沉箱圍堰施工工法

1、靈昆大橋沉箱圍堰施工工法目錄1、前言2、工法特點(diǎn)3、適用范圍4、工藝原理5、施工工藝流程6、操作要點(diǎn)7、材料與設(shè)備8、質(zhì)量控制9、安全措施10、環(huán)保措施11、資源節(jié)約12、效益分析13、應(yīng)用實(shí)例沉箱圍堰施工工法1、前言2007 年，浙江省交通勘察設(shè)計(jì)有限公司檢測(cè)到溫州靈昆大橋樁 基礎(chǔ)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

2、橋的存在缺陷的樁基進(jìn)行加固處理。2、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 對(duì)比，具體比較見(jiàn)下表。三種方案的比較方案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 套小圍堰施工成本用鋼 514 噸， 623 萬(wàn)用鋼量 6

3、43 噸， 679 萬(wàn)用鋼量少， 190 萬(wàn)施工工期150 天162 天200 天安全問(wèn)題有保障有保障無(wú)保障通過(guò)以上比較， 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，而且所用材料成本相對(duì)低，需要的施工工期最短， 且安全有保障，我們選擇了使用沉箱圍堰作為施工處理措施。3、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基礎(chǔ)施工，處理深度 10m 以 內(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 III類(lèi)土以下情況，便于下插板插入 土中。4、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

4、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)的浮力達(dá)到 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，從而達(dá)到圍堰內(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

5、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。4.1 坑底突涌驗(yàn)算 考慮到圍堰內(nèi)的基底在覆蓋土的作用下不足以抵抗下部的水壓 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)最高潮水下插板砂土土擋水板箱體驗(yàn)算平衡公式坑：底突涌驗(yàn)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖潮水H土t w 式中：土：土的容重t：不透水層的厚度w：水的容重H:承壓水頭高于含水層頂板的高度 8m當(dāng) tw/ 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)算偏向安全。一般取值安全系數(shù)大于 1.2 。4.2 坑底抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算參照基坑支護(hù) 6-2-74 計(jì)算基坑抗隆起安全系數(shù)h d Kp elg

6、 （Kpelg1）/tg Kst1+ +h d 式中： hd嵌入深度h基坑開(kāi)挖深度4.3 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， 墻體承擔(dān)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。aiea ai eb10（1.20haaih pp j）5cs（hhd）20w（2h 3h dhwp +2h wa）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；Ep j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；cs水泥土墻的平均容重；w水的容重0安全系數(shù)取 1hwp 基

7、坑內(nèi)側(cè)地下水位高度h wa 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= aikai 2c ik ai （zi h wa ）（ m j h wa ）wa ai w式中：aik作用于深度 zi 處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（）aikrk ok l kai 第 i 層的主動(dòng)土壓力系數(shù)；aitg 2（45 ik /2 ）ik 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； z i計(jì)算點(diǎn)深度；m j計(jì)算參數(shù)；h wa 基坑外側(cè)地下水位深度；wa 計(jì)算系數(shù)；w水的容重水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值 Epi：ep

8、j pjkpi 2c ik pi （zj h wp ）1pi ）w式中：pjk 作用于基坑底面以下 zj 處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；pi 第 i 層的被動(dòng)土壓力系數(shù)；pitg2（45ik/2 ）pjk mj zjmj 深度 zj 以上土的加權(quán)平均天然容重。4.4 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。水箱a上反承壓臺(tái)梁沉箱圍堰采用正方形設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算其自重 G138t ，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 浮a 下b 下h2+ （a 下0.5 ）（b

9、 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)算偏于安全。5、施工工藝流程5.1 沉箱制作沉箱的制作在廠家進(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

10、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， 拆除的位置要設(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。5.2 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)周邊的灘涂要基本在一個(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)間控制在漲潮基本結(jié)束前的一個(gè)小時(shí)， 同時(shí)基本拆除 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

11、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)沉箱部分螺栓孔會(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。5.3 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)，沉箱的浮力達(dá)到 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

12、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。5.4 箱底止水帷幕和壓密封底高壓旋噴樁平均樁徑為 900mm 、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)反應(yīng)， 固結(jié)成樁，從

13、而達(dá)到支護(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 ，若“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。5.5 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

14、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。6、材料和設(shè)備6.1 沉箱圍堰施工用的材料序號(hào)材料名稱材料規(guī)格使用部位備注1鋼板t8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t6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219 6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

15、 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、反壓梁等部分。6.2 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)XPZ5017鉆機(jī)XY128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)17. 質(zhì)量控制7.1 箱體接頭質(zhì)

16、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)?鋼箱體（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 。其他需要焊接的部分焊接牢固，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 。7.2 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

17、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。7.3 地基的處理原來(lái)的海涂面是一個(gè)高低不平的表面， 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 。7.4 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)

18、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)?0.7m 。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)，拉線控制樁基的線性和間距，放線時(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。8. 安全措施安全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)安全的 教育，避免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。8.1 水上安全安全事項(xiàng)8.1.1 施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須戴好安全帽扣好帽扣

19、， 登高 2 米必須戴好安全帶扣好安全扣，禁止醉酒作業(yè)。8.1.2 施工前對(duì)沉箱，船只必須進(jìn)行檢查，合格后方可使用，嚴(yán) 禁機(jī)械帶病作業(yè)。8.1.3 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。8.1.4 船只由專人駕駛，并按期保養(yǎng)（修理） ，每天做一次清理 檢查。8.1.5 人員臨近船邊作業(yè)， 要注意防止落水，上下爬梯防止踏空8.1.6 人員上下班用的爬梯要設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)。8.1.7 沉箱移動(dòng)時(shí)要防止沉箱被水流沖擊引起傾覆。8.1.8 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。8.1.9

20、 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。8.1.10 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。8.2 橋面作業(yè)安全事項(xiàng)8.2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)晚上必須設(shè)有專人值班，各施工點(diǎn)設(shè)標(biāo)記標(biāo)識(shí)， 特別橋面施工點(diǎn)設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)志。8.2.2 橋上人員橫過(guò)橋面注意來(lái)往車(chē)輛8.2.3 做好防盜防火安全工作， 宿舍嚴(yán)禁使用明火， 貴重物品自 己保存好。8.2.4 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。8.2.5 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8.2.6 橋上要注意設(shè)置安全保護(hù)墩，同時(shí)施工人員穿反光服裝。8.2.7 橋上東西往下放的時(shí)候，注意下面人、物的安全，橋面設(shè) 置安全警示標(biāo)志。8.2.8 橋面施工作業(yè)在晚上進(jìn)行時(shí)， 確保場(chǎng)地明亮。8.3 用電機(jī)械安全作業(yè)8.3.1 機(jī)械操作人員按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，對(duì)外來(lái)臨時(shí)用的有 關(guān)吊車(chē)司機(jī)，必須進(jìn)行安全