1、施工技术培训施工技术培训淮河特大桥大型深水锁扣钢管桩围堰淮河特大桥大型深水锁扣钢管桩围堰中铁十六局集团第一工程有限公司中铁十六局集团第一工程有限公司 随着我国经济突飞猛进，国内跨越大江大河桥梁工程建设高速发展。水中桥梁施工难度大，施工工期长，特别是基础围堰施工投入大、安全风险高，是体现一个企业综合能力的重难点工程。针对不同的地质状况、水文气候条件、基础埋置深度及结构尺寸，应选择不同的围堰施工方法。国道G104五河淮河特大桥位于安徽省五河县境内，主桥采用（100+170+100）m连续刚构，主墩及过渡墩均位于淮河150m宽级航道中。其中主墩采用双幅19m14m5m承台，承台顶埋置深度在河床面以下
2、1.4m2.8m，10月至次年5月为枯水季节水深8m左右，水流最大流速0.68m/s，围堰开挖深度18m左右，围堰土体开挖方量1万m左右，承台下软弱地质土层40m左右。工期紧，任务重，难度大，需要综合比选出合理的围堰施工方法。前言前言 一、围堰施工方案比选一、围堰施工方案比选目前国内常用的围堰有拉森钢板桩围堰、锁扣钢管桩围堰、双壁钢套箱围堰。其中拉森钢板桩具有轻型、施工便捷、可循环利用的优点。但刚度较小、施工时容易变形，长钢板桩施工过程中较易于脱扣，对于本桥大深基坑安全隐患大，因此围堰内支撑要特别加强，围堰开挖难度增加。根据以往插打施工经验，本土层钢板桩打入困难，需150型振动锤，拉森钢板桩由
3、于柔性较大、振动锤击振力过大也会造成钢板桩变形。双壁钢套箱施工工艺较为复杂、工期较长。本桥基础大且埋置深，套现制作加工、现场组拼、抽水下沉等工序工期较长，在此软弱地基条件下，钢套箱下沉过程中及下沉后容易产生不均匀沉降。在承台施工完成后拆除困难且拆除不完整，需要潜水员配合水下切割钢板，钢材回收率低。内容提要内容提要锁扣钢管桩适用于此类河床覆盖层厚、软弱下卧层地质承台围堰。施工作业强度相对较小，人力及机械设备占用率低。该结构利用大直径钢管市场资源量大，可直接在工厂购买成品，现场加工拼装后即可使用，围堰下沉质量容易控制。围堰施工危险源相对较少，单根管抗弯刚度大，围檩及内支撑相对较少，结构性能安全可靠
4、，安全风险低。有利于总体工期控制。插打钢管桩方便快捷，可以边加工边插打钢管桩，围堰结构防水好，施工进度快，围堰拆除完整，不需要水下作业，简单快捷。围堰材料可反复周转使用，低碳环保，而且拆除容易，不会在河床遗留废弃物。综上所述，本桥采用锁扣钢管桩围堰方案进行施工。内容提要内容提要一、围堰总体施工流程一、围堰总体施工流程利用市场上大直径成品钢管(一般采用529mm、630mm、700mm、800mm、1000mm，钢管壁厚812mm)做围堰主管，主管之间采用焊接直径219mm钢管和20工字钢作为连接锁扣，并采用胶泥、砂、止水土工布等防水措施，围堰内根据计算水压力和土压力设置多层型钢支撑，形成稳定、
5、可靠的深水基础施工的防护、防水结构。总体施工顺序：钢管及工字钢原材料采购钢管桩现场焊接成型测量放线设置导桩框架插打定位锁扣钢管桩按顺序插打锁扣钢管桩抽水、挖土、施工内支撑水下混凝土封底或干封抽水、基底整平及测量破桩头、施工承台水位以下的墩身施工拆除锁扣钢管桩围堰。围堰施工方案围堰施工方案 锁扣大样图 相邻钢管桩连接示意图 围堰平面布置图 围堰内支撑平面布置图 围堰横断面图 围堰钢管桩插打顺序图二、围堰场地规划二、围堰场地规划 24#主墩、25#主墩均位于淮河中，利用既有钢筋加工场地存放围堰钢构件原材料，利用平板车倒运至钢平台上进行构件焊接拼装，考虑到场地条件有限，拼装好的钢管桩可临时存放一部分
6、在围堰内钢护筒上。施工要点：根据工期及场地条件合理安排人力及机械设备，特别是焊工的配置。合理安排钢管等原材料进场时间。根据场地因地制宜，保障流水作业进度，场地应不干扰下一道工序安排。因钢管桩插打时间快，可以先加工一部分成品后存放，再安排插打人员及振动锤设备。钢管场地堆码 钢平台上钢管布设 加工后成品堆放 边加工边插打三、钢管桩与围檩焊接加工三、钢管桩与围檩焊接加工 竖向大钢管桩宜采用螺旋管或直缝管，小钢管宜采用无缝钢管（可采用现场开槽，或工厂开槽），27m长钢管桩焊接需要焊工工时约6工日，配置电焊机5台。施工要点：钢管桩过长需要两根焊接接长时，相邻钢管桩同一段面宜错开3m以上，且可以根据围檩位
7、置来配置钢管桩接头位置（围檩与钢管桩横向焊缝对齐有利于结构安全）。每根钢管桩大小钢管、工字钢的接头宜错开1m以上。小钢管宜采用现场开槽，每根钢管桩焊接成型后，现场开槽可防止焊接过程中槽口的变形，对围堰止水有利 钢管桩横向接头位置，宜增加1cm以上厚度缀板进行补强。构件焊接成型后，可以采用超声波或磁粉探测检验焊接质量。钢管桩线型、焊缝应顺直，大小钢管、工字钢中心线在同一轴线上，焊接宜采用E50焊条进行帮条焊。钢管桩与工字钢焊接 钢管桩与无缝钢管焊接 接缝缀板补强 围檩加工拼装四、钢管桩插打与合龙四、钢管桩插打与合龙 钢管桩采用履带吊配合振动锤插打，根据土体摩阻力选择合适振动锤。插打前设置导向框，
8、先打放样设定位桩，再从靠航道侧上游角点开始插打，下游中间合龙。施工要点：先放样设置导向框定位柱，利用手拉葫芦设置导向框，宜利用围檩作为导向框，并设置两层。钢管桩吊装应安排专人指挥，打设时可采用吊锤保证钢管桩垂直度，为了保障打设精度，应设置限位措施。钢管桩振沉时，先慢后快，边打边测。钢管桩合龙时如果合龙尺寸与原设计不符，可以设置异型桩进行合龙（可以改变钢管或工字钢大小）。钢管桩合龙后，进行围堰止水，可采用胶泥、砂、水袋、土工布等原材料填塞，空压机设备疏通密实。如漏水较大，可采用潜水员在围堰外进行止水。导向框设置 钢管桩起吊 钢管桩对位 垂直度控制 钢管桩限位 钢管桩振沉 钢管桩合龙 钢管桩止水五
9、、围堰开挖及内支撑设置五、围堰开挖及内支撑设置 围堰开挖前根据工期及现场需要配置长臂挖机、自卸车、吊车、大功率水泵等设备，在平台上加工拼接围檩及内支撑构件。边开挖边止水，同时割除围堰内桩基钢护筒，到了设计标高时及时安装围檩及内支撑。在围堰对角点设置人员上下通道。施工要点：根据围堰开挖深度选择合适长臂挖机，如长臂挖机不能满足时，可利用履带吊将小型挖机吊放至围堰下部进行开挖，利用吊斗将土方吊装至自卸车。及时对围堰进行止水，严禁超挖围堰内土体。开挖至围堰底部时控制开挖标高，将人工配合将土体整平。开挖过程中采用全站仪对围堰进行变形观测，可以采用应力传感器对围堰受力进行监控。变形过大时应及时停止施工，采
10、取加固及其他措施。钢管桩与围檩之间应采用钢板等材料逐个填塞紧密，每层内支撑完成后才能继续开挖。围堰土体开挖 围堰土体外运 桩基钢护筒切割 小型挖机开挖作业 围堰结构应力监测 人员上下通道 钢管桩与围檩塞缝 围檩及内支撑六、围堰混凝土封底六、围堰混凝土封底 围堰封底可根据现场实际情况采取干封或水下封底。不透水土体且围堰结构满足要求时可用采用干封，采用泵送混凝土一次浇筑成型。施工要点：混凝土封底前在围堰内设置好排水明沟或暗沟，于开挖最低点设置集水井2处，配置大功率水泵抽水。暗沟采用人工开挖，槽钢和钢板现场拼装加工成型。封底混凝土浇筑时，宜在基底设置混凝土缓冲钢板，防止混凝土中夹杂泥浆。混凝土与钢管
11、桩之间采取钢板隔离，便于后期钢管桩拆除，水可沿钢管桩间凹缝流至暗沟内。现场严格控制封底混凝土标高，可以适当降低混凝土标高5cm以内，混凝土浇筑后可人工找平，严禁超高。暗沟与挡板 集水井设置 封底混凝土浇筑 暗沟示意图 根据以往施工经验及围堰的地质水文条件，结合承台尺寸及埋深深度，选择合理的围檩结构材料及围堰尺寸。围堰设计既要考虑结构的安全、实用性、可操作性，又要考虑经济性（可回收及重复利用）及施工进度。要充分考虑在施工过程中及围堰拆除过程中的各项工况，细化最不利工况下施工措施。在结构设计时首先根据地质及承台大小情况合理选择钢管桩及围堰的尺寸，其次根据开挖深度、水文情况计算钢管桩的锚固深度及长度
12、，再根据围堰开挖过程工况计算确定围檩及内支撑的材料类型、材料型号。在结构选型确定以后，采用Midas软件对各施工工况进行验算，在最不利工况下验算合格后才能进行实施。围堰结构设计围堰结构设计1.1、围堰材料的选择 根据以往施工经验，锁扣钢管桩围堰由钢管桩、阴阳头、围檩及内支撑、排水设施和封底混凝土组成。钢管桩采用630mm、壁厚为10mm的直缝焊接，钢材采用Q345C材质，标准钢管桩顺桥向间距为0.940m，横桥向为0.940m；小钢管采用219mm无缝钢管，工厂开槽；工字钢采用I20b工字钢。第一层围檩采用双拼56b工字钢，第二至第四层围檩采用三拼63b工字钢，横桥向内支撑及斜支撑采用壁厚12
13、mm 630螺旋管，顺桥向内支撑采用63b工字钢。每层围檩间采用630壁厚10mm螺旋管三根进行支撑。围檩牛腿采用I20b工字钢，爬梯采用50mm钢管及16#槽钢焊接成型，每道围檩上采用20钢筋焊接防护围栏。一、围堰结构设计流程一、围堰结构设计流程1.2、围堰结构尺寸 根据承台设计尺寸及钢栈桥施工方案，以及现场水文、地形等相关资料，考虑工作面，钢管桩距离承台混凝土面以1m左右为宜。确定各围堰的尺寸：24#墩、25#墩单个墩锁扣钢管桩围堰尺寸为32.3m21.9m，根据计算，围堰钢管桩排水开挖最少锚固深度6m以上为宜。围堰顶面标高以施工期最高水位以上2m控制，施工期安排于枯水期（10月至次年5月
14、）根据设计图纸及调查的水文资料，桥位处近10年历年枯水期最高水位为12.737m，常水位11.9m，设计围堰钢管桩顶面高程为14.737m。每层围檩间距宜在4m以内，共设置围檩及内支撑4道。于围堰对角线设置爬梯2道，围堰钢管桩与钢平台应分离，防止平台振动对围堰的影响。于钢管桩顶面设置测量平台两处，方便施工测量。1.3、设计依据 （1）设计图纸及地质、水文资料，淮河河道信息资料；（2）钢结构设计规范（GB 50017-2003）；（3）公路桥涵通用设计规范（JTG D60-2004）；（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTG D62-2004）；（5）公路桥涵施工技术规范（JTG/
15、T F50-2011）；（6）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG/T F50-2011）1.4、设计主要参数 （1）计算水位：12.737（枯水期最高水位）；（2）水流速度：最大水流流速0.68m/s；（3）围堰顶面高程：14.737m（计算水位以上2m）；（4）钢管桩底面高程，24#、25#墩为-8,763m；（5）一般冲刷线：24#墩为5.319m,25#墩为6.802m；（6）各墩位地质资料，土层物理力学指标及土压力系数；（7）基本风压：因钢管桩露出水面小，风压可不计；（8）临时结构钢材基本容许应力：Q235钢材（轴向应力 182MPa，弯曲应力188.5MPa，剪应力 110.5MPa
16、）；Q345钢材（轴向应力 260MPa，弯曲 应力273MPa，剪应力156MPa）。1.5、围堰结构主要构件截面特性1.6、围堰结构受力验算1.6.1、工况分析1.6.2、封底混凝土厚度计算1.6.3、钢管桩入土深度计算1.6.4、基坑底抗管涌计算1.6.5、基坑底隆起验算1.6.6、抗浮稳定性验算1.6.7、主墩围堰整体稳定性验算1.6.8、围堰钢管桩结构验算 对每种工况条件下进行钢管桩结构验算，分析出最不利工况，下面主要对最不利工况（工况3）结构进行验算分析。根据计算，最不利工况下钢管桩受力满足要求1.6.9、围堰围檩及内支撑结构验算 对每种工况条件下进行围檩结构验算，分析出最不利工况
17、，下面主要选择对第三层围檩及内支撑最不利工况结构进行验算分析。综上所述，钢管桩在各种工况荷载下，围堰结构是安全的，能满足主桥主墩基础在各种工况条件下施工的要求。二、围堰结构计算结论二、围堰结构计算结论 围堰施工是一项高风险、大投入工程，是体现一个企业能力的工程，只有在从公司到现场人员都高度重视、施工方案严谨可靠、人力物资设备充分保障、现场技术严格把关的前提下才能做好。临时结构设计是一项复杂的、系统的、同时也是非常重要的一项技术工作，我们技术人员应高度重视、谨慎操作，确保施工安全。公司制定了一系列的施工技术管理规定，我们都需要严格落实。在今后的工作中，我们将严格专项方案的审批制度，对于需要做临时
18、结构设计的，均必须采用手工计算与Midas软件进行相结合的方法进行分析计算，并报项目管理中心，经公司专家审批通过后，于项目部邀请专家进行施工方案评审。结语结语结语结语 根据围堰施工专项方案，淮河特大桥24#、25#主墩锁扣钢管桩围堰已顺利完工。其中24#墩从钢管桩加工到插打完成共20天（27m长钢管桩118根），从开挖至混凝土封底共30天（开挖土体12000m，围檩及内支撑安装5道）。经过实践证明，钢管桩围堰适用于此类承台埋置深、河床软弱土体覆盖层厚深水围堰，围堰施工进度快，钢材可以周转利用，结构受力安全，今年还经受了10年一遇洪水考验，受到了当地政府部门及业主部门的一致好评，下一步打算将锁扣钢管桩围堰在淮河上各类桥梁中进行推广。由于个人水平有限，如有不妥之处，请批评指正。谢谢！谢谢！
