桥梁水中承台防护施工方案.docx
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桥梁水中承台防护施工方案
桥梁水中承台防护施工方案
1、工程概况及地质情况
xx城际铁路Ⅴ标管段施工里程为DK139+778~DK191+312,全长51.087km。
管段内共有戚墅堰,二贤河,无锡西和无锡东四座特大桥,水中基坑深度5~9m。
以无锡西特大桥94#墩位于五牧运河中为例计算,其他可参考此方案计算布置,该处水面标高为+1.73m,水深约3.00m,河床标高为-1.27m。
该处河流流速缓,有船只通过。
承台底标高为-6.562m,围堰深度8.2m,承台大小为14.3m×10.4m×4m。
地质层次为:
淤泥质粉质粘土,σ=60kpa,厚度为0~3m;粉土,厚度为7m左右,σ=120Kpa;粉质粘土,厚度8m左右,σ=120Kpa。
2、总体方案
根据xx城际铁路Ⅴ标管段基础水深、水的流速及河床地质等条件,结合承台构造,决定采用拉森Ⅳ型钢板桩围堰法进行承台施工。
根据94#现场实际情况及承台尺寸,确定钢板桩围堰大小为:
16.8m×12.8m;95#墩采用拉森Ⅳ型12m的钢板桩,钢板桩围堰大小为:
12.8m×9.6m。
根据桥梁地质剖面图,93#、94#(围堰)钢板桩设计打入河床深度均为12m,95#(围堰)钢板桩设计打入河床深度为8m;钢板桩均打入粘土层。
钢板桩围堰合拢后,将设置内支撑,矩形围堰采用平面钢架支撑为宜。
见〈钢板桩围堰内支撑布置图〉
钢板桩施打采用10吨高架浮吊作业方式,原钻孔作业平台拆除,利用钻孔桩护筒加焊槽钢做导向架,确保插打的垂直度和位置准确。
3、承台施工工艺
以94#承台为例,施工工艺流程如下:
4、钢板桩施工流程
施工准备→施工放样及施打定位桩→导向框安装→施打钢板桩→钢板桩内支撑1→排水→堵漏→钢板桩内支撑2→与上层支撑的竖向支撑安装→排水→堵漏→钢板桩内支撑3→清淤→承台施工(说明:
根据地质剖面图,本施工方案暂不考虑水下砼封底)。
4.1钢板桩施工的一般要求
钢板桩的设置位置要符合设计要求,便于基础施工,在基础边缘外留有1.0m~1.5m工作面。
整个基础施工期间,严禁碰撞支撑,禁止任意拆除支撑,禁止在支撑上任意切割、电焊,也不应在支撑上搁置重物。
4.2钢板桩的检验、吊装、插打
(1)钢板桩的检验
对钢板桩,一般情况下只要求进行外观检验;包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。
检查中要注意:
a)对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除;b)割孔、断面缺损的应予以补强;c)若钢板桩有严重锈蚀,应测量其实际断面厚度;d)对钢板桩表面残留物予以清理。
(2)钢板桩吊装
装卸钢板桩采用两点吊运。
吊运时,每次起吊的钢板桩根数不宜过多,并应注意保护锁口免受损伤。
吊运方式有成捆起吊和单根起吊。
成捆起吊通常采用钢索捆扎,而单根吊运常用专用的吊具。
(3)钢板桩插打
1、导向框安装
在插打钢板桩时需采用I40a工字钢作为内外导梁、导框,制成围笼,内外两导梁间距为70m,其作用在于插打钢板桩时起导向作用。
导框分两层,下导框紧贴水面,上导框与下层导框间距为1.50m。
所有导梁工字钢要平放。
2、插打施工:
插打前,应在上下层导框的内导梁上放出每块板桩的位置线。
插打时应尽量将板桩贴靠内导梁,并严格控制好桩的垂直度,尤其第一根桩要从两个相互垂直方向同时控制,确保垂直不偏。
在板桩插打前,在锁口内涂刷热的混合油膏,并将不进行插连一侧的锁口采用木楔塞紧(第一块插打的板桩需两侧全部塞紧),以免泥土或砂砾进入增加插桩阻力和降低防渗性能。
板桩插打一块或几块后,即与导框进行联系。
板桩起吊时,为防止板桩弯曲变形,可将吊点移至距桩头不大于三分之一桩长的范围内,并采用捆吊法。
3、围堰漏水处理措施:
围堰内抽水时,在围堰外撒大量细煤渣、木屑、谷糠等细物,借漏水的吸力附于锁口内堵水,或者在围堰内用板条、棉絮等楔入锁口内嵌缝,撒煤渣等物堵漏时,要考虑水流方向并尽量接近漏缝,漏缝较深时,用袋装下放到漏缝附近处徐徐倒撒;当锁扣间隙较大采取上述措施效果不明显时,可同时在围堰外侧包裹彩条布进行止水。
4、合拢保证措施
为保证板桩插打正直、顺利合拢,应及在插打过程中及时纠正偏斜,当偏斜过大不能用拉压方法调正时,应拔起重新插打,在防止与纠正无效时,可用特制异形桩进行合拢。
每块异形桩的斜度不应超过2%,如一块异形桩仍不够合拢口用时,则可以采用两块楔形桩,两块楔形桩应各有一个垂直边,其间至少应插入一块普通桩。
4.3内支撑安装及拆除
内支撑安装遵循边抽水边安装原则。
安装顺序为从上到下,围堰设四道内支撑,第一道内撑、斜撑及边梁为2I40a工字钢卧放;第二道内撑、斜撑为2I40a工字钢卧放,边梁为2I55a工字钢卧放;第三、四道内支撑为φ600×10钢管,斜撑、边梁为2I55a。
在岸上加工材料,利用10吨浮吊吊装工字钢,对位后马上进行焊接作业;同时对上下层支撑进行联结,以加强整体稳定性。
所有的焊缝要满焊,应满足施工规范及验收标准要求。
计算过程详见附件3。
5、水上施工安全防护措施
5.1作业人员一律穿救生衣、戴安全帽;高空作业人员要佩带安全带。
5.2器材、机械拼组严格按设计要求,确保机械的性能。
5.3浮吊起重,船体发生允许范围内倾斜时,要注意调整大臂角度,避免大臂拉压处于不良工作状态。
5.4起吊钢板桩时必须要栓牢挂紧;吊运土方、钢筋时,下方不准站人。
5.5在运河上下游各150米处设施工警示站牌,告知来往船只。
5.6定期检查浮吊上螺栓,以防在振动锤长期振动下松动。
5.7振动锤的夹板采用液压控制,在每次插打前都必须检查液压设备,杜绝液压泵失灵,引起钢板桩掉落。
5.8水上作业的各种设备、机具等应定期检查,防止线路老化,漏电、串电。
5.9运河中设置航标灯,围堰上设置夜间警示红灯等;围堰内须有救生设施。
5.10围堰施工时要设专职安全员,对围堰内施工进行观察、监督、检查;安全员要尽职尽责。
附件1主要机械设备
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
高架浮吊
10吨
台
2
水中吊装及打拔
2
运输船
100吨
艘
2
运桩用
3
振动锤
60型
台
2
4
电焊机
交流
台
4
5
割枪
套
2
6
倒链
3—5T
个
4
纠偏
7
混凝土汽泵
22m
台
1
泵送混凝土
8
罐车
8m3
台
4
9
振动棒
50型
套
4
10
吊车
25T
1
11
运输车
8T
2
12
履带吊
35T
1
附件2劳动力组织
劳动力组织
序号
作业内容
人数
备注
1
钢围堰施工队
17
电焊工
5
内支撑制作安装
起重工
4
安全员
1
技术员
1
抽水、吸泥、堵漏
6
2
承台施工队
30
钢筋工
18
含加工、绑扎
模板工
6
砼浇筑工
6
含电工1人
3
合计
47
可根据实际情况调整
附件3计算
一、受力分析
板桩围堰支撑的布置说明:
板桩支撑的布置层数及间距,直接影响着板桩、横纵撑、围檀的截面尺寸及支护结构的材料量,从理想状态考虑,支撑的布置分为等弯矩布置和等反力布置两种形式,等弯矩布置可充分发挥钢板桩的抗弯强度,可使钢板桩材料最省;等反力布置可使支撑系统简化。
但从主墩处河床标高及承台位置,不能按上述任何一种方式布置支撑,应根据实际情况予以确定支撑层数及间距。
钢板桩采用德国LarssenⅣ型,95#墩采用12m的钢板桩,两道支撑;93#、94#墩采用15m的钢板桩,采用三道支撑,并考虑承台高度为4m,出于安全考虑,将在距基底2.16m位置设置第四道支撑。
具体布置形式见下图。
由于94#墩承台工况最不利,需从水面向下抽水开挖8.2m深,故只计算94#,且主动土压力远小于水压力(Ka<1),故按水压力简算。
具体计算如下:
94#墩根据《建筑施工计算手册》第3章支护工程下表查得拉森Ⅳ型钢板桩参数:
B=400mm,h=155mm,t1=15.5mm,t2=11.0mm,S=236cm2,W=2037cm3,
=200Mpa,每延米单位重74.0kg。
钢板桩型号与技术规格
根据允许抵抗弯矩计算桩顶部悬臂部分的最大允许跨度h:
由
=
所以
具体布置如下图:
第一层内支撑贴着水面(+2.0m处)做,水面标高(+1.73m);第二层设在标高-0.4m处;
1、对第一层进行受力分析:
当抽水至-0.4m,进行第二道支撑设置时,第一层受力达到最大,受力图示如下。
上图中水压集度q合为三角形面积与矩形面积之和;
q1=1/2×2.1m×10KN/m3×2.1m=22.05KN/m,q2=2.1m×10KN/m3×6.09m=127.89KN/m;则q合=150kN/m。
计算合力作用点距基底高度H=(q1×h1+q2×h2)/(q1+q2)=[22.05×(2.1/3+6.09)+127.89×6.09/2]/150=3.6m
即合力作用点位于基底3.6m处;根据上图示,由简支梁计算可得出第一道支撑受力Q1=150×3.6/(3.6+4.59),Q1=66kN/m,
2、对第二层进行受力分析:
当抽水至-2.2m时,即将进行第三层支撑施工时,第二层内支撑受力最大,受力图示如下:
第一层内支撑作为安全系数考虑:
同理计算:
q1=1/2×3.9m×10KN/m3×39m=76KN/m,q2=4.3m×10KN/m3×39m=167.7KN/m;则q合=244kN/m。
H=(q1×h1+q2×h2)/(q1+q2)=[88.2×(4.2/3+4)+168×4/2]/256=3.2m
即合力作用点位于基底3.2m处;根据上图示,由简支梁计算可得出第二道支撑受力QII=244×3.2/(3.2+2.6),QII=139kN/m。
3、对第三层进行分析:
当水抽到-4.4m,第三层受力最大;此时不考虑1、2层受力,仅考虑3层受力。
经计算:
q合=314kN/m,H=3.3mQIII=238kN/m,
4、对第4层进行分析:
当水抽到-6.56m,此时不考虑1、2、3层受力,仅考虑4层受力。
经计算:
q合=336kN/m,H=2.7mQIⅤ=238kN/m,
对以上三个工况的分析达出以下结论:
Q1(max)=66KN/m,Q2(max)=139KN/mQ3(max)=238KN/m
5、内支撑检算:
围堰设四道内支撑,第一道内撑、斜撑及边梁为2I40a工字钢卧放;第二道内撑、斜撑为2I40a工字钢卧放,边梁为2I55a工字钢卧放;第三、四道内支撑为φ600×10钢管,斜撑、边梁为2I55a。
第一层:
边梁2I40a
W=2×1090㎝3
由上图知长边边梁最大净距为4.2m,则Mmax=1/8×66×4.22=146KN﹒m
ο=Mmax/W=66.5Mpa<1/2[ο]=100Mpa
支撑2I40a(短边a)
A=172.2㎝2由f=N/A,则
f=N(max)/A=66×12.8/172.2=49Mpa<[f]=170Mpa
支撑满足受力条件。
第二层:
边梁2I55a最大受力杆件fW=2300㎝3
M=1/8×139×3.52=213KN﹒m
ο=46Mpa<1/2[ο]=100Mpa
内撑采用:
2I40a,最大受力杆件e,检验其受力,
A=172.2㎝2
N=0.5(3.5+3.4)×139/cos47.6o=710KN
f=N/A=710/172.2=41.3Mpa<[f]=170Mpa
检验最长杆件d受力,Fe=F×tan47.6o=525KN
Fd=16.8/2×139-525=642.6KN
f=642.6/172.2=37.3Mpa<[f]=170Mpa稳定
第三、四层:
边梁采用2I55a(围囹周边5m、4.9m段两端各加焊斜撑如图所示)。
W=2300㎝3
M=1/8×229×3.92=435.4KN﹒m
ο=94.6Mpa<1/2[ο]=100Mpa
内撑采用:
φ600×10钢管,最大受力为a杆,检验其受力,
A=185㎝2
N=0.5(4.9+4.9)×229=1166KN
f=N/ηA=1166/0.959×185=65.7Mpa<[f]=170Mpa
内撑满足受力条件.
横桥向支撑稳定性验算:
该杆属于小柔度杆,无论承受何种压力都不会失稳。
查得稳定因数
=0.959,则支撑b为最大受力杆件,
纵向支撑稳定性验算:
该杆属于小柔度杆,无论承受何种压力都不会失稳。
查得稳定因数
=0.959,则支撑a为最大受力杆件,
2.3.4钢板桩入土深度计算
用盾恩法近似计算桩入土深度x:
主动土压力系数:
Ka=tan2(45°-
)=0.57
被动土压力计算系数:
Kp=tan2(45°+
)=1.76
即
所以板桩的总长度为8.2+4=12.2m,选择单根长度15米钢板桩可以满足要求。
钢板桩的检算:
钢板桩采用德国LarssenⅣ型,长度15m,单片宽40㎝。
材质:
Q345,截面模量W=2037cm3,设计应力[σ]=200Mpa。
单片钢板桩最大受力(8.2m深的水压)为q=82KN/m2×0.4=32.8KN/m
假设第三道支撑到基底4.36m(-2.2m至-6.56m)深,均由钢板桩受力(近似为均布荷载),则Mmax=1/8×32.8×4.362=77.9KN.m
Q=77.9/2037=38.2Mpa<1/2[σ]=100Mpa,所以稳定。
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