堅硬巖層鋼板樁圍堰水刀法施工工法

堅硬巖層鋼板樁圍堰水刀法施工工法1前言現(xiàn)階段鋼板樁圍堰的主要施工方法為吊車配合振動樁錘進行插打，但是針對于較為堅硬的巖層，容易造成鋼板樁入巖深度不足，無法插打等一系列問題，現(xiàn)國內(nèi)、外常用的解決巖層難題鋼板樁施工方法為使用靜壓植樁機施工技行，此種大型設備在施工過程中使用較為復雜，且成本較高。本工法通過對實際施工中的應用，及時總結，掌握解決此類問題的關鍵技術，確定了利用高壓射水技術（水刀技術）與傳統(tǒng)的鋼板樁施工技術相結合，實現(xiàn)巖層地質鋼板樁簡便施工。主要研究開發(fā)單位為黑龍江省龍建路橋第一工程有限公司，經(jīng)過關鍵技術鑒定，判定此項技術已達到國內(nèi)領先水平。2工法特點2.1解決巖層圍堰難題。利用高壓水槍（水刀）在鋼板樁插打時使用，減小巖層地質對鋼板樁的側摩阻力與端阻力，使鋼板樁打入容易，保證了圍堰的整體穩(wěn)定性。2.2安全性高。通過鋼板樁圍堰，可有效增強基坑支護的穩(wěn)定性，安全系數(shù)高，減少潛在的安全風險。2.3降低成本。針對鋼板樁無法打入情況，利用水刀法進行，可有效減少施工特種設備的投入，與靜壓樁相比較，成本較低。2.4節(jié)約工期。鋼板樁打入方便，入巖迅速，可有效節(jié)省鋼板樁打入時間，從而節(jié)約工期。2.5施工簡便。水刀法只需在鋼板樁內(nèi)側焊接鋼管，鋼管與設備通過軟管連接，施工方便。3適用范圍適用于泥巖層、單軸抗壓強度較高的強風化巖層等地質結構復雜的河床基坑鋼板樁圍堰施工，巖層單軸抗壓強度小于500kpa為宜。4工藝原理水刀法工藝原理，在鋼板樁內(nèi)側焊接鋼管，將鋼管與水刀設備（高壓射水設備）連接，插打鋼板樁時通過高壓射水降低鋼板樁入土部位的端部阻力，增加鋼板樁周圍土體的空隙水壓力，擾動鋼板樁周圍土體，使周圍土體達到臨時松動狀態(tài)，在鋼板樁攜帶鋼管下入過程中，減少鋼板樁的側摩阻力，使鋼板樁入巖更加容易。待鋼板樁插打至設計高程后，停止高壓射水。5施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程圖鋼板樁打入完成鋼板樁打入完成焊接導向限位鋼板樁打入鋼板樁拼接圍堰內(nèi)開挖清理焊接首道內(nèi)支撐抽水、圍堰內(nèi)清理焊接其他內(nèi)支撐施工準備5.2操作要點5.2.1施工準備與傳統(tǒng)鋼板樁打入方法不同，水刀法需在打入前做好準備工作。其中，需根據(jù)地質情況，判斷所需水刀動力設備的具體型號，條件允許時，可在相應的地質層取出試驗所用的土質材料，對材料進行強度試驗，從而便于動力設備的選擇。然后，將鋼管焊接于鋼板樁內(nèi)部中間部位，鋼管長度與鋼板樁頂齊平，鋼管頂端略高于鋼板樁底部5cm，鋼管端頭使用帶口鋼頭進行連接，端口形狀為圓弧形，圓弧中部為小孔，孔徑為2cm—7cm，孔徑越小噴射的水壓越大，作用越明顯。將鋼管卡口每個1m焊接于鋼板樁內(nèi)壁，保證鋼管固定牢固。水刀設備連接后進行水壓測試，調(diào)整射水壓力，調(diào)試完成后鋼管隨鋼板樁同時打入巖層。5.2.2鋼板樁拼接根據(jù)力學計算書和以往施工經(jīng)驗，選用拉森IV型（400mm×170mm×15.5mm）鋼板樁，樁長15m和18m搭配使用。將高壓射水排管（Ф50mm鋼管）焊接于鋼板樁U型槽內(nèi)，鋼管一端根據(jù)地質堅硬情況留有小口，另一段與水刀動力設備連接，通過高壓射水插打鋼板樁。5.2.3焊接導向限位首先在島面圍堰兩側插打4根導向樁，每兩根導向樁間距12m，然后在位于島面上方1.5m處的導向樁內(nèi)側焊接雙拼I45工字鋼，作為鋼板樁圍堰的導向架，工人可站立于導向架上扶正鋼板樁，然后逐側插打鋼板樁圍堰，每側插打完成后拆除導向架及拔除導向樁。5.2.4鋼板樁打入鋼板樁采用逐根插打到底后，再逐根打入，根據(jù)水流方向確定打樁順序，先打入上游側，再打入下游側。圍堰角根據(jù)實際情況制作角樁合攏。打樁前，先開啟水刀動力設備，待水刀鋼管端部正常射出水后，開始鋼板樁的打入工作，鋼板樁攜帶射水鋼管同時打入土體中，根據(jù)鋼板樁進尺的緩慢程度估算土體（巖層）的強度，同時不斷調(diào)整射水壓力，射水壓力值為0-30Mpa，打入時的壓力值可根據(jù)準備工作中的試驗確定，一般巖層強度為350Kpa時的壓力值宜為15Mpa。高壓射水用水可就地取材，抽取江水作為高壓噴射水。在插打過程中，加強測量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時調(diào)整，為保證插樁順利合攏，要求樁身垂直。導梁為單層導梁，確保插打第一片鋼板樁的垂直度。最初的一、二塊鋼板樁以導梁為定位、垂直插至設計標高。打設位置和方向要確保精度，以起到樣板的作用。每完成3米測量校正1次，確保在同一直線上。每根鋼板樁施打完畢后，即與圍囹焊接牢固。其余各鋼板樁，則以已插好的鋼板樁為準，起吊后人工扶持插入前一片鋼板樁鎖口后開啟水刀動力設備，然后用振動錘振動下沉。插入樁位的鋼板樁需緊靠導梁，插打一片或幾片后，將已插好的鋼板樁點焊固定于導梁上。整個施工過程中，要用錘球始終控制每片樁的垂直度，及時調(diào)整。插打過程中，需觀測射水鋼管有無開裂、漏水現(xiàn)象，及時發(fā)現(xiàn)及時停止并作出相應的修補。在施工過程中，插打鋼板樁要充分采取止水措施，以防鋼板樁圍堰大量漏水。合龍段，到剩下最后一部分時，要先插后打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車組對拉，使之合攏。合攏后，再逐根打到設計深度，在用倒鏈或滑車組對拉時不要過猛，以防止合攏段縫隙過大。鋼板樁合龍通過精確計算，確定龍口位置，采用配樁法合龍。配置相應規(guī)格的異形鋼板樁，現(xiàn)場實測異形鋼板樁的角度和尺寸，根據(jù)實際切割焊接異形鋼板樁，以確保整個圍堰的密封性。5.2.5鋼板樁打入完成首根樁和閉合樁的打入是整個鋼板樁施工中的關鍵環(huán)節(jié)。對于鋼板樁而言，由于樁間鎖口相連，下根樁的平面位置及垂直度將受制于上根樁，所以必須嚴格控制首根樁的平面位置及垂直度，由于采用水刀法施工，在施工過程中可及時調(diào)整鋼板樁位置，更容易保證鋼板樁的垂直度。安插鋼板樁，使用履帶吊配合DZ90型號和DZ120型號振動樁錘插打鋼板樁至設計高程，單根鋼板樁的打入時間約為30min。鋼板樁吊起前，鎖口內(nèi)涂抹黃油等潤滑劑，起到阻水，減小摩阻作用。如打入過程中的鋼板樁間的摩擦力打可配合水管進行噴水降溫，避免損壞鋼板樁。5.2.6焊接首道內(nèi)支撐在鋼板樁支撐設計位置間距2m均勻布設牛腿，牛腿采用I32a工字鋼，圍囹坐落于牛腿上。橫向支撐采用Φ630×8mm鋼管，將橫向支撐含與圍囹焊接一體，同時在橫向支撐端部焊接斜撐，減小支撐的跨度與彎矩，保證鋼板樁的穩(wěn)定性。四角對稱設置Φ630×8mm鋼管八角支撐，采用焊接固結連接；中間設置六道鋼管內(nèi)支撐，采用Φ630×8mm鋼管。5.2.7圍堰內(nèi)開挖清理承臺在河床以下，需進行承臺基坑開挖工作，在插打鋼板樁后需挖除河床至設計高程，采用360L挖掘機、小型挖掘機配合長臂挖掘機進行開挖工作，開挖時由圍堰兩側向中間倒運土方，由長臂挖掘機在中間處將土方運出，注意開挖工作順序，開挖至設計內(nèi)支撐高度時及時安裝圍囹及內(nèi)支撐，保證坑內(nèi)的穩(wěn)定性。5.2.8焊接其他內(nèi)支撐待基坑開挖深度達到第二道圍囹處時停止開挖，以上述同樣的方法進行圍囹的焊接作業(yè)，圍囹安裝完成后，焊接圍堰內(nèi)支撐，圍堰整體穩(wěn)定后繼續(xù)采用上述開挖方式進行開挖循環(huán)作業(yè)。5.2.9抽水、圍堰內(nèi)清針對基坑中有水的情況，可按抽水量配備不同型號的抽水泵，抽出圍堰內(nèi)的水，完成后利用挖掘機與人工對基底進行清理。5.2.10勞動力組織勞動力組織見表5.2.10.5.2.10勞動力配備表工種人數(shù)工種人數(shù)工長1電焊工6技術員2電工2測工2機械手6質檢員2力工66材料與設備本工法統(tǒng)計材料、設備的數(shù)量均為一座鋼板樁圍堰所需用量，承臺尺寸為25m×10m×4m。鋼板樁圍堰尺寸為29m×14m。6.1主要材料6.1-1一個鋼板樁圍堰工程主要材料數(shù)量表序號材料名稱規(guī)格型號數(shù)量單位重量（kg/m）總重量（t）1鋼板樁拉森IV216根76.1246.562工字鋼（圍囹）45a880.461.983工字鋼（牛腿）32a852.712.704工字鋼（支撐）40a267.640.36.2主要設備6.2-1一個鋼板樁圍堰工程機械設備一覽表設備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注變壓器800KVA臺1履帶吊75T臺2履帶吊55t臺1挖掘機360L臺2長臂挖掘機PC450LC-6臺1振動樁錘DZ-120臺1振動樁錘DZ-90臺1水刀動力設備30Mpa臺1裝載機ZL50臺2自卸車20T臺4發(fā)電機150KW臺1發(fā)電機300KW臺1潛水泵QY160-25-15臺67質量控制7.1本工法應執(zhí)行的標準規(guī)范GBT20933-2007《熱軋U型鋼板樁》JTG/TF50-2011《公路橋涵施工技術規(guī)范》7.2質量控制措施7.2.1建立質量保障體系，設立質量管理領導小組，確定各級質量管理責任制。7.2.2鋼板樁在運到現(xiàn)場后，派專人仔細清理索口間雜物、觀察索口是否變形，對于索口變形的鋼板樁，應調(diào)正后使用。7.2.3嚴格控制射水鋼管與鋼板樁內(nèi)壁的焊接牢固性，鋼管宜使用無縫鋼管，打入前應調(diào)試水刀動力設備，確定壓力表的準確性。7.2.4在鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油等油膏以防止鋼板樁的漏水。鋼板樁在插打時應保證其垂直，防止相互傾斜的鋼板樁之間索口無法密貼。7.2.5板樁圍堰在抽水后若存在較小的漏水現(xiàn)象，在抽水時，可看到哪條縫出現(xiàn)漏水，利用漏水處水壓差降產(chǎn)生吸力的原理，在漏水處鋼板樁上迅速溜下一袋干細砂或鋸木屑、粉煤灰（煤碴）等填充物，在吸力的作用下，填充物會被吸入接縫的漏水處，將漏水通道堵塞，有效的減少漏水量。若抽水后漏水現(xiàn)象較為嚴重，則將舊棉被堵漏或土工布裁剪成3－5cm的長條。7.2.6使用新鋼板樁時，要有其機械性能和化學成份的出廠證明文件，并詳細丈量尺寸，檢驗是否符合要求。7.2.7為保證插樁順利合攏，要求樁身垂直，為保證樁身垂直，于第一組鋼板樁設固定于圍堰支撐上的導向鋼管樁，順導向鋼管樁下插，使第一組鋼板樁樁身垂直，由于鋼板樁樁組上下寬度不完全一致，鎖口間隙也不完全一致，樁身仍有可能傾斜，在施工中加強測量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時調(diào)整，使每組鋼板樁在順圍堰周邊方向及其垂直方向的傾斜度均不大于5‰。7.2.8在進行鋼板樁的插打時，當鋼板樁的垂直度較好，一次將樁打到要求深度，當垂直度較差時，要分兩次進行施打，即先將所有的樁打入約一半深度后，再第二次打到要求的深度。7.2.9打樁時必須在樁頂安裝樁帽，以免樁頂破壞，切忌錘擊過猛，以免樁尖彎卷，造成拔樁困難。7.2.10剔除鎖口破裂、扭曲、變形的鋼板樁；剔除鋼板樁表面因焊接鋼板、鋼筋留下的殘渣瘤。8安全措施8.1符合中華人民共和國行業(yè)現(xiàn)行標準《公路工程施工安全技術規(guī)程》的要求。8.2對操作人員進行安全思想教育，提高操作人員安全意識，實行培訓持證上崗制度，不經(jīng)培訓或無證者，不得進行上崗操作。8.3建立好鋼板樁安全管理制度，完善好安全管理體制，編制好鋼板樁安全施工應急方案。8.4在水刀動力設備外部制作壓力防護罩，同時打入過程中人員應注意原理高壓射水管，防止高壓射水傷人。8.5施工時加強鋼板樁變形監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)異常及時撤離人員和設備。8.6嚴格按照圍堰工況要求進行施工，及時設置內(nèi)支撐，工況如有變更要重新進行檢算?？刂剖┕ず缚p質量，確保支撐截面尺寸和數(shù)量要求。8.7根據(jù)海事部門要求，在圍堰外設置防撞設施，設置警示燈、警示標志，加強水上施工防護，確保通航和施工安全。8.8承臺施工完成后，在承臺與鋼板樁之間注砂、土混合物并注水使其密實。然后拆除承臺上第一道支撐，也可以采取在鋼板樁與承臺四周頂面以下預留50cm高度的空間，采用混凝土填充的方法以增加對鋼板樁的支撐力。8.9針對參加水上作業(yè)的所有人員都必須佩帶安全物件如安全帽、救生衣、防滑鞋、安全帶（根據(jù)需要）等。否則嚴禁進入圍堰工作面。8.10施工現(xiàn)場各項操作規(guī)程、安全標志必須醒目，有關負責人、具體操作人要明確，嚴禁非專業(yè)人員操作。起吊設備和水刀動力設備應經(jīng)常進行保養(yǎng)和檢查，高壓射水連接軟管、滑輪和鋼絲繩經(jīng)常檢查和更換，使其有良好工作狀態(tài)，保證起吊安全。8.11六級以上大風、暴雨等天氣條件下應停止一切起吊作業(yè)。同時夜間施工時必須有良好的照明。8.12對于施工作業(yè)面上的電纜、配電箱等應經(jīng)常進行檢查。電纜無破損且布置合理；配電箱有電工負責開關，不得隨意打開。9環(huán)保措施9.1在施工現(xiàn)場設置廢漿池，基坑內(nèi)抽出的淤泥排入泥漿池，后運輸至指定棄土場。9.2將挖除的基坑內(nèi)材料運輸至棄土場，禁止于現(xiàn)場隨意堆放。9.3加強現(xiàn)場人員的素質教育，愛護環(huán)境，禁止隨意向江中拋擲廢物。9.4加強噪音處理措施，嚴禁夜間擾民施工。9.5加強對江水的環(huán)境保護，禁止向江中排放污水。9.6對江水有特殊環(huán)境要求時，可制作水箱，將抽取的地下水存放于內(nèi)，作為高壓射水的用水。10、效益分析利用高壓射水技術，節(jié)省了大型靜壓植樁設備或螺旋鉆孔設備的投入，從而節(jié)約了能源消耗，降低了資源損耗。同時通過水刀法施工，降低了基坑開挖難度，節(jié)約了大量不必要損耗的資源。10.1經(jīng)濟效益分析采用水刀法施工可較好的滿足施工需要，降低了項目成本，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、勞動力節(jié)約相比以往的鋼板樁插打方法，此方法使用人工較少，由于設置導向架，配合水沖下沉，保證了插打過程的垂直度，且入土較快，可節(jié)約勞動力20%。2、材料節(jié)約水刀法施工降低了鋼板樁打入難度，