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1、跨京杭运河特大桥深基坑承台围堰施工技术跨京杭运河特大桥深基坑承台围堰施工技术杭州市港航管理局-董志远关键词：深水承台 双壁钢围堰 设计施工一、工程概况一、工程概况杭州市余杭区 320 国道至 104 国道连接线工程跨京杭大运河特大桥中心桩号为 K7+745.00，分左右两半幅。上部结构采用 60+105+60 预应力砼变截面连续箱梁，下部结构主墩采用实体墩身，主墩承台为大体积混凝土。每个承台混凝土方量 504.0m3，外形为矩形，尺寸为 12123.5m 的方型承台。桩基采用钻孔灌注桩，主墩桩基直径 1.8 米，全部为摩擦桩。京杭运河为四级航道，通航净宽为 60m，净高 7m，水面正宽 170
2、m，水中主墩的承台顶标高为-3.2m，底标高为-6.7m，所处运河水位标高为 1.2m(正常通航水位)，河床标高为为-2.0m 左右，承台为埋置式，因此承台必须采用围堰施工。由于运河航运十分繁忙，为了不影响航运，本项目承台围堰采用了对航运影响较小的双壁钢结构围堰技术。二、双壁钢结构围堰设计二、双壁钢结构围堰设计双壁钢结构围堰方案是由双壁钢套箱演变而来的，其外壁由拉森钢板桩组成，内壁由四块钢结构板密封组成。它通过外壁的钢板桩围堰让承台内暂时处于一个静水工作面，然后即可在不抽水的条件下通过吸泥机进行外壁围堰内淤泥的清理工作。当淤泥清理至设计标高后就可采用下钢吊箱的方法下沉双壁钢结构围堰的内壁，可以
3、避免边挖边沉钢套箱时碰到孤石等突发情况，确保工期的顺利实施。待钢结构围堰内壁下沉到位固定后，即对双壁钢结构围堰内外壁之间挖空处进行回填，以减少围堰的静水浮力。（一） 、围堰设计参数确定根据现场施工水位及历年最高水位及所确定的施工季节，按+3.0 考虑钢围堰的设计标高。双壁钢结构围堰内壁尺寸按 12.212.211.5m 设计(围堰内壁同时作为承台模板用)；双壁钢结构围堰外壁按+2.0 设计标高，尺寸按151515m 设计；承台顶标高：-3. 2m；承台尺寸 12123.5m。（二） 、设计概况主墩钢围堰是承台施工的挡水结构，也是作为水下封底混凝土和承台钢筋混凝土施工的侧模板。根据钢围堰下沉过程
4、，确定设计受力状态可按以下几种工况进行受力分析：1、双壁钢结构围堰外壁形成后挖淤泥至设计标高时钢板桩的稳定性2、拼装下沉阶段；3、封底混凝土施工阶段；4、钢围堰抽水阶段；5、钢围堰内浇承台混凝土阶段。（三） 、设计条件（施工常水位为 1.2m）：1、双壁钢围堰外壁顶标高：2.0m，底顶标高：-13m2、双壁钢围堰内壁顶标高：3.0m，钢板桩底标高：-8.5m3、承台底标高：-6.7m4、承台顶标高：-3. 2m5、混凝土的容重：24KN/m3（四） 、钢结构双壁围堰内壁设计技术参数钢结构双壁围堰内壁设计根据承台施工时的水文特征、制作、运输、吊装方式，结合承台结构尺寸等因素综合考虑。1、钢围堰封
5、底砼厚 1.3m。封底砼底标高-8m，砼强度等级 C30。2、承台顶标高-3. 2m，底标高-6.7m，砼强度等级 C35。3、设计施工最高水位：钢围堰施工控制高水位 3.7m。4、设计施工最低水位：0.5m（浇注时）5、砼浮容重：14KN/m3砼干容重：24KN/m36、钢容重：78.5KN/m37、砼与钢护筒间的握裹力：100KPa8、钢围堰在下沉的前提：外围钢板桩拖打完成，桩基施工完成，围堰内淤泥质粘土清至钢围堰设计底高程以下。三、双壁钢结构围堰施工方案三、双壁钢结构围堰施工方案（一） 、双壁钢结构围堰外壁施工1、双壁钢结构围堰外壁采用拉森 III 型钢板桩围堰。根据主桥墩处现场水文地质
6、情况，钢板桩的长度拟选定为 15 米，桩顶标高为+米， （施工常水位 1.2m 左右）桩底标高为-13 米。2、钢板桩的施打（1） 、施工准备A、施工场地的布置施工场地布置见下图。B、检查振动锤 振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要派专人检查，确保线路畅通，夹板牙齿无太多磨损。C、钢板桩的处理按设计好的尺寸计算钢板桩的数量。检查钢板桩锁口，剔除锁口破裂，扭曲变形的钢板桩；在钢板桩锁口内涂上黄油以减少插打时摩阻并减少钢板桩围堰的渗漏。D、钢板桩导向装置的设置利用已成的钻孔桩平台外围 12 根钢管桩为导桩，在钢管桩上口焊接一圈工字钢作为钢板桩施工的导向装置，如下图：（2） 、钢板桩的试打A
7、、第一片钢板桩的插打第一片钢板桩是插打的关键，为了确保其插正及位置准确，在导向架上设了一个限位框架，大小比钢板桩每边放大 1 厘米，插打时钢板桩背靠紧导向架，一边插打，履带吊一边缓慢下钩，并在互相垂直的两个方向用经纬仪观察，发现偏移，用履带吊调整，直到钢板桩底达到设计标高。B、插打过程的控制在插打过程中，由于钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大，而钢板桩下端有土挤压，上端是自由的，总会使钢板桩产生向远离第一根钢板桩的方向倾斜，因此，每打 45 根钢板桩就要用垂球吊线，将钢板桩的倾斜度控制在 1%以内，否则就用倒链纠偏，一次性纠偏不能太多，只能采用多次纠偏的方法逐步减小偏移量。合拢应选择在角桩附近，要基
8、本保证施打钢板桩沿导向架的法线和切线方向竖直，便于顺利合拢。C、插打注意事项当钢板桩久打不下时，应停下来分析原因，看一看是否锁口变形，桩身变形，或钢板桩底脚有铁件、孤石等，不能一味蛮干，磨损了钢板桩；若确有孤石，则要探明孤石的大小，如孤石太大时，需采用冲击钻打碎或打入设计标高以下，若孤石较小时，可适当调整钢板桩的位置避开孤石。（二） 、钢板桩围堰内吸泥清淤钢板桩围堰内淤泥采用高压水枪射水配合泥浆泵进行清除，以减小对基底的扰动。为了确保施工的安全性，配备大功率水泵对围堰补水，确保围堰内外水位差在 30cm 以内。清基过程中，派专人负责观察围堰的变化情况。主要注意以下变化：1、钢板的变形和移位情况
9、。随着开挖深度的增加，钢板桩所受的主动土压力较大。当钢板桩有异常情况时，立即停止清基，查明原因，增加支撑，确保钢板桩的稳定。2、清基至设计标高后，整平基底，再次检查基坑内部尺寸是否满足要求，为下套箱做好准备。3、施工过程中做好安全警备工作，严防施工及外来船支撞击钢板桩围堰。（三） 、双壁钢结构围堰内壁施工1、双壁钢结构围堰内壁模板双壁钢结构围堰内壁模板面板为 =6mm，纵横向肋带采用 I18 制作，横向采用 =10mm 钢板，纵横向间距为 80cm。为了保证承台平面位置，钢围堰模板设计时边长比承台大 20cm。因此钢围堰为 12.212.2m 的矩形结构，高11.5m，模板和模板之间的连接采用
10、 16 螺栓连接，螺栓连接处应贴上 1cm 厚的胶皮止水，对应侧模端头处的螺栓孔位处，贴设 1cm 厚的钢板加强后，开孔制作螺栓孔，螺栓连接处也应贴上 1cm 厚的胶皮止水。为了调节水位变动时浮托力的影响，在侧壁上设 2 个连通器，位置设在水面标高以下 2cm 处，即-0.5m。2、内侧围囹设支撑为加强围堰的整体刚度，在内侧设置四道口字型围囹，并在围囹上设置井字型加强杆。围囹分别设置在承台顶标高以上 50cm 处，即在-2.8m 处、围堰顶，即在+3.0m 处、围堰顶下 250cm 处，即在+0.5m 处、封底砼顶 0.5m，即-6.2m处。内侧围囹采用双拼 I50 制作，施工时制作成口字形，
11、尺寸与内壁相同。待第一节内壁拼装完成后，放出第一道与第二道内支撑位置，在模板上用钢板焊接临时支撑围囹牛腿，安装围囹并与钢模板进行焊接。当第二节模板装装完成后，用同样的方法安装第三，四道围囹。围囹安装完成后，即在围囹处采用两根2996mm 的钢管焊接支撑（钢管破口，一半焊接在模板上，一半焊接在围囹上，以利于上下两层支撑管错开） 。 （围囹加强图如下）3、施工准备（1） 、派潜水工下水探明基底情况，测量水下地形并录像。（2） 、如基度不平整，需采用抛填沙袋对河床进行找平。整平的施工方法：A、钻孔时详测地形。B、按排挖进行开挖整平。C、钻孔结束后即时的调整底标高D、围堰刃脚部位标高调整至设计标高上。
12、4、钢围堰的拼装准备工作在钻孔桩施工的同时进行，当靠外侧的桩基施工完成部分后，即时的在靠外侧钢护筒上焊接 I25a 的牛腿，I 字钢与钢护筒连接的两侧均需要焊接，焊缝宽度要求为 1cm，长度为整个 I 字钢与钢板连接的接触面。并在工字钢两侧贴上 15cm15cm 的加劲板。牛腿离水面约 60cm，底标高控制为 2.1m。5、导向架的设置为了保证钢围堰下放平面位置和垂直度，在围堰四角钢护筒上设置上下两层的导向装置以保证钢围堰下沉的平面位置，如下放过程中有偏差，可通过手拉揽风绳调整平面位置。6、钢围堰拼装及下放支架的搭设钢围堰拼装时采用在钢平台靠外侧的钢管桩接长至 2m 其上设置 I56 型钢主梁
13、，作为钢套箱拼装临时吊点主梁。拼装时，用履带吊按编号起吊钢套箱模板至护筒牛腿上，上口通过葫芦临时固定在 I56 工字梁上。钢围堰下放采用钢护筒上焊接的 I56 工字钢作为支承梁配合 12 个 10t 葫芦下放。7、钢围堰模板的运输模板通过汽车运至现场拼装。为方便吊装，每个模板上均设置吊耳。汽车运送到便桥上后通过 50T 履带吊转运至施工处。8、钢围堰拼装钢围堰在牛腿上进行拼装，模板在拼装过程中应设置拉索对模板进行固定，防止模板倾斜或倒塌。韧角模板处应设置 I25 对韧角处进行垫设。模板之间的连接采用 18 螺栓连接，并设置 1cm 的止水带，模板拼装时应保证模板拼装质量，防止接缝处漏水。模板拼
14、装采用尺寸为 12.212.2m，其采用顺桥向夹横桥向模板，并采用18 螺栓连接成为框架结构，9、钢围堰的下放钢围堰下放分两次下放，首节下放为 5.7m。钢围堰顺桥向两侧顶部各焊接两组吊耳。下放时采用 12 个 10T 的手拉葫芦下放，下放应统一指挥，保证下放的深度一致，每个手拉葫芦上配置测力器一个，保证围堰同时下放。首节钢围堰下放到位后，采用履带吊将第二节钢围堰模板吊装组装到位。然后同样的方法把整个钢围堰下放到位。表 1 钢围堰的安装标准检查项目允许偏差值(mm)围堰顶标高20围堰内部尺寸050轴线偏位15模板相临两板表面高差2模板表面平整度8预埋件中心线位置510、封底混凝土施工钢围堰封底
15、混凝土施工前再用沙袋抛填 50cm 到围堰内找平。封底砼平台采用在钢围堰顶部铺设 I25 型钢的方式。铺设间距为 3540cm。钢围堰封底混凝土厚度 1.0m，钢围堰封底砼方量约 140m3。封底砼采用C30 水下砼。采用中心集料斗浇注封底砼，封底混凝土浇筑顺序为：从一端向另一端采用阶梯推进法进行施工。封底砼施工中应做好以下几点工作：（1） 、根据现场实际情况，选择合理的浇筑工艺。（2） 、优选混凝土配合比设计，提高混凝土的性能。（3） 、对封底设备进行合理配置，加强设备的维修保养，提高设备的完好率，以确保混凝土的浇筑强度和质量。（4） 、加强现场的组织管理，使封底有序进行。A、封底前的准备工
16、作封底混凝土浇注平台直接利用原有钢便桥。拆除原钢平台钢管桩。B、导管布置封底混凝土导管采用内径 273mm、壁厚 =8mm 的无缝钢管制作，管节长度为 3m、2m 及 1m 等 3 种，管节之间连接采用快速螺纹接头。导管长 6m，底部距离钢围堰底板 2040cm，采用临时导管定型卡固定在操作平台上。导管上部系白棕绳，控制导管倾斜，并挂设手拉葫芦控制导管高度。导管顶口与3m3小集料斗相接，用拔球法灌注水下封底砼。封底砼方量计算：砼流动半径按 4m 计算，水位取 3m，导管距底板 15cm 悬空距离，初始埋深按 55cm 考虑，则 V10m3。选用 0.8m3 小料斗和 10m3 中心集料斗可以满足首批封口要求。导管共布置 4 根导管，采用推进式来达到封底效果。C、封底混凝土浇注工艺a 测量准备准备 3Kg 的测量锤 6 个，15m 长的测绳 8 根，施工前用河水浸泡 2 天，并校核其长度，在钢平台上做标高标计浇筑时测量封底砼面标高。平台标高测量，每个浇筑点及测点处平台标高应提前测出，做为测量混凝土面的依据，并用油漆
