青島海灣大橋1b段鎖口鋼管樁插板圍堰設計

青島海灣大橋b1段起點為k8。770年，終點為k10.310，線路全長1520m。d、e、f、g、h、js和js2的軌道長度為33038m。本合同段主線海上長度為1000余m,除F與G匝道外,均在海中,海中匝道長度近2300m。主線海中墩采用單樁接柱的形式,海中匝道墩為承臺樁基礎,承臺頂標高為0.3m,承臺底標高為-2.2m,為低樁承臺。39號墩為共用墩,也是承臺基礎,4根基樁。工程所在地水文地質情況:海底面標高為-0.9~-1.8m,從海底面至-6.75m均為淤泥質亞黏土,地層比較松軟,適宜采用圍堰施工。本工程所在海域為規律的半日潮,漲潮最大流速為76cm/s,落潮最大流速為48cm/s,20年最高潮位3.04m,最低潮水位為-3.20m。根據以上地質水文條件,擬圍堰標高為最高潮水位加0.5m,即3.54m。本標段海中承臺共79個,除39號共用墩兩個6.8m×6.8m×3m外,其余水中承臺均為6.45m×6.45m×2.5m。經過實地調查,該橋90%以上的水中承臺處海底在低潮時能露出地面,根據現場實際情況和現有的資源,擬采用鎖口鋼管樁插板圍堰。1施工前準備1.1鋼管樁插板制作根據工程所在地現有地質資料、鎖口鋼管樁的特點、施工工藝等方面的情況,選用?400mm×8mm型鋼管樁,該型號的鋼管樁寬度適中,抗彎性能好。依地質資料及作業條件決定選用鋼管樁的長度為12m,要求鎖口鋼管樁入土深度達樁長的0.5倍以上。為了使插板能夠順利插入,擬選用在鋼管樁的每一側焊接兩根長6m、槽口相向的20Q槽鋼,作為插板插入時的軌道,詳見鎖口鋼管樁斷面示意圖(圖1)。角樁的兩鎖口夾角成90°,見圍堰鋼管樁角樁斷面示意圖(圖2)。在圍堰制作前應準備足夠的?400mm×8mm鋼管樁、20a槽鋼等材料;加工插板所需的大量廢舊模板、14a工字鋼、28a工字鋼、75mm×6mm角鋼等;保證鎖口鋼管樁與插板提前加工制作,加快圍堰施工速度。1.2槽鋼與鋼管樁的焊接圍堰鎖口鋼管樁設計的樁長為12m,達不到設計長度的應接長至設計長度。鋼管樁在接長時一定要保證順直,最大旁彎不得超過2cm。鋼管樁在焊接時采用坡口焊,其焊接應符合鋼結構焊接技術規范。在鋼管樁接長至規定長度后即進行插板導軌的焊接,導軌采用兩根長度為6m,槽口相向的20a槽鋼。兩根槽鋼之間的間距(槽口)寬度1.5cm,以利于插板的導梁能順利插入。槽鋼與鋼管樁之間的焊接采用滿焊,不得間斷,且不得有砂眼或漏焊等缺陷,以免海水通過砂眼滲透進入圍堰內。為了保證鋼管樁與兩側槽鋼的焊縫在施打過程中不致開裂,在槽鋼與鋼管樁之間用三角鐵板加強(圖1、圖2),鐵板的厚度為8mm,邊長為15cm,沿鋼管樁軸線方向的間距為100cm。1.3模板焊接與焊接插板利用舊模板改制,寬度為2.0m,高度為6.0m,厚度為兩層5cm厚的模板拼裝焊接,首先把廢舊模板拼裝焊接成長度為6m,寬度為2m的大塊板,模板與模板之間的拼縫采用焊接,焊接采用滿焊,不得漏焊,以保證插板封水嚴密。考慮后期封底混凝土和插板的回收,模板拼接時光面向外,背靠背拼焊。然后,在兩塊焊接成型模板的兩個6m長邊各焊接一根長度為6m、型號為28Q的工字鋼,作為插板打入時的導向裝置(圖3),以利于插板沿鋼管樁兩側的導軌順利下插,工字鋼導梁與插板之間采用不間斷焊接,并保證焊接的質量。為了增加板的剛度,保證插打時不變形,在拼板的兩側各加焊兩根14a的工字鋼,工字鋼長度與插板長度相同。1.4堆棧橋的建設在每個匝道的一側均修建鋼棧橋,然后通過已經修建完畢的鋼棧橋進行鎖口鋼管樁插板圍堰的施工。1.5振動錘的打拔振動錘是打拔鎖口鋼管樁的關鍵設備,本工程中采用了兩臺振動錘,一臺為DZ60型振動錘,擊振力為400kN,另一臺為DZ90型振動錘,擊振力為700kN。在打拔前一定要派專人檢查,確保線路暢通,振動錘的端電壓達到380~420V,夾板牙齒無太多磨損。同時要檢查振動錘液壓鉗的供油系統和供油設備,必要時每臺振動錘應備用一臺油泵,以備應急之用。2施工工藝鎖口鋼管樁插板圍堰的施工流程如圖4所示。2.1鎖口鋼管樁下沉鎖口鋼管樁在場內焊接完畢后,用拖車通過棧橋運至施工現場,鎖口樁在裝車運輸、卸車的過程中會產生撞傷、彎扭及鎖口變形等情況,因此在鎖口鋼管樁插打前必須進行檢查,發現變形的經過修補達到使用條件后方可使用。根據現場海水在低潮位能露出海底的施工條件,在低潮位時,利用全站儀或GPS全球定位系統對鎖口鋼管樁進行定位,隨即利用50t的履帶吊吊住振動錘,用振動錘的液壓鉗卡住鎖口鋼管樁的一側樁壁,開動油泵,打開供油閥門,使液壓鉗夾緊鎖口鋼管樁樁壁,達到一定的油壓,關閉供油閥,穩住油壓力。然后振動錘和鎖口鋼管樁按測定的位置插入地層,再進行鎖口鋼管樁的垂直度調整,垂直度的控制采用全站儀和經緯儀從兩個相互垂直的方向進行,鎖口鋼管樁的垂直度應不大于1.5%。當鎖口鋼管樁的垂直度調整至允許范圍內后即開動振動錘,鎖口鋼管樁在振動錘的振動作用下下沉,下沉過程中履帶吊的釣鉤應始終保持受力,控制鋼管樁的下沉速度和垂直度,在鋼管樁的打入深度超過50%后,方能加速下沉,但釣鉤仍應保持受力狀態,當鋼管樁下沉至設計位置時,關閉振動錘,停止下沉。在下沉過程中發現傾斜度超出允許范圍時應立即停止,拔出鎖口鋼管樁,然后重新調整,重新打入,直至符合要求為止。鎖口鋼管樁下沉至設計標高后必須經過復核,確認平面位置和垂直度均符合要求后方可進入下一鎖口樁施工。鎖口鋼管樁的插打順序:圍堰的四根角樁→→每邊的其他兩根中間樁。插打時一定要控制好鎖口的方向,以免鎖口的方向偏差過大而使插板無法插入。2.2工字鋼鎖口下沉當一個圍堰中所有的鎖口鋼管樁全部按測定位置打入地層后即可進行插板的施工。具體施工方法為用履帶吊吊起插板,把插板兩側的I28a工字鋼沿鎖口鋼管樁兩側槽鋼鎖口插入,下沉至海底。用履帶吊吊起振動錘夾住插板兩側中任意一側的I28a工字鋼,開動振動錘,插板在振動錘的擊振下沿鋼管樁的鎖口下沉。當達到設計標高后即可停錘,進入下一插板施工。2.3鋼圍堰內基礎開挖在鎖口鋼管樁圍堰合龍后,將設置內支撐,方形圍堰宜采用平面鋼架支撐為宜,四個角設置為三角形,其穩定性較好,又可以做成抽水平臺,內支撐的安裝由上往下,一邊抽水,一邊安裝,其數量根據水壓力和土壓力計算決定。鋼圍堰內基礎開挖,采用的方法是:鎖口鋼管樁圍堰合龍后,安裝內支撐,然后采用吸砂泵進行水下開挖。具體做法是,合龍后先進行第一道內支撐安裝,然后吸泥至設計標高,接著進行水下混凝土的封底,待封底混凝土達到一定的強度后即可進行抽水,當抽水至第二層內支撐設計標高下1m處進行第二層內支撐設置,按此順序依次進行第三道、第四道內支撐的設置(根據計算,若需要的話)。2.4圍堰內水的制備圍堰內排水是利用抽水機進行排水,其排水量應大于圍堰內滲水量的2倍以上,抽完圍堰內水,要留有1~2臺抽水機備用。由于鎖口鋼管樁的鎖口之間連接不緊密,圍堰通常會漏水,因此在抽水過程中,通常采用細麻絲、棉條等材料,在鎖口鋼管樁內側嵌塞、塞緊,或者用鋸末加細煤灰在漏縫外側周圍放入,隨水夾帶至漏縫處自行堵塞。2.5圍堰內圍堰內圍堰內圍堰內承臺和墩身混凝土達到一定強度或達到規范規定的養護天數后,首先清除圍堰內殘留物才能進行拔樁。拆除內支撐的順序與安裝時的順序相反,首先從最底層拆起,在拆除底層支撐前應向圍堰內抽水達到一定水位(應盡量提升圍堰內水位,以不影響拆除支撐為準),直到圍堰內支撐全部拆除完,圍堰內外水位相同,方可進行拔樁。拔樁時,可以借助振動錘松動鎖口鋼管樁,減少鎖口鋼管樁與土、鎖口之間的摩擦力,然后由履帶吊吊起,當鎖口鋼管樁還有較大的摩擦力,振動錘不能吊起時,應在鎖口鋼管樁上設立支點,用千斤頂協助向上松動,直到履帶吊能起吊為止。3施工技術的要點和難點3.1鎖口鋼管樁圍堰插裝(1)鎖口鋼管樁首先打入四根角樁,控制整個圍堰的平面位置,然后再進行其他鎖口鋼管樁施工。在打入鎖口鋼管樁時,應在鎖口鋼管樁上端系纜風繩兩根,履帶吊起吊鎖口鋼管樁接近垂直狀態時,利用纜風繩控制鎖口鋼管樁的方向,防止鎖口偏斜。(2)用測量儀器定位,一定要保證鎖口鋼管樁的平面位置、垂直度等符合要求,保證插板的順利下插。(3)當圍堰插板插打比較費力時,可在鎖口鋼管樁鎖口內涂黃油,以減小鎖口之間的摩擦力。(4)鎖口鋼管樁圍堰在施工中應選擇河床較低處為合龍面,插打至合龍面時,應精確丈量尺寸,考慮到鎖口鋼管樁鎖口的間隙和鎖口鋼管樁本身的特點,合龍面尺寸偏差不大于±10cm為宜,避免合龍口尺寸過小或過大的現象。(5)振動錘的夾板采用液壓控制,必須經常檢查液壓設備,杜絕液壓泵失靈,引起鎖口鋼管樁掉落。(6)振動錘的電動機在長期超負荷運轉時,容易發熱燒毀,尤其在硬塑性黏土上打拔鎖口鋼管樁時更應注意,避免長期超負荷運轉。(7)內支撐除了考慮受力情況外,還應考慮墩身支模時不擋模板,內支撐由上往下設置一邊抽水,一邊安裝,其數量和材料的大小根據水壓力和土壓力計算決定。在抽水時,可發現有明顯的滲漏,可在滲漏的圍堰外側放鋸末,隨著水流由外向內流入,鋸末也流入鎖口鋼管樁縫隙內,從而起到堵漏的作用,也可在圍堰的內側用刮刀將干海帶或棉紗插進鎖口鋼管樁縫隙內。3.2施工中可能出現的問題和解決措施由于河床地質結構復雜,施工中可能遇到的一些難題,常采用如下幾點辦法解決。(1)鎖口鋼管樁過渡構件設計打樁過程中有時遇上大的塊石或其他不明障礙物,導致鎖口鋼管樁打入深度不夠,采用弧形樁繞過障礙物,繞過方向應為遠離承臺方向,但要注意移動距離不要太大。(2)鎖口鋼管樁的上拔不正當地力鎖口鋼管樁雜填土地段擠進過程中受到石塊等側向擠壓作用力大小不同容易發生偏斜,在發生偏斜位置將鎖口鋼管樁往上拔1.0~2.0m,再往下錘進,如此上下往復振拔數次,可使大的塊石被振碎或使其發生位移,讓鎖口鋼管樁的位置得到糾正,減少鎖口鋼管樁的傾斜度。(3)異形插板糾正鎖口鋼管樁沿軸線傾斜度較大時,采用異形插板來糾正,異形插板一般為上下寬度大于或小于標準寬度的插板,異形插板可根據據實際傾斜度進行焊接加工。(4)數根樁是受拉入數根樁的表面進行焊接在基礎較軟處,有時發生施工時將鄰樁帶入現象,采用的措施是把相鄰的數根樁焊接在一起,并且在施打樁的連接鎖口上涂以黃油等潤滑潤滑劑,減小阻力。4由于鎖定臂的特點和適用性，關閉插管樁板的插條的特性和適應性4.1地質、地層圍堰鎖口鋼管樁圍堰雖然一次性投入較大,但屬于設備式投入,可重復使用,總體來說比較經濟。可適應于各種復雜地質、地層,如水下地層有障礙物、密集孤石、片石堆積等,施工速度快。制作、加工、運輸、吊插、下沉等方便靈活,工藝簡單,所需設備少。可根據需要組裝成各種形式的圍堰。截面剛度大,使圍堰內支撐減少,可適應大體積承臺的施工。其缺點是,現在使用的鎖口簡槽與荷頭截面積不等,造成鎖口鋼管樁不對稱,故易產生傾斜。4.2鎖定連接管道防護結構的適用性(1)在深水的基礎上完善研究鎖口灌漿工藝,發揮鎖口灌漿后的組合效應,并增加一些輔助措施,如樁頂圈梁。(2)基礎錨固樁沉樁灌注樁防沖刷固定在圍堰增加一些鎖口鋼管樁隔墻即形式沉井,在覆蓋層深的地方,樁只需進入持力層,在覆蓋層薄的地方,樁沉到