济南黄河特大桥主桥深水基础-钢板桩围堰施工技术方案.pdf

济南黄河特大桥主桥中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月1、工程概况黄河特大桥主桥墩基础墩号为05号，其中3号 墩为固定墩。0、5号墩采用21根巾2.0m钻孔灌注 桩,0号墩桩长90nb 5号墩桩长70m。1、2、3、4 号墩采用28根。2.5钻孔灌注桩，1、4号墩桩长 90m,2号墩桩长102nb 3号墩桩长98m。0、5号墩 承台厚度4.5nb平面尺寸34.6 x 13.8m,0号泵台 顶面标高33.0m、5号承台顶面标高30.0m;1、2、3、4号墩承台厚度6.0m,平面尺寸42.5 x 23.3m,承台顶面标高27.0mo中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月22、地形、地貌与不良地质(1)桥渡地形正桥桥址处河道属济南段黄河窄河道区，宽约900m,河床平均高程高出两岸大堤背水面3.0m。(2)水文条件工 黄河河流平均流速2.07m/s,设计施工洪水位+30.5m。黄河枯水期仅主河槽有水，水深约4-6m,水 面标高+27m,水面宽约300m。曾河主河道内一般冲刷 厚度约为7.7m=11;3%中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月3(3)工程地质-桥位工程地质地层以第四系河流相粉质土为主，其间多夹粉、细、中沙及粉土、薄层粘土或 透镜体。其中覆盖层40m以下姜石含量较高，姜石 层分布较多。设计图纸反映桥址范围第一层土主 要为软塑的粉质粘土、粘土及稍密的粉土组成，厚度9.6m22.5m;第二层为硬塑的粉质粘土、粘 土及中密的粉土及中密的砂层组成，厚度2.7m 11.8m;第三层为硬塑状的粉质粘土组成，厚度钻 孔未揭露。黄河主河道内一般冲刷厚度约为7.7m 11.3m,枯水期河床冲刷层范围沉积层主要 以粉砂土为主。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月4二、钢板桩方案的确定1、根据1、2号墩位处地质条件和承台设计标高,采用钢板桩围堰较合适，围堰防水性能好，整体 刚度较强。2、钢板桩围堰由单层钢板桩和两层由型钢组成 的内撑梁组成；围堰平面为矩形，其内口尺寸为 50 x 36米，钢板桩单根长22米，被打入后，其底 端标高为+9米，顶商标高为+31m;采用德国拉森 IV型钢板桩，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联结转角10。15。，摩阻力小，防渗 性较好，四个转角位置采用焊接的T形钢板桩；中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十2008年1月 工区 53、钢板桩的施打采用平台吊机，配合震动打桩船进行打入，承台施工完成后拔除；内撑梁分别 安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩的牛腿上，内撑梁外缘两端与钢板桩相撑住，以加大围堰抵 抗土侧压力及水压力的能力。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月64、钢板桩施工完成后，进行围堰内水下混凝土 封底施工。封底混凝土强度满足要求后，开始在 围堰内边抽水边设置内支撑。第一道内支撑安装 前，将围堰内水抽至第一道内支撑设计位置以下 50cm,然后快速安装好内支撑；第一道内支撑安 装完成后继续抽水至第二道内支撑设计位置以下 50cm,快速安装好内支撑；继续抽水至围堰底，进行承台施工。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月75、承台混凝土分两次浇筑，每次为3m厚。当第 一次混凝土浇筑完成后，需要拆除底层内支撑。为此，在承台第一次混凝土浇筑完成，强度满足 要求后拆除侧模板，将围堰底部以上3m范围杂物 清理彻底。然后在围堰底部以上3m承台和钢板桩 围堰间全部回填沙土，采用注水措施保证所填沙 土的密实。拆除下层内支撑，将支撑力分配到所 填沙土和上层内支撑上。继续施工完承台后拆除 钢板桩围堰内支撑，拔除钢板桩中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月8三、中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月91、设计参数.二(1)主河道内主要为软塑的粉质粘土、粘土,土体力学性能如下：I 土体容重：r=18.5KN/m3|土体内摩擦角：4)=20R 土体总应力粘结力Cu=12.16kPaF(2)钢板桩力学性能：N 钢板桩采用IV型拉森桩,重量75kg/m,每1米二宽截面模量W=2037cm3,允许应力为o=210Mpao(3)型钢力学性能 a=145Mpa,=85Mpao中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月102、围堰基底设计验算抗基底翻起计算稳定系数长=21cli _ 2x3.14x12.16.2.312M g rhy-rhy 1 8.5x4.0-10 x4.0基底二基底土体管涌（稳定性检算）钢板桩不发生管涌的最大入土深度:3.04m中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月.一 单根钢板桩长22米，围堰钢板桩实际 入土深度为13米。考虑8m冲刷深度的影响,钢板桩入土深度仅为5m。因此，在没有冲 刷的季节施工钢板桩围堰时，在内支撑合 理的情况下可以直接抽干围堰内的水而不发生基底翻起或土体管涌，基底稳定。在 有河床冲刷季节，考虑8m冲刷深度的影响,要对围堰底进行水下混凝土封底施工o中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月123、钢板桩、围堰围囹、内支撑计算确定围囹层数及间距根据施工的具体情况，承台高度，水压土压,另外钢板桩虽能满足强度要求，但内支撑布设也 有一定要求，确定采用布置为h=3.5m、hl=3m、h2=3.5m,即钢板桩围堰顶面标高+31m,第一道内 支撑标高+27.5m,第二道内支撑标高+24.5m,封 底混凝土顶面标高+21 m。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月13钢板桩计算在钢板桩围堰顶面设置临时内支撑，钢板 桩围堰抽水至围堰顶面以下4m深位置，而第一道 内支撑尚未安装为工况一；第一道内支撑安装后，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下7m深位置,而第 二道内支撑尚未安装为工况二；第一、二道内支 撑安装完毕，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下10m 深位置，最终受力状态为工况三。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月14中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月15通过Midas Civil计算，三种工况下钢I 板桩所受内力3工况一：M 368W 2037x 10 3=180.7 Mpa cr =210 Mpa工况二：M 288W 2037x 10 3=141 AMpa a=210 Mpa工况三：M 80.5o=-=-XW 203710 3=39.5Mpa cr =210 Mpa中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月(3)围囹内力计算.第一、二两层围囹采用双I56a，Wx=4684 cm3,|其中支点的最大间距为3m,按照最不利的简支计笆M 227.2 x3.02 x。一卬-8x4684103=5 5Mpa o=143VIpa中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十 工区2008年1月（4）围囹内支撑计算口 内支撑顺桥向米用巾630 x 8mni钢管）横桥向米 用2136a。按轴心受压构件计算，压杆两端按较接简化。钢管内支撑计算（水平面内）227.2x6.4x10A（/）,3.14x0.63x0.08x0.9=91.9Mpa cr=140Mpa钢管内支撑计算（竖钢管桩轴向应力227.2 x 18 xlO-0-4外 3.14x0.63x0.08x0.4485SMpa _（j=140MpaN中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月4、封底混凝土验算根据钢板桩封底后最高水位时围堰所承受的 托浮力进行估算，考虑最不利状态，即河床冲刷 最深处。计算得围堰封底混凝土厚度，h=l.5mo中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月191156aBA2008年1月钢板桩内姆布置图（ID1136a支撑承台nT2卜，钢板桩顶面标高31.00,0.50最岛洪水位封诂陶J.5mV冲刷线标高14加V汨味标M2.00V钢板棚曲标山 oo中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十 工区BA202008年1月钢板桩内支撑布置图(BT)中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十 工区21四、钢板桩施工K 将新旧钢板桩运到工地后，详细检查、丈量、分类、编号；二 钢板桩的整修。对有弯曲、破损、锁口不合的一 钢板板桩均进行修整，采用的方法为：冷弯、热敲、焊补、割除。钢板桩长度不足时，可用同类型的钢板桩接长。接长采用焊接，先对焊，再焊加固板。神铁一局桥梁公司京沪高铁二标十2008年1月 工区 22准确测量后，打设两根钢板桩，开焊E接钢牛腿，其上放置两根钢板桩并与牛腿焊 野接牢固，形成框架作为导向（此钢板桩在 围堰一边打设完成后拔除，之后重新安装 导向）中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月24252008年1月 工区 262008年1月中铁一局桥梁公司京沪高铁二林十 工区钢板桩插打I、打桩设备：a、10吨水上浮吊；b、60T液压钳式振动桩锤;c、钢板桩运输船。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月282008年1月工区锤 口j302008年1月n、插打方法先逐根插打矩形围堰的三个边，最后一边先 插合拢后再打入。实践证明：该方法速度快，合 拢误差小，易合拢。IIL插打顺序先上游，后下游合拢。IV、垂直度的控制在钢板桩正面、侧面各站一人采用吊线锥的 方法检查垂直度，观察点远离钢板桩插打位置50 米 100米为易。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月32中铁一局桥梁公司京沪局铁二标十工区中铁一局桥梁公司乐沪局铁二标十工区2008年1月34中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月36京沪iWj2008年1月2008年1月中铁一局桥梁公司京犷高铁二林十 工区3、钢板桩围堰封底清淤围堰合拢后进行基底清淤。余姚江河床底为,淤泥质粘土。清淤方法为：潜水员潜入河床底，,清水泵抽干净的河水通过加压）潜水员持高压水.枪冲起、搅混基底淤泥，同时基坑内的泥浆泵抽 出浑浊的基坑水，达到清除基底淤泥的目的。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月39、抛片清淤至设计标高后,抛填50cm厚粒径不大于20cm的片石，之后进行水下混凝土封底。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月41中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月42、封底采用C25砂，厚度为1.5米。水下封底采用一次连续浇注完成。封底混凝土采用导管法，导管设计作用半径为3.0m o中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月432008年1月工区二标442008年1月、围堰内支撑的安设在封底混凝土达设计强度的50%后即可抽水架设围囹和;内支撑。支撑安放原则：先支撑后降水，分层支撑分层降水。围堰第一次抽水较为关键，根据钢板桩新旧程度需配置足量的水泵进行强降水。M 围堰四角处受力较复杂，为保证围堰安全性，四角采用-型钢进行加强。施工观测，重点是观测围堰围囹、内支撑和钢板桩的变 形。如发现变形过大，立即停止抽水，并向钢板桩围堰内 注水，以减少变形。分析原因,采取加固措施后，重新抽 水、安放支撑。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月46中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月47安放的第一道围囹及内支撑中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十2008年1月围堰堵漏前抽z公司京沪局铁二标干2008年1月甲铁三局济梁公司京沪高铁二标干 工区2008年1月51钢板桩围堰施工工艺框图5、钢板桩围堰可能遇到的问 及预防措施1、打桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢.板桩打入深度不够，则采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。i 2、钢板桩在淤泥质地段挤进过程中受到淤泥中块石或其它不.明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以 摩下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔L 0m 2.0m,再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石 一 等障碍物被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正,一 藏少钢板桩的倾斜度。3、由于淤泥质基础较软，有时施工发生将邻桩带入现象，采 用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打当桩的 连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月536、承台施工奉 钢板桩围堰抽水完毕后,测量围堰底面标高,用砂浆找平承台底面至承台底面设计标高。在桩 基检测完成后，对桩位进行复测，并报请监理验 收。在验收合格后）进行承台施工。根据钢板桩 一围堰内支撑的布设要求，承台校可一次浇注完成。承台模板使用大块钢模板进行施工。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十2008年1月 工区 54承台散热方案1 承台混凝土一次整体浇筑。为避免大体积球温度应力过大而产生裂纹，采取了 埋设冷却水管，利用江水循环，带走承台 内部热量 使内外温差控制在25以内；冷却水管埋设如下图中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月55冷却管示意图工区56冷却管设计说明1、冷却管采用外径巾42mm,壁厚2.5mm的无缝钢管，冷却管连接段用E 6 54mm，壁厚3.0mm的无缝钢管。2、如设计图所示，承台每层冷却管设一个进水口，一个出水口。3、用水泵抽水，保证冷却管进水口有足够的压力，进出水管的水温控制 在相差510度之间，承台从浇注起至浇注完成殓后，10天内不断注一水。14、设计图中标注的冷却管长度为管道中心处距离，冷却管保证不串浆，不漏水，安装完毕，必须做密水检查，保证注水时管道畅通，砂耒生二 完成后，冷却管内压入30号水泥浆。5、冷却管用。22钢筋架立点焊多点固定。6、冷却管接头采用满焊，且保证不漏水，不串浆。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月577、钢板桩围堰的钢板桩在拆除工作中应注意：1、钢板桩围堰拆除与围堰施工顺序相 反进行。首先采用水泵加水至最下一道围堰标高处拆除最下一道钢围囹，依次循环，直至最顶一层围囹拆除完毕。一 2、钢板桩拔除先行由下游方向开始，对称施工至上游方向，采用振拔锤配浮吊进彳亍工O3拆除过程必须时刻注意施工安全。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月588、施工中注意事项钢板桩围堰在整个工程施工中极为顺利，经实测各单元的变形与计算结果相符。施工中要注 意以下几点：一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、季 黄油等填充物填塞接缝。或在钢板桩全部插打完 一三毕开始抽水安装围囹时，采用一边抽水一边在钢板桩的接缝外侧下溜细砂或锯末拌合湿砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的，对于变形较大的接缝在围囹安装后用棉絮塞填。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月59围囹的安装围囹的安装应随着抽水的深度逐层实施，安装过 程中要密切注意河床水位的变化，并安排专人负责施:工期间的抽水工作。值得注意的是工字钢与钢板桩的，连接，由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响）整 个围堰的侧面顺直度较差，工字钢安装后与钢板桩之 广间有较大的间隙。为防止围堰的变形，要求将工字钢 与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接，围堰 的四个角更应加强。中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区2008年1月60