钢板桩在桥梁深水基坑工程中的应用

                           

                             钢板桩在桥梁深水基坑工程中的应用

王 伟

(江苏顺达工程科技有限公司)

 

摘 要:钢板桩作为基坑施工支护结构,因其高强、轻型、施工效率高以及可重复利用等特点,在我国工程领艺有广泛应用。江苏省如皋港长青沙大桥主墩基础施工采用钢板桩围堰法,并采用独特的内支撑结构安装方式,在工期和效益上均取得了成功。

关键词：钢板桩 深水 基坑工程 应用

 

1 概述

如皋港港口连接线(G204 南延)二期工程长青沙大桥全长 1046m,主桥采用(95+218+95)m仙鹤型双塔单索面预应力混凝土斜拉桥.引桥采用标准

跨径为35m装配式部分预应力混凝土连续箱梁。 斗

主墩承台尺寸为 26.9x23.2x4.8m，承台顶面标高为-2.2m,底标高为-7.0m,河床即淤泥粉质粘土层顶面标高为-2.3m，淤泥粉质粘土层底面标高为-9.5m,淤泥粉质粘土层下为粉砂层,承台底面到最高水位线将近 11.5m。

 

2 水文概况与施工方案比较

2.1 水文概况

桥址河段处在长江感潮河段、河段既受上游径流的影响,又受到潮汐的影响。

工程河段潮汐为非正规半日浅海潮,每日两涨两落,潮汐的日不等现象明显,一天中两次高潮位相差较大,两次低潮位比较接近;潮波受河槽阻力和径流的影响变形强烈,涨落潮历时不对称,涨潮历时短,落潮历时长,潮波变形程度大潮比小潮强烈。汛期最高通航水位+4.5m。

2.2 施工方案比选

考虑到长江通航要求及主墩水深情况,首先排除了筑岛围堰的施工方法,主要考虑套箱施工和钢板桩围堰施工两种方案。套箱的结构合理、稳固、便于掌握,安全性较大,但成本较高、施工工期较长。

另外,在下放套箱的过程中需要大型吊装设备。钢板桩围堰结构简单,方便快捷,用钢量也较省,所以是一个经济可行的方案。其优点有施工进度快;能确保工程质量;经济效益好,施工中一次性辅助用料少。

经过全面考虑与方案的比选,采用钢板桩围堰施工方法进行改进后,应用于本工程承台基坑开挖施工中。

3 围堰结构布置形式的选择

主墩承台尺寸为 26.9x23.2x4.8m，围堰的平面布置应与承台尺寸相配合.既要保证所用钢板桩数量少,又要保证承台尺寸、内撑结构尺寸和工作宽度以及工作平台的影响。因此,围堰平面尺寸设计为 28.8x25.2m,共设置两道内支撑。围堰顶高程为+5.0m,围堰底高程为-19.0m,封底混凝土厚 2.8m。钢板桩围堰基坑支护如图1所示。

围堰结构的立面布置应根据施工水位、河床情况、围檩结构材料和钢板桩类型而定。

(1)施工最高水位确定后,钢板桩围堰顶面标高应高出最高水位约 1m,以防抽水时波浪打入。根据实际勘测最高水位为+4.5m,所以将围堰顶面标高定位+5.0m。

(2)钢板桩的内支撑围檩既支撑钢板桩,又在钢板桩插打时起到导向作用,即常说的导环。抽水过程中,钢板桩受弯,内支撑受压,内支撑的布置间距必须使钢板桩的应力超过容许值。各层内支撑受力要均匀，且不至于受力过大而使内支撑结构型式难以设计。但也要照顾支撑结构设计的简化,同时还要考虑内撑不能阻碍承台与墩身的施工。基于上述考虑，设计了2 道内支撑，分别位于围堰顶 2.2m 处与6.5m处。本工程在承台浇筑完成后,还需要在围堰内浇筑墩身，因此设计时将第二道内支撑设置在承台顶面,承台浇筑完成后再转换支撑,以承台预埋件为支撑,将第二道内支撑提前拆除。

(3)考虑到围堰的深度,基底淤泥粉质粘土层的厚度,钢板桩的最小长度要保证 20m,保证基底不渗漏,且钢板桩具有足够的刚度。

 

4 钢板桩围堰的计算

本工程钢板桩围堰设计采用理论算法，并综合考虑经验算法。经实践检验,理论算法能较准确地反映围堰的实际受力状况，对于合理设置内支撑和减少封底厚度起到了重要作用。

4.1 拟定方案

结合河床地质情况及施工要求，拟采用日本进口的SKSP-SX27 型钢板桩进行施工。围堰顶面标高拟定为+5.0m,高出最高水位 50cm。第一道内支撑围檩采用双拼 45b 工字钢，支撑钢管采用外径 530cm钢管;第二道内支撑围檩采用 2H588x300型钢制作,支撑钢管采用外径 800cm 钢管制作,节点采用焊接。为确保整个围堰的刚度和稳定性,在每层内支撑围檩安装到位后,在围檩与钢板桩之间加焊加劲板,形成一个整体围堰结构。

4.2 钢板桩与内支撑受力验算

根据河床的土质情况和钢板桩的人土深度,根据《公路施工手册-桥涵》,因钢板桩人土超过5m，可将钢板桩下部视为固着支点，两道内支撑视为简支结构。因此将钢板桩视为下端固着的连续梁进行计算。

钢板桩的荷载包括土压力，静水压力和动水压力。动水压力按《公路施工手册-桥涵》中的算式计算。静水压力的计算比较简单,但应考虑在施工抽水的不同时期,静水压力的变化对钢板桩围堰的影响。土压力按主动土压力计算，本工程土层为淤泥粉质粘土层,内摩擦角很小,可忽略不计,因而取土层的浮容重来计算土压力。

4.3 坑底稳定性验算

当围堰内清淤至封底混凝土底标高位置时,由于水压力和土压力的作用，基底有可能发生挤高隆起,再加上渗流的作用,可能引起翻砂或管涌,因此对围堰内基底进行稳定性验算非常必要。坑底稳定性验算参照《公路施工手册-桥涵》进行。

 

5 内支撑系统的制作与下放

为了既能保证内支撑的制作精度，又有利于内支撑的安装,将各个部件在钢结构加工厂制作,现场拼装成整体,待检验合格后,利用设置在钢护筒上的吊挂系统整体下放至设计标高，然后潜水员下水摸清下放到位的内支撑与钢板桩间是否存在间隙,对存在间隙的进行抄垫。

采用吊架悬挂下放内撑系统。下放步骤:

(1)在桩基施工平台留下的两侧的两组贝雷桁架上面，概向再对应内撑的节点位置放置4组贝雷桁架,作为吊架系统。

(2)用钢丝绳与手拉葫芦在节点位置吊住两道内支撑,两道内支撑之间在围图上加设钢筋联接,以便下放。

(3)起吊内支撑系统,拆除内支撑制作平台,缓缓一起下放两道内支撑。当上层内支撑到位置后,固定上层内支撑，再通过围囹上设置的钢筋联接缓慢下放第二道内支撑。在下放内支撑的过程中(即第二道内支撑到位前),围堰内不得抽水。当第二道内支撑到位后,由潜水员下水固定内支撑,并与钢板桩支撑紧密。

(4)当内支撑下放到位及基底清淤垫平后,即可浇筑水下封底砼,待封底砼达到设计强度后,即可抽光围堰中的水,抽水过程中,加强观察,防止内支撑及钢板桩变形过大,如发现过大变形,应停止抽水，加固内支撑系统。

施工过程中及施工完毕后，检查内支撑系统的圈梁及内支撑钢管有无裂缝。围堰内人员应做好安全措施,如穿救生衣,做好上撤的通道与准备工作。

 

6 围堰的合龙与堵漏

6.1 围堰的合拢

钢板桩合拢技术是钢板桩围堰施工过程中的关键,合拢成功与否决定了围堰的施工质量及进度。

钢板桩最后的合拢点选择在任一角桩附近 4-5根钢板桩处。为控制合拢口处钢板桩垂直度,在距合拢口两侧还剩10余根钢板桩时便严格控制钢板桩的倾斜度。每插打一根钢板桩就测量其轴向及法向倾斜度，并根据其倾斜度的累积增加规律及已有的施工经验预计其后几根桩的倾斜度，再后续桩插打时予以逐渐纠正,保证插打至合拢处,其轴向及法向倾斜度均控制在 0.2%以内。

6.2 围堰的堵漏

钢板桩主要依靠锁口自身密实性进行防漏,但是如果锁口不密、外侧水压力过大,钢板桩围堰会出现渗漏,主要在接缝处和转角处,有的地方还会出现“涌砂”现象,对于这些问题采取如下措施进行预防和处理:

(1)施工时的预防渗漏措施。钢板桩渗漏一般出现在锁口位置，因此施工过程中重点加强对锁口的检查。施工前用同型号的短拉森钢板桩做锁口渗漏试验,检查钢板桩锁口松紧程度,过松或过紧都可能导致拉森钢板桩施工后渗漏;施打前在拉森钢板桩锁口内抹黄油;施打时控制好垂直度，不得强行施打,损坏锁口;

(2)施工后的小渗漏处理。抽水后发现钢板桩锁口漏水,但不太严重时,抽水时观察是哪条缝出现漏水,利用漏水处水压差降产生吸力的原理,在漏水处钢板桩上迅速溜下一袋干细砂或锯木屑、粉煤灰(煤碴)等填充物,在吸力的作用下,填充物会被吸人接缝的漏水处,将漏水通道堵塞,有效的减少漏水量;

(3)施工后的大渗漏处理。抽水后发现钢板桩锁口漏水较为严重时，在拉森钢板桩围堰渗漏外侧堵砂袋或内侧用板条、棉絮、麻绒等在板内侧嵌塞。在桩脚漏水处,采用局部混凝土封底等措施。若漏水严重堵漏困难时,在钢板桩外侧铺设彩条布,彩条布上端固定在钢板桩顶面,下端铺设至河床面,然后派潜水员下水利用型钢、石块铺压稳定后再抛填部分砂袋。

 

7 结语

在桥梁深水基础施工中，由于钢板桩围堰的刚度较小,支撑围囹复杂,难合拢,易漏水,所以在桥梁深水基础施工中较少应用。长青沙大桥主墩基础围堰施工过程中经过技术改进,因设计与施工得当,使其施工方便快捷,用料省,取得了较好的社会效益与经济效益。

 

作者简介:王 伟,江苏顺达工程科技有限公司,设计事业部副部长