超厚砂卵石層地質(zhì)條件下鋼板樁圍堰的應(yīng)用

超厚砂卵石層地質(zhì)條件下鋼板樁圍堰的應(yīng)用

與雙壁式鋼圍堤和鋼套筒相比，鋼拱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于插入和鉆孔，施工周期長(zhǎng)短，成本低，易于控制。然而，對(duì)于大型卵石和堅(jiān)硬層，很難插入和鉆孔。本文以襄樊漢江三橋主橋墩超厚、超大粒徑砂卵石層地質(zhì)情況下的基礎(chǔ)鋼板樁圍堰施工作為研究對(duì)象,通過(guò)改進(jìn)設(shè)備和施工順序優(yōu)化,解決了鋼板樁圍堰施工中的相關(guān)難題。1主墩樁基地質(zhì)條件襄樊漢江三橋?yàn)?8.5m+310m+128.5m三跨一聯(lián)雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土半漂浮體系斜拉橋。主橋索塔為雙直立塔柱形式,高度為122.5m(南塔)和120.3m(北塔),主橋拉索共由4×26對(duì)高強(qiáng)度平行鋼絲斜拉索組成,按扇形布置。主墩單個(gè)承臺(tái)平面尺寸為19m×19m×5m,下布置16根ue7882m、長(zhǎng)度75m的鉆孔灌注樁,如圖1所示。主墩29~30號(hào)墩位處,上覆蓋6.2~7.8m厚淺黃色或灰色細(xì)砂,其下為29.9~31.6m厚圓礫和卵石,主要成分為石英、硅質(zhì)巖,粒徑一般為2~4cm,個(gè)別最大粒徑>10cm,樁基施工時(shí)發(fā)現(xiàn)最大粒徑達(dá)30cm,基巖為泥灰?guī)r和泥巖,根據(jù)地勘資料,29,30號(hào)墩的地質(zhì)條件如表1所示。歷年最大流速為4.74m/s,與主橋軸線夾角為63°,下游崔家營(yíng)水庫(kù)修建好后,漢江水流流速明顯減緩。2圍堰內(nèi)圍堰型主墩29,30號(hào)均采用拉森Ⅵ(型號(hào)為SKSP-SX27)鋼板樁圍堰,長(zhǎng)度分別為18,21m。圍堰內(nèi)壁尺寸為21.6m×21.6m,四周留出1.3m的操作空間。圍堰構(gòu)造如圖2,3所示。鋼板樁圍堰分為鋼板樁、圍檁、內(nèi)支撐系統(tǒng)3部分,各構(gòu)件選用的材料如表2所示。2.1計(jì)算中的鋼板和支撐鋼板樁的入土深度、總長(zhǎng)度、內(nèi)力和應(yīng)力的計(jì)算按照等值梁法根據(jù)施工工況進(jìn)行。1場(chǎng)景1圍檁和內(nèi)撐分別焊接、拼裝、下放到位。鋼板樁打設(shè)完成,圍堰內(nèi)吸泥到設(shè)計(jì)標(biāo)高,圍堰外堆載至設(shè)計(jì)水位標(biāo)高63.000m。2承臺(tái)施工設(shè)計(jì)澆筑封底混凝土,待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,抽干圍堰內(nèi)水,進(jìn)行承臺(tái)施工。根據(jù)不同工況計(jì)算得到29,30號(hào)墩鋼板樁的入土深度分別為5.69,5.43m,總長(zhǎng)度分別為21,18m。鋼板樁和支撐的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表3所示。2.2水下混凝土澆筑普通情況下鋼板樁圍堰封底混凝土驗(yàn)算包括基坑坑底抗隆起驗(yàn)算、抗管涌驗(yàn)算、封底混凝土厚度驗(yàn)算、圍堰整體抗浮驗(yàn)算、封底混凝土與鋼護(hù)筒間黏結(jié)力驗(yàn)算和封底混凝土拉應(yīng)力驗(yàn)算。由于本工程中施工工序是先整體下放圍檁和內(nèi)撐,再打設(shè)鋼板樁,然后再吸泥到設(shè)計(jì)封底混凝土底標(biāo)高進(jìn)行水下混凝土的澆筑,混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才抽水進(jìn)行承臺(tái)施工。在封底混凝土沒有澆筑之前內(nèi)外水頭相等的,沒有進(jìn)行坑底抗隆起驗(yàn)算和抗管涌驗(yàn)算。2.2.1管井底混凝土fct圍堰整個(gè)混凝土封底按四邊簡(jiǎn)支,并考慮樁基鋼護(hù)筒的約束作用,按下列公式計(jì)算:式中:η——考慮樁基鋼護(hù)筒約束作用的折減系數(shù),依經(jīng)驗(yàn)取0.7;h———封底混凝土厚度(mm);K——安全系數(shù),按抗拉強(qiáng)度計(jì)算的受壓、受彎構(gòu)件為2.65;M——板的最大彎矩(N·mm);b——板寬,一般取1000mm;fct——混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2);D——考慮水下混凝土可能與井底泥土混摻的增加厚度,一般取300~500mm。經(jīng)計(jì)算29,30號(hào)墩圍堰封底混凝土厚度分別為3.0,2.5m。2.2.2鋼板樁與封底混凝土的黏結(jié)力封底混凝土整體抗浮驗(yàn)算按下列公式計(jì)算:式中:K為抗浮安全系數(shù);G為封底混凝土自重;T1為封底混凝土與護(hù)筒的黏結(jié)力;T2為鋼板樁與封底混凝土之間的黏結(jié)力和鋼板樁入土深度范圍內(nèi)的抗拔力中的較小值。經(jīng)計(jì)算29,30號(hào)圍堰整體抗浮系數(shù)分別為1.39和1.4。2.2.3鋼護(hù)筒與混凝土間接觸面面積式中:Q為計(jì)算單元上所受的合力;A為計(jì)算單元與護(hù)筒接觸面面積;[τ]為容許黏結(jié)力(鋼護(hù)筒與混凝土之間的黏結(jié)力取120kPa)。經(jīng)計(jì)算29,30號(hào)墩圍堰護(hù)筒黏結(jié)力分別為64.52,50.14kPa。2.2.4計(jì)算封底混凝土拉張力的公式封底混凝土按承受均布荷載的四邊簡(jiǎn)支的面板結(jié)構(gòu)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算29,30號(hào)墩封底混凝土拉應(yīng)力均能滿足要求。3安裝板樁防護(hù)3.1撐托梁焊接施工準(zhǔn)備→導(dǎo)梁制作安裝→圍檁內(nèi)支撐(托梁)焊接拼裝→圍檁內(nèi)支撐整體下放→鋼板樁施打→吸泥清基→圍堰封底→承臺(tái)施工→支撐轉(zhuǎn)換→拔鋼板樁。3.2兩側(cè)鎖口加固鋼板樁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后,應(yīng)詳細(xì)對(duì)其檢查、丈量、分類、編號(hào),同時(shí)對(duì)兩側(cè)鎖口用一塊同型號(hào)長(zhǎng)2~3m短樁做通過(guò)試驗(yàn),鎖口通不過(guò)或樁身有彎曲、扭曲、死彎等缺陷,采用冷彎、焊補(bǔ)、割除、接長(zhǎng)等方法整修。為保證插打過(guò)程順利,在鎖口處涂以適量黃油。3.3梁底部設(shè)置牛視頻與以往鋼板樁圍堰施工采取設(shè)置導(dǎo)框打設(shè)鋼板樁,后抽水從上往下安裝支撐的施工工序不同,本工程采取先在鋼護(hù)筒上設(shè)置導(dǎo)梁、導(dǎo)梁底部設(shè)置牛腿用于支撐最下面一層圍檁,圍檁和內(nèi)撐在鋼平臺(tái)上焊接拼裝,并在最下面一層至上面第2層圍檁焊接托梁,用于支撐其上的圍檁和內(nèi)撐,然后整體下放的工序。避免了先抽水再安裝圍檁和內(nèi)支撐,使內(nèi)外水壓過(guò)大增加圍檁內(nèi)支撐層數(shù)和結(jié)構(gòu)應(yīng)力。導(dǎo)梁施工前必須進(jìn)行測(cè)量放樣,確保圍堰位置準(zhǔn)確、各邊施工空間足夠。圍檁和內(nèi)支撐之間的焊接必須牢固,圍檁轉(zhuǎn)角處焊三角形鋼板。3.4厚砂充填鋼板樁施打工藝改進(jìn)鋼板樁施打以圍檁作為導(dǎo)向,采用50t汽車式起重機(jī)配合DZ90液壓振動(dòng)錘單根插打,遵守“插樁正直,分散即糾,調(diào)整合攏”的原則。插打順序從上游向下游,從一角向另一角插打,在下游合攏。超厚砂卵石層地質(zhì)條件下鋼板樁的施打遇到以下問(wèn)題,通過(guò)改進(jìn)施工工藝得以克服。1)超厚砂卵石層鋼板樁難以插打到位針對(duì)這一問(wèn)題,采取對(duì)鋼板樁樁頭進(jìn)行處理和高壓水槍進(jìn)行引孔。樁頭及高壓水槍如圖4所示。高壓水槍采用專用鋼板樁內(nèi)焊接2根鋼管,一根氣管一根水管,分別通壓縮空氣和高壓水進(jìn)行引孔。2)鋼板樁插打垂直度偏差大首根鋼板樁插打應(yīng)從兩個(gè)相互垂直的方向同時(shí)控制,且應(yīng)緊靠圍檁邊緣徐徐下降,待插入河床后,用L形卡具限制鋼板樁側(cè)向和外向偏移,并與圍檁進(jìn)行臨時(shí)固定。3)圍堰合攏問(wèn)題圍堰合攏采取根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)角部?jī)膳R近板樁的距離和傾斜情況特制角樁,確保圍堰順利合攏。3.5圍堰吸泥機(jī)方案超厚砂卵石層地質(zhì)條件下圍堰吸泥是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)超厚、大粒徑卵石層特制專用吸泥機(jī),每臺(tái)吸泥機(jī)配備1臺(tái)22.5m3空壓機(jī)和1臺(tái)110kW的水泵。河床下3m范圍內(nèi)吸泥較容易,3~6m吸泥較為困難,6m以下不易吸出。施工時(shí)主橋墩圍堰吸泥深度達(dá)到8m左右,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際特點(diǎn)和吸泥難度,施工時(shí)對(duì)吸泥機(jī)進(jìn)行改進(jìn),吸泥管采用ue788325鋼管,采用1臺(tái)吸泥機(jī)配2臺(tái)22.5m3空壓機(jī)和2臺(tái)110kW的水泵,先用2臺(tái)水泵進(jìn)行高壓沖水,將底部的卵石層沖松;同時(shí)空壓機(jī)供氣產(chǎn)生負(fù)壓,將沖散的卵石吸出。吸泥過(guò)程中采用水泵向圍堰內(nèi)補(bǔ)水,保持水頭穩(wěn)定。吸泥機(jī)端頭如圖5所示。清基采用潛水員攜高壓水槍水下對(duì)鋼板樁內(nèi)側(cè)和鋼護(hù)筒周邊進(jìn)行清理,確保封底混凝土能與鋼板樁和鋼護(hù)筒黏結(jié)牢固。3.6式起重機(jī)起吊集料斗圍堰封底采用25t汽車式起重機(jī)配合30t門式起重機(jī)起吊集料斗進(jìn)行逐根導(dǎo)管首封。混凝土按擴(kuò)散半徑5m考慮計(jì)算得首封量為27m3,導(dǎo)管按13根布置,2臺(tái)汽車泵連續(xù)灌注完成封底。3.7造林入基、填充截水壓圍堰抽水時(shí)控制抽水速度,并設(shè)置觀測(cè)點(diǎn),對(duì)圍堰進(jìn)行監(jiān)測(cè)。抽水到位后用棉絮堵漏,圍堰基底清理,并砌筑截水溝,方便承臺(tái)干施工。待承臺(tái)施工完成后,向鋼板樁與承臺(tái)間填筑砂卵石,并在承臺(tái)上部澆注25cm高混凝土冠梁,待冠梁混凝土達(dá)到強(qiáng)度后,拆除承臺(tái)上一層內(nèi)支撐,向圍堰內(nèi)注水至上一層支撐下1m標(biāo)高,拆除內(nèi)支撐直至第1層,內(nèi)支撐全部拆除后,依次拔出鋼板樁。4圍內(nèi)支撐的施工順序襄樊漢江三橋主墩承臺(tái)采用鋼板樁圍堰施工,通過(guò)改進(jìn)施工順序和采取特制的施工設(shè)備,使鋼板樁圍堰在超厚砂卵石層地質(zhì)條件下得以成功實(shí)現(xiàn)。1)所有圍檁內(nèi)支撐先焊接拼裝整體下放后插打鋼板樁的施工