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武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰

武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰


武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰

作者:时一波

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摘 要

针对武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔的复杂工程地质条件,详细介绍了其承台钢板桩围堰的方案设计、施工准备、围堰下放、吸泥出土以及封底等复杂施工过程,总结了在施工中遇到的技术问题,并提出了相应的解决方法,可供类似工程参考。


关键词:技术方案;钢板桩;围堰;承台施工;哑铃型


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工程概况

20108月开工建设的武汉鹦鹉洲长江大桥为武汉新环线主要工程,北连汉阳,南接武昌。大桥采用三塔四跨(200+850+850+200m)悬索桥形式,大桥两侧均采用重力式锚碇。汉阳岸边塔墩1#基础中心里程为ZK10+0.000。该基础采用44根 2.0m钻孔灌注桩,桩长为75.0m,桩底标高为-68.5m,群桩基础桩基布置为5.5m×5.5m,采用C30水下混凝土,总计10367.3m³。桩底的地基土持力层为泥岩和破碎泥岩。群桩基础承台形状采用哑铃形的设计方案,其平面尺寸为67.0m×28.0m,厚5.5m。承台顶面的标高为+12.0m,承台采用C35混凝土,用量为7274.2m³。同时,为了改善承台与塔底的受力状况,在承台顶设计了3m高的塔座。

1#塔位干长江汉阳岸边坡坡脚,基础设计为长75m的钻孔摩擦桩,桩径2m。承台为哑铃型低桩承台,平面尺寸为67.0m×28.0m,厚5.5m,与河床基本持平,不外露水面。墩位处地表覆盖层厚70.8-78.4 m,主要土层有粉砂、中砂、粉土、圆砾土和猫土,基岩为泥岩,岩石总体较完整,岩质较软。桥位处水位随长江季节性水位变化,枯水期约+12m,汛期约+26 m,变化达14 m。结合地质情况及经济比较,1#塔采取先钻孔后围堰的总体施工方案施工。


武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰



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施工方案

武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩承台设计采用钢板桩围堰,采取先搭设钢平台拼装就位围囹,围囹下放定位后,再插打钢板桩方法施工。修建栈桥连接大堤与钢平台,栈桥顶标高为+26m,为充分拓展作业空间,栈桥设计要求能安装160t履带吊并进行吊重40t作业。

桩基施工完毕后,首先将场地内土方清理至+8m,取出钢护筒。待场地开挖至+8m后,将预埋钢管接高至设计标高,另外再插打围囹吊挂及支护钢管桩。在钢管上焊装围囹支撑牛腿和连接系,利用连接系作支撑,在现场拼装两层围囹构件,待围囹按设计要求拼装成型后,割除连接系,利用吊挂构件将围囹下放至支撑牛腿定位,考虑到牛腿的偏心承载影响,通过Midas建模计算得单个吊点最大竖向力为286.0kN。

按单个牛腿单侧承受286.0kN,计算系数取1.3建模模拟计算得牛腿构件最大拉应力58.9kPa,最大压应力92.9kPa,竖向最大挠度2.7mm。为防止钢管变形,在钢管内对应牛腿位置焊装十字加劲板并在钢管外侧焊装抱箍加劲钢板。

围堰结构为拉森VI型钢板桩围堰,钢板桩设计长28m,顶标高+22.5m,设计设防水位为+22m。在承台周圈留有 1m 宽施工操作空间, 平面内净空尺寸为 69.0m × 30.0m ,共 320 根钢板桩 。钢板桩利用浮吊和履带吊配合振动锤插打,迎水面用浮吊施工,岸基侧用履带吊施工。围堰内+8m以下土方采用吸泥施工清除。


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施工过程控制

3.1 钢管桩及栈桥

在施工过程中,严格要求结构上部的钢管与下部的钢管处于同一轴心位置,两节钢管中心线的位置误差控制要求在3mm以内。对于接高钢结构平台上的支撑桩,钢管的垂直度的控制标准为不得大于0.15%的偏差。钢管接高并完成封口以后,顶面的标高误差也应控制在2mm以内。为了方便吊挂钢管桩,可同时进行钢管桩的接高和围堰围囹的插打施工。

吊挂桩插打施工时要求每个钢管插打位置均需要测量放样,以确保插打位置准确无误。中心点位可允许偏差小于10cm。吊挂钢管桩施工时采用振动锤插打,以保证垂直度不大于0.2%的偏差。

在完成长江大堤防护桩钢绞线张拉施工工艺后,立刻进行1#墩栈桥施工。钢结构平台与栈桥连接在一起,其荷载设计按照160t履带吊机外加40t重物吊装作业产生的荷载进行考虑。


3.2 围囹拼装施工

由于整个结构平面尺寸较大,加之围囹自身重量的因素,将整体围囹划分为8个节段单元,每个节段单元分别加工制造,施工现场再将其拼接成整体吊装。

在围囹节段拼装焊接施工过程中,要求接头部位焊接牢固。焊缝接头错位要满足小于5mm的设计要求。在加工制造时,上层和下层的圆弧段围囹划分为5个节段。中间直线段为单独一节,单节重量为30.55t。圆弧段单节围囹重量为13.25t。每一层围囹共分成11个节段制造拼装。图2为围囹分节布置的详细情况。

武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰

在完成围囹拼装施工就位后,依据设计要求焊装连接构件,将上层和下层围囹连接成整体,上下层必须统一测量和放样定位,以确保连接构件的位置正确并保证焊接牢固。


3.3 钢结构平台拼装施工

钢结构平台作为后续施工作业平台,其施工是在围囹拼装完成后再进行。平台顶标高为+25.812m。

3.4 围囹吊挂结构施工

钢结构平台拼装施工完毕后,即可利用钢结构平台和围囹吊挂桩安装围囹吊挂下放构件。吊挂桩设置在墩位中心位置,

即围囹中间直线段位置。吊挂构件可以直接置放在钢结构平台上,利用钢结构平台的纵梁作为支撑,要求吊挂结构固定牢固。

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围檩拼装施工图


3.5 整体围囹吊装就位

整体围囹吊装就位施工工艺要求较高。吊装施工工艺设计吊点共为16个,即中间连接段布置2个吊点,而两侧圆弧段各有7个吊点对称布置(图3)。吊装时,采用千斤顶加精轧螺纹钢起吊下放,起吊过程中的单点受力符合设计要求,其最大值为280kN。严格监控下放施工过程,确保各个点下放速度一致,各个吊点同步起降。此外,为了防止可能出现的异常情况,下放施工过程还需额外配备3套备用下放设备和精轧螺纹钢。

武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰

在牛腿上设置水平限位构件,以待围囹下放到支撑牛腿上之后用来限制其水平位移,最终将围囹准确固定在牛腿上。围囹最终就位后,吊装使用的吊杆应按步骤缓慢卸载,同时监测并记录牛腿和吊挂结构的变形情况,监测结果在12h内无变化时方可拆卸吊挂结构。


3.6 钢板桩吊运及插打

完成钢板桩施工的准备工作后,用履带吊将钢板桩按插打顺序吊装至1#墩钻孔平台上堆放。相邻两层钢板桩的高差应小于10mm。相邻两层之间用垫木搁置,垫木中线应上下对齐,保持在同一垂直线上,允许偏差不得大于20mm。

(1)钢板桩吊运。首先采用吊机将钢板桩吊起使之成垂直状态,起吊前需要在锁口内填入黄油和沥青混合料,然后移动吊钩将钢板桩运送到插打位置,插入已预先就位的钢板桩锁口中。

(2)钢板桩插打。吊运到位后开始插打施工,正确的插打顺序为:首先插打侧面的钢板桩,然后依次向上游和下游两侧同时延伸插打施工,最后在另一侧进行合龙,优点是可以连续作业,加快施工进度。

(3)为了保证钢板桩插打时的垂直度,需要在顶层圈梁导环上再设置外导环,第一组钢板桩可以顺着导环插下,以后的每一组钢板桩插打完成以后,即用短钢筋头点焊固定在顶层圈梁上。在插桩过程中应遵循“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合龙”的技术要点。

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钢板桩插打

(4)当钢板桩依次插打完毕后,用打桩锤将钢板桩打至设计标高,锤打顺序由上游及合龙处向顶层圈

梁两侧逐次进行。最后,施工完毕后外导环与钢板桩之间的空隙也必须用硬木塞塞紧填实,防止出现变形。


3.7 钢板桩围堰合龙

在围堰合龙施工阶段,当剩余6~8片钢板桩时,应停止插打,分别测量钢板桩底部的直线距离和钢板桩的宽度,实际所需的钢板桩数量应根据测量结果计算得出。若围堰在合龙阶段出现左右偏移或者上下大小不等的情况,应采取如下调整措施:

(1)合龙平行开口过大。此时可在合龙口两侧钢板桩上点焊上下平行吊耳,吊耳的位置和数量根据开口尺寸的差值而定,最后利用倒链滑车相向对拉,直至合龙为止。

(2)合龙口上面大、下面小或者下面大、上面小。这两种情况则需在大口一侧点焊平行吊耳,吊耳的位置及数量同样根据尺寸大小的差值而定,最后相向对拉到位。

(3)合龙口尺寸上下都小。此时应在合龙口两侧的钢板桩附近点焊上下平行吊耳,用千斤顶在钢板桩顶端顶推和设置吊耳,调整上下尺寸,保证两侧的钢板桩锁口处于同一平面内,然后利用倒链滑车向两侧反向外拉,直至符合要求为止。


3.8 钢板桩围堰合龙围堰拆除施工

围堰拆除安排在枯水期进行,先拆除围檩结构,再拔出钢板桩。围檩拆除顺序为:割除上下层围檩连接钢管→拆除上层围檩→围堰内注水至底节围檩下沿→拆除下层围檩→围堰内外水位连通→拔除钢板桩。采用振动锤振动拔除钢板桩。

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钢板桩拔除作业


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施工质量控制

4.1 钢板桩倾斜预防措施

钢板桩在插打施工时的垂直度控制是很重要的一项工作,钢板桩在插打作业前,应该做好倾斜预防措施:1)可以在锁口内涂抹润滑油以减少锁口的摩阻力;2)在未插套的锁口下端打入铁楔或硬木楔,防止泥砂在沉入时堵塞锁口。


4.2 钢板桩锁口漏水预防措施

插打钢板桩时各种偶然因素可能导致产生偏差,锁口可能发生变形并且出现渗漏,在施工中采取的补救措施是用导管在漏水锁口处的围堰外侧投撒细煤渣,煤渣沉至漏水高度处即可堵塞漏水,其次采用将细煤渣装入麻袋沉入水中,用活扣反倒在漏水部位,堵漏效果良好。


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黄砂堵漏


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鹦鹉洲长江大桥1#塔哑铃型钢板桩围堰


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结论

武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰

武汉鹦鹉洲长江大桥

(1)钢板桩围堰的渗漏量比普通常规围堰的渗漏量小得多,围堰断面积小,尤其适用于场地狭窄,同时施工场地受到限制的情况;在施工过程中必须严格执行,遇到异常情况,及时研究并采取处理措施,才能确保围堰施工顺利完成。

(2)钢板桩围堰方案在武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩承台的施工中得到了成功应用。该方案在缩短施工工期、保证工程质量方面,取得了良好的经济效益,可为类似工程施工提供参考与借鉴。


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来源:《中外公路》

编辑整理:项 敏

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小知识

关于钢板桩的代号


  • 国标《GB/T 20933-2007 热轧U型钢板桩》

    分类代号:
    U型钢板桩代号为:SP U
    (其中SP为钢板桩英文名称 sheet pile 的缩写) 

  • 国标《GB/T 20933-2014 热轧钢板桩》
    (新标准代替2007标准)

    热轧钢板桩包括三类,具体品种及其代号如下:

    U型钢板桩,代号为:PU

    Z型钢板桩,代号为:PZ

    直线性钢板桩,代号:PI

    注:其中P为钢板桩英文(Pile)的首字母,U、Z、I 代表钢板桩截面形状
    ▶ 《热轧钢板桩》国标 GB/T 20933-2014

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原文始发于微信公众号(拉森钢板桩):武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰

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