大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法
2023-08-01 17:32:26 1
專利名稱：大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法
技術領域：
本發明涉及橋梁的深水承臺施工方法。
背景技術：
隨著社會的發展，交通運輸需求量的擴大以及橋梁建設技術水平的不斷提高，一大批跨江河、海峽的深水大跨橋梁陸續湧現，而這些大型橋梁在規模、結構、施工環境方面的複雜情況給工程施工技術提出了很高的要求。橋梁深水基礎的施工主要困難在於防水和防土措施，樁基礎、承臺施工常需配以防水圍堰。在施工過程中圍堰可以有效防止圍堰外的水和土湧進圍堰內，這些圍堰在基礎 和墩臺修築出水面後即可拆除，是一種施工臨時性結構。而根據橋梁位置所處的水文、地質、氣象、航道等條件的不同，選擇何種橋梁基礎施工的圍堰結構形式和施工方法，成為橋梁建設者在基礎施工前要考慮的首要問題。現有的深水承臺施工方法有多種，比較成形的有雙壁鋼圍堰、封底混凝土施工方法。但是這種方法存在的問題是如果橋位處水下障礙多，則雙壁鋼圍堰就位困難，且工期長、造價高，封底混凝土施工步驟，按封底混凝土底面至水面高水壓計算至少需採用5m厚封底混凝土 (這部分封底混凝土不加鋼筋，不具備承載能力，對深水承臺沒有用處)，即需開挖河床下7. 5m砂層，同時需相應加長雙壁鋼圍堰高度，施工難度大。
發明內容
本發明的目的是提供一種大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法，以解決雙壁鋼圍堰、封底混凝土施工方法所存在的施工難度大、造價高、工期長、封底混凝土厚度大的問題。本發明包括下述步驟一、把一根根鋼板樁插入水下的砂層中，並且使相鄰的鋼板樁之間咬合連接成一個高於水面的、封閉的圍堰，並在圍堰頂綁紮鋼筋，澆注混凝土圍囹4，圍囹4的頂部向上設置鋼板5 ;二、沿圍堰的內圈均勻設置多個大管井6，大管井6的結構為上部為鋼管7，下部為濾管8，鋼管7設置在水下的砂層以上，砂層以下為濾管8 ;並在濾管8周圍填充濾石9與井底布10，以免河床底淤泥堵塞濾管8周圈的進水小孔，影響抽水；三、每個大管井6內的井底安裝一臺潛水電泵，所述潛水電泵配一個控制大管井6內水位的自動開關，在大管井6井口安裝閥門來調節抽水量的大小，從圍堰區域內向外抽水；與此同時，對露出水面的鋼板樁，水平方向連接多根鋼管或型鋼以形成圍堰水平支撐束組，避免圍堰被內外的水壓壓差壓迫垮塌，所述圍堰水平支撐束組隨著圍堰內水面的逐漸下降，在高度方向上設置多組；四、當圍堰內的水抽至基坑底以下，調節大管井6的抽水量，使大管井6內持續保持該水位高度，然後，清除底部泥砂；五、給已無水的圍堰底部鋪設墊層，在墊層的上面綁紮用於製造深水承臺的鋼筋並澆注混凝土以形成深水承臺。本發明的優點是1、所使用的鋼板樁屬於標準件，鋼板樁之間的連接和水下施工都屬於成形技術，施工質量和成本都有保證。因此降低了施工難度和成本。2、不需要製造整體的雙層鋼圍堰，製造成本和安裝成本都大大降低。3、通過大管井降水保證圍堰內各工序均可在無水條件下作業，降低施工難度。4、降水後，基底下土不會因內外水頭高差過大，產生流砂現象，故不需要施工5m厚的封底混凝土，降低了製造成本，提高了施工效率。
圖I是本發明實施方式一的結構示意圖，圖2是圖I的側視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖I和圖2具體說明本實施方式。本實施方式包括下述步驟一、把一根根鋼板樁插入水下的砂層中，並且使相鄰的鋼板樁之間咬合(鋼板之間陰插口與陽插口之間的咬合)連接成一個高於水面的、封閉的圍堰，並在圍堰頂綁紮鋼筋，澆注混凝土圍囹4，圍囹4的頂部向上設置鋼板5 ;二、沿圍堰的內圈均勻設置多個大管井6，大管井6的結構為上部為鋼管7，下部為濾管8，鋼管7設置在水下的砂層以上，砂層以下 為濾管8 ;並在濾管8周圍填充濾石9與井底布10，以免河床底淤泥堵塞濾管8周圈的進水小孔，影響抽水；三、每個大管井6內的井底安裝一臺潛水電泵，所述潛水電泵配一個控制大管井6內水位的自動開關，在大管井6井口安裝閥門來調節抽水量的大小，從圍堰區域內向外抽水；與此同時，對露出水面的鋼板樁，水平方向連接多根鋼管或型鋼以形成圍堰水平支撐束組，避免圍堰被內外的水壓壓差壓迫垮塌，所述圍堰水平支撐束組隨著圍堰內水面的逐漸下降，在高度方向上設置多組；四、當圍堰內的水抽至基坑底以下，調節大管井6的抽水量，使大管井6內持續保持該水位高度，然後，清除底部泥砂；五、給已無水的圍堰底部鋪設墊層，在墊層的上面綁紮用於製造深水承臺的鋼筋並澆注混凝土以形成深水承臺。所述深水承臺為9m高，長約40m，寬度約為25m。承臺底距水面高差13. 8m。具體實施例I.新建哈爾濱至齊齊哈爾鐵路客運專線松花江特大橋位於哈爾濱市既有濱洲線下遊50m處、道外區 松北區之間松花江幹流中，全長3065m。跨江部分主橋橋跨為77+3X 156. 8+77m四線系杆拱連續梁，位於松花江主河道中，平均水深10m。其中39#承臺尺寸24. 9m*40. 8m*9m,承臺頂面標高111. 7m,承臺下為40根鑽孔樁,樁直徑2m,樁長87m。水面常水似標聞116. 5m ;河床面標聞105. 2m。2.松花江屬於平原型寬淺河道，為國家III級航道，彎曲半徑500m，可通航1000噸級船舶。橋址處松花江寬1km，水流速O. 85m-l. Om/s。床面下為3m厚90kpa粉砂層，30m厚330kpa砂層，其下為500kpa泥巖，其中夾雜有2_3層2_5m厚800kpa砂巖夾層。3.施工方法本方法在跨越松花江的橋梁施工中，對於已經完成了水中樁基礎施工後，進行的承臺施工。①鋼板樁圍堰的施工圍堰施工工序為首先安裝導向架，插打鋼板樁定位樁，然後插打鋼板樁至設計標聞。鋼板樁圍堰平面尺寸根據《鐵路橋涵施工規範規定》每邊比承臺大I. 5m,即43.8X24. 9m。使用19m長鋼板樁，插打入位，鋼板樁頂面、底面標高分別為116. 5m和97. 5m,接2m聞鋼板，鋼板頂標聞118. 5m。a、施工準備(a)鋼板樁進行鎖口通過試驗，用卷揚機拖拉，其拖拉力不大於5KN，鎖口通不過的鋼板樁需修整後才可使用。(b)鎖口內塗抹混合防水材料，按黃油浙青幹鋸末幹粘土 =1 1 1 :0. 5配製
(重量比)。(C)將樁尖處插打前進方向的凹槽底口封閉，避免泥土擠入。b、鋼板樁插打與合攏鋼板樁插打採用二流水段作業方式，從上遊側一角開始，沿長短邊方向向兩側插打，最後在短邊下遊側合攏。將第一根鋼板樁用夾具夾緊吊起立直，從兩個相互垂直方向測·量其垂直度，滿足要求後錘擊下沉，每下沉Im測量一次。若偏差太大，拔出重打。打至預定深度後立即用鋼筋或鋼板與圍檁支架臨時電焊固定。插打第二根鋼板樁時，將鋼板樁垂直吊起對準第一根鋼板樁的鎖口，人工扶正，使鋼板樁靠自重沿第一根鋼板樁鎖口下滑一段距離，穩定後，方可加以錘擊下沉。下沉時隨時測量垂直度並加以糾偏。在插樁過程中，應做到「插樁正直、分散偏差、有偏即糾、調整合攏」的要點，當最後封閉合攏有偏差時，可用軸線修正法進行調整，方法是(a)分別在長短邊方向各打到離轉角樁剩8根板樁時停止，測出至轉角樁的總長度和由於偏差而增加的尺寸；(b)根據水平方向增加的尺寸和轉角樁尺寸，將短邊方向圍檁先與圍檁樁分開，再用千斤頂向外頂出，進行軸線外移，經核對尺寸無誤後再將圍檁與圍檁樁重新電焊固定；(C)在長邊方向繼續打設(所留高度稍高)到轉角樁後，接著向短邊方向打兩根；(d)根據修正後的軸線打設短邊上的板樁(所留高度稍高)，最後一根封閉鋼板樁應在短邊方向從端部算起的第三根板樁的位置。(e)鋼板樁拔除時使用吊車配以震動錘。C、插打鋼板樁預防傾斜的措施在插鋼板樁前，除在鎖口內塗以潤滑油以減少鎖口的磨阻力外，同時在未插套的鎖口下端打入鐵楔或硬木楔，防止沉入時泥砂堵塞鎖口。在堅實土地帶插鋼板樁時，可將樁尖截成一定角度，利用其反力，使已傾斜的鋼板樁逐步恢復正常。d、鋼板樁鎖口漏水預防措施鋼板樁由於插打不當致使鎖口發生變形，出現滲漏。其補救措施是在漏水鎖口處的圍堰外側利用導管投撒細煤渣，煤渣沉至漏水高度處即可堵塞漏水。②大管井井點降水的施工井點布置沿基坑周圍均布布置18眼，承臺縱軸線上布置4眼，井點深入承臺底以下12m,總井深26m,直徑Φ0. 6m,間距8_9m,每眼井採用一臺150T/h水泵降水,並帶吸水鑄鐵管，配一個控制井內水位的自動開關，在井口安裝閥門調節流量的大小。開挖土方前先進行降水，保證圍堰內水頭在開挖面Im以下，開挖時大功率水泵明排水配合，逐層開挖逐層施工內支撐。
大管井布置見圖2 ③圍堰內支撐的施工圍堰內設四道內支撐，頂層採用混凝土圍囹，接2m高鋼板，截面尺寸0. 7m*l. 2m,其它三層圍囹採用I45b工字鋼，內支撐採用Φ609鋼管和Φ820鋼管，壁厚12mm，支撐間距4m,具體位置見圖2。④抽混凝土墊層的施工圍堰內設兩臺450T/H大排量水泵明排抽水，以下抽砂採用高壓射水配合泥漿泵抽砂，開挖至承臺底標高時施工20cm混凝土墊層，鑿除樁頭，綁紮承臺鋼筋，施工承臺混凝 土。4.施工工期圍堰降水井可與鑽孔樁同時作業，不計入圍堰工期。鋼板樁圍堰尺寸為長45m*寬28. 8m*高19m。導向架、鋼板樁打入需30天，然後啟動降水井，大功率水泵明排水配合，圍堰內相當於無水作業，此時除砂共需30天，四道內圍囹、內支撐30天；合計90天。5.施工過程中控制要點5. I降水井施工過程中控制要點5. I. I護筒採用鋼管，循環鑽成孔，泥漿護壁，成孔後立即清孔，並安裝直徑O. 3米井管。井管上部採用直徑O. 3米鋼管，下部採用濾管纏裹井底布，井管下入後，井管的濾管部分應放置在含水層的適當範圍內。5. I. 2安裝水泵前用壓縮空氣洗井法清洗濾井，衝除沉渣，洗井24小時後流出清水即可連續抽水，如較渾濁，泥砂含量大應查找原因。5. I. 3井管安裝完成後向孔內填Im厚米石濾料，上部井壁與土壁間用I一3cm石子填充。管井安裝後，立即抽水洗井，防止長時間閒置使濾管填塞。5. I. 4每臺水泵應配置一個控制開關，降水過程中不能停頓，應有備用發電機，防止停電後水位反彈，危機圍堰安全。5. 2鋼板樁圍堰施工控制要點5. 2. I鋼板樁應有出廠合格證，機械性能和尺寸符合要求，樁身平直，無破損。經過整修或焊接的鋼板樁應做鎖口通過試驗檢查。5. 2. 2鋼板樁接長時應採用等強度鋼板樁焊接接長，相鄰鋼板樁接頭上下錯開2m以上。5. 2. 3鋼板樁打入前要用型鋼作為導梁，在插打鋼板樁時起導向作用。導梁間距比鋼板樁有效厚度大8 — 10cm，以利於鋼板樁的插打。5. 2. 4鋼板樁插打前塗以黃油或熱的混合油膏(質量配合比為黃油浙青幹鋸末幹黏土 =2:2:2:1 )，以減少插打時的摩阻力，並增加防滲性能。5. 2. 5砂土中插打鋼板樁應採用振動法下沉，併合理選擇振動錘型號，如下沉困難要輔以射水方法下沉。打入時應從上遊開始，至下遊合攏。5. 2. 6鋼板樁因傾斜無法合攏時，應使用特製楔形鋼板樁，楔形的上下寬度之差不得超過樁長的2%。5. 3圍堰內降水過程中控制要點5. 3. I本方案成敗關鍵在降水，降水井深度、間距布置、水泵功率的選擇應重點考慮，地質條件、是否有隔水層、承臺下砂層滲透係數為重要參考資料，必須保證在圍堰內形成整體降水體系，確保降水後水面在承臺墊層下I米以下。5. 3. 2降水井降的是砂層中的地下水，不是江水。應通過砂層滲透係數計算圍堰內最大滲水量，確定降水井布置方案。5. 3. 3剛開始降水時各降水井均為滿負荷工作，隨著降水時間延長砂層含水量不斷減少，降水井只需滿足砂層滲水量要求即可。實際施工時，降水一個月以後降水井可逐漸減少，施工後期40%降水井工作即可滿足降水要求。5. 3. 4降水井只能降地下水，地上水用水泵明排效果顯著，另外鋼板樁滲漏時必須堵漏。5. 3. 5圍堰內設一至兩眼觀測井隨時檢查降水效果，根據實際情況完善降水方案。
6、本施工方法與國內常規方案比選綜合分析a、雙壁鋼圍堰方法，優點安全性高，但本橋上遊50m處為既有濱州鐵路橋，為保護洪汛期既有橋墩安全每年均向江中拋石籠，因此新橋位處地下障礙多，雙壁鋼圍堰就位困難，且工期、造價比選均不是最佳方案。b、鋼板樁圍堰、封底混凝土方法，本橋39#承臺底在水面下13. 8m、河床下2. 5m,如採用封底混凝土法施工，按封底混凝土底面至水面高水壓計算至少需採用5m厚封底混凝土，即需開挖河床下7. 5m砂層，同時需加長鋼板樁打入長度，施工難度大。本工程橋位處為砂層，滲透係數大，地質複雜，降水效果是關鍵，確定降水方案時需全方位考慮方案可行性，並進行必要的應急預案演練。結合本橋實際情況，決定先施工鋼板樁圍堰，圍堰內設大井管降水井降水，分層抽水、抽砂施工圍囹、內支撐的方法，避免了水下抽砂、水下封底混凝土，降低了成本，提高了效率。
權利要求
1.大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法，其特徵在於它包括下述步驟一、把一根根鋼板樁插入水下的砂層中，並且使相鄰的鋼板樁之間咬合連接成一個高於水面的、封閉的圍堰，並在圍堰頂綁紮鋼筋，澆注混凝土圍囹(4 )，圍囹(4 )的頂部向上設置鋼板(5) ;二、沿圍堰的內圈均勻設置多個大管井(6)，大管井(6)的結構為上部為鋼管(7)，下部為濾管(8)，鋼管(7)設置在水下的砂層以上，砂層以下為濾管(8);並在濾管(8)周圍填充濾石(9)與井底布(10)，以免河床底淤泥堵塞濾管(8)周圈的進水小孔，影響抽水；三、每個大管井(6)內的井底安裝一臺潛水電泵，所述潛水電泵配一個控制大管井(6)內水位的自動開關，在大管井(6)井口安裝閥門來調節抽水量的大小，從圍堰區域內向外抽水；與此同時，對露出水面的鋼板樁，水平方向連接多根鋼管或型鋼以形成圍堰水平支撐束組，避免圍堰被內外的水壓壓差壓迫垮塌，所述圍堰水平支撐束組隨著圍堰內水面的逐漸下降，在高度方向上設置多組；四、當圍堰內的水抽至基坑底以下，調節大管井(6)的抽水量，使大管井(6)內持續保持該水位高度，然後，清除底部泥砂；五、給已無水的圍堰底部鋪設墊層，在墊層的上面綁紮用於製造深水承臺的鋼筋並澆注混凝土以形成深水承臺。
2.根據權利要求I所述的大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法，其特徵在於在第一步驟中，在圍堰施工工序首先安裝導向架，利用導向架插打鋼板樁定位樁，然後插打鋼板樁至設計標高。
3.根據權利要求I所述的大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法，其特徵在於在第一步驟前還包括下述步驟(a)鋼板樁進行鎖口通過試驗，用卷揚機拖拉，其拖拉力不大於5KN，鎖口通不過的鋼板樁需修整後才可使用；(b)鋼板樁的鎖口內塗抹混合防水材料，防水材料按照重量比黃油浙青幹鋸末幹粘土 =1:1:1 :0. 5配製；(c)將鋼板樁的樁尖處插打前進方向的凹槽底口封閉，避免泥土擠入。
4.根據權利要求I所述的大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法，其特徵在於在第一步驟中鋼板樁插打從上遊側一角開始，沿長短邊方向向兩側插打，最後在短邊下遊側合攏；將第一根鋼板樁用夾具夾緊吊起立直，從兩個相互垂直方向測量其垂直度，滿足要求後錘擊下沉，每下沉Im測量一次；若偏差太大，拔出重打；打至預定深度後立即用鋼筋或鋼板與圍檁支架臨時電焊固定；插打第二根鋼板樁時，將鋼板樁垂直吊起對準第一根鋼板樁的鎖口，人工扶正，使鋼板樁靠自重沿第一根鋼板樁鎖口下滑一段距離，穩定後，方可加以錘擊下沉；下沉時隨時測量垂直度並加以糾偏。
5.根據權利要求I所述的大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法，其特徵在於在第一步驟中當最後封閉合攏有偏差時，可用軸線修正法進行調整，方法是(a)分別在長短邊方向各打到離轉角樁剩8根板樁時停止，測出至轉角樁的總長度和由於偏差而增加的尺寸；(b)根據水平方向增加的尺寸和轉角樁尺寸，將短邊方向圍檁先與圍檁樁分開，再用千斤頂向外頂出，進行軸線外移，經核對尺寸無誤後再將圍檁與圍檁樁重新電焊固定；(C)在圍堰長邊方向繼續打設鋼板樁到轉角樁後，接著向圍堰短邊方向打兩根鋼板樁；(d)根據修正後的軸線打設短邊上的鋼板樁，最後一根封閉鋼板樁應在短邊方向從端部算起的第三根鋼板的位置。
全文摘要
大管井定點降水、無封底混凝土、鋼板樁圍堰深水承臺施工方法，本發明涉及橋梁的深水承臺施工方法。以解決雙壁鋼圍堰、封底混凝土施工方法所存在的封底混凝土厚度大、鋼板樁長度大和施工難度大的問題。本發明包括下述步驟把一根根鋼板樁插入水下的泥砂層中，並且使相鄰的鋼板樁之間咬合連接成一個高於水面的、封閉的圍堰；沿圍堰的內圈均勻設置多個大管井，用潛水電泵從圍堰區域內向外抽水；與此同時，對露出水面的鋼板樁，水平方向連接多根鋼管或型鋼以形成圍堰水平支撐束組，所述圍堰水平支撐束組在高度方向上設置多組；圍堰內的水抽淨後，清除底部泥沙；鋪設墊底層；在墊底層的上面設置用於製造深水承臺的鋼筋籠並澆注混凝土以形成深水承臺。
文檔編號E02D27/52GK102877420SQ20121043848
公開日2013年1月16日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者王新豐, 於加順, 董啟軍, 劉忠新, 汪新立, 夏傳江, 馬志新, 馬琳琳, 路亮, 苗慧, 韓維東, 徐春鑫, 鍾宇澤, 侯爽 申請人:中鐵二十二局哈爾濱鐵路建設集團有限責任公司, 中鐵二十二局集團有限公司