专利名称：大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法
技术领域：
本发明涉及桥梁的深水承台施工方法。
背景技术：
随着社会的发展，交通运输需求量的扩大以及桥梁建设技术水平的不断提高，一大批跨江河、海峡的深水大跨桥梁陆续涌现，而这些大型桥梁在规模、结构、施工环境方面的复杂情况给工程施工技术提出了很高的要求。桥梁深水基础的施工主要困难在于防水和防土措施，桩基础、承台施工常需配以防水围堰。在施工过程中围堰可以有效防止围堰外的水和土涌进围堰内，这些围堰在基础 和墩台修筑出水面后即可拆除，是一种施工临时性结构。而根据桥梁位置所处的水文、地质、气象、航道等条件的不同，选择何种桥梁基础施工的围堰结构形式和施工方法，成为桥梁建设者在基础施工前要考虑的首要问题。现有的深水承台施工方法有多种，比较成形的有双壁钢围堰、封底混凝土施工方法。但是这种方法存在的问题是如果桥位处水下障碍多，则双壁钢围堰就位困难，且工期长、造价高，封底混凝土施工步骤，按封底混凝土底面至水面高水压计算至少需采用5m厚封底混凝土 (这部分封底混凝土不加钢筋，不具备承载能力，对深水承台没有用处)，即需开挖河床下7. 5m砂层，同时需相应加长双壁钢围堰高度，施工难度大。
发明内容
本发明的目的是提供一种大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法，以解决双壁钢围堰、封底混凝土施工方法所存在的施工难度大、造价高、工期长、封底混凝土厚度大的问题。本发明包括下述步骤一、把一根根钢板桩插入水下的砂层中，并且使相邻的钢板桩之间咬合连接成一个高于水面的、封闭的围堰，并在围堰顶绑扎钢筋，浇注混凝土围囹4，围囹4的顶部向上设置钢板5 ;二、沿围堰的内圈均匀设置多个大管井6，大管井6的结构为上部为钢管7，下部为滤管8，钢管7设置在水下的砂层以上，砂层以下为滤管8 ;并在滤管8周围填充滤石9与井底布10，以免河床底淤泥堵塞滤管8周圈的进水小孔，影响抽水；三、每个大管井6内的井底安装一台潜水电泵，所述潜水电泵配一个控制大管井6内水位的自动开关，在大管井6井口安装阀门来调节抽水量的大小，从围堰区域内向外抽水；与此同时，对露出水面的钢板桩，水平方向连接多根钢管或型钢以形成围堰水平支撑束组，避免围堰被内外的水压压差压迫垮塌，所述围堰水平支撑束组随着围堰内水面的逐渐下降，在高度方向上设置多组；四、当围堰内的水抽至基坑底以下，调节大管井6的抽水量，使大管井6内持续保持该水位高度，然后，清除底部泥砂；五、给已无水的围堰底部铺设垫层，在垫层的上面绑扎用于制造深水承台的钢筋并浇注混凝土以形成深水承台。本发明的优点是1、所使用的钢板桩属于标准件，钢板桩之间的连接和水下施工都属于成形技术，施工质量和成本都有保证。因此降低了施工难度和成本。2、不需要制造整体的双层钢围堰，制造成本和安装成本都大大降低。3、通过大管井降水保证围堰内各工序均可在无水条件下作业，降低施工难度。4、降水后，基底下土不会因内外水头高差过大，产生流砂现象，故不需要施工5m厚的封底混凝土，降低了制造成本，提高了施工效率。
图I是本发明实施方式一的结构示意图，图2是图I的侧视图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I和图2具体说明本实施方式。本实施方式包括下述步骤一、把一根根钢板桩插入水下的砂层中，并且使相邻的钢板桩之间咬合(钢板之间阴插口与阳插口之间的咬合)连接成一个高于水面的、封闭的围堰，并在围堰顶绑扎钢筋，浇注混凝土围囹4，围囹4的顶部向上设置钢板5 ;二、沿围堰的内圈均匀设置多个大管井6，大管井6的结构为上部为钢管7，下部为滤管8，钢管7设置在水下的砂层以上，砂层以下 为滤管8 ;并在滤管8周围填充滤石9与井底布10，以免河床底淤泥堵塞滤管8周圈的进水小孔，影响抽水；三、每个大管井6内的井底安装一台潜水电泵，所述潜水电泵配一个控制大管井6内水位的自动开关，在大管井6井口安装阀门来调节抽水量的大小，从围堰区域内向外抽水；与此同时，对露出水面的钢板桩，水平方向连接多根钢管或型钢以形成围堰水平支撑束组，避免围堰被内外的水压压差压迫垮塌，所述围堰水平支撑束组随着围堰内水面的逐渐下降，在高度方向上设置多组；四、当围堰内的水抽至基坑底以下，调节大管井6的抽水量，使大管井6内持续保持该水位高度，然后，清除底部泥砂；五、给已无水的围堰底部铺设垫层，在垫层的上面绑扎用于制造深水承台的钢筋并浇注混凝土以形成深水承台。所述深水承台为9m高，长约40m，宽度约为25m。承台底距水面高差13. 8m。具体实施例I.新建哈尔滨至齐齐哈尔铁路客运专线松花江特大桥位于哈尔滨市既有滨洲线下游50m处、道外区 松北区之间松花江干流中，全长3065m。跨江部分主桥桥跨为77+3X 156. 8+77m四线系杆拱连续梁，位于松花江主河道中，平均水深10m。其中39#承台尺寸24. 9m*40. 8m*9m,承台顶面标高111. 7m,承台下为40根钻孔桩,桩直径2m,桩长87m。水面常水似标闻116. 5m ;河床面标闻105. 2m。2.松花江属于平原型宽浅河道，为国家III级航道，弯曲半径500m，可通航1000吨级船舶。桥址处松花江宽1km，水流速O. 85m-l. Om/s。床面下为3m厚90kpa粉砂层，30m厚330kpa砂层，其下为500kpa泥岩，其中夹杂有2_3层2_5m厚800kpa砂岩夹层。3.施工方法本方法在跨越松花江的桥梁施工中，对于已经完成了水中桩基础施工后，进行的承台施工。①钢板桩围堰的施工围堰施工工序为首先安装导向架，插打钢板桩定位桩，然后插打钢板桩至设计标闻。钢板桩围堰平面尺寸根据《铁路桥涵施工规范规定》每边比承台大I. 5m,即43.8X24. 9m。使用19m长钢板桩，插打入位，钢板桩顶面、底面标高分别为116. 5m和97. 5m,接2m闻钢板，钢板顶标闻118. 5m。a、施工准备(a)钢板桩进行锁口通过试验，用卷扬机拖拉，其拖拉力不大于5KN，锁口通不过的钢板桩需修整后才可使用。(b)锁口内涂抹混合防水材料，按黄油浙青干锯末干粘土 =1 1 1 :0. 5配制
(重量比)。(C)将桩尖处插打前进方向的凹槽底口封闭，避免泥土挤入。b、钢板桩插打与合拢钢板桩插打采用二流水段作业方式，从上游侧一角开始，沿长短边方向向两侧插打，最后在短边下游侧合拢。将第一根钢板桩用夹具夹紧吊起立直，从两个相互垂直方向测·量其垂直度，满足要求后锤击下沉，每下沉Im测量一次。若偏差太大，拔出重打。打至预定深度后立即用钢筋或钢板与围檩支架临时电焊固定。插打第二根钢板桩时，将钢板桩垂直吊起对准第一根钢板桩的锁口，人工扶正，使钢板桩靠自重沿第一根钢板桩锁口下滑一段距离，稳定后，方可加以锤击下沉。下沉时随时测量垂直度并加以纠偏。在插桩过程中，应做到“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合拢”的要点，当最后封闭合拢有偏差时，可用轴线修正法进行调整，方法是(a)分别在长短边方向各打到离转角桩剩8根板桩时停止，测出至转角桩的总长度和由于偏差而增加的尺寸；(b)根据水平方向增加的尺寸和转角桩尺寸，将短边方向围檩先与围檩桩分开，再用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对尺寸无误后再将围檩与围檩桩重新电焊固定；(C)在长边方向继续打设(所留高度稍高)到转角桩后，接着向短边方向打两根；(d)根据修正后的轴线打设短边上的板桩(所留高度稍高)，最后一根封闭钢板桩应在短边方向从端部算起的第三根板桩的位置。(e)钢板桩拔除时使用吊车配以震动锤。C、插打钢板桩预防倾斜的措施在插钢板桩前，除在锁口内涂以润滑油以减少锁口的磨阻力外，同时在未插套的锁口下端打入铁楔或硬木楔，防止沉入时泥砂堵塞锁口。在坚实土地带插钢板桩时，可将桩尖截成一定角度，利用其反力，使已倾斜的钢板桩逐步恢复正常。d、钢板桩锁口漏水预防措施钢板桩由于插打不当致使锁口发生变形，出现渗漏。其补救措施是在漏水锁口处的围堰外侧利用导管投撒细煤渣，煤渣沉至漏水高度处即可堵塞漏水。②大管井井点降水的施工井点布置沿基坑周围均布布置18眼，承台纵轴线上布置4眼，井点深入承台底以下12m,总井深26m,直径Φ0. 6m,间距8_9m,每眼井采用一台150T/h水泵降水,并带吸水铸铁管，配一个控制井内水位的自动开关，在井口安装阀门调节流量的大小。开挖土方前先进行降水，保证围堰内水头在开挖面Im以下，开挖时大功率水泵明排水配合，逐层开挖逐层施工内支撑。
大管井布置见图2 ③围堰内支撑的施工围堰内设四道内支撑，顶层采用混凝土围囹，接2m高钢板，截面尺寸0. 7m*l. 2m,其它三层围囹采用I45b工字钢，内支撑采用Φ609钢管和Φ820钢管，壁厚12mm，支撑间距4m,具体位置见图2。④抽混凝土垫层的施工围堰内设两台450T/H大排量水泵明排抽水，以下抽砂采用高压射水配合泥浆泵抽砂，开挖至承台底标高时施工20cm混凝土垫层，凿除桩头，绑扎承台钢筋，施工承台混凝 土。4.施工工期围堰降水井可与钻孔桩同时作业，不计入围堰工期。钢板桩围堰尺寸为长45m*宽28. 8m*高19m。导向架、钢板桩打入需30天，然后启动降水井，大功率水泵明排水配合，围堰内相当于无水作业，此时除砂共需30天，四道内围囹、内支撑30天；合计90天。5.施工过程中控制要点5. I降水井施工过程中控制要点5. I. I护筒采用钢管，循环钻成孔，泥浆护壁，成孔后立即清孔，并安装直径O. 3米井管。井管上部采用直径O. 3米钢管，下部采用滤管缠裹井底布，井管下入后，井管的滤管部分应放置在含水层的适当范围内。5. I. 2安装水泵前用压缩空气洗井法清洗滤井，冲除沉渣，洗井24小时后流出清水即可连续抽水，如较浑浊，泥砂含量大应查找原因。5. I. 3井管安装完成后向孔内填Im厚米石滤料，上部井壁与土壁间用I一3cm石子填充。管井安装后，立即抽水洗井，防止长时间闲置使滤管填塞。5. I. 4每台水泵应配置一个控制开关，降水过程中不能停顿，应有备用发电机，防止停电后水位反弹，危机围堰安全。5. 2钢板桩围堰施工控制要点5. 2. I钢板桩应有出厂合格证，机械性能和尺寸符合要求，桩身平直，无破损。经过整修或焊接的钢板桩应做锁口通过试验检查。5. 2. 2钢板桩接长时应采用等强度钢板桩焊接接长，相邻钢板桩接头上下错开2m以上。5. 2. 3钢板桩打入前要用型钢作为导梁，在插打钢板桩时起导向作用。导梁间距比钢板桩有效厚度大8 — 10cm，以利于钢板桩的插打。5. 2. 4钢板桩插打前涂以黄油或热的混合油膏(质量配合比为黄油浙青干锯末干黏土 =2:2:2:1 )，以减少插打时的摩阻力，并增加防渗性能。5. 2. 5砂土中插打钢板桩应采用振动法下沉，并合理选择振动锤型号，如下沉困难要辅以射水方法下沉。打入时应从上游开始，至下游合拢。5. 2. 6钢板桩因倾斜无法合拢时，应使用特制楔形钢板桩，楔形的上下宽度之差不得超过桩长的2%。5. 3围堰内降水过程中控制要点5. 3. I本方案成败关键在降水，降水井深度、间距布置、水泵功率的选择应重点考虑，地质条件、是否有隔水层、承台下砂层渗透系数为重要参考资料，必须保证在围堰内形成整体降水体系，确保降水后水面在承台垫层下I米以下。5. 3. 2降水井降的是砂层中的地下水，不是江水。应通过砂层渗透系数计算围堰内最大渗水量，确定降水井布置方案。5. 3. 3刚开始降水时各降水井均为满负荷工作，随着降水时间延长砂层含水量不断减少，降水井只需满足砂层渗水量要求即可。实际施工时，降水一个月以后降水井可逐渐减少，施工后期40%降水井工作即可满足降水要求。5. 3. 4降水井只能降地下水，地上水用水泵明排效果显著，另外钢板桩渗漏时必须堵漏。5. 3. 5围堰内设一至两眼观测井随时检查降水效果，根据实际情况完善降水方案。
6、本施工方法与国内常规方案比选综合分析a、双壁钢围堰方法，优点安全性高，但本桥上游50m处为既有滨州铁路桥，为保护洪汛期既有桥墩安全每年均向江中抛石笼，因此新桥位处地下障碍多，双壁钢围堰就位困难，且工期、造价比选均不是最佳方案。b、钢板桩围堰、封底混凝土方法，本桥39#承台底在水面下13. 8m、河床下2. 5m,如采用封底混凝土法施工，按封底混凝土底面至水面高水压计算至少需采用5m厚封底混凝土，即需开挖河床下7. 5m砂层，同时需加长钢板桩打入长度，施工难度大。本工程桥位处为砂层，渗透系数大，地质复杂，降水效果是关键，确定降水方案时需全方位考虑方案可行性，并进行必要的应急预案演练。结合本桥实际情况，决定先施工钢板桩围堰，围堰内设大井管降水井降水，分层抽水、抽砂施工围囹、内支撑的方法，避免了水下抽砂、水下封底混凝土，降低了成本，提高了效率。
权利要求
1.大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法，其特征在于它包括下述步骤一、把一根根钢板桩插入水下的砂层中，并且使相邻的钢板桩之间咬合连接成一个高于水面的、封闭的围堰，并在围堰顶绑扎钢筋，浇注混凝土围囹(4 )，围囹(4 )的顶部向上设置钢板(5) ;二、沿围堰的内圈均匀设置多个大管井(6)，大管井(6)的结构为上部为钢管(7)，下部为滤管(8)，钢管(7)设置在水下的砂层以上，砂层以下为滤管(8);并在滤管(8)周围填充滤石(9)与井底布(10)，以免河床底淤泥堵塞滤管(8)周圈的进水小孔，影响抽水；三、每个大管井(6)内的井底安装一台潜水电泵，所述潜水电泵配一个控制大管井(6)内水位的自动开关，在大管井(6)井口安装阀门来调节抽水量的大小，从围堰区域内向外抽水；与此同时，对露出水面的钢板桩，水平方向连接多根钢管或型钢以形成围堰水平支撑束组，避免围堰被内外的水压压差压迫垮塌，所述围堰水平支撑束组随着围堰内水面的逐渐下降，在高度方向上设置多组；四、当围堰内的水抽至基坑底以下，调节大管井(6)的抽水量，使大管井(6)内持续保持该水位高度，然后，清除底部泥砂；五、给已无水的围堰底部铺设垫层，在垫层的上面绑扎用于制造深水承台的钢筋并浇注混凝土以形成深水承台。
2.根据权利要求I所述的大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法，其特征在于在第一步骤中，在围堰施工工序首先安装导向架，利用导向架插打钢板桩定位桩，然后插打钢板桩至设计标高。
3.根据权利要求I所述的大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法，其特征在于在第一步骤前还包括下述步骤(a)钢板桩进行锁口通过试验，用卷扬机拖拉，其拖拉力不大于5KN，锁口通不过的钢板桩需修整后才可使用；(b)钢板桩的锁口内涂抹混合防水材料，防水材料按照重量比黄油浙青干锯末干粘土 =1:1:1 :0. 5配制；(c)将钢板桩的桩尖处插打前进方向的凹槽底口封闭，避免泥土挤入。
4.根据权利要求I所述的大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法，其特征在于在第一步骤中钢板桩插打从上游侧一角开始，沿长短边方向向两侧插打，最后在短边下游侧合拢；将第一根钢板桩用夹具夹紧吊起立直，从两个相互垂直方向测量其垂直度，满足要求后锤击下沉，每下沉Im测量一次；若偏差太大，拔出重打；打至预定深度后立即用钢筋或钢板与围檩支架临时电焊固定；插打第二根钢板桩时，将钢板桩垂直吊起对准第一根钢板桩的锁口，人工扶正，使钢板桩靠自重沿第一根钢板桩锁口下滑一段距离，稳定后，方可加以锤击下沉；下沉时随时测量垂直度并加以纠偏。
5.根据权利要求I所述的大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法，其特征在于在第一步骤中当最后封闭合拢有偏差时，可用轴线修正法进行调整，方法是(a)分别在长短边方向各打到离转角桩剩8根板桩时停止，测出至转角桩的总长度和由于偏差而增加的尺寸；(b)根据水平方向增加的尺寸和转角桩尺寸，将短边方向围檩先与围檩桩分开，再用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对尺寸无误后再将围檩与围檩桩重新电焊固定；(C)在围堰长边方向继续打设钢板桩到转角桩后，接着向围堰短边方向打两根钢板桩；(d)根据修正后的轴线打设短边上的钢板桩，最后一根封闭钢板桩应在短边方向从端部算起的第三根钢板的位置。
全文摘要
大管井定点降水、无封底混凝土、钢板桩围堰深水承台施工方法，本发明涉及桥梁的深水承台施工方法。以解决双壁钢围堰、封底混凝土施工方法所存在的封底混凝土厚度大、钢板桩长度大和施工难度大的问题。本发明包括下述步骤把一根根钢板桩插入水下的泥砂层中，并且使相邻的钢板桩之间咬合连接成一个高于水面的、封闭的围堰；沿围堰的内圈均匀设置多个大管井，用潜水电泵从围堰区域内向外抽水；与此同时，对露出水面的钢板桩，水平方向连接多根钢管或型钢以形成围堰水平支撑束组，所述围堰水平支撑束组在高度方向上设置多组；围堰内的水抽净后，清除底部泥沙；铺设垫底层；在垫底层的上面设置用于制造深水承台的钢筋笼并浇注混凝土以形成深水承台。
文档编号E02D27/52GK102877420SQ20121043848
公开日2013年1月16日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者王新丰, 于加顺, 董启军, 刘忠新, 汪新立, 夏传江, 马志新, 马琳琳, 路亮, 苗慧, 韩维东, 徐春鑫, 钟宇泽, 侯爽 申请人:中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司, 中铁二十二局集团有限公司