桥08-钢板桩围堰施工工艺

钢板桩围堰施工工艺1前言用围堰施工的目的，就是在围堰内施工和修建基础时，使围堰外的水和土不至于大量涌进围堰内，而待基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵塞水流或航道，所以它是一种临时性结构。当然，在个别特殊情况下，为保护基底土免受冲刷而将围堰留在水中，此时的围堰就变成基础的一个组成部分。钢板桩围堰主要由钢板桩和钢围笼（也有称钢围囹）组成，钢板桩起防水、挡土及水下封底混凝土模板的作用；围笼作为下沉管柱的悬挂和导向结构，同时用作钢板桩的支撑，其顶层又作为施工平台。2适用范围钢板桩围堰适用于水流较深、流速2m/s以上的河床，一般用于水深4m以上，河床覆盖层较厚的砂类土、碎石土和半干性粘土，风化岩层等基础工程。钢板桩有直形、Z形、槽形、工字形等，可作成单层与双层围堰。在一般桥梁工程基坑施工中，浅基多用矩形及木导框，较深基坑多用圆形及型钢。因其防水性能好，多用单层围堰。如用双层围堰时，在双层围堰的夹层中间一般填粘土，特殊情况下，在夹层下部灌注水下砼提高防渗能力，在钢板桩围堰的施工中，多用槽形钢板桩。在施工钢板桩围堰时，围堰顶面比施工期间可能出现的最高水位高出0.5m以上。围堰内侧工作面的大小，要满足基坑顶边缘之间要保留不小于1.0m的距离。当基础较深，坑壁土质不良，渗水量大，边坡（坑壁）容易坍塌，则围堰内侧坡脚至基坑顶边缘的距离，适当增大，确保安全。同时，钢板桩的入土深度及是否使用支撑，要通过检算进行确定。3工艺特点钢板桩的基本结构：一是钢制板桩，二是两边系接头结构，三是在地里或水中构成墙壁。由于它的特殊结构，因而具有独特的优点：高强度、轻型、隔水性能好；耐久性强，使用寿命达到20-50年；可重复使用，一般可使用（30-50次）；环保效果显著，在施工中可大大减少取土量和混凝土的使用量，有效保护土地资源；具有较强的救灾抢险的功能，尤其是在防洪、塌方、塌陷、流沙的抢险救灾中，见效特别快；施工简单，工期缩短，建设费用较省。此外，钢板桩能处理并解决挖掘过程中出现的一系列问题；使用钢板桩能提供必要的安全性，而且（救灾抢险的）时效性较强；能降低对空间的要求；不受天气条件的制约；在使用钢板桩的过程中，能简化检查材料或系统性能的复杂程序；保证其适应性，互换性良好。4钢板桩围堰施工设计4.1设计步骤作钢板桩围堰设计时，一般步骤如下：（1）确定结构尺寸；（2）将地质剖面图、最高水位、最高施工水位等资料汇集分析；（3）计算围堰所受的侧压力：静水压力、水流冲击力、冰压力、风力、波浪力、和土压力，有时还需要考虑地震力；（4）设计围堰各构件的断面，并作受力检算；（5）检算围堰的稳定性，即认真分析围堰基底的拱起、涌水、翻砂等有关基底土稳定性的问题。围堰结构尺寸，多由下列条件控制：（1）平面尺寸，多按上部结构及其基础的尺寸拟定。围堰以不妨碍施工和安装模板为原则，但至少应大于基础轮廓尺寸1.5m。另外还必须考虑抽水设备和其汇水井安装所需之尺寸。（2）立面尺寸，多受水位高度、冲刷深度、围堰内挖深深度，以及基底稳定（拱起、涌水、翻砂）等因素所控制。其中尤以水位高低的影响最为直接重要，所以设计时按可能发生的而不是绝对的最不利水位计算，如按施工阶段的最高水位、抽水最高水位、洪峰最高水位等计算。4.2围堰的板桩、导环及支撑的设计一般来说，围堰的板桩都是按支撑在各层导环上的连续梁计算，其下端则按钢板桩打入土中的深度或封底混凝土的情况分别视作铰或固端，最常用的方法就是力矩分配法。支撑间距布置原则是：当板桩强度已定，即板桩作为常用设备使用时，可按支撑之间最大弯矩值相等的原则进行布置；当把支撑作为常用设备使用，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。导环可视作一支承在支撑上的连续梁或框架，简化成铰支在支撑上的简支梁作设计也是安全的。通常，圆形围堰的导环系一圆环状，应将此圆环设计得很强而不考虑支撑，这样对施工更有利。外导环因为施工临时构件，可凭经验设置，不需计算。4.3围堰内基底土层稳定性检算当围堰内抽水和基底挖深时，由于水压和土压作用，有可能使基底发生挤高隆起。若再加上渗流作用更有可能引起翻砂、涌水或管涌。因此，对围堰内基底土层稳定性验算是非常必要的。1）用地基极限承载力理论验算软粘土层基底的稳定性：验算原理是把围堰内挖土视作地基承受的负荷载，并认为为堰外土层所形成的超载Pv等于堰内地基土极限承载力qf时，围堰内基底就已处于被超载反向压力挤高的临界状态，因此，可将此时的超载视为地基承受负压时的极限承载力。2）用渗流理论来验算砂性土层基底的稳定性：当围堰基底为砂性土层时，即可用围堰内外的水头差和土面高差来验算基底土层的稳定性。由于抽水使围堰内外水头差加大和挖土使渗流途径减小的双重作用，将会使围堰内外水力梯度h/L大为增加。当围堰内外水力梯度大到一定程度后，围堰底就会引起涌水和翻砂，不仅堰底地基土遭到破坏，甚至整个围堰也会因此而倒塌。钢板桩打入土中深度为D，堰内挖深为Dc，板桩有效深度为D1，抽水后的内外水头差为h，则围堰内外水力梯度i=h/Dc+2D1。为使围堰内水能抽干，就将钢板桩须要足够的有效入土深度D1。4.4钢板桩围堰受力计算钢板桩围堰的有关计算见《围堰设计指南》5施工工艺5.1工艺流程钢板桩施工工艺流程为:准备工作→定位测量→（沟槽开挖）→插打钢板桩→施工钢管支撑→基坑开挖→施工监控→钢板桩拆除。5.2工艺步骤5.2.1施工准备（1）钢板桩调直、锁口检查1）钢板桩的起吊装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口，避免损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢绳捆扎，二单根起吊常用专用的吊具。2）锁口检查钢板桩运到工地后，需进行整理。清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等)，对缺陷部位加以整修。锁口检查的方法：用一块长约2米的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩作锁口通过检查。检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。为确保每片钢板桩的两侧锁口平行。同时，尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。需要进行宽度检查，方法是：对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1cm为宜。对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。3）钢板桩的检验和矫正①钢板桩的检验。用于基坑临时支护的钢板桩，主要进行外观的检验，包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等，新钢板桩必须符合出厂质量标准，重复使用的钢板桩应符合表1的检验标准要求，否则应在打桩前应予以矫正。表1重复使用的钢板桩检验标准序号检验项目允许偏差检验方法单位1桩垂直度〈1%尺量2桩身弯曲度〈2%L为桩长,尺量3齿槽平直度及滑度无电焊渣或毛刺用1m长的桩段作通过试验4桩长度不小于设计长度尺量②钢板的矫正a表面缺陷矫正。先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补的方法补平，再用砂轮磨平。b端部矩形比矫正。一般用氧乙炔切割桩端，使其与轴线保持垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修整。c桩体挠曲矫正。腹向弯曲矫正是将钢板桩弯曲段的两端固定在支承点上，用设置在龙门式顶梁架上的千斤顶顶在钢板桩凹凸处进行冷弯矫正；侧向弯曲矫正通常在专门的矫正平台上进行，将钢板桩弯曲段的两端固定在矫正平台的支座上，用设置在钢板桩的弯曲段侧面矫正平台上的千斤顶顶面钢板桩弯凸处，进行冷弯矫正。d桩体扭曲矫正。这种矫正较复杂，可根据钢板桩的扭曲情况，采用③中的方法矫正。e桩体截面局部变形矫正。对局部变形处用千斤顶顶压、大锤敲击与氧乙炔焰热烘相结合的方法进行矫正。f锁口变形矫正。用标准钢板作为锁口整形胎具，采用慢速卷扬机牵拉调整处理，或采用氧乙炔焰热烘和大锤敲击胎具推进的方法进行调直处理。（2）钢板桩接长1）、焊条和焊机因钢板桩的化学性能及防腐要求，选用直流电焊条。电焊机为电压65～70伏、电流120～180安的硅整流直流电焊机。2）、焊接的工艺过程①、切割板桩及削坡切割时要保证切边与钢板桩的纵轴垂直，然后按照焊缝的要求把两根待焊桩的接口削成30°的坡口，使焊液能充分填满焊缝。②、接桩及调宽焊接前应把钢板桩大致调直。由于轧制的误差，每条钢板桩的宽度都不完全一致，因此选择两根焊接的钢板桩宽度基本一致，再进行调整，以达到完全一致，方能保证接口处的焊缝平顺。接桩不标准，是直接影响整条钢板桩焊接质量的重要因素。调整宽度用点焊法进行，在平整的场地上用圆形夹具把两根钢板桩准确对正后，用点焊固定好已对准紧贴的部位，宽度不一致的其他部位，就在钢板桩上焊上一条小弯铁，把一根板桩硬板板至与另一根钢板桩宽度一致，然后用电焊固定，使整个接口的宽度一致。3）、焊接焊接是整个工艺过程的关键。一般采用单面坡口双面焊缝的形式，坡口为30°。锁口处为单面小坡口不漏底焊缝，正面焊好后，再在反面铲槽（约3mm）封底焊平，再加腹板焊。为保证焊接强度，在板桩内侧一共焊三块腹板，正立面一块盖板和侧立面两块侧板。焊接腹板均切割钢板桩的原材料。焊接的程序是先把接口的基本焊缝焊好，次焊正立面盖板，最后焊侧立面的两块侧板。所有的焊缝都分四层焊液进行施焊。为避免焊接时产生过大的局部变形，每层焊液不要一次施焊完毕，而应使焊液在各条焊缝中均匀分布地分段焊上去，即焊了某条焊缝的一层焊液的一段，待冷却后，焊另一条焊缝一层焊液的一段，这样焊接变形就比较均匀。4）、热变形处理焊接过程的发热使得钢板桩在焊缝段内发生不同程度的热变形，钢板桩显得局部弯曲不平，为了消除这部分焊接变形，采用风枪加热是钢板桩已变形的局部位置以大致相等数量向反方向变形，然后加水使该部分冷却收缩，最后恢复到平直的位置。5）、调直并通过锁口钢板桩焊接完毕，经过接口处的焊接变形处理，基本上是平直的。但由于钢板桩其他部位在长途运输过程中也可能产生不同程度的变形，所以对整条钢板桩需要进行一次全面的调直，使其纵向变形不大于2毫米。调直也是用风枪加热放水冷却的办法，对于不符合要求的锁口则用加热后锤打的方法来修正。检查钢板桩达到平直的标准，是采用长2.5米带一边锁口的标准直桩通过锁口，用人力手推，能平滑通过为止。（3）钢板桩组拼、捻缝钢板桩的组拼一般为3～5根钢板桩拼成1组，组拼钢板桩时用油灰和棉花等捻缝，防止漏水。施工时注意第一根钢板桩定位牢固，每组插打时保证垂直，分散偏差，测量队ＧＰＳ跟踪测量，随时纠偏，保证围堰外形尺寸准确。合龙时再采用异形板调整偏差。（4）打桩锤及起吊设备选型配套1）、钢板桩施工机具的种类钢板桩的施工机具很多，按照打入方式的不同可分为下述几种：①冲击打入机械：有自由落锤、蒸汽锤、空气锤、液压锤、柴油锤等。②振动打入机械：这类机械既可用于打桩还可用于拔桩，常用的是振动打拔桩锤。③振动冲击打桩机械：这种机械是在振动打桩机的机体与夹具间设置冲击机构，在激振机产生上下振动的同时，产生冲击力，使施工效率大大提高。④静力压入机械：依靠静力将板桩压入土中，常用的是液压压桩机及钢索卷扬机压桩机。2）、施工机械的选择（见表2）板桩施工的顺利进行很大程度决定于施工机械的选择，当决定选用何种机械时，需考虑以下几个条件：①工程规模：打（拔）钢板桩的数量、尺寸、形状，尤其要考虑钢板桩的重量与长度，往往这两个因素是主要的。②土质情况：要同土质情况结合，以利钢板桩的打入或拔出。③作业能力：要符合工程进度的要求。④作业环境：选用的机械要满足噪音、振动等公害控制的要求，并结合现场条件、交通状况、地形、脚手等情况。表2各类打桩机的适用情况机械类别冲击式打桩机振动锤油压式压桩机柴油锤蒸汽锤落锤钢板桩形状除小型板桩外所有板桩除小型板桩外所有板桩所有形式板桩所有形式板桩除小型板桩外所有板桩长度任意长度任意长度适宜短桩桩很长，不合适任意长度地层条件软弱粉土不适不适合适合适可以粉土、粘土合适合适合适合适合适砂层合适合适不适可以可以硬土层可以可以不可以不可以不适施工条件辅助设施规模大规模大简单简单规模大发音高较高高小几乎没有振动大大少大无贯入能量大