淺談深水基坑單壁鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工

1、    淺談深水基坑單壁鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工    張鈺摘要：深基坑工程涉及巖土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、工程地質(zhì)和施工技術(shù)等專業(yè)知識(shí)，是一項(xiàng)很強(qiáng)的學(xué)科。由于影響基坑工程不確定因素很多，基坑工程又是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)性很大的工程，稍有不慎就會(huì)釀成巨大的工程事故。因此，確?；庸こ痰陌踩强傮w方案設(shè)計(jì)的目標(biāo)，也是施工的目標(biāo)。本文對(duì)深水基坑單壁鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞： 深水基坑 單壁鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)施工中圖分類號(hào)：tu74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a一、工藝特點(diǎn)1、“單壁鋼板樁+鋼支撐”的結(jié)構(gòu)體系，采用標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量輕的鋼構(gòu)件組成，無需大型的水上起重及插打設(shè)備，便于安裝

2、及施工控制，降低了施工難度；鋼支撐采用“角撐+對(duì)撐”結(jié)合，為承臺(tái)施工預(yù)留了很大的空間，方便了施工。2、通過設(shè)置封底混凝土有效地解決了圍堰抗?jié)B、抗浮托等技術(shù)難題，環(huán)保效益顯著。3、從上至下分層加支撐分層抽水的“逆作法”施工工序，工序簡明，便于施工管理。4、 鋼板樁100%的回收率，提高了材料周轉(zhuǎn)率；減少了用鋼量及封底混凝土數(shù)量，節(jié)約了成本；便于施工，縮短工期。5、圍堰施工的一般要求1）堰頂高度：宜高出施工期間可能出現(xiàn)的最高水位（包括浪高）50cm70cm,用于防御地下水的圍堰宜高出水位或地面20cm40cm；2）圍堰外形：應(yīng)考慮圍堰期間客流斷面被壓縮后，流速增大引起水流對(duì)圍堰、河床的集中沖刷及對(duì)

3、航道、倒流、農(nóng)用排灌等的影響；3）圍堰面積：應(yīng)能滿足基礎(chǔ)施工的需要；4）圍堰斷面：應(yīng)能滿足堰身強(qiáng)度和穩(wěn)定（防止滑動(dòng)、傾覆）的要求。二、工程概況某大橋跨度組成為5x25m+(48.5m+75m+48.5m)+6x25m，全長454. 4m，設(shè)計(jì)荷載:汽車一超20級(jí)，掛車一120，橋梁凈寬:2x凈一11. 25m，主橋采用掛蘭懸澆施工，6#,7#主墩位于水中，承臺(tái)尺寸為10. 3m x 6. 4m x 2. 5m，低樁承臺(tái)，左右幅共計(jì)4個(gè)，埋深在水下12m，河床下5一6m，采用4個(gè)圍堰單獨(dú)施工。主墩高度12. 6m，出水 3. 6m。望虞河為v級(jí)航道，連通太湖與長江，兼有泄洪和引水功能，河面寬13

4、0m，水深6一7m，泄洪和引水時(shí)漲落較大，水流較急，河床地質(zhì)分布主要為亞砂土、粉沙、軟粘土和粘土，硬粘土埋藏較深，給鋼板樁人土部分的受力及計(jì)算帶來了一定的問題和困難(參見圖1)圈1水中墩鋼板樁圍堰地質(zhì)剖面圈三、總體方案選擇原定采用雙壁鋼圍堰施工，但考慮到堰體將高達(dá)16m以上，投入大、成本高、施工周期長，且在施工中涉及到加工、浮運(yùn)、裝吊、定位下沉、對(duì)接、糾偏、封底、水下切割等一系列工序難題，而鋼板樁圍堰具有成本低、周期短、止水效果好、打拔容易，與內(nèi)部支撐結(jié)合后整體剛度大，入土深度滿足后無需封底等優(yōu)點(diǎn)，故選用鋼板樁圍堰施工。如圖2所示，堰體平面尺寸為11.6x8.4m，板樁長度22m，基坑深度達(dá)1

5、2m，設(shè)置4道支撐，其中第四道為雙排。如此長的單壁板樁作圍堰用于如此深的水中基坑較為少見，要求在技術(shù)論證、設(shè)計(jì)和施工中均要嚴(yán)密謹(jǐn)懊，加強(qiáng)控制和監(jiān)測(cè)。圖2鋼板樁圍堰平面示，單位:cm四、圍堰設(shè)計(jì)及施工工藝1、圍堰設(shè)計(jì)1）圍堰材料考慮鋼板樁長度較長，選用截面剛度較大的拉森型鋼板樁。2）圍堰邊線由于左右幅承臺(tái)不在一條直線上，鋼板樁沿單個(gè)承臺(tái)布置，圍堰邊距離承臺(tái)輪廓線最小距離為120cm。3）標(biāo)高根據(jù)潮汐表，鋼板樁圍堰頂標(biāo)高設(shè)為4m，高出最高潮水位80cm；鋼板樁長度為18m，底標(biāo)高14m。4）支撐由于承臺(tái)高度不大，僅為4m，為節(jié)約工期起見，縮短承臺(tái)基坑開挖后的暴露時(shí)間，承臺(tái)混凝土施工考慮一次完成。圍

6、堰內(nèi)土方開挖共設(shè)置三層內(nèi)支撐。由于19、20墩承臺(tái)標(biāo)高不一致，支撐標(biāo)高也有差別。其中19墩第一層支撐設(shè)在圍堰鋼板樁頂標(biāo)高以下100cm標(biāo)高3m位置，第三層支撐設(shè)在承臺(tái)面標(biāo)高以上60cm即標(biāo)高1.7m位置，第二層支撐設(shè)在標(biāo)高1.0m位置；20墩第一層支撐設(shè)在圍堰鋼板樁頂標(biāo)高以下100cm標(biāo)高3m位置，第三層支撐設(shè)在承臺(tái)面標(biāo)高以上60cm即標(biāo)高3.0m位置，第二層支撐設(shè)在標(biāo)高0.0m位置；為結(jié)合使用鉆孔灌注樁平臺(tái)材料，支撐采用直徑600mm，壁厚8mm的鋼管；為保證鋼管支撐的穩(wěn)定性，三層鋼管間用16槽鋼做剪刀撐連接。內(nèi)支撐平面之間使用i36工字鋼作為系桿連接，另外，在圍堰轉(zhuǎn)角位置每層圍檁設(shè)與圍囹材

7、料一致的工字鋼斜支撐，支撐與鋼板樁直線邊的角度為1：1。圍堰內(nèi)降水時(shí)邊抽水邊支頂，抽水到支撐標(biāo)高位置做好支撐后才開始繼續(xù)抽水直先在樁基護(hù)筒上如圖焊接鋼板牛腿，在牛腿上架設(shè)i36工字鋼做支撐梁，然后按照圍堰設(shè)計(jì)邊線放樣，架設(shè)間距為40cm的兩根i36工字鋼分別作為內(nèi)外導(dǎo)向桿，中間預(yù)留鋼板樁施工軌道。即完成鋼板樁的定位及導(dǎo)向系統(tǒng)。鋼板樁的施打如圖施打始點(diǎn)位置開始，順著軌道施打，在兩端合攏點(diǎn)合攏。當(dāng)鋼板樁施打到支撐梁位置時(shí)，要調(diào)整支撐梁位置，在已施打鋼板樁位置處加焊聯(lián)系桿，使內(nèi)外導(dǎo)向桿連接牢固，鋼板樁插打時(shí)，單樁逐根打入法施打鋼板樁，先行插打單根鋼板樁，待全部合攏以后再進(jìn)行加接鋼板樁，相鄰的鋼板樁的

8、焊接借口不宜在同一斷面，相錯(cuò)1米左右。鋼板樁圍堰施打時(shí)，委派專門人員跟蹤，記錄每根鋼板樁的入土深度，確保鋼板樁都能達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)底標(biāo)高。 在圍堰轉(zhuǎn)角位置,將一條鋼板樁豎向剖成2條,并按照圍堰轉(zhuǎn)角的角度900重新等強(qiáng)度焊接后使用；圍囹在該位置分別將長邊和短邊的材料切割成450角度后焊接。2、水下吹砂及、抓斗船挖泥采用水下吹砂挖泥結(jié)合抓斗船，將砂層底面降低到封底混凝土的底面，由潛水工在封底混凝土高度范圍內(nèi)的鋼板樁表面人工布置瀝青油毛氈用于隔離鋼板樁與封底混凝土，同時(shí)將封底混凝土范圍護(hù)筒壁上泥沙要清理干凈，使封底混凝土與護(hù)筒結(jié)合緊密。3、澆注水下封底混凝土1）混凝土供應(yīng)系統(tǒng)水下混凝土質(zhì)量及灌注順利與否

9、，很大程度取決于混凝土的供應(yīng)量。根據(jù)20#墩右幅承臺(tái)鋼板樁圍堰的面積計(jì)算，該圍堰封底混凝土的灌注方量大約為：17.6*10.6*1.2=223（m3），封底混凝土供應(yīng)由南岸1臺(tái)150m3/h攪拌站完成，6臺(tái)10m3混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至圍堰邊，用1臺(tái)37m混凝土汽封底混凝土施工圖每根導(dǎo)管長約12.5m，利用吊機(jī)控制以便在封底過程中控制導(dǎo)管移動(dòng)位置，并在導(dǎo)管底節(jié)焊接兩個(gè)卡環(huán)，灌注時(shí)穿上細(xì)鋼絲繩，便于準(zhǔn)確調(diào)整導(dǎo)管口位置及拖動(dòng)導(dǎo)管控制位移。砼灌注前將灌注用導(dǎo)管準(zhǔn)確測(cè)量并做好標(biāo)記以便控制標(biāo)高。2）封底混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算封底混凝土在上浮力作用下的內(nèi)力，可近似簡化為簡支單向板計(jì)算，封底混凝土抗拉強(qiáng)度： =1/8 × q2/w=3