位計(jì)算中根據(jù)實(shí)際情況取海河水位為+1. 5m。2.1.2 鋼板樁標(biāo)高及長(zhǎng)度鋼板樁頂標(biāo)高為+3. 5m,鋼板樁長(zhǎng)度22m。2.1.3 設(shè)計(jì)及地質(zhì)概況墩承臺(tái)尺寸為7.7m48.6m3. 0m,承臺(tái)的頂標(biāo)高為-7.0m,底標(biāo)高為-10.0m。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)河床墩位處淤泥底面標(biāo)高-5.6m。淤泥層以下各土層性能參數(shù)見(jiàn)表1：表1 淤泥層以下各土層性能參數(shù)土層名稱層頂標(biāo)高層底標(biāo)高土層厚度容重（kN/m3）內(nèi)摩擦角（）粘聚力（kPa）1粉質(zhì)粘土-5.60-11.305.7019.217.316.3粉質(zhì)粘土-11.30-12.401.1020.215.121.01粉質(zhì)粘土-12.40-17.705.3020.117.523.31粉質(zhì)粘土-17.70-21.403.7019.814.427.92.1.4 鋼板樁型號(hào)圍堰用鋼板樁為日本產(chǎn)SKSP-SX27型，即拉森型高強(qiáng)度鋼板樁，其截面尺寸見(jiàn)圖2，性能參數(shù)見(jiàn)表2、表3。圖2 鋼板樁截面尺寸表2 鋼板樁技術(shù)參數(shù)型號(hào)（寬度高度）有效寬Bmm有效高h(yuǎn)mm腹板厚tmm單根鋼板樁每米板面截面面積cm2理論重量kg/m慣性距Ixcm4截面模量Wxcm3截面面積cm2理論重量kg/m2慣性距Ixcm4截面模量Wxcm360021060021018.0135.31068630539225.5177.0567002700表3 鋼板樁的機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)號(hào)牌號(hào)機(jī)械性能，不小于屈服強(qiáng)度（N/mm2）抗拉強(qiáng)度（N/mm2）延伸率（%）JIS A 5528SY295295490172.1.5 圍檁及支撐圍堰支撐的圍檁、內(nèi)支撐鋼管用料如下：序號(hào)位置墩號(hào)規(guī)格截面面積（cm2）主截面矩（cm3）1第一道圍檁2I45b2111.421500.42第二道、第三道圍檁2I63a2154.622984.33第一、二、三道內(nèi)支撐630mm，8mm鋼管156.32400.42.1.6 土壓力系數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和地質(zhì)報(bào)告確定水文地質(zhì)情況,計(jì)算土壓力系數(shù)。土層名稱內(nèi)摩擦角（）KaKp透水性評(píng)價(jià)1粉質(zhì)粘土17.30.540.73 1.851.36 不透水粉質(zhì)粘土15.10.590.77 1.701.30 不透水1粉質(zhì)粘土17.50.540.73 1.861.36 不透水1粉質(zhì)粘土14.40.600.77 1.661.29 不透水2.2 計(jì)算內(nèi)容2.2.1 內(nèi)支撐層數(shù)及間距。按等彎距布置確定各層支撐的間距,根據(jù)拉森型鋼板樁能承受的最大彎距,確定在+3.0m、-2.4m、-6.3m標(biāo)高處設(shè)置三道支撐。2.2.2 鋼板樁計(jì)算(1) 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。因?yàn)殇摪鍢洞蛉胪翆油杆栽u(píng)價(jià)均為不透水，因此，利用理正深基坑設(shè)計(jì)6.0軟件，取1m板寬，以水土合算的計(jì)算方式，通過(guò)m值法，對(duì)圍堰施工各個(gè)工況下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行分析。得出結(jié)構(gòu)受力的包絡(luò)圖如圖3所示：圖3鋼板樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算包絡(luò)圖(2) 鋼板樁抗彎計(jì)算。鋼板樁承受的最大彎矩為240.34kNm,彎應(yīng)力為89.0MPa,滿足受力條件。(3) 圍檁受力計(jì)算根據(jù)圖3，取1m板寬計(jì)算時(shí)，支撐反力最大值為274.22kN，采用MIDAS建模，按圍檁承受274.22kN/m線荷載進(jìn)行計(jì)算，得出圍檁及支撐承受組合應(yīng)力最大值為85.0MPa，結(jié)果滿足結(jié)構(gòu)安全要求。2.2.3 鋼板樁入土深度。采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法進(jìn)行分析，計(jì)算出鋼板樁嵌固深度設(shè)計(jì)值為4.2m，而實(shí)際施工嵌固深度采用值為7.5m能夠滿足施工要求。此外,設(shè)計(jì)的鋼板樁圍堰均滿足抗傾覆驗(yàn)算、基坑底管涌、隆起驗(yàn)算和抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。3施工工藝3.1施工工藝流程施工準(zhǔn)備測(cè)量定位第1道圍檁及支撐兼導(dǎo)向架打鋼板樁排水堵漏第2道圍檁及支撐排水堵漏第3道圍檁及支撐排水堵漏清淤封底承臺(tái)及墩柱施工鋼板樁圍堰拆除。3.2鋼板樁施工3.2.1 導(dǎo)向布置鋼板樁插打之前，在鉆孔樁鋼護(hù)筒上焊接牛腿，安裝第一道支撐圍檁，作為鋼板樁插打時(shí)的導(dǎo)向架，以控制鋼板樁的平面尺寸和垂直度。第一層鋼支撐的圍檁是鋼板樁打入時(shí)的依托，所以第一層圍檁的平直與否，將影響到整個(gè)鋼板樁圍堰內(nèi)鋼支撐的施工。首先，彎曲排列的鋼板樁會(huì)給第二、三層的圍檁帶來(lái)拼裝時(shí)的困難，因?yàn)榇藭r(shí)的對(duì)接接口是呈斜狀的。必須強(qiáng)調(diào)的是，大范圍彎曲排列的鋼板樁，其相應(yīng)二、三層的圍檁必須基本上貼著鋼板樁走，才不至于在圍檁與鋼板樁之間留下大的間隙，增加二次支撐的工作量，同時(shí)使鋼支撐的受力復(fù)雜化。其次，大范圍彎曲排列的鋼板樁，將使圍堰局部產(chǎn)生位移。因此第一層圍檁安裝時(shí)直以及鋼板樁打入時(shí)是否垂直、平整，是影響整個(gè)鋼支撐否順利進(jìn)行的關(guān)鍵點(diǎn)。為此，第一層圍檁與鋼護(hù)筒之間應(yīng)焊接牢固的三角形支撐結(jié)構(gòu)。3.2.2 鋼板樁插打通過(guò)檢測(cè)確定第一片鋼板樁插打合格后，以其為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱插打鋼板樁到設(shè)計(jì)位置，最后在一側(cè)的中間合龍。整個(gè)施工過(guò)程中，要用錘球控制每片樁的垂直度，并及時(shí)調(diào)整；在鋼板樁的插打時(shí)注意鋼板樁的拼接縫不能在圍堰的同一斷面上，應(yīng)上下交替錯(cuò)開。每一片鋼板樁先利用自重下插，當(dāng)自重不能下插時(shí)，才進(jìn)行加壓；鋼板樁插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即與導(dǎo)向架進(jìn)行焊接，以抵抗水流沖擊；插打過(guò)程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合龍”的施工要點(diǎn)。3.2.3 拉森板樁的起插控制第一根拉森板樁以導(dǎo)梁為定位、垂直插（此項(xiàng)工作應(yīng)反復(fù)仔細(xì)校正拉森板樁位，確保垂直）至設(shè)計(jì)標(biāo)高。其余各拉森板樁，則以已插好的拉森板樁為準(zhǔn)，起吊后人工扶持插入前一根拉森板樁鎖口，然后用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉。插入樁位的拉森板樁須緊靠導(dǎo)梁。插打一根或幾根后，將已插好的拉森板樁點(diǎn)焊固定于導(dǎo)梁上。整個(gè)施工過(guò)程中，要用錘球始終控制每根樁的垂直度，及時(shí)調(diào)整。調(diào)整工具有千斤頂、木楔、導(dǎo)鏈等。3.2.4 圍堰合龍鋼板樁合龍技術(shù)是鋼板樁圍堰施工過(guò)程中的關(guān)鍵，合龍成功與否決定了圍堰的施工質(zhì)量及進(jìn)度。（1） 合龍點(diǎn)選擇根據(jù)施工布置及工期，在最后插打的1側(cè)圍堰中段設(shè)置一個(gè)合龍口，板樁根數(shù)約為35根。（2） 合龍準(zhǔn)備為控制合龍口處鋼板樁垂直度,在距合龍口兩側(cè)還剩10余根鋼板樁時(shí)便嚴(yán)格控制鋼板樁的傾斜度。每插打一根鋼板樁就測(cè)量其軸向及法向傾斜度,并根據(jù)其傾斜度的累積增加規(guī)律及已有的施工經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)其后幾根樁的傾斜度。為保證合龍口處鋼板樁的垂直度，在距合龍口還剩幾根鋼板樁時(shí)立即下異形鋼板樁，將樁的軸向傾斜度糾正為負(fù)數(shù)，然后再插打樁至合龍?zhí)?，使其軸向及法向傾斜度均控制在0.2%以內(nèi)。（3） 確定合龍鋼板樁尺寸合龍樁的寬度確定。根據(jù)合龍口的形狀確定合龍樁的尺寸,其具體方法是：測(cè)量合龍口的寬度，12h后再?gòu)?fù)測(cè)一次。目的是讓合龍口各樁向自由端釋放插打嵌合過(guò)程中的內(nèi)力和位移，待其充分釋放后再測(cè)合龍口寬度。復(fù)核合龍樁尺寸。按最終實(shí)測(cè)的合龍口寬度焊接一根合龍樁試樣，將試樣在合龍口處試插，若試樣能在兩相鄰樁鎖口中自由上下移動(dòng)，即可確定合龍鋼板樁的加工尺寸。合龍鋼板樁的檢測(cè)。檢測(cè)項(xiàng)目包括鋼板樁的長(zhǎng)度、寬度、彎曲度等。（4） 插打合龍鋼板樁為了使合龍鋼板樁能順利與相鄰樁的鎖口相互咬合,插打前應(yīng)使合龍鋼板樁兩側(cè)樁高度不同，高差控制在100200 mm，這樣合龍鋼板樁的鎖口可較方便地先與高樁套好，再套低樁的鎖口。插打合龍樁時(shí)，使與相鄰樁套好鎖口的合龍樁自由落入，并將振動(dòng)錘垂直降落，使其重量全部壓在合龍樁上，開啟振動(dòng)錘，隨著樁進(jìn)入土體的深度增加，阻力逐漸增大，此時(shí)控制器電流表的電流值亦增大，當(dāng)電流值升至400 A時(shí)，將樁上提2 m左右，待電流值降至100 A時(shí)，再向下施打。如此反復(fù)幾次，將樁打至預(yù)定高程。（5） 合龍施工質(zhì)量評(píng)價(jià)合龍質(zhì)量評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)如下：合龍鋼板樁施打時(shí)間與一般鋼板樁插打時(shí)間基本一致；在打樁過(guò)程中，合龍鋼板樁的鎖口與相鄰樁的鎖口連結(jié)完好，未發(fā)現(xiàn)鎖口破壞現(xiàn)象；合龍鋼板樁打入后，其相鄰兩根樁的傾斜度仍保持在0.2%以內(nèi)，與合龍前傾斜度一致。3.2.5 圍檁及支撐安裝拉森板樁插打施工完后，進(jìn)行第二道圍檁型鋼安裝，安裝時(shí)首先在安裝位置下方焊接承受圍檁自重的臨時(shí)短型鋼，然后吊圍檁型鋼就位。由于部分拉森板樁側(cè)面與圍檁型鋼之間存在空隙，將每片有空隙處的拉森板樁用短型鋼支撐在圍檁型鋼上并焊接固定，尤其注意拉森板樁圍堰四角與圍檁型鋼的固定。并按照設(shè)計(jì)要求安裝630鋼管樁支撐，對(duì)圍檁型鋼和支撐接頭位置用三角加勁板焊接，同時(shí)加強(qiáng)焊縫質(zhì)量檢查，形成穩(wěn)定的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。圍檁與支撐的連接方式為焊接，支撐鋼管與圍檁連接部位滿焊，為環(huán)形焊縫，且在接頭位置沿鋼管周圍焊接6塊三角加勁板，每60焊接1塊，三角加勁板同時(shí)與鋼管和圍檁焊接，加強(qiáng)支撐和圍檁的連接強(qiáng)度。在拉森鋼板樁凸面上每隔5.1m焊接一道牛腿，牛腿采用I45b工字鋼制成，長(zhǎng)100cm，與拉森鋼板樁凸面焊接，牛腿頂面高程根據(jù)圍檁安裝的底標(biāo)高控制。圍檁與鋼板樁凸面之間的縫隙采用鋼板塞緊并進(jìn)行焊接固定，圍檁與鋼板樁凹面之間的縫隙根據(jù)縫隙寬度截取同長(zhǎng)度的I25b工字鋼和鋼板塞緊并進(jìn)行焊接固定。圍堰內(nèi)開始抽水前先用水泵進(jìn)行試抽水，降水高度1m范圍，然后觀察拉森板樁之間是否有滲漏水現(xiàn)象，如有進(jìn)行塞縫堵漏。然后繼續(xù)降水進(jìn)行下道圍檁焊接與支撐安裝。在圍檁及支撐施工同時(shí)，進(jìn)行上下樓梯的安裝。3.2.6 基坑開挖鋼板樁圍堰形成并降水后，將基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。開挖采用干挖法，即降水后利用高壓水槍將土體沖散后，用排污泵抽出基坑?；娱_挖至承臺(tái)底設(shè)計(jì)標(biāo)高下1.0m即為-11.0m，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行基面清理工作，清理表面泥渣，并大致整平。清理完后檢查基底平整度并作好記錄。在圍堰基坑底四角埋設(shè)四根無(wú)砂混凝土濾水管，并各下一臺(tái)6水泵，將基坑底水位保持在坑底以下1m即標(biāo)高-12.00m處。3.2.7 封底混凝土施工封底混凝土采用干做法，即在基坑底面上直接澆筑1m厚C25封底混凝土。一方面通過(guò)封底混凝土增加抗水壓強(qiáng)度，一方面封底混凝土與圍堰形成一個(gè)整體，增大圍堰的自重，抵抗外側(cè)水浮力。澆筑封底混凝土?xí)r應(yīng)將基坑底降水井的無(wú)砂混凝土濾水管接長(zhǎng)至封底地面，方便承臺(tái)及墩柱施工時(shí)的降水。封底混凝土澆筑應(yīng)在開挖至基坑底面后盡快進(jìn)行。砼澆筑前應(yīng)將基坑底雜物、松散土體清理干凈，在標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行砼的澆筑。封底混凝土澆筑前應(yīng)在封底混凝土頂面即-10.0m上焊接砼工操作平臺(tái)。混凝土采用泵車澆筑，澆筑砼時(shí)分塊、分層水平對(duì)稱澆筑，分塊寬度不宜超過(guò)2m，分層厚度為30cm為宜。澆筑時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)稱澆筑，防止出現(xiàn)兩側(cè)圍堰受力不均的情況發(fā)生。砼振搗采用插入式振動(dòng)棒振搗，振搗棒應(yīng)快插慢拔。振動(dòng)棒的移動(dòng)間距不應(yīng)超過(guò)其作用半徑的1.5倍，且要求插入下層砼510cm ，每一處振動(dòng)完畢后應(yīng)邊振動(dòng)邊提出振動(dòng)棒。禁止采用振搗方式使混凝土長(zhǎng)距離流動(dòng)或運(yùn)輸混凝土，避免發(fā)生混凝土離析。對(duì)每一處振動(dòng)部位，必須振動(dòng)到該部位砼密實(shí)為止，密實(shí)的標(biāo)志是砼停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現(xiàn)平坦、泛漿。在砼澆注完畢立即將砼表面壓光。再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。3.2.8 鋼圍堰拆除（1） 支撐及圍檁拆除待承臺(tái)、墩身施工結(jié)束即可進(jìn)行鋼圍堰拆除工作。第三道內(nèi)支撐拆除前先在鋼板樁與承臺(tái)間回填細(xì)砂并在頂部澆筑40cm厚砼冠梁作為臨時(shí)支撐，第二、一道內(nèi)支撐拆除前采用水泵加水至圍檁標(biāo)高下1m處，再進(jìn)行逐層拆除。（2） 拉森板樁拔除方法拉森板樁拔出前，注水使鋼圍堰內(nèi)、外水位持平，拔除工作先由下游方向開始，對(duì)稱施工至上游方向，拔樁起點(diǎn)應(yīng)離開角樁5根以上，可根據(jù)沉樁時(shí)的情況確定拔樁起點(diǎn)。對(duì)于本工程而言，靠近棧橋側(cè)及兩個(gè)短邊側(cè)鋼板樁采用DZ90型振動(dòng)錘配合履帶吊進(jìn)行拔除，靠近主航道側(cè)利用DZ90型振動(dòng)錘配合80t履帶吊進(jìn)行拔除。鋼板樁拔除時(shí)先用打拔樁機(jī)夾住拉森板樁頭部振動(dòng)1min2min，使拉森板樁周圍的土松動(dòng)，產(chǎn)生“液化”，減少土對(duì)樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時(shí)注意樁機(jī)的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難或拔不上來(lái)時(shí)，應(yīng)停止拔樁，可先行往下施打少許，再往上撥，如此反復(fù)可將樁拔出來(lái)。3.2.9防滲與堵漏鋼板樁打入之前一般應(yīng)在鎖口內(nèi)涂以黃油、鋸末等混合物。當(dāng)鎖口不緊密漏水時(shí),用棉絮等在內(nèi)側(cè)嵌塞,外側(cè)包裹一層防水彩條布,起到防水和減小水壓力的雙重效果,抽水時(shí)同時(shí)在外側(cè)水中漏縫處撒大量木屑或谷糠和爐渣的混合物,使其由水夾帶至漏水處自行堵塞,在樁腳漏水處,采用局部砼封底等措施。若漏水嚴(yán)重,堵漏困難時(shí),在鋼板樁外側(cè)補(bǔ)打木樁圍堰,木樁圍堰內(nèi)側(cè)鋪設(shè)彩條布,在彩條布與鋼板樁圍堰間填筑粘土進(jìn)行封堵。4結(jié)語(yǔ)在海河春意橋水中墩施工中,采用經(jīng)濟(jì)的圍堰結(jié)構(gòu)形式,正確計(jì)算其結(jié)構(gòu)內(nèi)力和入土深