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深水钢板桩围堰施工新技术探讨

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《宽厚板》2017年第4期

[摘要]本文结合某大桥深水基础施工技术,对传统钢板桩围堰施工工艺进行了改进,提出了先下内支撑后插打钢板桩的施工方法,工程实践表明,该方法在提高了工效的同时,可大大提高钢板桩插打的质量,围堰结构在施工过程中的受力状态与理论计算结果吻合度高,有利于施工质量及结构安全控制。

[关键词]深水基础;钢板桩围堰;施工工艺

1概述

钢板桩围堰具有施工简便、操作简单、施工效率高、成本低、止水效果好等优点,使得钢板桩在基坑开挖、深水基础施工等领域都得到了广泛的使用并取得了较好的成效[1-2]。多年来,常规的水中钢板桩围堰都普遍使用如下施工流程,即设置导向结构-插打钢板桩形成闭合围堰-水下清理基坑-浇筑水下封底混凝土-按设计要求逐步抽水逐层加设内支撑-围堰堵漏-承台施工[3-4]。为了保障围堰插打精度,此施工工艺需要附加导向结构,增加了施工成本,实际过程中施工队伍为了降低成本、加快工期等多方面原因,常常导致导向结构做得不够理想,最终影响了钢板桩围堰的插打线形,从而使得围堰实际受力情况与设计计算结果较大偏差,围堰漏水情况较为普遍,且逐步抽水逐层加撑的工艺,使得钢板桩围堰受力处于一个不断变形叠加的状态,不利于结构安全把控[5-8]。为此,本文结合东莞西部干道2号特大桥深水基础钢板桩围堰施工方案研究,改钢板桩围堰施工先插打钢板桩后下内支撑的传统施工方法,用先下内支撑后插打钢板桩的施工方法,以克服传统钢板桩施工方法存在的风险较高弱点,为钢板桩围堰进一步推广应用提供参考。

2钢板桩围堰设计

2.1工程基本概况

东莞西部干道2号特大桥为佛山至东莞交通主干道广州至望洪段西部干道上的一座连续梁桥,该桥57#―60#墩上部结构为(80+120+80)m的连续梁,60#墩为过渡墩,其承台平面尺寸为12.8×9.6m,承台厚度为3.5m,承台底面标高为-11.53m。承台下为10根φ1.5m的钻孔桩,采用φ1.8m的钢护筒。设计水位高程取为20年一遇水位2.85m,常水位高程2.18m,最低水位高程为0.3m。河床地质从上之下依次为粉砂、中砂及强风化粘土岩层结构。初步拟60#墩钢板桩采用拉森Ⅳ型锁口钢板桩,第一道、第二道圈梁截面采用2HM588×300×12×20型钢,第三道圈梁截面采用3HM588×300×12×20型钢,内撑管采用圆形钢管,中支撑为φ630×8,四角斜撑管为φ400×10和φ500×10。钢板桩桩顶标高为3.68m,底标高为-20.32m,钢板桩总长24.0m,封底砼厚度3.0m。为保证承台在堰内的施工空间,考虑围堰下沉偏差影响以及承台立模宽度的要求后,围堰内壁平面尺寸定为15.2×12.0m。

2.2钢板桩结构受力分析

为了解钢板桩围堰的应力状态和支撑内力分布规律,建立了考虑钢板桩和内支撑相互作用的三维有限元模型,如图2所示。钢板桩、钢护筒为板单元;圈梁及内支撑为梁单元;封底砼为实体单元。有限元模型共划分单元113520个,其中钢板桩单元7112个,围檩和内支撑单元2328个。作用在钢板桩上的荷载包括模型自重、静水压力、动水压力、主动土压力、被动土压力以及作用在封底混凝土上的浮力。主要针对围堰所处的最不利状态下的变形和应力进行计算,即承台施工完工后,拆除承台模板,灌水至承台顶以下0.3m,再拆除第三道的中部内撑管,考虑封底混凝土顶面下0.3m和桩底端之间固定连接。

4围堰施工流程

钢板桩围堰施工流程如下:首先,拆除桩基施工平台,清理河床,设置简易内支撑拼装平台,组拼围堰各层内撑除四角斜撑外的圈梁、内支撑钢管、内撑间竖向连接系,利用提升吊架将组拼好的两层内撑结构体系起吊,悬挂30分钟后无状况后,拆除简易内支撑拼装平台,整体下放两层内撑到设计标高,固定内撑位置。然后,以安装到位固定后的内支撑结构外边缘作为定位导向框装置,依次从上游向两侧方向对称插打钢板桩到设计标高,至下游方向合拢。第三,拆除起升吊架,钢板桩插打完成后,抽除部分水,固定第一层内撑在钢板桩上,同时也将钢板桩通过内支撑固定在钢护筒上,围堰内补水进行吸泥,吸泥(挖土)至设计标高。第四,布置导管进行水下砼封底,浇筑3.0m厚C35水下封底混凝土。第五,待封底砼强度达到要求后,逐层抽水,逐层检查内支撑,抽干围堰内的水,封底清理平整后进行承台施工。

5钢板桩围堰施工过程监控

5.1监测方案

为保证钢板桩围堰施工安全,项目实施过程中对钢板桩围堰变形进行了实时监测。变形监测点布置如图9所示。围堰结构整体水平位移观测点布置在围堰每边的角点上,每个角点布置1个观测点,共布置4个观测点。钢板桩桩身变形监测点布置在围堰每边的中点,每边布置1个观测点,每个围堰共布置4个观测点。桩身倾斜变形监测采用测斜管、测斜仪进行监测。为了真实反映支护结构的挠曲状况,将固定测斜管的DN80镀锌管焊接在钢板桩上,随着钢板桩的打设就位于相应的位置,然后把测斜管放入镀锌钢管中,并在测斜管与镀锌钢管之间填入细砂固定。围堰整体水平位移观测采用全站仪,按自由测站法或极坐标法对围堰的水平位移固定测点进行观测,每次观测所得的各个监测点坐标与基坑抽水前进行的初始观测相比较,所得的坐标差即为该监测点在本观测周期内的累计位移值。桩身的变形监测线锤,通过摆锤受重力作用来测量轴线与铅垂线之间的倾角,进而计算垂直位置各点的水平位移。当桩身发生变形位移时,测斜管也随之变形并发生倾斜变化。自下而上以一定间距逐段量测,就可获得每测段的倾斜角及水平位移增量,通过计算就可得到任意深度的水平位移。

5.2监测数据

数据分析表2为60#墩钢板桩围堰变形观测结果。由表可知,钢板桩围堰桩顶水平位移以每个侧面跨中部位变形较大,围堰向外侧变形;钢板桩围堰整体向上有少量竖向位移,其变形也在允许变形范围内;深层水平位移(第三道内支撑)以每个侧面跨中部位变形最大,围堰向内侧变形。水下3m厚封底混凝土在施工过程未观测到有坑底回弹现象。所有实测变形均在允许变形范围内;钢板桩围堰结构安全可靠。

6结语

本文以东莞交通主干道西部干道2号特大桥深水基础钢板桩围堰工程项目为依托,通过优化传统钢板桩施工工艺,并在实际工程进行实践应用,取得了较好的成果。主要结论如下:1)钢板桩插打过程中直接以下放到位的内支撑圈梁作为导向,使得钢板桩插打后与圈梁间贴合更紧密,闭合线形更好,钢板桩间互相咬合止水效果更好,能更好的保障钢板桩插打精度和质量,且施工成本不增加;2)本文采用的钢板桩围堰施工新工艺使得围堰在施工过程中结构受力更加合理,与理论计算更近,有利于施工质量及结构安全控制,对类似工程项目具有较好的借鉴意义。

参考文献:

[1]李明.拉森钢板桩在深水围堰中的应用[J].水利规划与设计,2016,2:111-113.

[2]李群.拉森型钢板桩在深水桥梁基础施工中的应用[J].铁道勘察,2012,3:54-58.

[3]岳海飞.深水基础整体围囹钢板桩围堰施工技术[J].公路交通科技,2011,7:171-174.

[4]李迎九.钢板桩围堰施工技术[J].桥梁建设,2011,41(2):76-79.

[5]张骏.深水基础钢板桩围堰最小入土深度分析[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2013,26(3):37-42.

[6]汤劲松,熊保林.深水基础大规模超长钢板桩围堰施工过程安全性分析[J].中国铁道科学,2013,34(3):32-39.

[7]张骏.桥梁深水基础钢板桩围堰受力分析与应用[J].桥梁建设,2012,42(5):74-83.

[8]汤劲松,熊保林.钢板桩围堰设计的土压力计算方法探讨[J].岩土工程学报,2014,36(supp2):36-41.

作者:王路少1,2;谢光宇2 单位:1.长沙理工大学水利工程学院,2.中铁广州工程局桥梁工程有限公司

宽厚板杂志责任编辑:张雨    阅读:人次