拉森鋼板樁圍堰在海河春意橋水中墩施工中的應用.doc

拉森鋼板樁圍堰在海河春意橋水中墩施工中的應用劉躍武（中國建筑第六工程局有限公司基礎設施事業(yè)部天津市300457）摘要采用拉森鋼板樁圍堰做水中墩時,確定鋼板樁的強度、剛度和入土深度是保證承臺、墩柱順利施工的關鍵。文中以海河春意橋水中墩圍堰為例,介紹了拉森鋼板樁圍堰的結構形式、內力和入土深度的計算方法,并對拉森鋼板樁圍堰的工藝流程和施工方法做了較詳細的闡述,可為類似工程的施工提供一定的借鑒作用。關鍵詞市政工程 海河春意橋拉森鋼板樁圍堰施工1工程概況海河春意橋5、6號墩承臺位于海河水中,墩位處淤泥底面標高-5.6m，設計承臺底標高在-10m，據現場觀測，海河常水位為+1.5m，考慮封底混凝土厚度等因素進行，承臺施工時，鋼圍堰內外水位差為12.513.0m，采用拉森鋼板樁圍堰法進行水中承臺施工。設計的鋼板樁圍堰如圖1所示。圖1鋼板樁圍堰2圍堰結構受力計算2.1計算選定參數2.1.1 海河水位計算中根據實際情況取海河水位為+1. 5m。2.1.2 鋼板樁標高及長度鋼板樁頂標高為+3. 5m,鋼板樁長度22m。2.1.3 設計及地質概況墩承臺尺寸為7.7m48.6m3. 0m,承臺的頂標高為-7.0m,底標高為-10.0m。經過實測河床墩位處淤泥底面標高-5.6m。淤泥層以下各土層性能參數見表1：表1 淤泥層以下各土層性能參數土層名稱層頂標高層底標高土層厚度容重（kN/m3）內摩擦角（）粘聚力（kPa）1粉質粘土-5.60-11.305.7019.217.316.3粉質粘土-11.30-12.401.1020.215.121.01粉質粘土-12.40-17.705.3020.117.523.31粉質粘土-17.70-21.403.7019.814.427.92.1.4 鋼板樁型號圍堰用鋼板樁為日本產SKSP-SX27型，即拉森型高強度鋼板樁，其截面尺寸見圖2，性能參數見表2、表3。圖2 鋼板樁截面尺寸表2 鋼板樁技術參數型號（寬度高度）有效寬Bmm有效高hmm腹板厚tmm單根鋼板樁每米板面截面面積cm2理論重量kg/m慣性距Ixcm4截面模量Wxcm3截面面積cm2理論重量kg/m2慣性距Ixcm4截面模量Wxcm360021060021018.0135.31068630539225.5177.0567002700表3 鋼板樁的機械性能標準號牌號機械性能，不小于屈服強度（N/mm2）抗拉強度（N/mm2）延伸率（%）JIS A 5528SY295295490172.1.5 圍檁及支撐圍堰支撐的圍檁、內支撐鋼管用料如下：序號位置墩號規(guī)格截面面積（cm2）主截面矩（cm3）1第一道圍檁2I45b2111.421500.42第二道、第三道圍檁2I63a2154.622984.33第一、二、三道內支撐630mm，8mm鋼管156.32400.42.1.6 土壓力系數根據現場實測和地質報告確定水文地質情況,計算土壓力系數。土層名稱內摩擦角（）KaKp透水性評價1粉質粘土17.30.540.73 1.851.36 不透水粉質粘土15.10.590.77 1.701.30 不透水1粉質粘土17.50.540.73 1.861.36 不透水1粉質粘土14.40.600.77 1.661.29 不透水2.2 計算內容2.2.1 內支撐層數及間距。按等彎距布置確定各層支撐的間距,根據拉森型鋼板樁能承受的最大彎距,確定在+3.0m、-2.4m、-6.3m標高處設置三道支撐。2.2.2 鋼板樁計算(1) 結構內力分析。因為鋼板樁打入土層透水性評價均為不透水，因此，利用理正深基坑設計6.0軟件，取1m板寬，以水土合算的計算方式，通過m值法，對圍堰施工各個工況下的結構內力進行分析。得出結構受力的包絡圖如圖3所示：圖3鋼板樁結構內力計算包絡圖(2) 鋼板樁抗彎計算。鋼板樁承受的最大彎矩為240.34kNm,彎應力為89.0MPa,滿足受力條件。(3) 圍檁受力計算根據圖3，取1m板寬計算時，支撐反力最大值為274.22kN，采用MIDAS建模，按圍檁承受274.22kN/m線荷載進行計算，得出圍檁及支撐承受組合應力最大值為85.0MPa，結果滿足結構安全要求。2.2.3 鋼板樁入土深度。采用圓弧滑動簡單條分法進行分析，計算出鋼板樁嵌固深度設計值為4.2m，而實際施工嵌固深度采用值為7.5m能夠滿足施工要求。此外,設計的鋼板樁圍堰均滿足抗傾覆驗算、基坑底管涌、隆起驗算和抗浮穩(wěn)定性驗算。3施工工藝3.1施工工藝流程施工準備測量定位第1道圍檁及支撐兼導向架打鋼板樁排水堵漏第2道圍檁及支撐排水堵漏第3道圍檁及支撐排水堵漏清淤封底承臺及墩柱施工鋼板樁圍堰拆除。3.2鋼板樁施工3.2.1 導向布置鋼板樁插打之前，在鉆孔樁鋼護筒上焊接牛腿，安裝第一道支撐圍檁，作為鋼板樁插打時的導向架，以控制鋼板樁的平面尺寸和垂直度。第一層鋼支撐的圍檁是鋼板樁打入時的依托，所以第一層圍檁的平直與否，將影響到整個鋼板樁圍堰內鋼支撐的施工。首先，彎曲排列的鋼板樁會給第二、三層的圍檁帶來拼裝時的困難，因為此時的對接接口是呈斜狀的。必須強調的是，大范圍彎曲排列的鋼板樁，其相應二、三層的圍檁必須基本上貼著鋼板樁走，才不至于在圍檁與鋼板樁之間留下大的間隙，增加二次支撐的工作量，同時使鋼支撐的受力復雜化。其次，大范圍彎曲排列的鋼板樁，將使圍堰局部產生位移。因此第一層圍檁安裝時直以及鋼板樁打入時是否垂直、平整，是影響整個鋼支撐否順利進行的關鍵點。為此，第一層圍檁與鋼護筒之間應焊接牢固的三角形支撐結構。3.2.2 鋼板樁插打通過檢測確定第一片鋼板樁插打合格后，以其為基準，再向兩邊對稱插打鋼板樁到設計位置，最后在一側的中間合龍。整個施工過程中，要用錘球控制每片樁的垂直度，并及時調整；在鋼板樁的插打時注意鋼板樁的拼接縫不能在圍堰的同一斷面上，應上下交替錯開。每一片鋼板樁先利用自重下插，當自重不能下插時，才進行加壓；鋼板樁插打至設計標高后，立即與導向架進行焊接，以抵抗水流沖擊；插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調整合龍”的施工要點。3.2.3 拉森板樁的起插控制第一根拉森板樁以導梁為定位、垂直插（此項工作應反復仔細校正拉森板樁位，確保垂直）至設計標高。其余各拉森板樁，則以已插好的拉森板樁為準，起吊后人工扶持插入前一根拉森板樁鎖口，然后用振動錘振動下沉。插入樁位的拉森板樁須緊靠導梁。插打一根或幾根后，將已插好的拉森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根樁的垂直度，及時調整。調整工具有千斤頂、木楔、導鏈等。3.2.4 圍堰合龍鋼板樁合龍技術是鋼板樁圍堰施工過程中的關鍵，合龍成功與否決定了圍堰的施工質量及進度。（1） 合龍點選擇根據施工布置及工期，在最后插打的1側圍堰中段設置一個合龍口，板樁根數約為35根。（2） 合龍準備為控制合龍口處鋼板樁垂直度,在距合龍口兩側還剩10余根鋼板樁時便嚴格控制鋼板樁的傾斜度。每插打一根鋼板樁就測量其軸向及法向傾斜度,并根據其傾斜度的累積增加規(guī)律及已有的施工經驗預計其后幾根樁的傾斜度。為保證合龍口處鋼板樁的垂直度，在距合龍口還剩幾根鋼板樁時立即下異形鋼板樁，將樁的軸向傾斜度糾正為負數，然后再插打樁至合龍?zhí)?，使其軸向及法向傾斜度均控制在0.2%以內。（3） 確定合龍鋼板樁尺寸合龍樁的寬度確定。根據合龍口的形狀確定合龍樁的尺寸,其具體方法是：測量合龍口的寬度，12h后再復測一次。目的是讓合龍口各樁向自由端釋放插打嵌合過程中的內力和位移，待其充分釋放后再測合龍口寬度。復核合龍樁尺寸。按最終實測的合龍口寬度焊接一根合龍樁試樣，將試樣在合龍口處試插，若試樣能在兩相鄰樁鎖口中自由上下移動，即可確定合龍鋼板樁的加工尺寸。合龍鋼板樁的檢測。檢測項目包括鋼板樁的長度、寬度、彎曲度等。（4） 插打合龍鋼板樁為了使合龍鋼板樁能順利與相鄰樁的鎖口相互咬合,插打前應使合龍鋼板樁兩側樁高度不同，高差控制在100200 mm，這樣合龍鋼板樁的鎖口可較方便地先與高樁套好，再套低樁的鎖口。插打合龍樁時，使與相鄰樁套好鎖口的合龍樁自由落入，并將振動錘垂直降落，使其重量全部壓在合龍樁上，開啟振動錘，隨著樁進入土體的深度增加，阻力逐漸增大，此時控制器電流表的電流值亦增大，當電流值升至400 A時，將樁上提2 m左右，待電流值降至100 A時，再向下施打。如此反復幾次，將樁打至預定高程。（5） 合龍施工質量評價合龍質量評價的標準如下：合龍鋼板樁施打時間與一般鋼板樁插打時間基本一致；在打樁過程中，合龍鋼板樁的鎖口與相鄰樁的鎖口連結完好，未發(fā)現鎖口破壞現象；合龍鋼板樁打入后，其相鄰兩根樁的傾斜度仍保持在0.2%以內，與合龍前傾斜度一致。3.2.5 圍檁及支撐安裝拉森板樁插打施工完后，進行第二道圍檁型鋼安裝，安裝時首先在安裝位置下方焊接承受圍檁自重的臨時短型鋼，然后吊圍檁型鋼就位。由于部分拉森板樁側面與圍檁型鋼之間存在空隙，將每片有空隙處的拉森板樁用短型鋼支撐在圍檁型鋼上并焊接固定，尤其注意拉森板樁圍堰四角與圍檁型鋼的固定。并按照設計要求安裝630鋼管樁支撐，對圍檁型鋼和支撐接頭位置用三角加勁板焊接，同時加強焊縫質量檢查，形成穩(wěn)定的內支撐結構。圍檁與支撐的連接方式為焊接，支撐鋼管與圍檁連接部位滿焊，為環(huán)形焊縫，且在接頭位置沿鋼管周圍焊接6塊三角加勁板，每60焊接1塊，三角加勁板同時與鋼管和圍檁焊接，加強支撐和圍檁的連接強度。在拉森鋼板樁凸面上每隔5.1m焊接一道牛腿，牛腿采用I45b工字鋼制成，長100cm，與拉森鋼板樁凸面焊接，牛腿頂面高程根據圍檁安裝的底標高控制。圍檁與鋼板樁凸面之間的縫隙采用鋼板塞緊并進行焊接固定，圍檁與鋼板樁凹面之間的縫隙根據縫隙寬度截取同長度的I25b工字鋼和鋼板塞緊并進行焊接固定。圍堰內開始抽水前先用水泵進行試抽水，降水高度1m范圍，然后觀察拉森板樁之間是否有滲漏水現象，如有進行塞縫堵漏。然后繼續(xù)降水進行下道圍檁焊接與支撐安裝。在圍檁及支撐施工同時，進行上下樓梯的安裝。3.2.6 基坑開挖鋼板樁圍堰形成并降水后，將基坑開挖至設計標高。開挖采用干挖法，即降水后利用高壓水槍將土體沖散后，用排污泵抽出基坑?；娱_挖至承臺底設計標高下1.0m即為-11.0m，開挖至設計標高后，進行基面清理工作，清理表面泥渣，并大致整平。清理完后檢查基底平整度并作好記錄。在圍堰基坑底四角埋設四根無砂混凝土濾水管，并各下一臺6水泵，將基坑底水位保持在坑底以下1m即標高-12.00m處。3.2.7 封底混凝土施工封底混凝土采用干做法，即在基坑底面上直接澆筑1m厚C25封底混凝土。一方面通過封底混凝土增加抗水壓強度，一方面封底混凝土與圍堰形成一個整體，增大圍堰的自重，抵抗外側水浮力。澆筑封底混凝土時應將基坑底降水井的無砂混凝土濾水管接長至封底地面，方便承臺及墩柱施工時的降水。封底混凝土澆筑應在開挖至基坑底面后盡快進行。砼澆筑前應將基坑底雜物、松散土體清理干凈，在標高達到設計要求后，方可進行砼的澆筑。封底混凝土澆筑前應在封底混凝土頂面即-10.0m上焊接砼工操作平臺?；炷敛捎帽密嚌仓?，澆筑砼時分塊、分層水平對稱澆筑，分塊寬度不宜超過2m，分層厚度為30cm為宜。澆筑時應當對稱澆筑，防止出現兩側圍堰受力不均的情況發(fā)生。砼振搗采用插入式振動棒振搗，振搗棒應快插慢拔。振動棒的移動間距不應超過其作用半徑的1.5倍，且要求插入下層砼510cm ，每一處振動完畢后應邊振動邊提出振動棒。禁止采用振搗方式使混凝土長距離流動或運輸混凝土，避免發(fā)生混凝土離析。對每一處振動部位，必須振動到該部位砼密實為止，密實的標志是砼停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現平坦、泛漿。在砼澆注完畢立即將砼表面壓光。再進行養(yǎng)護。3.2.8 鋼圍堰拆除（1） 支撐及圍檁拆除待承臺、墩身施工結束即可進行鋼圍堰拆除工作。第三道內支撐拆除前先在鋼板樁與承臺間回填細砂并在頂部澆筑40cm厚砼冠梁作為臨時支撐，第二、一道內支撐拆除前采用水泵加水至圍檁標高下1m處，再進行逐層拆除。（2） 拉森板樁拔除方法拉森板樁拔出前，注水使鋼圍堰內、外水位持平，拔除工作先由下游方向開始，對稱施工至上游方向，拔樁起點應離開角樁5根以上，可根據沉樁時的情況確定拔樁起點。對于本工程而言，靠近棧橋側及兩個短邊側鋼板樁采用DZ90型振動錘配合履帶吊進行拔除，靠近主航道側利用DZ90型振動錘配合80t履帶吊進行拔除。鋼板樁拔除時先用打拔樁機夾住拉森板樁頭部振動1min2min，使拉森板樁周圍的土松動，產生“液化”，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時注意樁機的負荷情況，發(fā)現上拔困難或拔不上來時，應停止拔樁，可先行往下施打少許，再往上撥，如此反復可將樁拔出來。3.2.9防滲與堵漏鋼板樁打入之前一般應在鎖口內涂以黃油、鋸末等混合物。當鎖口不緊密漏水時,用棉絮等在內側嵌塞,外側包裹一層防水彩條布,起到防水和減小水壓力的雙重效果,抽水時同時在外側水中漏縫處撒大量木屑或谷糠和爐渣的混合物,使其由水夾帶至漏水處自行堵塞,在樁腳漏水處,采用局部砼封底等措施。若漏水嚴重,堵漏困難時,在鋼板樁外側補打木樁圍堰,木樁圍堰內側鋪設彩條布,在彩條布與鋼板樁圍堰間填筑粘土進行封堵。4結語在海河春意橋水中墩施工中,采用經濟的圍堰結構形式,正確計算其結構內力和入土深