沉箱圍堰施工工法

1、靈昆大橋沉箱圍堰施工工法目錄1、前言2、工法特點3、適用范圍4、工藝原理5、施工工藝流程6、操作要點7、材料與設(shè)備8、質(zhì)量控制9、安全措施10、環(huán)保措施11、資源節(jié)約12、效益分析13、應(yīng)用實例沉箱圍堰施工工法1、前言2007年，浙江省交通勘察設(shè)計有限公司檢測到溫州靈昆大橋樁基礎(chǔ)存在沖刷、漏筋、縮徑等I可題。主管單位溫州龍灣區(qū)交通局根據(jù)島內(nèi)正在建設(shè)的深水港的要求，提出將橋梁進行提高荷載標(biāo)準(zhǔn)等級加固處理，即將原橋的通行能力提升為一級公路，滿足集裝箱卡車的通行，下部樁基的加固由中建七局交通公司組織施工。在對現(xiàn)場進行了查看、分析，結(jié)合設(shè)計圖紙要求，我們提出采用沉箱圍堰的施工方法對該橋的存在缺陷的樁基

2、進行加固處理。2、工法特點沉箱圍堰的施工方法是新型的施工工藝，與傳統(tǒng)的鋼板樁圍堰、土圍堰、小圍堰相比具有不可代替的優(yōu)點。另外，因在海水中作業(yè)，土圍堰無法實現(xiàn)。這里就不再贅述，現(xiàn)將另外三種圍堰施工方法進行對比，具體比較見下表。三種方案的比較比較類沉箱圍堰方案鋼板樁圍堰方案小圍堰方案（設(shè)計）技術(shù)優(yōu)點可以一次性徹底解決所有樁基存在的問題可以一次性徹底解決所有樁基存在的問題無法徹底解決所有樁基存在的1可題設(shè)備投入共需投入3套大沉箱、2套小沉箱共需投入4套鋼板樁大圍堰、2套鋼板樁小圍堰共需投入18套小圍堰施工成本用鋼514噸，623萬用鋼量643噸，679萬用鋼量少，190萬施工工期150天162天20

3、0天安全問題有保障有保障無保障通過以上比較，我們發(fā)現(xiàn)沉箱圍堰不僅可以一次徹底解決所有樁基存在的問題，而且所用材料成本相對低，需要的施工工期最短，且安全有保障，我們選擇了使用沉箱圍堰作為施工處理措施。3、沉箱圍堰施工方法適用范圍沉箱圍堰施工方法主要適用于深水基礎(chǔ)施工，處理深度10m以內(nèi)，開挖深度1.5m,實行深水處干處作業(yè)，沉箱圍堰還可以作為鉆機等設(shè)備的工作平臺在水面平移進行水上作業(yè)。地質(zhì)情況可以為粘土、砂土等III類土以下情況，便于下插板插入土中。4、工藝原理本施工方法是鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合基坑處理的方法設(shè)計施工，沉箱是采用鋼結(jié)構(gòu)，白重138噸，幾個箱體空腹時的浮力達到360噸，沉箱浮起后，利用動力拖船

4、（80T）在平潮時將沉箱拖到指定地點注水下沉。落潮過程中，白重不變沉箱浮力減小，白重加大的情況下，沉箱下插板插入灘涂中，沉箱坐正后，再在箱體內(nèi)側(cè)打設(shè)一周高壓旋噴樁，起箱底止水帷幕作用，最后壓密兩漿（水玻璃、水泥）封底，實行箱體內(nèi)的閉水，從而達到圍堰內(nèi)干施工作業(yè)。由于箱體有下插板，能夠白己穩(wěn)定，一旦下沉后，箱體能夠穩(wěn)定座在灘涂面上，且整個箱體地面落在最低灘涂面，故不需要進行整體穩(wěn)定性驗算，箱體之間全部用高強螺栓連接，不需要進行單個箱體踢腳穩(wěn)定性驗算，根據(jù)施工主要治理的問題是坑底隆起和滲流、箱體浮力、高壓旋噴樁厚度的驗算。4.1坑底突涌驗算考慮到圍堰內(nèi)的基底在覆蓋土的作用下不足以抵抗下部的水壓力，

5、基坑就會失穩(wěn)，出現(xiàn)突涌現(xiàn)象，我們對基坑的突涌穩(wěn)定性進行驗最局潮水坑底突涌驗算計算簡圖驗算平衡公式：Y土Xt=YwXH式中：Y土：土的容重t:不透水層的厚度Yw：水的容重H:承壓水頭高于含水層頂板的高度8m當(dāng)t>YwXH/Y土?xí)r，不會產(chǎn)生突涌其中沒有考慮覆蓋土層的重量和覆蓋層與支護結(jié)構(gòu)的摩擦力,此計算偏向安全。一般取值安全系數(shù)大于1.2。4.2坑底抗隆起穩(wěn)7E性驗算參照基坑支護6-2-74計算基坑抗隆起安全系數(shù)1hKe"+3(Kpen191)/tg(J)Kst=|1+Gj+hd式中：hd一嵌入深度h一基坑開挖深度4.3驗算旋噴樁的厚度旋噴樁上口連接箱體，上部的水平力主要由箱體下插

6、板承受,墻體承擔(dān)外圍土體和潮水的壓力，墻體的厚度采用抗傾覆穩(wěn)定驗o定確算-_一-*10(1.2YohaEahpEpj)局壓旋噴樁墻體厚度計算簡圖5Ycs(h+hd)2YoYw(2h+3hdhw葉2hwa)式中：EEa一水泥墻底以上基坑外側(cè)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和；EEp一水泥墻底以上基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和；ha一合力習(xí)ai作用點至水泥墻底的距離；hwp一合力習(xí)pj作用點至水泥墻底的距離；Ycs水泥土墻的平均容重；Yw一水的容重Y0安全系數(shù)取1hwp基坑內(nèi)側(cè)地下水位高度hwa一基坑外側(cè)地下水位高度水平標(biāo)準(zhǔn)荷載計算£Ea作用在高壓旋噴樁基上的荷載包括土壓力、水壓力。按照以下公式

7、進行計算:eajk=(TaikKai2CikVKai+(Zihwa)mhwa)YwaKaiYw式中：baik作用于深度Zi處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值()(Taik=(Trk+(Tck+(TlkKai第i層的主動土壓力系數(shù)；Kai=tg2(45pik/2)Wik第i層的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；Cik-三軸試驗確定的第i層固結(jié)不排水剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值;Zi一計算點深度；m計算參數(shù)；hwa一基坑外側(cè)地下水位深度；rwa一計算系數(shù)；Yw一水的容重水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值£Epi：epj=opjkKpi2CikVKpi+(乙一hwp)(1Kpi)Yw式中：bpjk作用于基坑底面以下心處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；Kpi第i層的被動土

8、壓力系數(shù)；Kpi=tg2(45+ik/2)bpjk=YmjXZjYmj深度Zj以上土的加權(quán)平均天然容重。4.4浮力驗算由于沉箱的排除海水體積較大，在潮水最高位置時，沉箱的理論排水量遠(yuǎn)大于沉箱白重，需要對沉箱受到的浮力進行驗算。沉箱排水體積計算平面簡圖a上a箱a箱a下b箱b上b下b箱沉箱圍堰采用正方形設(shè)計，經(jīng)過計算其白重G=138t，浮力F浮就是沉箱圍堰排開水的體積減去箱體白重，此浮力仍舊很大，需要施加外力防止沉箱上浮：F浮=a下xb下xh2+（a下0.5）（b下0.5）h挖+a上xb上xhi-G式中：a、b是沉箱的內(nèi)平面尺寸；0.5m是高壓旋噴樁的寬度；h1、h2、h挖是沉箱最高水位到箱體頂、

9、箱體高度、開挖深度；G是沉箱自重。防止沉箱上浮是采用H45鋼梁置在原橋的承臺下，反壓沉箱箱體，注意沉箱箱體要進行適當(dāng)加固，使得反壓力均勻傳遞至整個箱體。從上式，我們沒有計算箱底的吸力和潮水漲過箱體后潮水對箱體外沿的作用力，故此計算偏于安全。5、施工工藝流程5.1 沉箱制作沉箱的制作在廠家進行，先按照設(shè)計圖紙下料，并作記號，鋼板采用切割下料，不得使用氧氣乙煥高溫切割，防止鋼板變形。箱體所用閥門設(shè)置在箱體內(nèi)，閥門要采取防漏水處理，閥門設(shè)置在離沉箱底80cm以上。箱體之間連接處要焊接牢固，拆除的位置要設(shè)置止水帶，止水帶用螺絲連接在箱體上，做到不能因擠壓損壞。沉箱焊接完成后，在場地進行拼裝，做到?jīng)]有問

10、題后下水。5.2 沉箱就位沉箱就位前要將墩臺位置清理平整，特別是將承臺周鋼管清理至灘涂下，原承臺周邊的灘涂要基本在一個水平面上，確保箱底下插板能全部插入土中，遇到原橋鋼管時，采用外套小護筒在最低潮位時切除鋼管。沉箱拖移時間控制在漲潮基本結(jié)束前的一個小時，同時基本拆除沉箱之間（對角）的連接螺栓，留下的螺栓不要超過設(shè)計的30%,便于靠近墩臺后及時分解沉箱，為就位二次組合留下時間。分解后要將沉箱及時按照方位就位，一個邊長度7m順橋方向下靠，一個邊長度11m橫橋方向下靠墩臺。分解并靠近墩臺的沉箱用尼龍繩拉緊，防止落潮時沉箱漂移。必要配置5噸手拉葫蘆4根，2噸手拉葫蘆2根，第一時間將沉箱用高強螺栓連接，

11、連接時沉箱部分螺栓孔會漏水，用小水泵抽除。等到所有箱體的連接螺栓連接牢固并加強后將沉箱注水下沉。螺栓的連接先外后內(nèi)，按照順時針或逆時針加強螺栓。5.3 反壓梁施工當(dāng)沉箱下沉就位后，開始反壓梁的施工，我們注意到在沉箱下沉成功時，沉箱的浮力達到680噸，一旦潮水過了箱體，會產(chǎn)生箱體上浮，利用反壓鋼梁可以有效解決沉箱的浮力，加載鋼梁前先對沉箱箱體進行加固，使浮力均勻傳遞到箱體，本次采用的鋼梁共計4根，單根長度12m鋼橫梁順橋向設(shè)置。鋼梁與承臺之間用小槽鋼頂住，之間的孔隙用三角木楔塞緊。5.4 箱底止水帷幕和壓密封底高壓旋噴樁平均樁徑為§900mm樁間距700mm長度700cm高壓旋噴鉆機采

12、用XPZ50型單管高壓旋噴樁，BWT10030高壓注漿泵機，當(dāng)鉆機鉆到設(shè)計標(biāo)高后，用高壓旋噴機把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底，利用高壓設(shè)備使噴嘴以24Mpa的壓力把漿液噴射出去，沖擊切割土體，并與土體攪拌混合，隨著注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升而形成圓柱樁體，漿與土體經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，固結(jié)成樁，從而達到支護、止水的作用。壓密注漿采用二重管壓密注漿。注漿孔的間距為1.5m。采用的鉆探設(shè)備為XY-1型鉆機，鉆孔直徑110mm孔深為4.00m,進入樁基處理面下1.5m。注漿液采用425常酸鹽水泥，水灰比為1:10.5:1。注漿設(shè)備采用HB80/10型泵，注漿壓力0.3MP時1.0MPa,在注漿初期水灰比

13、采用1:1,若“吃漿”均勻，可增大水灰比的濃度，直至0.5:1。當(dāng)注漿壓力達1.0MPa,并不“吃漿”，應(yīng)停止注漿。5.5 維護加固在樁基抽水，開挖前還需要對樁基進行外圍的加固，防止潮水反復(fù)沖刷處理。潮水流速高，容易對箱底形成沖刷，導(dǎo)致箱底出現(xiàn)脫空，在沉箱下沉到位后，安排水上挖機對箱體外進行堆土作業(yè)，堆土范圍為箱體外1.5m范圍內(nèi)，堆土高度1m必要時在箱體的兩個迎水面打設(shè)鋼管，里面填裝裝土蛇皮袋。6.1 6、材料和設(shè)備沉箱圍堰施工用的材料沉箱圍堰主要包括箱體、擋水板、下插板、反壓梁等部分。序號材料名稱材料規(guī)格使用部位備注1鋼板t=8頂板、腹板、底板、隔艙板、加勁板2鋼板t=30端頭板箱體連接3

14、槽鋼12.6箱體與擋水板連接面4角鐵L50X5擋板加強5角鋼L75X50X5箱體通長6鋼板t=6擋水板面板7角鐵L63X5擋水板加強肋8角鋼L50X5男力撐9鋼管匚219X6注水口10高強螺栓M2(X110沉箱連接11普通螺栓M16<40擋水板連接12高強螺栓M16<50擋水板連接13橡膠墊10-12mm擋水板、箱體間止水14角鋼L50X5鋼爬梯15H型鋼H45反壓箱體6.2 沉箱圍堰施工用的設(shè)備按照要求投入了3套沉箱，高壓旋噴設(shè)備1套，壓密注漿設(shè)備1套。序號機械或設(shè)備名稱型號規(guī)格數(shù)量性能1大沉箱2.5x11m32大沉箱2.5x13m33挖泥船0.3方14泥漿泵45kw35高壓泉3

15、.5kw36單管高壓旋噴樁機XPZ5017鉆機XY128砂輪切割機29沖擊電錘210附著式振搗器HZ6Z50811電焊機BX1-300412小型運輸船80t413內(nèi)陸式挖機17.1 質(zhì)量控制箱體接頭質(zhì)量箱體是鋼結(jié)構(gòu)，但是鋼結(jié)構(gòu)間的連接需要進行密水處理，我們在鋼箱體（包括擋水板、箱體）之間設(shè)置安裝了橡膠墊圈作為止水材料，并用高強螺栓連接牢固，螺栓的間距不得大于10cm其他需要焊接的部分焊接牢固，不得有焊接孔洞，連續(xù)焊接。沉箱下水前要在場地進行試拼裝，拼裝檢查螺栓孔的位置是否在一個位置，能否確保沉箱的連接鋼板密實連接，不漏水。7.2 箱體內(nèi)的背肋是否焊接牢固，應(yīng)該不連續(xù)分段焊接，焊縫長度不小于5c

16、m焊接的間距不大于5cm反壓系統(tǒng)質(zhì)量控制反壓梁壓緊在箱體上，防止箱體上浮，由于潮水的來回影響箱體潮水的浮力不均勻，造成箱體不均勻的上浮，由于反壓梁限制箱體的上浮，其壓力必然作用于軟的地基，造成箱體向下移位，落潮時，箱底出現(xiàn)脫空，容易引起漏水。所以要經(jīng)常檢查反壓梁上的調(diào)平木楔，一旦松動就及時打緊。7.3 地基的處理7.4 原來的海涂面是一個高低不平的表面，沉箱就位前需要進行開挖整平，經(jīng)過開挖處理發(fā)現(xiàn)樁周存在大量的鋼管，鋼管埋置入土較深，且在最低潮位時，不滿足海涂下降的要求。最后決定采用小護筒切割鋼管。將鋼管處理到最低海涂下50cm高壓旋噴樁及壓密注漿的處理高壓旋噴施工前將沉箱圍堰內(nèi)的水位要保持水

17、平，防止潮水由箱底涌進箱體圍堰內(nèi)。沖刷高壓成樁，有效形成了箱底止水帷幕。施工時控制提管速度，提管的速度直接影響成樁質(zhì)量，提管大致控制在每12分鐘一節(jié)（1.5m）,成樁的有效直徑0.7m,樁基的間距沿著圍堰內(nèi)側(cè)環(huán)向為0.7m。由于沉箱外側(cè)角隅處潮水沖刷嚴(yán)重，容易引起管涌，施工時在圍堰內(nèi)側(cè)垂直角的位置適當(dāng)加2根樁。施工時，拉線控制樁基的線性和間距，放線時，樁基緊貼著圍堰內(nèi)側(cè)施工，有效將樁體和沉箱下插板成為一體。8. 安全措施安全措施是本工法控制的難點，施工前及施工過程要加強安全的教育，避免不熟練工作引起事故。我們主要從水上作業(yè)、橋面作業(yè)、機械及用電三個方面對施工人員進行了教育。本次施工無事故發(fā)生。

18、8.1.1 水上安全安全事項施工人員進入施工現(xiàn)場必須戴好安全帽扣好帽扣，登高2米必須戴好安全帶扣好安全扣，禁止醉酒作業(yè)。8.1.2 施工前對沉箱，船只必須進行檢查，合格后方可使用，嚴(yán)禁機械帶病作業(yè)。水上作業(yè)必須穿救生衣，特別在沉箱外面施工注漿，堵漏，小圍堰和其他樁基作業(yè)，作業(yè)處必須保證一艘船在作業(yè)面附近，隨時救生。8.1.3 船只由專人駕駛，并按期保養(yǎng)（修理），每天做一次清理檢查。8.1.4 人員臨近船邊作業(yè)，要注意防止落水，上下爬梯防止踏空。8.1.5 人員上下班用的爬梯要設(shè)置安全防護網(wǎng)。8.1.6 沉箱移動時要防止沉箱被水流沖擊引起傾覆。8.1.7 沉箱拼裝時要注意箱體穩(wěn)定，人員不得站在箱

19、體結(jié)合處，防止被擠壓傷害。8.1.8 保持行走通道干凈、整齊，及時清理踏板上的泥巴，防止人員滑倒。8.1.9 箱體抽水完成后，由于白重及水壓較大，注意觀察箱體下土體的穩(wěn)定性。8.2 橋面作業(yè)安全事項8.2.1施工現(xiàn)場晚上必須設(shè)有專人值班，各施工點設(shè)標(biāo)記標(biāo)識，特別橋面施工點設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)志。8.2.2 橋上人員橫過橋面注意來往車輛做好防盜防火安全工作，宿舍嚴(yán)禁使用明火，貴重物品白己保存好。8.2.3 本工程為多工種，集體配合的工程，而且是地面和水上交叉作業(yè)，因此要求各工種緊密配合，統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。開挖的基坑要設(shè)置臨時防護網(wǎng)和警示標(biāo)志，防止其他人員意外跌落。注意觀察基坑穩(wěn)定情況8.2.4 橋上要注意設(shè)置安全保護墩，同時施工人員穿反光服裝。8.2.5 橋上東西往下放的時候，注意下面人、物的安全，橋面設(shè)置安全警示標(biāo)志。8.2.6 橋面施工作業(yè)在晚上進行時，確保場地明亮。用電機械安全作業(yè)8.3.1機械操作人員按照操作規(guī)程進行操作，對外來臨