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论水中拉森钢板桩围堰施工技术

钢板桩由于具有良好的挡土效果、较快的施工速度、可以周转使用以及比较经济等特点,在基坑支护工程中得到广泛的应用。钢板桩一般在基坑支护工程中主要起到挡土的作用,其止水的效果不大,故在土层含水量高的条件下不宜使用。而如果要在水中施工,就需对传统槽钢钢板桩进行改进,采用拉森钢板桩就是可以在有水作用下确保基坑安全的一项比较实用的技术。本文结合工程施工的实践,介绍了拉森钢板桩围堰支护施工,对今后类似工程施工能起到一定的借鉴作用。

1 工程概述

某大桥全长1893.06m,主跨为一孔80m的下承式钢梁。河道中心常年保持在4m水深,两侧河岸水深在0.8~1.5m之间。1#、2#墩为该大桥主跨下的两个主墩,结构为钻孔桩基础、混凝土承台及双柱式圆形混凝土墩身,需进行水上围堰施工。两桥墩位置的护岸标高在3.80~4.5m之间,承台底面标高均为-2.12m,由地表至承台底的开挖深度在6m左右,由河床底至承台底的开挖深度在3.5m左右。

2 施工方案选择

本工程基坑围护结构计划采用钢板桩围堰,钢板桩围堰和钢套箱相比有着可重复使用、施工周期短、较为经济等优点。水深不大,堵漏及抽水工作量较小时,钢板桩围堰施工包括插打钢板桩和安装内支撑仅需5~7d,具备成熟的工艺,施工安全、快捷。

施工时,利用导向围笼在大于承台各边尺寸1m的四周外围,插打钢板桩形成钢板桩围堰,同时为了克服水土压力,在板桩内设2道内支撑,支撑采用菱形框架式结构,外围用彩条布包裹,采用高压水枪配合砂石泵吸泥至设计标高,浇注水下封底混凝土硬化基底,然后进入围堰内进行承台及墩身施工。钢板桩采用日本拉森式式槽型钢板桩,根据地质情况、材质及所受的水土压力计算板桩入土深度,选择钢板桩长度。

3 施工方法及工艺

3.1施工准备

先清除表层垃圾及障碍物,挖除基坑范围内的护岸砌体。在陆上打桩处开挖宽1m、深0.5m,直至见到原状土的沟,沟底若有障碍物,必须清除干净。用素土(最好使用含水量低的粘土)将河岸边坡填平,回填过程中应分层压实。

3.2设备选择

板桩采用振动打桩机下沉,振动打桩施工速度较快;拔桩时,效果更好;相对冲击打桩机施工的噪声小,不易损坏桩顶,操作简单,无柴油或蒸汽锤施工所产生的烟雾。振动打桩机的原理是将机器产生的垂直振动传给桩体,减少钢板桩周围的阻力,利于桩的贯入。

3.3施工工艺

3.3.1插打钢板桩

导向桩打好之后,以槽钢焊接牢固,确保导向桩不晃动,以便打桩时提高精确度。为了确保钢板桩插正及位置准确,在导向架上设了一个限位框架,大小比钢板桩每边放大1 cm,插打时钢板桩靠紧导向架,一边插打,浮吊一边缓慢下钩,并在互相垂直的2个方向用经纬仪观察,发现偏移,用浮吊调整(浮吊的缆绳必须带紧),直到钢板桩底达到设计标高。定位示意图见图1。

在钻孔平台上固定临时导向架,在稳定的条件下安置桩锤。首先插桩到全部合拢,然后再分段、分次打到标高。插桩顺序,从上游中间开始分两侧对称插打至下游合拢。打桩时采用单根板桩施工法与屏风法打桩相结合。先将板桩一根根地打入土中,为防止倾斜,在一根桩打入后,把它与前一根焊牢,即防止倾斜又避免被后打的桩带入土中。将10~20根板桩插入土中一定深度,使桩机来回锤击,并使两端桩先打到要求深度,再将中间部分的板桩顺次打入,这样可防止板桩的倾斜与转动。

3.3.2堵漏

钢板桩插打到位后,可在其外侧围一圈彩条布,在布的下端绑扎钢管沉入河床,并用砂袋压住,堰内吸泥时,外侧水压可将彩条布紧贴板桩,起到一定的防水作用,在板桩侧锁口不密的漏水处用棉砂嵌塞,堵塞效果明显。较深处的渗漏,可将煤碴等沉送到漏水处堵漏。

3.3.3吸泥、硬化基层

采用高压水枪配合泥浆泵吸泥至设计标高,随后施做垫层,浇注水下混凝土封闭基底,进行承台施工。水下封底混凝土厚度根据施工水位和承台底高差计算确定。

3.3.4混凝土封底浇注

由于采用水下封底可能造成钢板桩无法拔出,所以采用先抽水、支撑,后封底。当清淤达到要求后,即可按常规进行干封底施工。封底混凝土强度等级采用C20,经过计算,封底厚度为0.7m,分作两次浇注,头次封底厚度为0.5 m。

3.3.5拔除钢板桩

承台浇筑完毕后,要拔除钢板桩。拔除钢板桩前,应仔细研究拔桩方法、顺序和时间。否则,由于拔桩的振动影响,及拔桩时带土过多会引起地面沉降和位移,给己施工的地下结构带来危害。拔桩前,先将围堰内的支撑,从下到上陆续拆除。再在下游选择一组或一块较易拔除的钢板桩,先略锤击振动各拔高1~2m,然后挨次将所有钢板桩均拔高1-2m,使其松动后,再从下游开始分两侧向上游挨次拔除,对桩尖打卷及锁口变形的桩,可加大拔桩设备的能力,将相邻的桩一齐拔出。

拔桩时应注意事项:(l)拔桩起点和顺序:对封闭式钢板桩墙,拔桩起点应离开角桩5根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点,必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。(2)振打与振拔:拔桩时,可先用振动锤将板桩锁口振活以减小上的粘附,然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下100~300mm,再与振动锤交替振打、振拔。(3)对引拔阻力较大的钢板桩,采川间歇振动的方法,每次振动15min,振动锤连续不超过1.5h。

4 技术保证措施

用两根型钢作导向控制夹具,将其位置放准固定好,遇有震动一定要重新校正后固定措施,打桩一般先将桩送至规定标高上,待导向夹具移开后,再逐步将桩送至设计标高。

支架面的标高必须准确一致,每个节点需按节点图加焊,连接加强,焊条等均应符合有关施工规范要求。

焊接围令整体上下一条线,应在同一平面上,以增强支撑体系的整体稳定性。钢支撑安装前要拉通麻线,并在围令上标出中线。

采用焊接拼接的钢支撑,必须按规范采用破口焊接,焊缝满焊,焊缝表面要求焊波均匀,不准有气孔、夹渣、裂纹、肉瘤等现象,严格执行焊接质量和验收制度。

钢板桩围堰封底砼的强度达到90%以上方可抽水。钢板桩围堰里面的水位抽到支撑位置以下0.5m,停止抽水,待把支撑安设好后,再继续抽水。抽水时,应注意钢板桩与支撑的受力状况。

钢板桩的支撑与钢板桩要顶紧,各个杆件之间要连接牢固,在承台施工过程中要经常检查钢板桩与其支撑的受力状况。

5 质量保证措施

(1)测量放线,并将轴线延至施工场外以利于观测和检验。

(2)钢板桩围堰所用的拉森桩材质必须合格。围堰支撑位置必须满足墩身承台尺寸与支撑刚度的要求。

(3)钢板桩堆存、搬运、起吊时,尽量避免桩体的变形与碰损。

(4)插打钢板桩应注意:①插打前,在锁口应涂抹防水混合料,组拼桩时应用油灰和棉絮捻塞拼接缝。②插打时必须有可靠的导向设备,宜先将全部钢板桩逐根或逐组插打稳定,然后依次达到设计高程。③开始打的几根或几组钢板桩,应检查其平面位置和垂直度,当发现倾斜时,应即纠正。④当吊桩起重设备高度不够时,可改变吊点位置,但不低于桩顶以下1/3桩长。

(5)拔桩前应向围堰内灌水,保持围堰受力体系不发生变化。

(6)优化拉森桩插打工艺:加强测量放样频次,采用夹板导向架,按照放样结果提前焊接围堰的转角桩,提高合拢效率。

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