大橋工程鎖口鋼管樁圍堰方案1前言鎖口管樁于上世紀五十年代中期在我國做過應用實驗，并曾應用于水庫大壩防滲墻基礎中，達成了防滲規定。受制造工藝規定高和當時國家鋼材缺少等因素限制，此技術的推廣受到一定制約。隨著我國科學技術水平的進步以及經濟的迅猛發展，該技術將得到廣泛的應用和推廣。根據薄山湖水庫施工現場水文、地質及周邊環境，通過技術攻關擬定引水洞施工采用鎖口鋼管樁圍堰施工，解決深水施工的技術難題并形成工法。2工法特點2.1施工速度快，制作、加工、安裝下沉方便靈活，工藝簡樸，所需設備少。2.2截面強度、剛度大，支撐簡樸方便，含有可靠的構造穩定性和作業方便性。2.3設備式投入，可重復運用，經濟、實用。3合用范疇本工法合用于多個復雜地質、地層，例如水下地層有障礙、密集孤石、片石堆積等深水基礎的施工。4工藝原理鎖口鋼管樁圍堰的重要構造是支護鋼管樁、鎖口、水平支撐和封底混凝土。圍堰重要是靠精密加工的鎖口和在鎖口處填充石灰到止水效果。通過鎖口鋼管安裝下沉、混凝土封底、抽水、承臺施工四個階段來實現大型橋梁深水樁基承臺等作業的無水施工。5施工工藝5.1鎖口鋼管樁圍堰布置5.2.1圍堰構造平面布置要與鉆孔樁護筒及管柱的布置相配合，使得圍堰施工簡樸化為原則。5.2.2圍堰構造立面布置根據庫區水位擬定，圍堰頂面標高應高出最高水位0.5m。5.3施工控制要點5.3.1圍堰拼裝鋼管樁和鎖口所用鋼材必須滿足設計規定，符合有關規定。鎖口處構件必須嚴格按設計尺寸下料，焊接需滿焊。5.3.2圍堰下沉在鉆孔灌注樁施工平臺周邊安裝導向架。設上、下兩層，嚴格控制鋼管樁的傾斜度。在導向架上按理論尺寸放線定出各樁的位置，用D90震動錘下沉至設計標高。5.3.3圍堰外支撐主橋R16#墩、R17#墩圍堰水平設立1道外圍囹，1道內圍囹，均設立于樁頂下2米處，采用I40b工字鋼作為圍囹。圍囹安裝時應用牛腿支撐，并固定牢固，避免圍囹脫落。5.3.4鎖口封水鎖口內射水沖洗后充填石灰。避免碎石和硬土進入鎖口，在管樁下插前于鎖口槽口下端先焊擋板。施工過程中，嚴格控制石灰填縫的密實性，使圍堰達成最佳止水效果。5.3.5圍堰內回填圍堰內采用泥沙回填至設計封底混凝土底面標高處。5.3.6水下混凝土封底混凝土封底時應根據封底面積和水下混凝土的流動坡度擬定多點布設封底導管位。灌注混凝土時，必須協調統一，使混凝土在圍堰內的增加高度要基本一致。封底混凝土的測量要及時精確，避免混凝土洗澡或局部未灌注到混凝土達不到止水效果。5.3.7承臺混凝土澆筑待封底混凝土強度達成90%設計強度以上方可抽除圍堰內積水，鑿除樁頭，檢測合格后灌注承臺鋼筋混凝土。承臺混凝土分兩次澆注。5.3.8鋼管樁拔除用震動打樁機震松鎖口的漿體后，再將鋼管樁拔出。5.4勞動組織施工需要配備專門施工人員，并建立健全各工種的崗位責任制度，使各項工作在每個崗位上得到貫徹，以提高工作功效，確保施工質量和安全。勞動組織見表5.5-1:勞動組織序號工種職稱定員/人工作內容1工長持證1負責現場施工、指揮2裝吊工持證6負責鋼管樁吊裝3電焊工持證15負責焊接4電工持證1負責現場用電5測工持證3負責測量標高、統計、檢查6普工－27安全員持證1負責施工現場安全6機械設備鎖口鋼管樁施工所需重要機械設備見下表。重要機械設備序號名稱規格數量單位備注1汽車吊25t1臺2履帶吊50t1臺3注漿機6m32臺4振動錘D60型1臺5水泵8BA-123臺6水泵4BA-62臺7電焊機500A6臺8等離子切割機4臺9全站儀TCR12011臺7質量控制 7.1質量檢查原則7.1.1《城鄉道路橋梁施工規范》7.1.2《公路橋涵施工技術規范》(JTJ041-)7.1.3《建筑鋼構造焊接技術規程》（JGJ81-）7.1.4《建筑鋼構造焊接規程》7.1.5《鋼構造工程施工質量驗收規范》（GB50205-）7.1.6《混凝土構造工程施工質量驗收規范》（GB50204-）7.2質量確保方法7.2.1建立質量責任制度，將質量與效益掛鉤，健全質量管理機構和質量確保體系。加強專業技能培訓，人員必須經考核合格后持證上崗。7.2.2構件鋼料、焊條、焊絲、焊劑等重要材料必須符合設計文獻和現行原則規定并有出廠合格證，必要時應作力學、化學及可焊性實驗。圍堰鋼構件的焊接規定、焊縫檢查必須滿足規范規定，焊縫處應做水密檢查。不合格應復焊，直至合格后方可使用。7.2.3為確保插樁順利合攏，規定樁身垂直，并且圍堰周邊的樁數要均分。為確保樁身垂直，于第一組樁設固定于圍堰支撐上的導向架，順導向架下插，使第一組樁樁身垂直。在施工中加強測量工作，發現傾斜，及時調節，使每組樁在順圍堰周邊方向及其垂直方向的傾斜度均不不不大于5‰。7.2.4在使用拼接接長的鋼管樁時，鋼管樁的拼接接頭不能在圍堰的同一斷面上，相鄰樁的接頭上下錯開最少2m。在組拼鋼管樁時要預先配樁，在運輸、寄存時，按插樁順利堆碼，插樁時按規定的次序吊插。7.2.5對圍堰內回填要全過程監控支護構造的變形，變形超限時停止回填，待查明因素并解決后方可繼續回填。7.2.6承臺施工前要與本地氣象部門親密聯系，及時理解天氣狀況。封底必須按作業指導書和安全操作規程施工，做到圍堰安裝精確，封底砼質量有確保。8安全方法8.1執行原則8.1.1《建筑施工安全檢查原則》（JGJ59-99）8.1.2《建筑機械使用安全技術規程》（JGJ33-）8.1.3《建筑安裝工人安全技術操作規程》8.1.4《建筑現場臨時用電安全技術規程》（JGJ46-）8.2安全控制方法8.2.1全部進入施工現場的人員，必須佩戴安全帽，嚴禁非施工人員進入施工現場。8.2.2水上作業操作人員必須穿救生衣、系安全帶，采用重罰方法杜絕出現違歸操作，確保施工安全。8.2.3圍堰施工前，應制訂具體的施工方案和安全操作細則,并向全體施工人員進行安全技術交底。8.2.4設專人負責日常檢查和養護工作，在施工過程中設專人指揮，避免人多時亂指揮，出現安全事故。8.2.5項目安質部有關負責人員在圍堰施工過程中要與技術部門緊密配合，必須做到24h監控。8.2.6拔樁時要先震動1～2min，再慢慢啟動振動樁錘拔樁。在有松動后再邊震邊拔，避免蠻干。9環保方法9.1嚴格恪守國家和地方政府部門頒發的環境管理法律、法規和有關規定，對產生噪音的設備采用合理布局，加強設備潤滑和維護保養工作，并嚴格執行對應作業指導書和設備檢點規程，以減輕噪音對周邊生活環境的影響，同時盡量避免夜間施工。9.2整個施工過程中，全方面運行ISO14001環保體系原則，系統地采用和實施一系列環保管理手段。9.3將施工場地和作業限制在工程建設允許范疇內，合理布置、規范疇擋，做到標牌清晰、齊全，多個標記醒目，施工場地整潔文明。9.4固體廢棄物按不同性質和類別分開寄存，重要分為危險、不可回收運用固體廢棄物、可回收運用固體廢棄物、生活和辦公垃圾等。9.5施工所產生的鉆渣和廢棄泥漿送到指定的位置，避免對周邊環境進行破壞和污染。水泥、膨潤土等摻和料，應安全堆放，妥善遮蓋，不得掉入江中。砼水上拌和站的廢水，采用集中裝運至岸上基地，經凈化解決后進行排放。9.6交通船舶、施工機械產生的廢油料及潤滑油等，必須集中收集運至岸上業主指定的棄土場深埋，生產用油料必須嚴格保管，避免泄漏，污染河水。附件：鎖口鋼管樁設計1設計根據及重要參考資料（1）設計圖紙及有關設計參數；（2）《鋼構造設計規范》GB50017-；（3）《鋼構造設計手冊》第三版；（4）《公路橋涵地基基礎設計規范》JTGD63-；（5）《路橋施工計算手冊》；（6）《簡要施工計算手冊》。2檢算內容2.1鎖口鋼管樁圍堰構造檢算各施工工況下，鎖口鋼管樁圍堰構造的驗算。2.2圍堰整體穩定性檢算圍堰內抽水至承臺底時，對圍堰整體進行抗浮驗算。3施工次序3.1插打鎖口鋼管樁。3.2圍堰內水位保持與圍堰外水位一致，回填砂礫石至標高-0.5m（封底砼底面標高）。3.3水下澆注封底混凝土，其頂標高控制在0.5m處。3.4封底混凝土達成規定強度后，抽凈圍堰內的水，清理補平封底混凝土頂面。3.5鑿除樁頭預留混凝土，分2層進行承臺施工。3.6完畢全部承臺混凝土施工，拆內、外支撐，拔除鋼管樁。4鎖口鋼管樁設計參數根據《龍海市龍江大橋工程地質勘察報告》，15#墩承臺上游側(勘探孔編號：ZK7)河床面標高-7.17m,河床面下列為淤泥層，厚3.80m，下伏中砂層頂面標高-10.97m，中砂層厚3.3m；承臺中央(勘探孔編號：BZK4)河床面標高-6.64m，河床面下列為淤泥層，厚2.5m，下伏中砂層頂面標高-9.14m，中砂層厚度14.0m；承臺下游側（勘探孔編號：ZK6)河床面標高-7.21m，河床面下列為淤泥層，厚4.8m，下伏中砂層頂面標高-12.01m，中砂層厚9.8m。鋼管樁頂面與鋼平臺頂面標高基本一致，頂面標高為6.0m。鋼管樁圍堰內側距離承臺邊沿1.5m。16#墩承臺上游側(勘探孔編號：CZK6)河床面標高-4.02m,河床面下列為淤泥層，厚2.90m，下伏中砂層頂面標高-6.92m；承臺中央(勘探孔編號：ZK8)河床面標高-2.83m,河床面下列為拋石，厚1.20m，下伏中砂層頂面標高-4.03m；承臺下游側（勘探孔編號：CZK5)河床面標高-6.00m,河床面下列為淤泥層，厚5.55m，下伏中砂層頂面標高-11.55m，鋼管樁頂面與鋼平臺頂面標高基本一致，頂面標高為6.0m。鋼管樁圍堰內側距離承臺邊沿1.5m。圍堰采用鎖口鋼管樁形式，鋼管樁為φ530mm×8mm鋼管和φ160mm×8mm焊接組合、φ530mm×8mm鋼管和I14工字鋼焊接組合形成鎖口。圍堰尺寸定36.93m×21.56m，圍堰內外各設立2道圍囹，圍囹為工字鋼I45b雙拼，鋼管樁共130根。圍堰施工時，設計水位為4.77m，設計水流速度2.0m/s。圍堰拼裝完畢后，圍堰內回填砂礫至高程-2.0m，并進行水下混凝土封底。鎖口鋼管樁圍堰平面圖鎖口鋼管樁圍堰剖面圖圍堰平面細部布置圖5單根鋼管樁入土深度根據大橋R16#墩、R17#墩河床面高程，河床面下列地質狀況，初步擬定南岸R16#墩鎖口鋼管樁入土深度5m，其中粗中砂層5m；R17#墩入土5m，其中粗中砂層5m。初步擬定鋼管樁入土深度后，進行鎖扣鋼管樁內外土壓力驗算，通過試算，最后擬定鎖口鋼管樁的最后入土深度。6計算工況通過對以上施工階段的分析，擬定階段3施工時，水位處在最低水位3.0m；階段4施工時，水位處在最高水位5.0m，分別構成2個最不利工況進行驗算。6.1工況一工況一：鋼管樁在第3個施工階段，鋼管樁已按設計插打到位，并回填砂礫石至封底混凝土底面標高位置，然后開始澆筑封底混凝土，澆筑封底混凝土時，圍堰內水位與圍堰外水位保持一致，驗算時，水位處在最低水位3.0m標高處。6.1.1R16#墩鋼管樁入土深度計算單根樁上端為簡支，下端為固定支撐，鋼管樁入土深度的計算采用等值梁法，即將土壓力為零的深度處近似視為鋼管樁地下部分的反彎點（正負彎矩轉折點位置）,該點以上部分鋼管樁內力與該點作為固定支撐,各支撐點簡化多跨持續梁的內力是等值的。鋼管樁受力以下圖所示，假定鋼管樁上反彎點位于河床面下列y處，則有：y===0.38m式中：γ1，γ2------坑內外土粗重砂層容重，取19KN/m3H------------基坑開挖深度，在本項目中為基坑回填后與河床面高差，其中封底混凝土澆筑厚度1.0m，折算為回填砂厚度1.32m，回填砂厚度1.73m，累計3.05m。Ka------------主動土壓力系數，Ka=tg(450-φ/2),φ取300；Kp-----------被動土壓力系數，Kp=tg(450+φ/2)，φ取300；等值梁法計算簡圖等值梁法計算彎矩圖等值梁法計算剪力圖由剪力圖可得QB=8.83KN，則：x===1.02m鋼管樁最小入土深度t=y+x=1.2×（0.38+1.02）=1.68m（取2.0m);6.1.3支撐系統計算6.1.3.1圍檁本工程為單層圍檁，圍檁所受荷載q=1.08KN，即單根鋼管樁對外圍檁荷載為1.08KN。6.1.4單根鎖口鋼管樁穩定性判斷Mp=0.5γKpt2(7.73+t)=0.5×19×3.0×22×(7.73+2)=1109KN.m;Ma=0.5γKaH2(6+H)=0.5×19×0.333×3.052×(6.0+3.05)=266KN.m;KQ===4.2〉1.2；根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）第4.1.1點，可判斷單根鋼管樁處在穩定狀態，鋼管樁入土深度可滿足規定。6.1.2.5鎖口鋼管樁圍堰基底抗隆起穩定性分析及抗管涌驗算由于鎖口鋼管樁圍堰內需回填砂礫，圍堰內基底比河床面高，封底混凝土采用水下混凝土澆筑，因此圍堰基底抗隆起及抗管涌可不必另作驗算。6.2工況二封底混凝土達成規定強度后，抽凈圍堰內的水，清理補平封底混凝土頂面。此時，圍堰外水位標高5.0m，圍堰內封底混凝土頂面標高0.5m。6.2.1迎水面水壓力計算6.2.1.1靜水壓力計算P靜=γh=10×（5.0-0.5）=45.0KPa；靜水壓力合力作用在封底混凝土頂面以上1.5m位置，單根鋼管合力F=P靜×h÷2=45.0×（5.0-0.5）×0.53÷2=53.7KN。6.2.1.2流水壓力計算其中：P-為流水壓力——為水的容重，1