沉箱圍堰施工工法

靈昆大橋沉箱圍堰施工工法目錄前言工法特點(diǎn)適用范圍工藝原理施工工藝流程操作要點(diǎn)材料與設(shè)備質(zhì)量控制平安措施環(huán)保措施資源節(jié)約效益分析應(yīng)用實(shí)例沉箱圍堰施工工法前言2007年，浙江省交通勘察設(shè)計(jì)檢測(cè)到溫州靈昆大橋樁根底存在沖刷、漏筋、縮徑等問(wèn)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(jìn)行提高荷載標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)加固處理，即將原橋的通行能力提升為一級(jí)公路，滿(mǎn)足集裝箱卡車(chē)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了查看、分析，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙要求，我們提出采用沉箱圍堰的施工方法對(duì)該橋的存在缺陷的樁基進(jìn)行加固處理。工法特點(diǎn)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(diǎn)。另外，因在海水中作業(yè)，土圍堰無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這里就不再贅述，現(xiàn)將另外三種圍堰施工方法進(jìn)行比照，具體比擬見(jiàn)下表。三種方案的比擬方案比擬類(lèi)型方案比擬類(lèi)型沉箱圍堰方案鋼板樁圍堰方案小圍堰方案〔設(shè)計(jì)〕技術(shù)優(yōu)點(diǎn)可以一次性徹底解決所有樁基存在的問(wèn)題可以一次性徹底解決所有樁基存在的問(wèn)題無(wú)法徹底解決所有樁基存在的問(wèn)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套小圍堰施工本錢(qián)用鋼514噸，623萬(wàn)用鋼量643噸，679萬(wàn)用鋼量少，190萬(wàn)施工工期150天162天200天平安問(wèn)題有保障有保障無(wú)保障通過(guò)以上比擬，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(wèn)題，而且所用材料本錢(qián)相對(duì)低，需要的施工工期最短，且平安有保障，我們選擇了使用沉箱圍堰作為施工處理措施。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根底施工，處理深度10m以?xún)?nèi)，開(kāi)挖深度1.5m，實(shí)行深水處干處作業(yè)，沉箱圍堰還可以作為鉆機(jī)等設(shè)備的工作平臺(tái)在水面平移進(jìn)行水上作業(yè)。地質(zhì)情況可以為粘土、砂土等類(lèi)土以下情況，便于下插板插入土中。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(jì)施工，沉箱是采用鋼結(jié)構(gòu)，自重138噸，幾個(gè)箱體空腹時(shí)的浮力到達(dá)360噸，沉箱浮起后，利用動(dòng)力拖船〔80T〕在平潮時(shí)將沉箱拖到指定地點(diǎn)注水下沉。落潮過(guò)程中，自重不變沉箱浮力減小，自重加大的情況下，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(shí)行箱體內(nèi)的閉水，從而到達(dá)圍堰內(nèi)干施工作業(yè)。由于箱體有下插板，能夠自己穩(wěn)定，一旦下沉后，箱體能夠穩(wěn)定座在灘涂面上，且整個(gè)箱體地面落在最低灘涂面，故不需要進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，箱體之間全部用高強(qiáng)螺栓連接，不需要進(jìn)行單個(gè)箱體踢腳穩(wěn)定性驗(yàn)算，根據(jù)施工主要治理的問(wèn)題是坑底隆起和滲流、箱體浮力、高壓旋噴樁厚度的驗(yàn)算?？拥淄挥框?yàn)算考慮到圍堰內(nèi)的基底在覆蓋土的作用下缺乏以抵抗下部的水壓力，基坑就會(huì)失穩(wěn)，出現(xiàn)突涌現(xiàn)象，我們對(duì)基坑的突涌穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。最高潮水擋水板潮水Υw箱體Υw下插板H砂土Υ土ΥΥt坑底突涌驗(yàn)算計(jì)算簡(jiǎn)圖最高潮水擋水板潮水Υw箱體Υw下插板H砂土Υ土ΥΥt坑底突涌驗(yàn)算計(jì)算簡(jiǎn)圖驗(yàn)算平衡公式：Υ土×t＝Υw×Η式中：Υ土：土的容重t：不透水層的厚度Υw：水的容重H:承壓水頭高于含水層頂板的高度8m當(dāng)t＞Υw×Η/Υ土?xí)r，不會(huì)產(chǎn)生突涌其中沒(méi)有考慮覆蓋土層的重量和覆蓋層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的摩擦力，此計(jì)算偏向平安。一般取值平安系數(shù)大于1.2?？拥卓孤∑鸱€(wěn)定性驗(yàn)算hdKhdKpe∏lgф＋δ〔Kpe∏lgф－1〕/tgф1+ω+h1+ω+hdKst＝式中：hd—嵌入深度h—基坑開(kāi)挖深度驗(yàn)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板承受，墻體承當(dāng)外圍土體和潮水的壓力，墻體的厚度采用抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算確定。擋水板箱體下插板擋水板箱體下插板hwahwa∑eaiaih=1∑eaiaih=1eaikaiha∑EpjHwphdeaikaiha∑EpjHwphdhpbhpb高壓旋噴樁墻體厚度計(jì)算簡(jiǎn)圖高壓旋噴樁墻體厚度計(jì)算簡(jiǎn)圖10〔1.2Υ0h10〔1.2Υ0ha∑ai－h(huán)p∑pj〕b≥5Υcs5Υcs〔h＋hd〕－2Υ0Υw〔2h＋3hd－h(huán)wp+2hwa〕式中：∑Eai—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；∑Epj—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—合力∑ai作用點(diǎn)至水泥墻底的距離；hwp—合力∑pj作用點(diǎn)至水泥墻底的距離；Υcs—水泥土墻的平均容重；Υw—水的容重Υ0—平安系數(shù)取1hwp—基坑內(nèi)側(cè)地下水位高度hwa—基坑外側(cè)地下水位高度水平標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算∑Eai作用在高壓旋噴樁基上的荷載包括土壓力、水壓力。按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：eajk=σaiКai－2cik√Кai＋〔〔zi－h(huán)wa〕－〔mj－h(huán)wa〕ηwaКai〕Υw式中：σaik—作用于深度zi處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值〔〕σaik＝σrk＋σok＋σlkКai—第i層的主動(dòng)土壓力系數(shù)；Кai＝tg2〔45°－ψik/2〕ψik—第i層的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；cik—三軸試驗(yàn)確定的第i層固結(jié)不排水剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；zi—計(jì)算點(diǎn)深度；mj—計(jì)算參數(shù)；hwa—基坑外側(cè)地下水位深度；ηwa—計(jì)算系數(shù)；Υw—水的容重水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值∑Epi：epj＝σpjkКpi－2cik√Кpi＋〔〔zj－h(huán)wp〕〔1－Кpi〕〕Υw式中：σpjk—作用于基坑底面以下zj處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；Кpi—第i層的被動(dòng)土壓力系數(shù)；Кpi＝tg2〔45°＋ψik/2〕σpjk＝Υmj×zjΥmj深度zj以上土的加權(quán)平均天然容重。浮力驗(yàn)算由于沉箱的排除海水體積較大，在潮水最高位置時(shí)，沉箱的理論排水量遠(yuǎn)大于沉箱自重，需要對(duì)沉箱受到的浮力進(jìn)行驗(yàn)算。承臺(tái)a上a下a上b箱h1a箱a下b下h2b箱h挖沉箱排水體積計(jì)算平面簡(jiǎn)圖沉箱排水體積計(jì)算立面簡(jiǎn)圖a箱a箱a箱承臺(tái)a上a下a上b箱h1a箱a下b下h2b箱h挖沉箱排水體積計(jì)算平面簡(jiǎn)圖沉箱排水體積計(jì)算立面簡(jiǎn)圖a箱a箱a箱反壓梁擋水板反壓梁擋水板b上b上箱體箱體下插板下插板沉箱圍堰采用正方形設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算其自重G＝138t，浮力F浮就是沉箱圍堰排開(kāi)水的體積減去箱體自重，此浮力仍舊很大，需要施加外力防止沉箱上?。篎?。絘下×b下×h2+〔a下－0.5〕〔b下－0.5〕h挖＋a上×b上×h1－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、箱體高度、開(kāi)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(tái)下，反壓沉箱箱體，注意沉箱箱體要進(jìn)行適當(dāng)加固，使得反壓力均勻傳遞至整個(gè)箱體。從上式，我們沒(méi)有計(jì)算箱底的吸力和潮水漲過(guò)箱體后潮水對(duì)箱體外沿的作用力，故此計(jì)算偏于平安。施工工藝流程沉箱制作沉箱制作沉箱試拼裝沉箱設(shè)計(jì)沉箱轉(zhuǎn)移至施工點(diǎn)沉箱對(duì)角拆分修改沉箱圍墩組合箱體注水下沉將所有螺栓擰緊搭設(shè)平臺(tái)以承臺(tái)為工作面準(zhǔn)備兩只80t拖船最高潮水位、無(wú)風(fēng)高壓旋噴施工壓密注漿施工高壓旋噴就位壓密注漿就位反壓梁施工養(yǎng)護(hù)3天抽水、基坑開(kāi)挖樁基處理沉箱上浮轉(zhuǎn)移撤除反壓梁YNYN沉箱制作沉箱的制作在廠(chǎng)家進(jìn)行，先按照設(shè)計(jì)圖紙下料，并作記號(hào)，鋼板采用切割下料，不得使用氧氣乙炔高溫切割，防止鋼板變形。箱體所用閥門(mén)設(shè)置在箱體內(nèi)，閥門(mén)要采取防漏水處理，閥門(mén)設(shè)置在離沉箱底80cm以上。箱體之間連接處要焊接牢固，撤除的位置要設(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(chǎng)地進(jìn)行拼裝，做到?jīng)]有問(wèn)題后下水。沉箱就位沉箱就位前要將墩臺(tái)位置清理平整，特別是將承臺(tái)周鋼管清理至灘涂下，原承臺(tái)周邊的灘涂要根本在一個(gè)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(shí)，采用外套小護(hù)筒在最低潮位時(shí)切除鋼管。沉箱拖移時(shí)間控制在漲潮根本結(jié)束前的一個(gè)小時(shí)，同時(shí)根本撤除沉箱之間〔對(duì)角〕的連接螺栓，留下的螺栓不要超過(guò)設(shè)計(jì)的30％，便于靠近墩臺(tái)后及時(shí)分解沉箱，為就位二次組合留下時(shí)間。分解后要將沉箱及時(shí)按照方位就位，一個(gè)邊長(zhǎng)度7m順橋方向下靠，一個(gè)邊長(zhǎng)度11m橫橋方向下靠墩臺(tái)。分解并靠近墩臺(tái)的沉箱用尼龍繩拉緊，防止落潮時(shí)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(shí)間將沉箱用高強(qiáng)螺栓連接，連接時(shí)沉箱局部螺栓孔會(huì)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(qiáng)后將沉箱注水下沉。螺栓的連接先外后內(nèi)，按照順時(shí)針或逆時(shí)針加強(qiáng)螺栓。反壓梁施工當(dāng)沉箱下沉就位后，開(kāi)始反壓梁的施工，我們注意到在沉箱下沉成功時(shí)，沉箱的浮力到達(dá)680噸，一旦潮水過(guò)了箱體，會(huì)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(duì)沉箱箱體進(jìn)行加固，使浮力均勻傳遞到箱體，本次采用的鋼梁共計(jì)4根，單根長(zhǎng)度12m，鋼橫梁順橋向設(shè)置。鋼梁與承臺(tái)之間用小槽鋼頂住，之間的孔隙用三角木楔塞緊。箱底止水帷幕和壓密封底高壓旋噴樁平均樁徑為φ900mm、樁間距700mm，長(zhǎng)度700cm。高壓旋噴鉆機(jī)采用XPZ－50型單管高壓旋噴樁，BWT100／30高壓注漿泵機(jī)，當(dāng)鉆機(jī)鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用高壓旋噴機(jī)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(guò)一系列的物理化學(xué)反響，固結(jié)成樁，從而到達(dá)支護(hù)、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(jī)，鉆孔直徑110mm，孔深為4.00m，進(jìn)入樁基處理面下1.5m。注漿液采用425#硅酸鹽水泥，水灰比為1：1～0.5：1。注漿設(shè)備采用HB80/10型泵，注漿壓力0.3MPa～1.0MPa，在注漿初期水灰比采用1：1，假設(shè)“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(dá)1.0MPa，并不“吃漿”，應(yīng)停止注漿。維護(hù)加固在樁基抽水，開(kāi)挖前還需要對(duì)樁基進(jìn)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(duì)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(jī)對(duì)箱體外進(jìn)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(shí)在箱體的兩個(gè)迎水面打設(shè)鋼管，里面填裝裝土蛇皮袋。材料和設(shè)備沉箱圍堰施工用的材料序號(hào)材料名稱(chēng)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槽鋼〔12.6箱體與擋水板連接面4角鐵L50×5擋板加強(qiáng)5角鋼L75×50×5箱體通長(zhǎng)6鋼板t＝6擋水板面板7角鐵L63×5擋水板加強(qiáng)肋8角鋼L50×5剪刀撐9鋼管￠219219×注水口10高強(qiáng)螺栓M20×110沉箱連接11普通螺栓M16×40擋水板連接12高強(qiáng)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L50×5鋼爬梯15H型鋼H45反壓箱體沉箱圍堰主要包括箱體、擋水板、下插板、反壓梁等局部。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(hào)機(jī)械或設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格數(shù)量性能1大沉箱2.5×11m32大沉箱2.5×13m33挖泥船0.3方14泥漿泵45kw35高壓泵3.5kw36單管高壓旋噴樁機(jī)XPZ－5017鉆機(jī)XY－128砂輪切割機(jī)29沖擊電錘210附著式振搗器HZ6Z－50811電焊機(jī)BX1-300412小型運(yùn)輸船80t413內(nèi)陸式挖機(jī)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(jìn)行密水處理，我們?cè)阡撓潴w〔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(qiáng)螺栓連接牢固，螺栓的間距不得大于10cm。其他需要焊接的局部焊接牢固，不得有焊接孔洞，連續(xù)焊接。沉箱下水前要在場(chǎng)地進(jìn)行試拼裝，拼裝檢查螺栓孔的位置是否在一個(gè)位置，能否確保沉箱的連接鋼板密實(shí)連接，不漏水。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(zhǎng)度不小于5cm，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(lái)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(shí)，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(dòng)就及時(shí)打緊。地基的處理原來(lái)的海涂面是一個(gè)上下不平的外表，沉箱就位前需要進(jìn)行開(kāi)挖整平，經(jīng)過(guò)開(kāi)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(shí)，不滿(mǎn)足海涂下降的要求。最后決定采用小護(hù)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)的水位要保持水平，防止潮水由箱底涌進(jìn)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(shí)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?yàn)?.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(shí)在圍堰內(nèi)側(cè)垂直角的位置適當(dāng)加2根樁。施工時(shí)，拉線(xiàn)控制樁基的線(xiàn)性和間距，放線(xiàn)時(shí)，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。平安措施平安措施是本工法控制的難點(diǎn)，施工前及施工過(guò)程要加強(qiáng)平安的教育，防止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(jī)械及用電三個(gè)方面對(duì)施工人員進(jìn)行了教育。本次施工無(wú)事故發(fā)生。水上平安平安事項(xiàng)施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須戴好平安帽扣好帽扣，登高2米必須戴好平安帶扣好平安扣，禁止醉酒作業(yè)。施工前對(duì)沉箱，船只必須進(jìn)行檢查，合格前方可使用，嚴(yán)禁機(jī)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(shí)救生。船只由專(zhuān)人駕駛，并按期保養(yǎng)〔修理〕，每天做一次清理檢查。人員臨近船邊作業(yè)，要注意防止落水，上下爬梯防止踏空。人員上下班用的爬梯要設(shè)置平安防護(hù)網(wǎng)。沉箱移動(dòng)時(shí)要防止沉箱被水流沖擊引起傾覆。沉箱拼裝時(shí)要注意箱體穩(wěn)定，人員不得站在箱體結(jié)合處，防止被擠壓傷害。保持行走通道干凈、整齊，及時(shí)清理踏板上的泥巴，防止人員滑倒。箱體抽水完成后，由于自重及水壓較大，注意觀察箱體下土體的穩(wěn)定性。橋面作業(yè)平安事項(xiàng)施工現(xiàn)場(chǎng)晚上必須設(shè)有專(zhuān)人值班，各施工點(diǎn)設(shè)標(biāo)記標(biāo)識(shí)，特別橋面施工點(diǎn)設(shè)置明顯的平安警示標(biāo)志。橋上人員橫過(guò)橋面注意來(lái)往車(chē)輛做好防盜防火平安工作，宿舍嚴(yán)禁使用明火，貴重物品自己保存好。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(kāi)挖的基坑要設(shè)置臨時(shí)防護(hù)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)定情況橋上要注意設(shè)置平安保護(hù)墩，同時(shí)施工人員穿反光服裝。橋上東西往下放的時(shí)候，注意下面人