深水基础 —钢板桩围堰施工技术

济南黄河特大桥主桥济南黄河特大桥主桥 深水基础深水基础 钢板桩围堰施工技术钢板桩围堰施工技术20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区2 2一、工程概况一、工程概况1 1、概、概 况况 黄河特大桥主桥墩基础墩号为黄河特大桥主桥墩基础墩号为0 05 5号，其中号，其中3 3号号墩为固定墩。墩为固定墩。0 0、5 5号墩采用号墩采用2121根根2.0m2.0m钻孔灌注钻孔灌注桩，桩，0 0号墩桩长号墩桩长90m90m，5 5号墩桩长号墩桩长70m70m。1 1、2 2、3 3、4 4号墩采用号墩采用2828根根2.52.5钻孔灌注桩，钻孔灌注桩，1 1、4 4号墩桩长号墩桩长90m90m，2 2号墩桩长号墩桩长102m102m，3 3号墩桩长号墩桩长98m98m。0 0、5 5号墩号墩承台厚度承台厚度4.5m4.5m，平面尺寸，平面尺寸34.613.8m34.613.8m，0 0号承台号承台顶面标高顶面标高33.0m33.0m、5 5号承台顶面标高号承台顶面标高30.0m30.0m；1 1、2 2、3 3、4 4号墩承台厚度号墩承台厚度6.0m6.0m，平面尺寸，平面尺寸42.523.3m42.523.3m，承台顶面标高承台顶面标高27.0m27.0m。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区3 32 2、地形、地貌与不良地质、地形、地貌与不良地质 （1 1）桥渡地形）桥渡地形 正桥桥址处河道属济南段黄河窄河道区，宽约正桥桥址处河道属济南段黄河窄河道区，宽约900m900m，河床平均高程高出两岸大堤背水面，河床平均高程高出两岸大堤背水面3.0m3.0m。 （2 2）水文条件）水文条件 黄河河流平均流速黄河河流平均流速2.07m/s2.07m/s，设计施工洪水位，设计施工洪水位+30.5m+30.5m。黄河枯水期仅主河槽有水，水深约。黄河枯水期仅主河槽有水，水深约4-6m4-6m，水，水面标高面标高+27m+27m，水面宽约，水面宽约300m300m。黄河主河道内一般冲刷。黄河主河道内一般冲刷厚度约为厚度约为7.7m7.7m11.3m11.3m。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区4 4 （3 3）工程地质）工程地质 桥位工程地质地层以第四系河流相粉质土为桥位工程地质地层以第四系河流相粉质土为主，其间多夹粉、细、中沙及粉土、薄层粘土或主，其间多夹粉、细、中沙及粉土、薄层粘土或透镜体。其中覆盖层透镜体。其中覆盖层40m40m以下姜石含量较高，姜石以下姜石含量较高，姜石层分布较多。设计图纸反映桥址范围第一层土主层分布较多。设计图纸反映桥址范围第一层土主要为软塑的粉质粘土、粘土及稍密的粉土组成，要为软塑的粉质粘土、粘土及稍密的粉土组成，厚度厚度9.6m9.6m22.5m22.5m；第二层为硬塑的粉质粘土、粘；第二层为硬塑的粉质粘土、粘土及中密的粉土及中密的砂层组成，厚度土及中密的粉土及中密的砂层组成，厚度2.7m2.7m11.8m11.8m；第三层为硬塑状的粉质粘土组成，厚度钻；第三层为硬塑状的粉质粘土组成，厚度钻孔未揭露。黄河主河道内一般冲刷厚度约为孔未揭露。黄河主河道内一般冲刷厚度约为7.7m7.7m11.3m11.3m，枯水期河床冲刷层范围沉积层主要以粉，枯水期河床冲刷层范围沉积层主要以粉砂土为主。砂土为主。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区5 5二、二、钢板桩方案的确定钢板桩方案的确定 1 1 、根据、根据1 1、2 2号墩位处地质条件和承台设计标高号墩位处地质条件和承台设计标高，采用钢板桩围堰较合适，围堰防水性能好，整，采用钢板桩围堰较合适，围堰防水性能好，整体刚度较强。体刚度较强。 2 2 、钢板桩围堰由单层钢板桩和两层由型钢组成、钢板桩围堰由单层钢板桩和两层由型钢组成的内撑梁组成；围堰平面为矩形，其内口尺寸为的内撑梁组成；围堰平面为矩形，其内口尺寸为50365036米，钢板桩单根长米，钢板桩单根长2222米，被打入后，其底米，被打入后，其底端标高为端标高为+9+9米，顶面标高为米，顶面标高为+31m+31m；采用德国拉森；采用德国拉森型钢板桩，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，型钢板桩，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联结转角两桩锁口联结转角10101515，摩阻力小，防渗，摩阻力小，防渗性较好，四个转角位置采用焊接的性较好，四个转角位置采用焊接的T T形钢板桩；形钢板桩；20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区6 6 3 3 、钢板桩的施打采用平台吊机，配合震动打桩钢板桩的施打采用平台吊机，配合震动打桩船进行打入，承台施工完成后拔除；内撑梁分别船进行打入，承台施工完成后拔除；内撑梁分别安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩的牛腿上安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩的牛腿上，内撑梁外缘两端与钢板桩相撑住，以加大围堰，内撑梁外缘两端与钢板桩相撑住，以加大围堰抵抗土侧压力及水压力的能力。抵抗土侧压力及水压力的能力。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区7 7 4 4 、钢板桩施工完成后，进行围堰内水下混凝土、钢板桩施工完成后，进行围堰内水下混凝土封底施工。封底混凝土强度满足要求后，开始在封底施工。封底混凝土强度满足要求后，开始在围堰内边抽水边设置内支撑。第一道内支撑安装围堰内边抽水边设置内支撑。第一道内支撑安装前，将围堰内水抽至第一道内支撑设计位置以下前，将围堰内水抽至第一道内支撑设计位置以下50cm50cm，然后快速安装好内支撑；第一道内支撑安，然后快速安装好内支撑；第一道内支撑安装完成后继续抽水至第二道内支撑设计位置以下装完成后继续抽水至第二道内支撑设计位置以下50cm50cm，快速安装好内支撑；继续抽水至围堰底，快速安装好内支撑；继续抽水至围堰底，进行承台施工。进行承台施工。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区8 8 5 5 、承台混凝土分两次浇筑，每次为、承台混凝土分两次浇筑，每次为3m3m厚。当第厚。当第一次混凝土浇筑完成后，需要拆除底层内支撑。一次混凝土浇筑完成后，需要拆除底层内支撑。为此，在承台第一次混凝土浇筑完成，强度满足为此，在承台第一次混凝土浇筑完成，强度满足要求后拆除侧模板，将围堰底部以上要求后拆除侧模板，将围堰底部以上3m3m范围杂物范围杂物清理彻底。然后在围堰底部以上清理彻底。然后在围堰底部以上3m3m承台和钢板桩承台和钢板桩围堰间全部回填沙土，采用注水措施保证所填沙围堰间全部回填沙土，采用注水措施保证所填沙土的密实。拆除下层内支撑，将支撑力分配到所土的密实。拆除下层内支撑，将支撑力分配到所填沙土和上层内支撑上。继续施工完承台后拆除填沙土和上层内支撑上。继续施工完承台后拆除钢板桩围堰内支撑，拔除钢板桩钢板桩围堰内支撑，拔除钢板桩20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区9 9三、钢板桩围堰结构计算三、钢板桩围堰结构计算20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区1010 1 1、设计参数、设计参数 （1 1）主河道内主要为软塑的粉质粘土、粘土，）主河道内主要为软塑的粉质粘土、粘土，土体力学性能如下：土体力学性能如下： 土体容重：土体容重：r=18.5KN/m3r=18.5KN/m3 土体内摩擦角：土体内摩擦角：=20=20 土体总应力粘结力土体总应力粘结力Cu=12.16kPaCu=12.16kPa （2 2）钢板桩力学性能：）钢板桩力学性能： 钢板桩采用钢板桩采用IV IV 型拉森桩，重量型拉森桩，重量75kg/m75kg/m，每，每1 1米米宽截面模量宽截面模量W=2037cm3,W=2037cm3,允许应力为允许应力为=210Mpa=210Mpa。 （3 3）型钢力学性能）型钢力学性能 =145Mpa=145Mpa，=85Mpa=85Mpa。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区1111 2 2、围堰基底设计验算、围堰基底设计验算 抗基底翻起计算抗基底翻起计算 基底土体稳定，不会发生翻起。基底土体稳定，不会发生翻起。 基底土体管涌（稳定性检算）基底土体管涌（稳定性检算） 钢板桩不发生管涌的最大入土深度：钢板桩不发生管涌的最大入土深度：20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区1212 单根钢板桩长单根钢板桩长2222米，围堰钢板桩实际米，围堰钢板桩实际入土深度为入土深度为1313米。考虑米。考虑8m8m冲刷深度的影响冲刷深度的影响，钢板桩入土深度仅为，钢板桩入土深度仅为5m5m。因此，在没有。因此，在没有冲刷的季节施工钢板桩围堰时，在内支撑冲刷的季节施工钢板桩围堰时，在内支撑合理的情况下可以直接抽干围堰内的水而合理的情况下可以直接抽干围堰内的水而不发生基底翻起或土体管涌，基底稳定。不发生基底翻起或土体管涌，基底稳定。在有河床冲刷季节，考虑在有河床冲刷季节，考虑8m8m冲刷深度的影冲刷深度的影响，要对围堰底进行水下混凝土封底施工响，要对围堰底进行水下混凝土封底施工。 20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区1313 3 3、钢板桩、围堰围囹、内支撑计算、钢板桩、围堰围囹、内支撑计算 确定围囹层数及间距确定围囹层数及间距 根据施工的具体情况，承台高度，水压土压根据施工的具体情况，承台高度，水压土压，另外钢板桩虽能满足强度要求，但内支撑布设，另外钢板桩虽能满足强度要求，但内支撑布设也有一定要求，确定采用布置为也有一定要求，确定采用布置为h=3.5mh=3.5m、h1=3mh1=3m、h2=3.5mh2=3.5m，即钢板桩围堰顶面标高，即钢板桩围堰顶面标高+31m+31m，第一道内，第一道内支撑标高支撑标高+27.5m+27.5m，第二道内支撑标高，第二道内支撑标高+24.5m+24.5m，封，封底混凝土顶面标高底混凝土顶面标高+21m+21m。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区1414 钢板桩计算钢板桩计算 在钢板桩围堰顶面设置临时内支撑，钢板在钢板桩围堰顶面设置临时内支撑，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下桩围堰抽水至围堰顶面以下4m4m深位置，而第一道深位置，而第一道内支撑尚未安装为工况一；第一道内支撑安装后内支撑尚未安装为工况一；第一道内支撑安装后，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下7m7m深位置，而深位置，而第二道内支撑尚未安装为工况二；第一、二道内第二道内支撑尚未安装为工况二；第一、二道内支撑安装完毕，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下支撑安装完毕，钢板桩围堰抽水至围堰顶面以下10m10m深位置，最终受力状态为工况三。深位置，最终受力状态为工况三。20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区151520082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区1616 通过通过Midas CivilMidas Civil计算，三种工况下钢计算，三种工况下钢板桩所受内力如下：板桩所受内力如下： 工况一：工况一： 工况二：工况二： 工况三工况三：20082008年年1 1月月中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十中铁一局桥梁公司京沪高铁二标十工区工区1717 围囹内力计算围囹内力计算 第一、二两层围囹采用双第一、二两层围囹采用双I56a