凌铁大桥深水承台锁口钢管桩围堰施工技术

凌铁大桥深水承台锁口钢管桩围堰施工技术 凌铁大桥深水承台锁口钢管桩围堰施工技 术 26工程科技2007年第1期 凌铁大桥深水承台锁口钢管桩围堰施工技术 第五工程有限公司周祖清 【摘要】本文结合凌铁大桥主墩承台的施工实践,介绍了采用锁口钢管桩围堰围水进行桥梁水中高桩 承台施工的相关技术,包括相关的设计计算方法,加工制作,插拔施工,支撑加固,止水封底等 施工技术. 【关键词】深水高桩承台锁口钢管桩围堰设计原理施工技术 1工程概况 凌铁大桥位于南宁市中心南面,主桥横跨邕江,跨径45m+2×132m+2×45m五跨组成,上部 结构为预应力钢筋混凝土连续箱梁+下承式钢管混凝土系杆拱组合结构.其主桥墩(15#墩)位于 邕江中,采用2个15.3×lOx4m左右幅分离式高桩承台,承台底设计标高58.Om.承台处河床标 高52.4m,施工水位64.5m,水深12.1m;~-j"床上覆1.5m厚圆砾石层,下伏基岩为强风化,弱风化 泥岩.15#桥墩的一般结构如图1所示. 桥 轴 线 图115#桥墩1/2一般结构图(单位:crn) 桥 轴 线 该桥墩2005年2月15日正式开工,要求在2005年5月20日前墩身出五年一遇洪水位 (75.Om),工期十分紧张,可用于承台施工的工期仅30天. 2围堰比选 针对工程的结构特点及桥位处的水文地质情况选择适宜的围堰结构进行桥梁深水承台施工, 对桥梁施工的安全,工期,经济和社会效益有重要影响.为此,对围堰结构提出T-+:g案进行比 较. 2.1钢板桩围堰方案 凌铁大桥深水承台锁口钢管桩围堰施工技术27 此方案在桥梁软土和水中低桩承台施工中有所应用,需投入钢板桩及其支撑体系钢材328t. 该方案存在两个问:第一是在桥梁高桩承台施工时围堰内填筑砂卵石到承台底,会使钢板桩 变形导致拔除困难;第二是钢板桩要到广州或上海等远地租赁,运距远,费用高. 2.2有底钢套箱围堰方案 此方案在桥梁深水高桩承台施工中应用较普遍,有成熟的施工技术和大量工程实例,技术上可 行,需投入钢材178t. 该方案存在三个问题:第一是在本桥无缆索吊机或栈桥等辅助设施的条件下,用小型浮吊分块 拼装钢套箱方法的施工工序多,技术较复杂,工期较长且可控性不强;第二是支撑体系复杂,承台施 工空间小;第三是需要厚重的封底混凝土和大部分钢材不能回收倒用,施工成本较高. 2.3锁口钢管桩围堰方案 此方案在国内桥梁深水承台施工中应用较少,存在如下优缺点: 优点:一是锁口钢管桩的加工制作简单,快速,施工工序简洁,精度要求不高,施工工期短---是 锁口钢管桩本身刚度较大能深嵌入河床中,整体稳定性非常好,围堰内无须复杂的内支撑体系,为 承台施工提供少支撑干扰的作业空间和可靠的安全保障;三是钢材用量需323t(与钢板桩围堰差 不多),但锁口钢管桩可全部拔除,用于本桥的上部结构施工支架和其它工地的同类工程施工,材料 周转利用率高,经济效益明显;第四是围堰内承台底只需在抽水后干法铺筑0.3m厚混凝土,不需 要水下灌注厚重的封底混凝土克服围堰所受的浮力,较大的节约了工期和成本. 缺点:这种结构形式的围堰施工缺少经验,阴阳锁口接头处的闭水方法尚需在实践中试验和摸 索. 综上所述,我们决定采用锁口钢管桩围堰方案围水施工凌铁大桥15#墩的承台. 3围堰设计计算方法 (1)根据承台结构的设计情况和水文,地质条件,将左右幅分离的两个承台合并人一个围堰拟 定其结构尺寸:堰顶标高比最高施工水位高0.5m,为65.0m;堰内净空比承台周边大1.2m,平面尺 寸36.3×13.0m;采用一层横向支撑,比承台顶面高1.5m,尽量少布置在墩身范围. (2)针对堰内填筑,抽水,承台施工3种工况分别对围堰的锁口钢管桩,圈梁,横向支撑等按照 下列步骤和原理进行受力分析计算. 第一步:按朗金土压力原理计算作用于锁El钢管桩上的主动或被动水压力,土压力,并绘出压 力分布图如图2所示. ?r R—杰攫 承台J ,,// 目堰内 真筑土二河床i ,/^,\/'',ft,, P——— ———— 堰内填筑堰内抽水承台施工 图2堰体静力分布图(单位:ern) 工程科技2007年第1期 第二步:计算钢管桩上压力强度等于零的点距离围堰内土顶面的距离,即 7?Kn?H ? K?K一? 第三步:将钢管桩作为上端简直,下端固定的梁体按等值梁法计算其最大弯矩M 一和两个支 点的反力(R和P). 第四步:计算钢管桩的人土深度 t=1.15(y+) 一 厂二二二二[二 7p.K?Kp一7?K 式中7——主动土(水)综合容重,kN/m3; —一 被动土容重,kN/m3; Ka——主动5z(水)压力系数; KD——被动土压力系数; K——被动土修正系数. 第五步:根据各部位结构的最不利内力,选择相应的材料规格型号. (3)经过详细计算,本桥15#墩的深水承台施工的围堰选择29X8mm,长15.3m的螺旋钢 管制作锁口钢管桩,I45a工字钢作围堰的圈梁,29X8mm螺旋钢管作横向支撑,围堰结构如图 3所示. 图3锁口钢管桩围堰结构(单位:cln) 64.5最大施工水位 {———————一 58.0承台底面 —女=——————一 啦 4锁口钢管桩加工制作 在平整的场地上制作钢管桩加工胎架,先将钢管对接成设计长度15.3m,然后定位角钢与钢管 焊接,最后焊接加劲肋和限位肋.每根钢管桩上的锁口要对称位于钢管的同一直径线上.锁口的 焊缝采用手工电弧焊,作外观检查,要求饱满,无裂纹,不漏水.钢管对接焊缝按?级焊缝质量 检查验收.钢管桩顺直,不折,不弯.锁口钢管桩的结构见图4. 5围堰施工 5.1导向架安装 为保证围堰钢管桩打人时的精度,要设置钢管桩导向架.全部桩基施工完成后,立即拆除桩基 的钻机平台,在桩基钢护筒上焊装双层牛腿,在牛腿上测量定出围堰内外框线,沿着内外框线安装 导向圈梁.两层定位架高差要大于2.5m;定位架的牛腿和圈梁采用[25槽钢焊接. 5.2主要施工设备 凌铁大桥深水承台锁口钢管桩围堰施工技术29 2L..63 图4锁口钢管桩结构大样 为保证钢管桩打人河床基岩到设计深度1.2m以上,要求振动锤的激振力P大于钢管桩的人 土动摩阻力Q.经过计算分析,选择25t浮吊和DZ45振动锤作为主要施工设备. 5.3振动沉桩 (1)插桩和沉桩:浮吊吊运钢管桩至沉桩位置,使其锁口与已沉人钢管桩的阴阳锁口咬合,并 从定位架中缓慢下放,直至进入河床自稳不下沉为止.取下桩头千斤绳,用浮吊主钩吊振动锤到桩 头,用锤夹夹紧桩壁;启动振动锤沉桩,直至设计深度或不能下沉时停止.下沉过程中要同步松长 浮吊起重绳并注意保持锤身与桩身方向一致. (2)纠偏:第一根钢管桩沉人后的垂直度影响到整个围堰其它钢管桩的垂直度,其打人时要缓 慢些,打人到2/3设计深度时暂停沉桩,检查桩身的垂直度是否在0.5%L以内,如满足要求则继 续开启振动锤沉桩;否则拔出重打.其它的钢管桩在定位架和锁口的共同作用下,一般不会产生较 大偏差,只需每插打15,20根作一次检查,保证桩身的垂直度在1%L以内即可. (3)沉桩顺序:钢管桩从围堰上游中间开始,对称向下游依次沉人,到下游中间合拢. 5.4围堰合拢 钢管桩围堰合拢前,在插打至最后4,5根桩时,测量缺口的宽度,准确计算出合拢桩的外径, 加工大小合适的钢管桩运至施工现场插打. 为保证钢管桩围堰合拢时两侧锁口互相平行,避免使用异型桩进行合拢,减小合拢难度,应采 取以下措施:当钢管桩两端相距10,15根桩的距离时,之后每打人一根桩,均须用 经纬仪控制其垂 直度.若桩身存在偏斜,应逐根纠正,分散偏差,调整合拢. 5.5内支撑体系安装 (1)圈梁安装:围堰合拢后,根据施工水位度量并在钢管桩上标志出圈梁水平中心线位置;在 支撑附近将型钢托架焊接在钢管桩上,作为圈梁安装的支承.将岸上下料并连接好的工字钢圈梁 用浮吊吊放到托架上,紧贴钢管桩并与其焊接;不能紧贴钢管桩的,在两者之间加小钢板焊接. (2)支撑安装:在圈梁上测设出支撑钢管的安装位置,并准确测量出每根支撑钢管两端圈梁之 间的净距;根据净距对支撑钢管下料并将其两端切割成企口.为使支撑钢管达到轴心受压计算条 件,企口切割时要保证钢管轴线和围囹水平中线重合.用浮吊将支撑吊放到对应位置安装,围囹与 支撑钢管端头直接焊接牢固,围囹顶面与支撑钢管间用连接钢板焊接连接.最后安装围堰转角处 三角支撑. 工程科技2007年第1期 5.6搭设作业平台 在不影响墩身施工位置的圈梁和支撑钢管上搭设承台和墩身施工作业平台.作业平台先在支 撑上铺设槽钢,然后在槽钢上满铺木板.沿围囹和平台周围临空面安设防护栏,安全网.平台供施 工人员作业,放置抽水机,配电箱,空压机等小型施工机具使用;平台能够承受的施工荷载应通过计 算确定,严禁超载. 5.7锁口止水 锁1:3止水是锁13钢管桩围堰防水的关键的措施和工序.在试验比较锁13内填筑棉纱,棉纱裹 黄泥,黄泥混稻草等诸多方法的基础上,证明锁13内填筑袋装砂浆是最行之有效的方法:既能止水, 又不影响钢管桩拔除. 用棉布缝制比锁13略大的长条型布袋;将布袋放入锁口中,用似8mm钢管(灌浆导管)穿人布 袋将其插到河床面.砂浆采用M2.5,塌落度180~200mm;砂浆用注浆泵通过灌浆导管从孑L底向 上灌注,边灌边提升导管,直至孑L13溢出砂浆为止.导管埋人砂浆不小于2m. 5.8围堰内填筑 围堰内河床面到承台底之间的空间用砂卵石填筑.在锁13止水施工的同时,用船载抓斗机将 用船运到承台处的砂卵石填入围堰中.砂卵石填筑数量计算时注意扣除桩身,桩头破除和铺底混 凝土所占的体积. 5.9围堰抽水 根据抽水量多少,配备足够数量的抽水机进行围堰内抽水.抽水机选择宜离心泵与潜水泵结 合,大小搭配.水抽干后,在承台四角挖设深1.2m,直径0.8m的集水井,井内放置抽水机抽排渗 漏水.为防止井壁坍塌,在井内放置钢筋笼,并沿钢筋笼周边包裹铁丝筛网.承台施工期间24小 时不问断抽水. 围堰开始抽水时,同步观测其围囹,支撑,钢管桩的应力应变情况和渗漏水情况.出现应力应 变超过设计容许值的情况,要停止抽水,查明原因,采取相应加固措施后方可重新抽水.发生锁13 射流或堰底管涌现象时,要停止抽水,采取相应堵漏措施后方可重新抽水. 为防止钢管桩的锁13填筑不密实漏水和围堰底部渗流过大,从围堰顶到其四周lOm宽的河床 范围内铺设防水布.抛掷沙袋,派潜水工用沙袋将防水布密贴地压实在河床面上;防水布要松铺在 围堰四周,以使其在围堰内抽水时能密贴到钢管桩及其锁1:3壁上,不致绷紧破裂. 5.10铺底混凝土灌注 在钢管桩上测设出承台底标高,用人工辅助小型挖掘机整平围堰内砂卵石,桩头破除物,使其 低于承台底0.3m.铺底混凝土用承台混凝土相同的运输方法运到围堰内,人工铺筑捣固,其顶面 齐平承台底,周边与堰壁之间预留排水沟.铺底混凝土标号C20,灌注完成12h后开始施工承台. 6承台和墩身施工 承台和水位以下墩身的钢筋,模板,混凝土等施工与其它围堰条件下的施工方法相同.承台施 工完成5天后,将围堰内水位提高到接近承台顶标高,在保证墩身施工的条件下减少抽水工作量. 7围堰拆除 墩身施工出水面后,即可拆除围堰.围堰拆除按由下而上,先支撑再圈梁最后拔除钢管桩的顺 序进行.拆除位于水面下的支撑时,先部分停止抽水,使围堰内水位回复到待拆除的支撑下,部分 平衡围堰内压力差,然后才进行支撑拆除施工. 围堰内支撑体系全部拆除后,即可进行钢管桩的拔除作业.钢管桩拔除采用其沉人时的设备, 凌铁大桥深水承台锁口钢管桩围堰施工技术31 并采用沉桩施工的反向作业顺序.在拔桩时,先用振动锤轻击桩顶,将桩周土体及锁口内砂浆振 动,再进行拔除作业.拔除的钢管桩应清刷干净,修补整齐,除锈涂刷防锈油漆.在运输堆放时,防 止变形损坏. 8结束语 凌铁大桥15#主墩的深水高桩承台施工期间,锁口钢管桩围堰壁没有渗漏水现象,围堰底部的 总渗水量仅230m3/h左右,用3台lOOm3/h的潜水泵即可满足排水要求,止水效果良好.从该承 台的全部桩基施工完成到承台混凝土灌注完成,实际消耗工期仅25天,实际成本比采用有底钢套 箱施工的成本节约36万元. 本桥施工实践证明:采用锁口钢管桩围堰修筑深水高桩承台,有加工制作简单,安全性能好,工 期短,成本低的优点;为成功使用锁口钢管桩围堰的深水基础施工工艺开辟了一条新途径,具有较 强的推广应用价值. 参考文献 1江正荣.建筑施工计算.中国建筑工业出版社,1992年 2刘成宇.土力学.中国铁道出版社,2000年 3李克钏.基础工程.中国铁道出版社,2000年 4JTJ041—2000.公路桥涵施工技术规范.人民交通出版社,2000年 5GB50017—2003.钢结构设计规范.中国计划出版社,2003年 }}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} (上接第25页) (3)模板拆除要等到混凝土达到10MPa以上才能进行.模板安装及拆除时,操作人员必须配 戴安全带. (4)悬臂模板吊升必须在白天进行,模板吊升应由专人指挥,并不得超出塔吊的负荷吊装,最 大单件重量不超过3t. (5)当遇到雷雨,风力达到5级以上时,不得进行作业. (6)严禁在悬臂模板架上堆放重物,悬臂模板架主平台设计荷载3kN/m2,上平台及吊平台为 0.75kN/m2. (7)模板上的脚手架必须符合安全要求,平台跳板必须与脚手架捆绑牢固,跳板尽量不要求出 现悬挑的现象. 5结语 大店河大桥作为济邵高速公路的重点控制工程之一,79m高的空心薄壁主墩施工是确保全线 顺利完工的一大关键.在该桥施工中,主要应用了两项新技术:一是CB一240悬臂爬模系统,二是 主筋滚压直螺纹套筒连接技术. 目前该桥正在施工,该两项新技术的成功应用,既保证了工期按预定计划进行,又保证了混凝 土的质量内实外美,为整个项目的顺利实施达到了实质性的效果.