软弱地质深水基础钢管桩围堰设计与施工技术.pdf

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软弱地质深水基础钢管桩围堰设计与施工技术1 软弱地质深水基础钢管桩围堰设计与施工技术2 软弱地质深水基础钢管桩围堰设计与施工技术3 软弱地质深水基础钢管桩围堰设计与施工技术4 软弱地质深水基础钢管桩围堰设计与施工技术5
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·桥涵工程·收稿日期:20160316基金项目:中铁十六局集团科技发展项目(20151B桥)软弱地质深水基础钢管桩围堰设计与施工技术郭志永(中铁十六局集团第一工程有限公司 北京 101300)摘 要 由于桥梁跨度日趋增大,其深基坑围堰的设计与施工日趋复杂,本文结合国道 G104 五河淮河特大桥主桥承台的软弱地质、深水条件下的钢管桩围堰的设计与施工,介绍了围堰的方案比选,以及采用锁扣钢管桩作为围堰主体结构、工字钢及钢管作为内支撑以构建钢管桩围堰的关键设计方法与施工技术,解决了软弱地质条件、深水基础的围堰设计与施工问题,可供类似工程的施工提供借鉴。关键词 软弱地质 深水基础 钢管桩围堰中图分类号   U443.25文献标识码   B文章编号 10094539 (2016)增 1004304          DesignandConstructionTechniqueofSteelPipePileCofferdamasDeepwater   FoundationinWeakGeologicalCondition  GuoZhiyong(  ChinaRailways16th     ×①④⑤×⑦°②③×δ→±με③μ①①×③με⑦→,  ①③③με,China)Abstract   Withthedevelopment,       thebridgespancomeslongerdaybyday,     andtheirfoundationdesignandconstruction                  techniquesbecomemorecomplicated.ThistextwasbasedonthedesignandconstructionofthecushioncapofG104Na桥tional             HighwaysWuheHuaiheExtraLargeBridgeintheweakgeologicalanddeepwatercondition.Aftercomparingschemes  ofcofferdamdesign,      thepaperproposedtoemployfastenersteel    pipepileasmajorstructure,  Ibeamandsteel  tubeasin桥 nersupport,              soastomakeasteeltubecofferdamscheme.Finallyitfoundsolutionoftheproblems,   suchasweakgeology,       deepwater.Thiscouldgiveothersimilarworksausefulreference. Keywords  ①④ε①⑦⑦ε; deepwaterfoundation;steel  pipepilecofferdam  1引言在桥梁跨度日趋增大的今天,桥梁基础的地质、水文条件日趋复杂,构建桥梁基础施工围堰是水中基础施工的前提条件,它提供了基础施工人员及设备作业、混凝土浇筑的水中干作业条件。基础围堰的构建方案,主要应考虑企业或地区的大型设备现状、项目的工期要求、经济条件,以及梁墩位处的地质条件、水文条件等因素[1]。目前深水基础围堰方案的主要有双壁钢套箱围堰[ 1-3]、钢管桩围堰[4]、钢板桩围堰[ 5-7]等形式,土石围堰由于对河流有污染目前应用已经较少。对于软弱地质、深水条件下的基础施工,采取何种措施保证围堰的稳定性是关键,也是较大的技术难题。 2工程概况国道 G104 五河淮河特大桥跨淮河主桥采用(  100+170+100)m 连续刚构桥方案。24#墩、25#墩两主墩各设两个  19× 14m 矩形钢筋混凝土承台,高 5m。桥位处2005 年 ~2014 年之间历年枯水季节最高水位为  12.737m,最高水位时水流速度最快为  0.68m/s,主墩河床水深  5~8m,常水位  11.9m。桥址区域地质情况较为软弱,土层第①层至第④层为第四系全新统冲积层,第⑤层至第⑦层为第四系上更新统冲积层,下伏基岩为上太古界五河群片麻岩(见表 1)。34铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·桥涵工程·表   124#桥墩地质状况地质编号土质地质描述层底标高范围/m 层厚范围/m承载力/摩阻力/kPa内摩擦角/(° )压缩模量/MPaQl4a①粉土褐黄色、灰黄色,稍密 ~中密 4.29~5.59 1.3   30~100/10~309.86.93Ql4a② 粉质黏土灰色、褐黄色、灰黄色,可塑 ~硬塑  1.59~4.292.7 140/409.36.55Ql4a③粉土灰色、灰褐色,稍密 ~中密 -7.41~1.599 100/309.2展目((Ql4a④ 粉质黏土灰色、灰黄色,可塑 ~硬塑 -8.763~-7.41 1.363   220~260/55~6510.17.68 3方案比选目前常用的几种钢围堰为钢套箱围堰、钢管桩围堰及钢板桩围堰。  3.1双壁钢套箱围堰双壁钢围堰强度、刚度及结构稳定性比较好[4],比较适用于浅挖深水施工,围堰内支撑少,方便机械挖泥作业。但双壁钢套箱也存在几个不足之处:(1)加工、安装、拆除工艺较为复杂、工期较长。(2)本项目主墩围堰下沉最大深度达 11.119m,粉土、粉质黏土地质条件下沉较为困难。(3)本工程河床覆盖层厚,地质为粉土、粉质黏土,围堰若采用抓土或吸泥辅以射水下沉,对软弱土层扰动较大、不利于套箱的整体稳定性。(4)水下的围堰须潜水员水下拆除,费用相对较高。 3.2钢管桩围堰采用锁扣钢管桩围堰方案具有以下优点[4]:(1)桥位处河床面往下  9~23m 范围内地质依次为粉土、粉质黏土,便于锁扣钢管桩插打。(2)加工、安装方便,周期短、成本低。锁扣钢管桩采用振动锤逐根振动沉桩,插打快捷,施工后期拆除方便,节省工期,围堰拆除安全风险低。(3)抗弯刚度大、密水性好,安全风险小。钢管桩围堰方案也存在不足之处:(1)使用内支撑较多,不利于机械挖泥作业。(2)围堰的整体性和刚度相对双壁钢套箱围堰来说稍低。 3.3钢板桩围堰钢板桩围堰的情况与钢管桩围堰类似[5,7],费用相对较低,但刚度相对来说最低,水平支撑量大、安全风险高。 3.4比选结论从各方案的对比分析来看,采用钢管桩围堰相对刚度较高、稳定性较好、工期较容易得到控制、费用相对较低,地质情况较为适宜钢管桩插打,因此选用钢管桩围堰方案。 4钢管桩围堰的方案设计  4.1钢管桩围堰总体设计根据承台设计尺寸及钢栈桥施工方案,以及现场水文、地形等相关资料,确定各围堰的尺寸:24#墩、25#墩单个墩锁扣钢管桩围堰尺寸为   32.3m× 21.9m,围堰高度为  27m;围堰顶面标高以施工期最高水位以上  2m 控制,施工期安排于枯水期(10 月至次年5 月),根据设计图纸及调查的水文资料,桥位处近 10 年历年枯水期最高水位为  12.737m,常水位 11.9m,设计围堰钢管桩顶面高程为  14.737m(见图1)。钢管桩底面高程经计算确定为:24#墩及 25#墩为  -12.263m,26#墩为  -4.663m。图   124#、25#墩锁扣钢管桩围堰设计 44铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·桥涵工程· 4.2钢管桩围堰细部设计锁扣钢管桩围堰由钢管桩、锁扣阴阳头、内支撑、分配梁和封底混凝土组成[8]。钢管桩采用5 630mm、壁厚为  10mm 的焊接钢管,钢材采用 Q345C 材质。(1)锁扣设计。锁扣阳头采用 20b 工字钢,阴头采用5 219mm、壁厚为  10mm 的焊接钢管连接。(2)内支撑设计。第一道内支撑采用5630、壁厚  10mm 钢管,采用双肢 56b 工字钢作为围檩;第二 ~第四道内支撑采用5630、δ =12mm 钢管,采用三拼 63b 工字钢作为围檩。(3)封底混凝土。封底混凝土采用  3m 厚 C25水下混凝土。 4.3钢管桩围堰设计计算  4.3.1手算部分采用手算[ 8-10]的方法,对封底混凝土厚度、钢管桩入土深度、基坑底抗管涌、基坑底部的隆起、封底砼整体抗浮稳定性、围堰整体稳定性进行了检算。(1)封底混凝土厚度。水下封底混凝土承受的荷载应按围堰封底以后,围堰内水抽干最不利情况考虑,计算结果考虑安全系数封底混凝土厚度取 3m。(2)钢管桩入土深度。计算钢管桩的入土深度时,考虑在第一层围檩安装完成后进行水下开挖至封底混凝土底面时钢管桩围堰稳定所需的最小入土深度,采用等值梁法进行计算,计算结果为入土深度  8.376m、桩长  26.913m,实际取值  27.0m。(3)基坑底抗管涌。采用钢管桩入土深度进行校核,计算安全系数 1.5 时钢管桩最小入土深度为结果为  6.323m,实际取值为  8.376m,满足要求。(4)基坑底部的隆起。以桩背后的土柱重量和外荷载之和与基坑底面以下地基土的承载力进行比较分析隆起安全系数。计算时未考虑土体与钢管桩间的摩擦力,以及垂直面上土体的抗剪强度对土体下滑的阻力,实际施工偏于安全。计算结果安全系数为 1.8、大于 1.2,故基底不会产生隆起。(5)封底砼整体抗浮稳定性。选取抽水至封底混凝土顶面时的最不利工况对封底砼进行整体的抗浮稳定性验算。计算结果为抗浮稳定性安全系数  1.72>1.05。(6)围堰整体稳定性。围堰在流水压力作用下才有可能发生倾斜,稳定力矩是由桩基与封底混凝土的摩阻力、混凝土自重、钢管桩抗拔力的合力与水浮力的差值。倾覆力矩是由流水压力产生的。稳定系数为稳定力矩与倾覆力矩之比,计算结果为1124.2,满足要求。 4.3.2采用  MidasCivil软件计算部分采用  MidasCivil 软件对围堰钢管桩、围檩及内支撑结构受力进行验算,根据施工工序按如下工况进行验算:工况 1:先安装第一层围檩及内支撑,保持围堰内外水头高度,直接清淤至封底混凝土底,此工况作为钢管桩入土深度计算时的工况。工况 2:封底混凝土达到要求强度后,抽水至第二层围檩处,此时第二层围檩及内支撑尚未安装。工况 3:安装第二层围檩及内支撑,抽水至第三层围檩处,此时第三层围檩及内支撑尚未安装。工况 4:安装第三层围檩及内支撑,抽水至第四层围檩处,第四层围檩及内支撑未安装。工况 5:安装第四层围檩及内支撑,抽水至封底混凝土顶面。工况 6:第一层承台施工完毕,砼强度达到设计要求,在承台与钢管桩之间填砂,在顶部浇筑混凝土圈梁,圈梁混凝土强度达到设计强度后,拆除第四层围檩及内支撑。钢管桩计算结果见表 2。表  2钢管桩计算结果 工况最大正应力/MPa 最大剪应力/MPa 最大位移/mm备注工况 117.14.46.46满足要求工况 2259.429.234.16满足要求工况 3229.838.214.87满足要求工况 4150.737.84.78满足要求工况 42.322.30.50满足要求工况 642.7 21.5 1.09满足要求  围檩及内支撑结构受力验算均满足要求。 5钢管桩围堰的施工  5.1总体施工顺序围堰及承台的总体施工顺序为:钢管桩及围檩、内支撑加工制作→测量放样→设置导向框架→插打定位钢管桩→插打钢管桩至合龙→安装第一层围檩及内支撑→吸泥、挖土→水下混凝土封底→分层抽水、分层安装围檩及内支撑→凿除桩头、封底找平、施工第一层承台→承台与钢管桩之间填砂支撑→施工54铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·桥涵工程·第二层承台→施工水位以下墩柱→拆除围堰。 5.2设置导向框为保证钢管桩轴线位置及垂直度精度,设置定位架进行限位。在已建好的钢栈桥及钢平钢管桩上,每隔 3m 左右焊接一道临时牛腿,在临时牛腿上安装 18 号槽钢定位框架,钢管桩沿槽钢内缘逐根插打。 5.3钢管桩插打钢管桩插打机械选择 90 型振动锤。插桩时锁扣要对准,在打桩过程中,为保证钢管桩的垂直度,用全站仪跟踪控制[11]。先插打定位钢管桩,注意控制好其轴线和垂直度的精度,以起到定位导向作用;插打过程中及时测量纠偏,打至预定深度后应立即用型钢与导向框临时点焊固定。 5.4围堰挖土、抽水、加内支撑采用泥浆泵抽排泥浆至泥浆车中、运至指定弃土场;局部淤泥黏稠的采用高压射水辅助;对于泥浆泵无法清理、高压射水效果较差的坚实地层,改用抓斗挖土。围檩及内支撑安装时,控制牛腿的高程是保证围檩及内支撑为平面杆件、与结构计算相符的首要因素,是控制围檩及内支撑安装精度的前提条件,因此首先测量放样每个牛腿的位置及高程,然后挂线检查各牛腿之间的高差。牛腿、钢管桩、围檩、内支撑钢管之间的接触部位满焊牢固。 5.5围堰内力与变形的监测  5.5.1监测项目参照规范[12]及本项目的实际情况,确定监测项目,现场监测采用仪器监测与巡视检查相结合的方法。仪器监测项目为围檩的水平位移、围檩及内支撑的应力观测。位移观测采用全站仪逐点观测;围檩及内支撑应力观测采用应变贴片观测。根据计算结果,每道围檩的位移、每道围檩及内支撑的应力控制值见表 3 及表 4。 5.5.2监测结果第一、二道围檩及内支撑的观测结果见表 3 及表 4,观测位移及应力均在控制值范围内,说明结构是安全的。表  3第一、二道围檩的位移观测结果日期实测数据第一道围檩(允许位移 ± 20mm)往外为 +1234展6第二道围檩(允许位移 ± 20mm)往外为 +1234展62015 年 3 月 21 日开累位移-2-3-3-4-3-22015 年 3 月 27 日开累位移 -11-8-13-14 -11-90000002015 年 3 月 29 日开累位移-6-12 -11-9-6-5-3-3-5-3-4-32015 年 3 月 31 日开累位移-10-7-9-7-9-6-3-1-2-2-2-52015 年 4 月 7 日开累位移-7-3-8-13-14-6-5-1-4-3-2-42015 年 4 月 19 日开累位移-3-3-1-5-2-6-3-1-5-4-6-82015 年 4 月 27 日开累位移22展446-7-3-5-3-5-72015 年  月 1 日开累位移3344展6-6-5-5-6-4-42015 年  月 7 日开累位移腿24展76-6-5-5-5-7-6表  4第一、二道围檩及内支撑应力观测结果日期实测数据第一道围檩(允许值 ±400με)1234第一道内支撑(允许值 ±300με)展6第二道围檩(允许值 ±400με)1234第二道内支撑(允许值 ±300με)展62015 年 3 月 21 日开累形变-13-12-14-15672015 年 3 月 25 日开累形变-41-58-59-62展B展)2015 年 3 月 28 日开累形变-109 -110-92-1087373-12-12-15-14682015 年 4 月 7 日开累形变-130-132-122-125123123-62-64-64-63展(展软2015 年 4 月 13 日开累形变-80-81-77-789093-93-92-93-9387882015 年 4 月 21 日开累形变-59-62-59-59展软展(-137-135-134-1351231252015 年 4 月 29 日开累形变-38-39-40-414746-173-175-174-1721671652015 年  月 3 日开累形变-31-31-32-302729-193-191-193-1931871892015 年  月 9 日开累形变-18 -11 -11-1463-220-220-225-220220223(下转第 165 页)64铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·隧道/地下工程·工技术[J].施工技术,2015,44(11): 108-112.[6] 孙玉兰,朱海城.拱顶出露隧道暗挖施工技术[J].铁道建筑,2012(7): 37-39.[7] 王景斌.北京地铁十号线双井车站施工技术研究[D].北京:中国地质大学,2010.[8] 邱立光.地铁暗挖车站二衬结构半逆作法施工技术研究[J].四川建材,2015(2): 186-188.[9] 蒋肼.北京地铁黄庄车站风道衬砌施工技术[J].国防交通工程与技术,2008,6(4): 57-59.[10]叶祖圣.地铁超高暗挖结构二衬特殊支架法施工技术[J].兰州文理学院学报:自然科学版,2015,29(2): 48-52.[11]刘会林.地铁暗挖隧道下穿既有桥梁异形板施工技术[J].铁道建筑技术,2013(S1): 80-83.[12]杨威虎,杜江,刘焕强,等.双层双跨平顶直墙暗挖地铁风道二次衬砌施工关键技术[J].隧道建设,2008,28(4): 465-468,檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪488.  (上接第 46 页) 5.6施工中遇到的问题及解决措施由于河床地质结构复杂,施工中遇到的一些问题,常采用如下几点办法解决。(1)遇障碍物,导致钢管桩打入深度不足。打桩过程中遇孤石或其他不明障碍物、导致钢管桩打入深度不足时,采用弧形桩在远离承台方向绕过障碍物插打,但要注意移动距离不要太大并在钢管桩与围檩之间填塞钢板。(2)侧向挤压力不均匀,导致钢管桩偏斜。钢管桩穿越杂填土或砂砾过程中,易遇到石块等侧向挤压作用力大小不同容而发生偏斜,此时将钢管桩往上拔  1.5m 左右,再往下锤进,如此上下往复振拔数次,可使大的块石被振碎或使其发生位移,让钢管桩的位置得到纠正。(3)钢管桩倾斜度过大。可采用异形插板来纠正,异形插板一般为上下宽度不等的楔形板,异形插板可根据据实际倾斜度进行焊接加工。(4)地基较软,导致邻桩带入。在软弱地层中,可能发生钢管桩插打时将邻桩带入现象,可把已插打完成的数根桩焊接在一起,且在施打桩的锁扣上涂刷黄油等润滑润滑剂,减小阻力。(5)渗漏水。当发生锁扣渗漏时,可用棉絮或掺加胶泥在内侧嵌塞,同时在漏缝外侧撒布木屑或谷糠进行堵塞;也可在锁扣迎水面采用水下作业填塞棉絮胶泥;当桩脚渗漏时,可在桩脚处填筑土袋、填充水下混凝土的方法止水;当因河床透水引起大量的桩脚或基坑底渗漏,可向透水层压注水泥砂浆或水泥水玻璃双液浆止水。 6结束语钢管桩围堰具有单桩强度及刚度高、回收利用率高、配合内支撑使用承载能力高等优点,适用范围广泛,对于软弱地质及覆盖层较厚的地质条件尤为适宜。当然,围堰的形式是多种多样的,每种围堰都有其各自的力学特性和适用条件,制定方案时应综合考虑以下各种因素进行比选:桥梁具体的水文、地质条件,企业自有及地方市场供应的材料、设备,企业的技术能力等。参考文献[1] 李险峰.王万铁路松花江特大桥基础施工技术[J].铁道建筑技术,2015(7): 59-60.[2] 丛义营,孙晓荣.双壁钢围堰精确下放施工技术[J].铁道建筑技术,2015(5): 45-46.[3] 郭成刚.深水大直径双壁钢围堰封底混凝土厚度设计与施工技术[J].铁道建筑技术,2015(3): 63-64.[4] 周述芳,孙飞.复杂地质条件下锁扣钢管桩深水围堰施工[J].铁道建筑技术,2012(10): 66-67.[5] 马捷.宁安铁路桥梁深水基坑钢板桩围堰设计与施工[J].铁道建筑技术,2014(3):33.[6] 王青蕊.游荡性河床桥梁深水低桩承台拉森钢板桩围堰设计施工技术[J].铁道建筑技术,2015(3): 54-55.[7] 宋军.深水低桩承台钢板桩围堰设计与施工技术[J].铁道建筑技术,2015(5): 35-36.[8] 孙鸿飞,张飞.大西客运专线晋陕黄河特大桥主墩深水基础锁口钢管桩围堰设计与检算[J].铁道标准设计,2011(S):72.[9] 江正荣.建筑施工计算手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2007: 145-153.[10]   JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].[11]管永存,吴迎花,王海波.浅谈锁口钢管桩围堰深水基础施工[J].公路交通科技,2015(12):163.[12]   GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范[S].561铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )
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