雙壁鋼圍堰施工工法

1、膠結(jié)密實(shí)圓礫土層雙壁鋼圍堰施工工法一、前言近幾十年來我國公路和鐵路橋梁深水基礎(chǔ)施工均大規(guī)模的采用雙壁鋼圍堰作為臨時(shí)擋水結(jié)構(gòu)，但雙壁鋼圍堰需穿過膠結(jié)密實(shí)圓礫土層的并不多見，而且在較短時(shí)間內(nèi)雙壁鋼圍堰需下沉到位也是需要研究的課題。京滬高速鐵路跨秦淮新河特大橋橋群水中基礎(chǔ)8 個(gè)，承臺直徑17.4m，承臺位于河床下5m，承臺底大多處于承載力為 400kPa 膠結(jié)密實(shí)的粗圓礫土中。經(jīng)過方案比選和現(xiàn)場試驗(yàn)（試打鋼板樁） ，采用雙壁鋼圍堰作為 8 個(gè)水中墩施工的臨時(shí)擋水結(jié)構(gòu)，在實(shí)施過程中，成功解決了雙壁鋼圍堰在 400kPa的膠結(jié)密實(shí)粗圓礫土順利下沉及圍堰空間被群樁分隔的不利情況下封底一次成功的施工技術(shù)難題

2、，經(jīng)實(shí)踐總結(jié)形成本工法。二、工法特點(diǎn)1、雙壁鋼圍堰需穿過膠結(jié)密實(shí)圓礫土層到達(dá)設(shè)計(jì)位置；2、在圍堰空間被群樁分隔的不利情況封底一次成功；3、施工速度快，雙壁鋼圍堰從拼裝、下沉到封底結(jié)束，平均施工時(shí)間不到兩個(gè)月；4、模塊化制作，吊裝、運(yùn)輸方便，操作簡單。三、適用范圍適用于鐵路、公路、港口、碼頭等水深流急覆蓋層厚，尤其是膠結(jié)密實(shí)的圓礫土等復(fù)雜地質(zhì)條件的深水基礎(chǔ)施工或工期要求緊張，在粘土層中的雙壁鋼圍堰施工。四、工藝原理雙壁鋼圍堰在膠結(jié)密實(shí)的圓礫土中下沉難度很大，且常規(guī)的吸泥法對于砂、砂夾卵石等非粘性土或膠結(jié)性能較差的土效果明顯，而對于粘性土或膠結(jié)性能較差的土效果不明顯，本工程圍堰施工處地質(zhì)主要為粘性

3、土和圓礫土，施工中緊緊抓住圍堰下沉的本質(zhì)就是減少圍堰壁與土體的摩阻力，使圍堰能依靠自重（或所加配重）下沉到達(dá)設(shè)計(jì)位置，據(jù)此理念，在雙壁鋼圍堰下沉中采用以長臂挖掘機(jī)開挖和油壓伸縮臂挖機(jī)取土為主，吸泥、射水、艙內(nèi)配重等多種方式并用為輔的綜合施工方法。雙壁鋼圍堰空間被群樁分隔后，封底混凝土灌注時(shí)勢必影響混凝土的流動(dòng)，且封底混凝土灌注時(shí)為水下灌注，須保證抽水后封底混凝土經(jīng)受基底壓力的考驗(yàn)，采用水下自密實(shí)混凝土作為封底首選混凝土，且為保證封底一次成功，混凝土性能還1滿足不擴(kuò)散混凝土的性能要求。封底前根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況并結(jié)合封底混凝土的擴(kuò)散半徑進(jìn)行布導(dǎo)管置，封底混凝土澆筑時(shí)按先低處后高處，先周邊后中間的順序

4、進(jìn)行水下封底砼澆注。五、工藝流程及操作要點(diǎn)( 一) 工藝流程 （見下圖：雙壁鋼圍堰施工流程圖）圖 1雙壁鋼圍堰施工流程圖( 二) 操作要點(diǎn)1. 圍堰制作鋼圍堰采用胎具分塊制作，分節(jié)原位拼裝下沉。加工時(shí)鋼模板應(yīng)光面朝外，以減少下沉?xí)r的摩擦力，鋼料數(shù)量應(yīng)視地質(zhì)、水紋情況靈活增減，圍堰底部加設(shè)刃腳。制作工藝必須保證其設(shè)計(jì)尺寸及焊縫質(zhì)量，滿足擋水結(jié)構(gòu)的要求。22. 河床找平待鉆孔樁施工平臺拆除后，采用液壓式長臂挖掘機(jī)先對對圍堰范圍內(nèi)的河床進(jìn)行清淤和找平。3. 圍堰拼裝鋼圍堰拼裝平臺利用現(xiàn)有的鉆孔樁與平臺棧橋、平臺的鋼管樁基礎(chǔ)，在鋼管樁與鋼護(hù)筒上焊接傳力三角牛腿，三角牛腿上采用工字鋼作為受力縱梁，工字鋼

5、與牛腿之間焊接相連。在搭設(shè)的臨時(shí)平臺上（見圖2），精確定出圍堰刃腳圓周線，用來控制圍堰拼裝時(shí)的圓順度和垂直度。利用履帶吊把每塊鋼圍堰吊裝至指定位置，鋼圍堰拼裝按對稱原則進(jìn)行，采用手拉葫蘆牽引校正，使壁板塊件之間的誤差累計(jì)降至最低。拼裝施工過程中，采用全站儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，最后逐塊對稱合龍，完成首節(jié)圍堰的拼裝。首節(jié)雙壁鋼圍堰全部拼裝完成后，再進(jìn)行鋼圍堰塊與塊之間的焊接，焊接時(shí)先焊面板間的豎向焊縫，再焊環(huán)向焊縫。圖 2鋼圍堰拼裝臨時(shí)平臺平面圖4. 圍堰下沉首節(jié)鋼圍堰在下放前應(yīng)先進(jìn)行試吊，檢查吊點(diǎn)、鋼圍堰壁板、吊繩及滑輪組有無故障。確保無故障的情況下將圍堰落于臨時(shí)平臺之上，然后用砼灌注刃腳，以增大刃腳

6、下沉過程中的剛度和強(qiáng)度。圍堰下沉的步驟如下：3(1) 雙壁鋼圍堰吊放系統(tǒng)及導(dǎo)向裝置安裝首節(jié)鋼圍堰拼裝完成后，設(shè)置雙壁鋼圍堰吊放系統(tǒng)。鋼圍堰吊放系統(tǒng)利用鉆孔灌注樁護(hù)筒作受力支柱，利用貝雷片作傳力梁和找平高差的主要構(gòu)件。首先將鋼護(hù)筒找平，確保貝雷片經(jīng)過的鋼護(hù)筒頂面處于同一水平面上，然后在找平的鋼護(hù)筒上用安裝工字鋼縱梁，在工字鋼縱梁上安裝縱、橫向貝雷片，貝雷片與工字鋼之間、貝雷片與貝雷片之間均采用自制的U 型螺栓固定，再在頂層貝雷片頂安裝卷揚(yáng)機(jī)傳力縱梁，最后安裝卷揚(yáng)機(jī)及相應(yīng)滑輪組。雙壁鋼圍堰吊點(diǎn)沿內(nèi)壁板布置，放點(diǎn)數(shù)量及位置施工中需吊裝的施工荷載確定，利用卷揚(yáng)機(jī)和滑輪組形成吊放系統(tǒng)對底節(jié)鋼圍堰進(jìn)行提升

7、和下放。圖 3吊放系統(tǒng)平面圖4圖 4 吊放系統(tǒng)立面圖在雙壁鋼圍堰下沉前，先將對角線上四個(gè)定位圍堰下沉的導(dǎo)向裝置安裝好（見圖 5），導(dǎo)向裝置主要受力構(gòu)件采用呈三角形的三根鋼管樁，鋼管樁間采用剪刀撐連接，在靠雙壁鋼圍堰外側(cè)的鋼管樁與雙壁鋼圍堰外壁之間設(shè)置工字鋼，工字鋼離雙壁鋼圍堰外壁為 5cm，工字鋼與鋼管樁之間采用型鋼作傳力桿件。限位器限位器圖 5 限位設(shè)施布置圖(2) 首節(jié)雙壁鋼圍堰下沉首節(jié)雙壁鋼圍堰試吊成功后，并采用煤油對焊縫做滲透試驗(yàn)檢查合格后，再進(jìn)行鋼圍堰的下沉。下沉?xí)r先用卷揚(yáng)機(jī)將圍堰提起，與圍堰刃腳底部支撐工字鋼脫離后，撤去鋼圍堰拼裝平臺上的工字鋼后，進(jìn)行鋼圍堰的下沉入水。5在下放過程

8、中，應(yīng)統(tǒng)一部署、統(tǒng)一指揮，保持各吊點(diǎn)下放同步性。下放過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，各吊點(diǎn)處均應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。首節(jié)雙壁鋼圍堰下沉進(jìn)入河床后，進(jìn)行鋼圍堰的接高。(3) 雙壁鋼圍堰接高雙壁鋼圍堰接高前， 先在已下沉的鋼圍堰上用型鋼焊接作業(yè)用的平臺支撐三角牛腿，在三角牛腿上鋪設(shè)工字鋼和木板搭設(shè)作業(yè)平臺。鋼圍堰接高采用履帶吊作為吊裝設(shè)備，用錘球作為鋼圍堰壁是否豎直的控制手段，最后用全占儀作為鋼圍堰位置及傾斜度的復(fù)核儀器。(4) 接高后的雙壁鋼圍堰下沉第二節(jié)鋼圍堰接高完成后， 進(jìn)行雙壁鋼圍堰的下沉。 下沉困難時(shí)先向倉內(nèi)注水，加大圍堰的自重，注水時(shí)需注意依據(jù)圍堰的進(jìn)尺情況進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)禁單個(gè)半封

9、閉的隔倉內(nèi)一次將水注滿。待雙壁鋼圍堰無法下沉?xí)r，拆除圍堰內(nèi)的吊放系統(tǒng)。然后采用液壓式長臂挖掘機(jī)將圍堰內(nèi)土取走，減少圍堰內(nèi)壁與土體的摩擦力，并沿圍堰內(nèi)、外壁采用吸泥設(shè)備和高壓水槍射水進(jìn)行輔助下沉。(5) 雙壁鋼圍堰刃腳及倉內(nèi)配重灌注圍堰內(nèi)取土下沉效果不明顯時(shí)，向倉內(nèi)分兩次對稱灌注混凝土，每次灌注2m，且灌注時(shí)根據(jù)現(xiàn)場鋼圍堰的傾斜情況進(jìn)行調(diào)整。防止鋼圍堰出現(xiàn)傾斜過大現(xiàn)象?；炷凉嘧⑶跋葘?6 個(gè)倉編號，并將編號用油漆標(biāo)識在圍堰頂部，防止施工時(shí)出現(xiàn)倉內(nèi)混凝土灌注混亂現(xiàn)象。倉內(nèi)混凝土澆筑（以不高出河床標(biāo)高為控制基準(zhǔn)線），根據(jù)施工進(jìn)展情況，適時(shí)向倉內(nèi)灌砂，增大圍堰自重，保證在可下沉范圍內(nèi)的圍堰順利下沉。

10、(6) 雙壁鋼圍堰繼續(xù)下沉及末節(jié)接高結(jié)合地質(zhì)狀況，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，長臂挖機(jī)在深度大于13 米后，取土效果已經(jīng)不明顯，此時(shí)，采用液壓式長臂挖掘機(jī)將圍堰內(nèi)土挖松，油壓伸縮臂挖機(jī)取土，并采用自制吸泥設(shè)備和高壓水槍沿圍堰內(nèi)、外壁輔助下沉，當(dāng)雙壁鋼圍堰下沉困難或下沉進(jìn)展極為緩慢時(shí)，向雙壁鋼圍堰倉內(nèi)灌砂增大圍堰自重，當(dāng)倉內(nèi)灌砂裝滿后，向圍堰頂部安裝提前制作的砼配重塊作為增大圍堰自重、利于圍堰下沉的措施。5. 圍堰封底（1）清理基底基底殘存物（淤泥、淤泥質(zhì)粘土、圓礫土等） ，應(yīng)基本上清除干凈。潛水工詳6細(xì)檢查并作好記錄，是否某些地點(diǎn)存有極少量殘存物。清基后的有效面積，不得小于設(shè)計(jì)要求。自鋼護(hù)筒邊算起至圍堰壁間

11、約 1m左右的基面清理作業(yè)，應(yīng)特別注意，將殘存物清理干凈。測量雙壁鋼圍堰刃腳周圈 16 個(gè)測點(diǎn)處的刃腳埋入深度， 并摸清刃尖與基面相貼或埋入泥砂的情況。清基完畢后，測量基底標(biāo)高，繪制基底斷面圖以查明基底面實(shí)際傾斜與走向。（2）封底混凝土導(dǎo)管布置采用無縫鋼管作為水下砼灌注導(dǎo)管，各管節(jié)之間采用采用快速螺紋接頭，以便導(dǎo)管長度的調(diào)整、拆卸方便。導(dǎo)管使用前進(jìn)行水密試驗(yàn)，導(dǎo)管安裝中，每個(gè)接頭需預(yù)緊檢查。按照每個(gè)布料點(diǎn)作用半徑布置混凝土導(dǎo)管，如圖 10 所示根據(jù)混凝土攤鋪情況及混凝土上升高度置換導(dǎo)管位置，導(dǎo)管間距3m左右。圖 6水水下下混混凝土封底導(dǎo)管及測點(diǎn)布置置圖圖注：中的數(shù)字為導(dǎo)管編號；為測點(diǎn)。（3）封

12、底混凝土澆筑清基經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行封底混凝土施工，封底混凝土采用C25 水下混凝土，3封底厚度為 2m，總方量為 498m。封底混凝土技術(shù)性能滿足水下自密實(shí)混凝土和不擴(kuò)散混凝土的要求。封底混凝土澆筑的順序?yàn)椋?先低處后高處（先將低處混凝土灌高，避免高處導(dǎo)管灌注的混凝土往低處流，使導(dǎo)管底口脫空或埋在混凝土內(nèi)的深度過小，造成導(dǎo)管進(jìn)水） ，先周邊后中間，確?；炷撩姹３衷诖笾孪嗤臉?biāo)高?；炷凉嘧⑦^程中導(dǎo)管隨混凝土面升高而豎向徐徐提升，為保證導(dǎo)管有一定埋深，一般不得提升導(dǎo)管，即使需要提管，每次提升的高度都嚴(yán)格控制在20cm之內(nèi)。在混凝土灌注過程中，由技術(shù)人員專門負(fù)責(zé)測量混凝土堆高和擴(kuò)展情況，并在導(dǎo)

13、管附近掛上標(biāo)識牌以正確指揮施工人員調(diào)整導(dǎo)管埋深并及時(shí)與試驗(yàn)室取得聯(lián)系進(jìn)行坍落度的調(diào)整，使每批混凝土灌注后形成適宜的堆高和不陡于1：5 的流動(dòng)坡度?；炷凉嘧⒔Y(jié)束時(shí)，加大混凝土的坍落度至 2022cm左右，并加大導(dǎo)管埋深，使混凝土均勻地?cái)U(kuò)展，形成較平坦的表面。混凝土澆注臨近結(jié)束時(shí)，全面測出混凝土面標(biāo)高，重點(diǎn)檢測導(dǎo)管作用半徑相交處、護(hù)筒周邊，鋼圍堰內(nèi)側(cè)周邊轉(zhuǎn)角等部位，根據(jù)結(jié)果對標(biāo)高偏低的測點(diǎn)附近增加澆注量，力求封底混凝土頂面平整，并保證封底厚度達(dá)要求，當(dāng)所有測點(diǎn)均符合要求后，終止混凝土澆注，上拔導(dǎo)管，沖洗堆放。六、勞動(dòng)力組織表 1勞動(dòng)力組織表序號人員人數(shù)備注1隊(duì)長12副隊(duì)長13技術(shù)員7包括測量

14、及實(shí)驗(yàn)4質(zhì)檢工程師15安全總監(jiān)及安全員各 1 人6潛水員27吊裝工88電焊工20包括切割工9電工110司機(jī)1611其它人員10合計(jì)73七、材料與設(shè)備8表 2 主要機(jī)械設(shè)備配置表序號機(jī)械設(shè)備規(guī)格單位數(shù)量1履帶起重機(jī)50T臺12履帶長臂挖掘機(jī)30m臺13液壓可伸縮抓斗機(jī)0.7m3臺14空氣壓縮機(jī)20m3/min臺15吸泥機(jī) 250mm、 15/h個(gè)26振動(dòng)錘DZ90臺17交流電焊機(jī)500A臺168氣割設(shè)備100 型套59導(dǎo)鏈3 5T根810千斤頂16T臺411高壓水泵2臺29 級 30kg/cm12發(fā)電機(jī)200KW臺213卷揚(yáng)機(jī)5T臺814滑車六輪、單輪組815砼輸送泵車60m3/h臺216砼攪拌

15、運(yùn)輸車3輛68m17混凝土漏斗3個(gè)25m18混凝土吊斗1.5m3個(gè)120全站儀TC802臺1備注自制 ( 見圖 12)自制自制八、質(zhì)量控制（一）工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)鐵路橋涵施工規(guī)范 （ TB10203-2002），鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范（TB10210-2001），鐵路橋梁涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) （TB10415-2003），碳素結(jié)構(gòu)鋼（ GB/T700-2006），碳鋼焊條（GB/T5117），低合金焊條（ GB/T5118），碳鋼藥芯焊絲（ GB/T10045），熔化焊用鋼絲（GB/T14957），二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用鋼焊絲（GB8110），碳素鋼埋弧焊用焊劑（ GB5293）。（二）質(zhì)

16、量保證措施1需要改變材料型號、尺寸時(shí)必須經(jīng)過技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。2對焊縫的要求、焊接的檢查等技術(shù)應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的要求，焊縫尺寸除滿足設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)在焊縫處涂煤油做水密檢查，若煤油滲到反面，則應(yīng)將該處焊縫9重新復(fù)焊，然后再做水密實(shí)驗(yàn)，合格后方可使用。3加工平臺及其定位、限位裝置時(shí)，各分塊鋼圍堰必須在專用的事先制作好的加工胎座上加工。加工胎座臺必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度，其上設(shè)置定位、限位裝置，以確保該分塊鋼圍堰的設(shè)計(jì)尺寸要求。4. 圍堰下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高程后其位置的偏差應(yīng)滿足以現(xiàn)行規(guī)范要求。九、安全措施1. 圍堰分塊拼裝時(shí)必須經(jīng)過牽引、固定牢固后方可將吊鉤去掉。2. 在圍堰艙內(nèi)施焊時(shí)，圍堰頂口嚴(yán)禁覆蓋，

17、并設(shè)置通風(fēng)設(shè)備和佩戴防毒面具及呼吸濾清器，圍堰艙內(nèi)的照明電壓不得超過 12 伏。焊接和配合人員必須采取防止觸電、墜落、中毒和火災(zāi)等事故的安全措施，焊接時(shí)必須有人在場監(jiān)護(hù)。3. 由于鋼圍堰焊接工作量較大，在負(fù)荷運(yùn)行中，焊接人員應(yīng)經(jīng)常檢查電焊機(jī)的升溫，如超過 A 級 60， B 級 80時(shí)，必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)并降溫。4. 單塊圍堰接高時(shí)，應(yīng)對底節(jié)圍堰頂口用蓋板加以覆蓋，防止施工人員和檢查人員墜入倉內(nèi)，造成事故。5. 圍堰下沉前及下沉過程中和下沉后應(yīng)對各吊點(diǎn)和受力桿件以及機(jī)械設(shè)備做詳細(xì)檢查。十、環(huán)境保護(hù)措施1. 注意夜間施工的噪音影響 , 盡量采用低噪音施工設(shè)備。 做好水系和河岸植被的保護(hù)工作。2. 臨時(shí)

18、運(yùn)輸?shù)缆方?jīng)常灑水濕潤，減少道路揚(yáng)塵。對產(chǎn)生塵埃運(yùn)輸車輛和石灰等揮發(fā)性材料堆場加以覆蓋，減少對空氣污染，生產(chǎn)及生活垃圾定期處理。嚴(yán)禁焚燒有毒廢料。3. 圍堰內(nèi)取出的棄土運(yùn)至當(dāng)?shù)夭块T指定的地方處理，吸泥設(shè)備產(chǎn)生的泥漿采用泥漿船運(yùn)走，不得隨意排放在秦淮新河中。十一、效益分析1. 使用的設(shè)備除長臂挖掘機(jī)和油壓伸縮臂挖機(jī)設(shè)備一般使用較少外，其他設(shè)備均為常用設(shè)備，且圍堰原位拼裝下沉占用的用地較少。2. 采用以長臂挖掘機(jī)和油壓伸縮臂挖機(jī)為主、吸泥、射水、艙內(nèi)配重等多種方式并用為輔的施工工藝，自拼裝到下沉至設(shè)計(jì)高程，且封底結(jié)束最短歷時(shí)49 天，平10均歷時(shí) 52 天，在本地質(zhì)條件下比常規(guī)吸泥為主的下沉施工工藝至少節(jié)省時(shí)間一個(gè)月。3. 截至目前，八個(gè)水中墩已經(jīng)順利完成，為京滬高速鐵路按期通車打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。高鐵建設(shè)指揮部、駐地監(jiān)理等對圓礫土及巖層中雙壁鋼圍堰施工技術(shù)給予了高度