大橋鎖口鋼管樁圍堰

大橋工程鎖口鋼管樁圍堰方案1前言鎖口管樁于上世紀(jì)五十年代中期在我國做過應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，并曾應(yīng)用于水庫大壩防滲墻基礎(chǔ)中，達(dá)成了防滲規(guī)定。受制造工藝規(guī)定高和當(dāng)時(shí)國家鋼材缺少等因素限制，此技術(shù)的推廣受到一定制約。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，該技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用和推廣。根據(jù)薄山湖水庫施工現(xiàn)場(chǎng)水文、地質(zhì)及周邊環(huán)境，通過技術(shù)攻關(guān)擬定引水洞施工采用鎖口鋼管樁圍堰施工，解決深水施工的技術(shù)難題并形成工法。2工法特點(diǎn)2.1施工速度快，制作、加工、安裝下沉方便靈活，工藝簡(jiǎn)樸，所需設(shè)備少。2.2截面強(qiáng)度、剛度大，支撐簡(jiǎn)樸方便，含有可靠的構(gòu)造穩(wěn)定性和作業(yè)方便性。2.3設(shè)備式投入，可重復(fù)運(yùn)用，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。3合用范疇本工法合用于多個(gè)復(fù)雜地質(zhì)、地層，例如水下地層有障礙、密集孤石、片石堆積等深水基礎(chǔ)的施工。4工藝原理鎖口鋼管樁圍堰的重要構(gòu)造是支護(hù)鋼管樁、鎖口、水平支撐和封底混凝土。圍堰重要是靠精密加工的鎖口和在鎖口處填充石灰到止水效果。通過鎖口鋼管安裝下沉、混凝土封底、抽水、承臺(tái)施工四個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)大型橋梁深水樁基承臺(tái)等作業(yè)的無水施工。5施工工藝5.1鎖口鋼管樁圍堰布置5.2.1圍堰構(gòu)造平面布置要與鉆孔樁護(hù)筒及管柱的布置相配合，使得圍堰施工簡(jiǎn)樸化為原則。5.2.2圍堰構(gòu)造立面布置根據(jù)庫區(qū)水位擬定，圍堰頂面標(biāo)高應(yīng)高出最高水位0.5m。5.3施工控制要點(diǎn)5.3.1圍堰拼裝鋼管樁和鎖口所用鋼材必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，符合有關(guān)規(guī)定。鎖口處構(gòu)件必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，焊接需滿焊。5.3.2圍堰下沉在鉆孔灌注樁施工平臺(tái)周邊安裝導(dǎo)向架。設(shè)上、下兩層，嚴(yán)格控制鋼管樁的傾斜度。在導(dǎo)向架上按理論尺寸放線定出各樁的位置，用D90震動(dòng)錘下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。5.3.3圍堰外支撐主橋R16#墩、R17#墩圍堰水平設(shè)立1道外圍囹，1道內(nèi)圍囹，均設(shè)立于樁頂下2米處，采用I40b工字鋼作為圍囹。圍囹安裝時(shí)應(yīng)用牛腿支撐，并固定牢固，避免圍囹脫落。5.3.4鎖口封水鎖口內(nèi)射水沖洗后充填石灰。避免碎石和硬土進(jìn)入鎖口，在管樁下插前于鎖口槽口下端先焊擋板。施工過程中，嚴(yán)格控制石灰填縫的密實(shí)性，使圍堰達(dá)成最佳止水效果。5.3.5圍堰內(nèi)回填圍堰內(nèi)采用泥沙回填至設(shè)計(jì)封底混凝土底面標(biāo)高處。5.3.6水下混凝土封底混凝土封底時(shí)應(yīng)根據(jù)封底面積和水下混凝土的流動(dòng)坡度擬定多點(diǎn)布設(shè)封底導(dǎo)管位。灌注混凝土?xí)r，必須協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使混凝土在圍堰內(nèi)的增加高度要基本一致。封底混凝土的測(cè)量要及時(shí)精確，避免混凝土洗澡或局部未灌注到混凝土達(dá)不到止水效果。5.3.7承臺(tái)混凝土澆筑待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)成90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度以上方可抽除圍堰內(nèi)積水，鑿除樁頭，檢測(cè)合格后灌注承臺(tái)鋼筋混凝土。承臺(tái)混凝土分兩次澆注。5.3.8鋼管樁拔除用震動(dòng)打樁機(jī)震松鎖口的漿體后，再將鋼管樁拔出。5.4勞動(dòng)組織施工需要配備專門施工人員，并建立健全各工種的崗位責(zé)任制度，使各項(xiàng)工作在每個(gè)崗位上得到貫徹，以提高工作功效，確保施工質(zhì)量和安全。勞動(dòng)組織見表5.5-1:勞動(dòng)組織序號(hào)工種職稱定員/人工作內(nèi)容1工長持證1負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)施工、指揮2裝吊工持證6負(fù)責(zé)鋼管樁吊裝3電焊工持證15負(fù)責(zé)焊接4電工持證1負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)用電5測(cè)工持證3負(fù)責(zé)測(cè)量標(biāo)高、統(tǒng)計(jì)、檢查6普工－27安全員持證1負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場(chǎng)安全6機(jī)械設(shè)備鎖口鋼管樁施工所需重要機(jī)械設(shè)備見下表。重要機(jī)械設(shè)備序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量單位備注1汽車吊25t1臺(tái)2履帶吊50t1臺(tái)3注漿機(jī)6m32臺(tái)4振動(dòng)錘D60型1臺(tái)5水泵8BA-123臺(tái)6水泵4BA-62臺(tái)7電焊機(jī)500A6臺(tái)8等離子切割機(jī)4臺(tái)9全站儀TCR12011臺(tái)7質(zhì)量控制 7.1質(zhì)量檢查原則7.1.1《城鄉(xiāng)道路橋梁施工規(guī)范》7.1.2《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-)7.1.3《建筑鋼構(gòu)造焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-）7.1.4《建筑鋼構(gòu)造焊接規(guī)程》7.1.5《鋼構(gòu)造工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-）7.1.6《混凝土構(gòu)造工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-）7.2質(zhì)量確保方法7.2.1建立質(zhì)量責(zé)任制度，將質(zhì)量與效益掛鉤，健全質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)和質(zhì)量確保體系。加強(qiáng)專業(yè)技能培訓(xùn)，人員必須經(jīng)考核合格后持證上崗。7.2.2構(gòu)件鋼料、焊條、焊絲、焊劑等重要材料必須符合設(shè)計(jì)文獻(xiàn)和現(xiàn)行原則規(guī)定并有出廠合格證，必要時(shí)應(yīng)作力學(xué)、化學(xué)及可焊性實(shí)驗(yàn)。圍堰鋼構(gòu)件的焊接規(guī)定、焊縫檢查必須滿足規(guī)范規(guī)定，焊縫處應(yīng)做水密檢查。不合格應(yīng)復(fù)焊，直至合格后方可使用。7.2.3為確保插樁順利合攏，規(guī)定樁身垂直，并且圍堰周邊的樁數(shù)要均分。為確保樁身垂直，于第一組樁設(shè)固定于圍堰支撐上的導(dǎo)向架，順導(dǎo)向架下插，使第一組樁樁身垂直。在施工中加強(qiáng)測(cè)量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時(shí)調(diào)節(jié)，使每組樁在順圍堰周邊方向及其垂直方向的傾斜度均不不不大于5‰。7.2.4在使用拼接接長的鋼管樁時(shí)，鋼管樁的拼接接頭不能在圍堰的同一斷面上，相鄰樁的接頭上下錯(cuò)開最少2m。在組拼鋼管樁時(shí)要預(yù)先配樁，在運(yùn)輸、寄存時(shí)，按插樁順利堆碼，插樁時(shí)按規(guī)定的次序吊插。7.2.5對(duì)圍堰內(nèi)回填要全過程監(jiān)控支護(hù)構(gòu)造的變形，變形超限時(shí)停止回填，待查明因素并解決后方可繼續(xù)回填。7.2.6承臺(tái)施工前要與本地氣象部門親密聯(lián)系，及時(shí)理解天氣狀況。封底必須按作業(yè)指導(dǎo)書和安全操作規(guī)程施工，做到圍堰安裝精確，封底砼質(zhì)量有確保。8安全方法8.1執(zhí)行原則8.1.1《建筑施工安全檢查原則》（JGJ59-99）8.1.2《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ33-）8.1.3《建筑安裝工人安全技術(shù)操作規(guī)程》8.1.4《建筑現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ46-）8.2安全控制方法8.2.1全部進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的人員，必須佩戴安全帽，嚴(yán)禁非施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。8.2.2水上作業(yè)操作人員必須穿救生衣、系安全帶，采用重罰方法杜絕出現(xiàn)違歸操作，確保施工安全。8.2.3圍堰施工前，應(yīng)制訂具體的施工方案和安全操作細(xì)則,并向全體施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。8.2.4設(shè)專人負(fù)責(zé)日常檢查和養(yǎng)護(hù)工作，在施工過程中設(shè)專人指揮，避免人多時(shí)亂指揮，出現(xiàn)安全事故。8.2.5項(xiàng)目安質(zhì)部有關(guān)負(fù)責(zé)人員在圍堰施工過程中要與技術(shù)部門緊密配合，必須做到24h監(jiān)控。8.2.6拔樁時(shí)要先震動(dòng)1～2min，再慢慢啟動(dòng)振動(dòng)樁錘拔樁。在有松動(dòng)后再邊震邊拔，避免蠻干。9環(huán)保方法9.1嚴(yán)格恪守國家和地方政府部門頒發(fā)的環(huán)境管理法律、法規(guī)和有關(guān)規(guī)定，對(duì)產(chǎn)生噪音的設(shè)備采用合理布局，加強(qiáng)設(shè)備潤滑和維護(hù)保養(yǎng)工作，并嚴(yán)格執(zhí)行對(duì)應(yīng)作業(yè)指導(dǎo)書和設(shè)備檢點(diǎn)規(guī)程，以減輕噪音對(duì)周邊生活環(huán)境的影響，同時(shí)盡量避免夜間施工。9.2整個(gè)施工過程中，全方面運(yùn)行ISO14001環(huán)保體系原則，系統(tǒng)地采用和實(shí)施一系列環(huán)保管理手段。9.3將施工場(chǎng)地和作業(yè)限制在工程建設(shè)允許范疇內(nèi)，合理布置、規(guī)范疇擋，做到標(biāo)牌清晰、齊全，多個(gè)標(biāo)記醒目，施工場(chǎng)地整潔文明。9.4固體廢棄物按不同性質(zhì)和類別分開寄存，重要分為危險(xiǎn)、不可回收運(yùn)用固體廢棄物、可回收運(yùn)用固體廢棄物、生活和辦公垃圾等。9.5施工所產(chǎn)生的鉆渣和廢棄泥漿送到指定的位置，避免對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行破壞和污染。水泥、膨潤土等摻和料，應(yīng)安全堆放，妥善遮蓋，不得掉入江中。砼水上拌和站的廢水，采用集中裝運(yùn)至岸上基地，經(jīng)凈化解決后進(jìn)行排放。9.6交通船舶、施工機(jī)械產(chǎn)生的廢油料及潤滑油等，必須集中收集運(yùn)至岸上業(yè)主指定的棄土場(chǎng)深埋，生產(chǎn)用油料必須嚴(yán)格保管，避免泄漏，污染河水。附件：鎖口鋼管樁設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)根據(jù)及重要參考資料（1）設(shè)計(jì)圖紙及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)；（2）《鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-；（3）《鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版；（4）《公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD63-；（5）《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》；（6）《簡(jiǎn)要施工計(jì)算手冊(cè)》。2檢算內(nèi)容2.1鎖口鋼管樁圍堰構(gòu)造檢算各施工工況下，鎖口鋼管樁圍堰構(gòu)造的驗(yàn)算。2.2圍堰整體穩(wěn)定性檢算圍堰內(nèi)抽水至承臺(tái)底時(shí)，對(duì)圍堰整體進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。3施工次序3.1插打鎖口鋼管樁。3.2圍堰內(nèi)水位保持與圍堰外水位一致，回填砂礫石至標(biāo)高-0.5m（封底砼底面標(biāo)高）。3.3水下澆注封底混凝土，其頂標(biāo)高控制在0.5m處。3.4封底混凝土達(dá)成規(guī)定強(qiáng)度后，抽凈圍堰內(nèi)的水，清理補(bǔ)平封底混凝土頂面。3.5鑿除樁頭預(yù)留混凝土，分2層進(jìn)行承臺(tái)施工。3.6完畢全部承臺(tái)混凝土施工，拆內(nèi)、外支撐，拔除鋼管樁。4鎖口鋼管樁設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)《龍海市龍江大橋工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，15#墩承臺(tái)上游側(cè)(勘探孔編號(hào)：ZK7)河床面標(biāo)高-7.17m,河床面下列為淤泥層，厚3.80m，下伏中砂層頂面標(biāo)高-10.97m，中砂層厚3.3m；承臺(tái)中央(勘探孔編號(hào)：BZK4)河床面標(biāo)高-6.64m，河床面下列為淤泥層，厚2.5m，下伏中砂層頂面標(biāo)高-9.14m，中砂層厚度14.0m；承臺(tái)下游側(cè)（勘探孔編號(hào)：ZK6)河床面標(biāo)高-7.21m，河床面下列為淤泥層，厚4.8m，下伏中砂層頂面標(biāo)高-12.01m，中砂層厚9.8m。鋼管樁頂面與鋼平臺(tái)頂面標(biāo)高基本一致，頂面標(biāo)高為6.0m。鋼管樁圍堰內(nèi)側(cè)距離承臺(tái)邊沿1.5m。16#墩承臺(tái)上游側(cè)(勘探孔編號(hào)：CZK6)河床面標(biāo)高-4.02m,河床面下列為淤泥層，厚2.90m，下伏中砂層頂面標(biāo)高-6.92m；承臺(tái)中央(勘探孔編號(hào)：ZK8)河床面標(biāo)高-2.83m,河床面下列為拋石，厚1.20m，下伏中砂層頂面標(biāo)高-4.03m；承臺(tái)下游側(cè)（勘探孔編號(hào)：CZK5)河床面標(biāo)高-6.00m,河床面下列為淤泥層，厚5.55m，下伏中砂層頂面標(biāo)高-11.55m，鋼管樁頂面與鋼平臺(tái)頂面標(biāo)高基本一致，頂面標(biāo)高為6.0m。鋼管樁圍堰內(nèi)側(cè)距離承臺(tái)邊沿1.5m。圍堰采用鎖口鋼管樁形式，鋼管樁為φ530mm×8mm鋼管和φ160mm×8mm焊接組合、φ530mm×8mm鋼管和I14工字鋼焊接組合形成鎖口。圍堰尺寸定36.93m×21.56m，圍堰內(nèi)外各設(shè)立2道圍囹，圍囹?yàn)楣ぷ咒揑45b雙拼，鋼管樁共130根。圍堰施工時(shí)，設(shè)計(jì)水位為4.77m，設(shè)計(jì)水流速度2.0m/s。圍堰拼裝完畢后，圍堰內(nèi)回填砂礫至高程-2.0m，并進(jìn)行水下混凝土封底。鎖口鋼管樁圍堰平面圖鎖口鋼管樁圍堰剖面圖圍堰平面細(xì)部布置圖5單根鋼管樁入土深度根據(jù)大橋R16#墩、R17#墩河床面高程，河床面下列地質(zhì)狀況，初步擬定南岸R16#墩鎖口鋼管樁入土深度5m，其中粗中砂層5m；R17#墩入土5m，其中粗中砂層5m。初步擬定鋼管樁入土深度后，進(jìn)行鎖扣鋼管樁內(nèi)外土壓力驗(yàn)算，通過試算，最后擬定鎖口鋼管樁的最后入土深度。6計(jì)算工況通過對(duì)以上施工階段的分析，擬定階段3施工時(shí)，水位處在最低水位3.0m；階段4施工時(shí)，水位處在最高水位5.0m，分別構(gòu)成2個(gè)最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算。6.1工況一工況一：鋼管樁在第3個(gè)施工階段，鋼管樁已按設(shè)計(jì)插打到位，并回填砂礫石至封底混凝土底面標(biāo)高位置，然后開始澆筑封底混凝土，澆筑封底混凝土?xí)r，圍堰內(nèi)水位與圍堰外水位保持一致，驗(yàn)算時(shí)，水位處在最低水位3.0m標(biāo)高處。6.1.1R16#墩鋼管樁入土深度計(jì)算單根樁上端為簡(jiǎn)支，下端為固定支撐，鋼管樁入土深度的計(jì)算采用等值梁法，即將土壓力為零的深度處近似視為鋼管樁地下部分的反彎點(diǎn)（正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置）,該點(diǎn)以上部分鋼管樁內(nèi)力與該點(diǎn)作為固定支撐,各支撐點(diǎn)簡(jiǎn)化多跨持續(xù)梁的內(nèi)力是等值的。鋼管樁受力以下圖所示，假定鋼管樁上反彎點(diǎn)位于河床面下列y處，則有：y===0.38m式中：γ1，γ2------坑內(nèi)外土粗重砂層容重，取19KN/m3H------------基坑開挖深度，在本項(xiàng)目中為基坑回填后與河床面高差，其中封底混凝土澆筑厚度1.0m，折算為回填砂厚度1.32m，回填砂厚度1.73m，累計(jì)3.05m。Ka------------主動(dòng)土壓力系數(shù)，Ka=tg(450-φ/2),φ取300；Kp-----------被動(dòng)土壓力系數(shù)，Kp=tg(450+φ/2)，φ取300；等值梁法計(jì)算簡(jiǎn)圖等值梁法計(jì)算彎矩圖等值梁法計(jì)算剪力圖由剪力圖可得QB=8.83KN，則：x===1.02m鋼管樁最小入土深度t=y+x=1.2×（0.38+1.02）=1.68m（取2.0m);6.1.3支撐系統(tǒng)計(jì)算6.1.3.1圍檁本工程為單層圍檁，圍檁所受荷載q=1.08KN，即單根鋼管樁對(duì)外圍檁荷載為1.08KN。6.1.4單根鎖口鋼管樁穩(wěn)定性判斷Mp=0.5γKpt2(7.73+t)=0.5×19×3.0×22×(7.73+2)=1109KN.m;Ma=0.5γKaH2(6+H)=0.5×19×0.333×3.052×(6.0+3.05)=266KN.m;KQ===4.2〉1.2；根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）第4.1.1點(diǎn)，可判斷單根鋼管樁處在穩(wěn)定狀態(tài)，鋼管樁入土深度可滿足規(guī)定。6.1.2.5鎖口鋼管樁圍堰基底抗隆起穩(wěn)定性分析及抗管涌驗(yàn)算由于鎖口鋼管樁圍堰內(nèi)需回填砂礫，圍堰內(nèi)基底比河床面高，封底混凝土采用水下混凝土澆筑，因此圍堰基底抗隆起及抗管涌可不必另作驗(yàn)算。6.2工況二封底混凝土達(dá)成規(guī)定強(qiáng)度后，抽凈圍堰內(nèi)的水，清理補(bǔ)平封底混凝土頂面。此時(shí)，圍堰外水位標(biāo)高5.0m，圍堰內(nèi)封底混凝土頂面標(biāo)高0.5m。6.2.1迎水面水壓力計(jì)算6.2.1.1靜水壓力計(jì)算P靜=γh=10×（5.0-0.5）=45.0KPa；靜水壓力合力作用在封底混凝土頂面以上1.5m位置，單根鋼管合力F=P靜×h÷2=45.0×（5.0-0.5）×0.53÷2=53.7KN。6.2.1.2流水壓力計(jì)算其中：P-為流水壓力——為水的容重，1