1、浅海地区深淤泥层桥梁施工钢围堰的研发与应用摘要:本文根据工程实例，对于在浅海地区深淤泥层修建桥梁基础及墩柱结构，我们应用了一种圆筒形钢围堰的防水结构，该结构不但能在桩基础与墩柱结构连接施工时起到阻水挡淤的作用，还可在钢围堰上焊接支撑牛腿，架设工字钢施工平台，并作为施工平台的承重基础，而且施工工艺简单，实现了较高的经济效益。 关键词:浅海地区；深淤泥层；桥梁施工；圆筒形钢围堰；支撑牛腿；承重基础 中图分类号：TU997 文献标识码： A 文章编号： 1、工程概况及施工难点 深圳市大沙河口桥，全桥长 144 米，桥宽 7 米，桥面板为预制预应力空心板结构。基础为冲孔灌注桩基础，桩径为 1.2m 和
2、 1.0m，采用嵌岩桩和摩擦桩进行质量双控。本桥桥位处淤泥较深，桩基础工程施工有以下难点: 地处海监及边防管理区域，报建手续繁多、外界协调难度大。施工合同明确本工程需获深圳市优质工程奖，工程施工质量要求高。 项目濒临深圳湾大运会场馆，为第 26 届世界大学生夏季运动会的标志性工程之一，基础工期的长短直接影响其他参建单位的进场时间，因此，采用新技术和合理的施工方案以缩短工期是急需解决的研究课题。 2、关键施工技术 2.1 施工工艺流程 施工准备钢围堰加工制作钢围堰定位底节钢围堰下放钢围堰接高安装钢围堰振压下沉至设计标高在钢围堰外侧焊接支撑牛腿搭设施工平台水袋预压围堰里桩施工施工小平台搭设墩柱施工
3、施工小平台拆除型钢、钢板拆除钢围堰振拔拆除。 2.2 关键施工技术及操作要点 2.2.1 钢围堰制作及拼装 1 钢围堰设计主要考虑以下几方面的因素： 1）钢围堰施工起吊、振压下沉和作为承重基础防止产生变形，且抽水后能承担水土压力。 2）接头具备较强的抗拉强度、抗剪切能力和防水功能。 3）接头拼装工艺简单，受振压力和振拔力影响小；接头拆除快速、构件受损程度低。 4）钢围堰内径比设计桩径大 1.5m2m，但直径一般不超过 3.5m。为方便运输和吊装下沉，钢围堰分成多节制作。接头处设置法兰，钢构件之间采用螺栓连接，联接处用遇水膨胀橡胶条。 2 钢围堰做法： 钢围堰采用 10mm 厚 A3 钢板卷制而
4、成，接口为焊缝接口，围堰直径为 2.53.5m。底节长度为 6m，中间及最底端处内壁加设加劲箍，加劲箍间距为 1.5m，加劲箍厚 12mm、宽 120mm；上端口加设内法兰圈，法兰圈厚度为 16mm，宽度为 120mm，沿圆周每隔 3545cm 加设一块拉肋角。中间标准节长度为 3m，围堰中间内壁加设一道加劲箍，上下端口各设置内法兰圈，加劲箍、内法兰圈做法与底节的做法相同。内法兰圈每隔3545cm 设置 22 的螺丝孔，上下节内法兰圈螺丝孔位置需对称设置。上面调整节长度为 1.5m，上下端口各设置与标准节相同的内法兰圈。钢围堰如图 1。 图 1 钢围堰示意图 2.2.2 运输就位及起吊下水 1
5、 吊船由测量人员测出大致位置后左右前后抛锚，底节围堰经检查合格后，用平板驳船运至墩位处，完成初步定位。 2 利用吊船上的起吊设备将底节钢围堰吊起，使之离开平板驳船面上 10cm 左右观察 23min，如无异常情况则继续提升至其高度能使平板驳船退出时停止。平板驳船退出后，由测量人员在陆地上三方交会准确后慢慢放松吊缆，底节围堰徐徐平稳地落入水中。 2.2.3 钢围堰的精确定位、围堰接高及振压下沉 1 测量定位： 1）平面定位：钢围堰采用前方交会法定位，两台全站仪分别布设在围堰两侧边外沿长线的陆地上(两台全站仪视线不能平行)。 竖直度控制：在负责平面定位的两台全站仪中间增设一台全站仪，通过数据观测用
6、三角函数计算来校核钢围堰的竖直度，以控制其斜率。钢围堰测量定位控制如图 2。 图 2 钢围堰测量定位控制 3）围堰振压下沉前，应对所有锚锭设备进行全面检查和调整，用调整锚绳和拉缆的办法配合测量仪器，使围堰精确定位。 2 围堰承载力要求： 1）查岩土工程勘察报告中“土工试验成果分层统计表”得知淤泥层最小摩阻力为 6kPa，按围堰 10.5 长（进入淤泥层 8m）计算，单个围堰摩阻力为： Ra=1/23.142.5(0.68)=18.84t，端承力忽略不计。施工平台按长 12m，宽 6m 计算，具体做法参见 2.2.4“施工平台搭设” 。施工平台重：G1=（52.717122+27.929620+
7、78.6126）/1000=10.276t；冲孔桩机（含桩锤）重：G2=11t，安全系数设为 2。 2）不考虑风荷载、水土压力、潮汐影响和其他外力的情况下，单个围堰需承受的荷载：P=1/2（10.276+112）=16.138t。 3）因 Ra=18.84tP=16.138t，满足要求。说明淤泥面以上长度保持在一定范围内，围堰进入淤泥层 8m 以上即可满足承载力要求，为确保施工安全，实际施工时可多压入淤泥层 12m。 3 围堰接高及振压下沉： 1）围堰接高安装，在底节围堰下沉至稳定状态后松去吊具，在法兰圈上安装遇水膨胀橡胶条，吊起一标准节围堰就位，使法兰圈螺丝孔对准后安装上螺丝，将螺丝紧固完毕
8、后再慢慢放松吊缆，围堰稳定后松去吊具，再吊起 DJZ-40 振动沉拔桩锤在围堰上振压，使围堰顶面下沉至水面以上 50cm 时停止，卸下振动沉拔桩锤。每节接高及振压下沉施工方法与上面做法相同，最后一节振压至钢围堰进入淤泥层 8m 以上，使承载力满足要求。钢围堰接高安装及振压振拔见图 3 和图 4。 图 3 钢围堰接高安装图 4 钢围堰振压振拔 2）为便于围堰接高工作，每次接高前围堰顶面宜高出水面0.31m。 2.2.4 施工平台搭设 钢围堰施工完成后，在顶节钢围堰外侧焊接支撑牛腿，架设 2 根 32a工字钢作为横向主梁；纵向次梁采用 20a 工字钢，间距为 0.6m；主次梁交叉部位采用 16U
9、型螺丝连接。平台板采用 10mm 厚 A3 防滑钢板满铺。支撑牛腿及钢围堰作为承重基础分别见图 5 和图 6。 图 5 支撑牛腿图 6 钢围堰承重基础 2.2.5 施工平台预压 施工平台搭设完成后，为确保施工安全，并验证钢围堰承载力能满足承重要求，采用水袋进行预压，预压安全系数取 1.3。 3、工程效果 3.1 桩基检测及验收结果 3.1.1 桩基超声波检测 桥梁 30 根桩基全部进行了超声波检测，检测结果类桩 27 根，占总数的 90%，类桩 3 根，占总数的 10%。 3.1.2 桩基静载试验 在桥梁桩基中抽取 1#-1 桩进行静载试验，试验结果满足设计要求。 3.1.3 桩位复核 对全部
10、 30 根桩偏位情况进行检查，偏差值均在 50mm 以内。 3.2 经济效益及社会效益 3.2.1 经济效益 大沙河口桥常规增设辅助设施施工投入与钢围堰投入对比表 以上数据显示，研发并应用了该新技术可节约成本 40.7 万元，成本降低率达到 40.7%，直接经济效益非常可观，同时可节约大量的周转材料，桩基施工工期缩短了近一个月，基础工期节约 50%，减少管理费用开支和措施费用开支，间接费用经济效益可观。 3.2.2 社会效益 由于该新技术具有安全度较高、吊装简便、施工工艺简单、施工快捷的优点，再加上环保、噪音污染小，因而具有良好的社会效益。 3.3 桥梁工程效果图 如图 7 和图 8。 图 7
11、 桥梁工程效果图一图 8 桥梁工程效果图二 局限性或缺陷及改进方向 4.0.1 该新技术适用于浅海深淤泥层桩径 2.0m 以内的桩基础及桩柱连接施工，对于砂层及细小粒径的砂砾层同样适用，但对于地质软弱分布不均匀、粒径偏大的砂砾层或含有大量片块石的淤泥层，则需重新研究钢围堰下沉的辅助措施和下沉后的稳定性；对于桩径大于 2.0m 的桩基础，则需研究钢围堰本身的刚度是否满足使用要求、运输及起重设备的经济合理性、施工平台布设可行性等问题。 4.0.2 对于高墩结构，由于受到吊船吊塔高度的限制，钢围堰振拔拆除时将有可能无法提升至墩柱外，同时也存在较大的安全隐患。其改进方向：针对高墩结构，将钢围堰加工成立
12、面组合模式，以方便钢围堰的拆除。 4.0.3 在钢围堰振压下沉到设计标高后焊接支撑牛腿，虽可根据施工平台搭设的需要在准确位置上焊接支撑牛腿，但也消耗一定的时间。其改进方向：可选择在加工钢围堰时就焊接上支撑牛腿，并制作厚度规格不等的若干垫块，以在搭设施工平台架设工字钢时用来调整不同钢围堰支撑牛腿的高差，但支撑牛腿与垫块的连接需稳固可靠。 5、结语 浅海地区深淤泥层桥梁施工，从提高经济效益和社会效益的方向出发，并积极响应国家提倡节能减耗、安全环保的号召，研发并应用新的技术是我们每个桥梁建设者的历史使命。加设支撑牛腿的圆筒形钢围堰作为桩基础及与墩柱结构连接施工的临时阻水挡淤结构和施工平台的承重基础，不但节省了大量的机械设备和周转性材料，获得良好的经济效益，而且由于其施工工艺简单，可操作性强，噪音污染小，安全环保，能有效缩短工期，具有较高的社会效益。 参考文献 1.江正荣，朱国梁编著.简明施工计算手册(第三版).北京:中国建筑工业出版社,2005 2.中交第一公路工程局有限公司主编.公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011).北京：人民交通出版社，2011 中交第一航务工程局有限公司，福建省交通基本建设工程质量监督检测站主编.水运工程质量检验标准(JTS 257-2008).北京：人民交通出版社，2008
