高铁桥梁水中桩基钢管桩平台施工技术

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施工技术

216 2015年49期 高铁桥梁水中桩基钢管桩平台施工技术 张立府 华铁工程咨询有限责任公司,北京 100071 摘要:随着社会的进步和经济的发展,我国的大型工程越来越多。高铁桥梁的施工是一项复杂困难的工程项目。本文将结合实例工程,对高铁桥梁的水中桩基钢管桩平台的施工技术进行深入的分析。 关键词:高铁桥梁;水中桩基钢管;桩平台;施工技术 中图分类号:U443.15 文献标识码:A 文章编号:1671-5810(2015)49-0216-02 1 导言 本文对高铁桥梁水中的桩基钢管桩平台的施工技术进行阐述,介绍其技术措施的具体流程,以及水上的钻孔桩基施工和钢板桩围施工技术也通过分析其具体要点,以供相关的施工企业作参考。 2 工程概况 某桥墩上部结构为1联(40+56+40)m变截面预应力混凝土连续单箱单室梁;18号墩位于六枝河边上,桥墩采用2.0m钻孔桩基础,桩长49m~68.5m不等,共9根桩,承台底部标高为42m,位于河床面以下4m,承台顶部标高46.99m;桥墩高32m,墩基础处河床面标高为46.0m,设计施工水位为52.0m,上层河床处为厚9m的粉质黏土,其下为圆砾土及其他土层;根据现场情况采用搭设钢管桩操作平台施工。 3 桩基础施工方案比选 根据总体施工计划,该桥两主墩的24根桩基需尽快完成,1号墩中心距库岸15m,施工期内桩基为水中施工,2号墩中心距库岸5m,低水位期桩位露出水面,可直接开孔钻进。由于水位随季节发生变化,水位变化对方案的确定影响很大,为确保顺利施工,先后组织桥梁专家及资深工程技术人员进行方案论证和现场勘察,并提出如下方案。 方案1:先用6个军用标准舟节组拼成1个27.0m×8.1m的浮动平台,用以安装冲击式钻机,采用26mm钢丝绳作锚绳,将浮动平台的四角及顺桥方向锚固于两端岸上,钢护筒采用80t水上龙门吊安装,水面以上钢护筒利用纵横型钢连接成整体结构,从而形成固定平台。 方案2:1号墩修建钢管桩水中固定平台,先用普通油桶组拼成2个简易浮箱,用以安装小型钻机,采用20mm钢丝绳作锚绳,将浮动平台的四角锚固于两头岸上,采用地质钻机钻孔,32.5cm和100cm钢管间隔布置形成平台支承桩,水面以上3m采用纵横型钢及剪刀支架连接成整体结构,从而形成固定平台,固定平台与码头之间用栈桥连接;2号墩临近水面,桩位在枯水期大部分裸露,适当填筑即可形成施工平台,因此采用填筑土石方法形成土筑平台,按陆上钻孔桩工艺施工,为保证岸边填筑部分稳定,沿填筑边缘打设108mm钢管进行平台加固。 两种方案的对比情况见表1。 表1 两种方案对比 方案1需调运军用标准浮箱,水上浮吊、龙门吊等大型设备,且需修建较大的岸边码头,受两岸地形制约,进出场困难,且投入大、准备时间长。 方案2选用废旧油桶作浮箱,采用地质钻机钻孔,施工方便,设备进出场容易,施工准备期短,具有灵活、方便的特点。 根据以上方案比选,最终确定采用方案2。 4 钢管桩平台设计 4.1 钢管桩平台总体结构形式 钻孔平台主要由钢管桩、贝雷梁和各类型钢组成。采用3排7列21根直径800mm×壁厚8mm钢管桩做支撑,每排钢管桩顶安放贝雷梁,贝雷梁上按钻孔桩位分布承重工字钢,平台顶面铺设5cm厚木板,平台四周焊接栏杆。各钢管桩之间通过焊接型钢形成横拉及剪刀撑,以保证平台的整体稳定。钻孔平台上悬挂警示标志和警示灯,警示过往船只注意航行安全。主墩平台平面尺寸为48m×14m,为平台钻机提供足够大的工作面。 4.2 设计要点 根据实际地质情况及施工安排,决定采用冲击钻进行桩基础施工。 横向钢管桩(3排)之间的跨径最好为贝雷梁节数的倍数(如6,9,12m),将贝雷梁节点放在钢管桩顶,以提高支点的抗剪能力,如果贝雷梁节点不在钢管桩顶处,则应在钢管桩顶的贝雷梁处增加竖向杆件。 平台的设计除完全满足钻孔桩施工外,还要充分考虑到之后的承台钢套箱施工,使施工平台一次搭设完成,避免重复施工。 4.3 主要设计参数 施工水位。根据设计资料和水文资料,本河段处施工水位3~5月份20年一遇最高水位为+3.8m。 钻孔平台施工荷载。每个主墩12根直径2.5m桩,6台大功率冲击钻机,根据平台上钻机数量和重量、平台自重和其他临时施工荷载(包括钻机冲击荷载)计算,每根钢管桩承受竖向荷载Pmax=311.4kN。 冲刷计算。根据设计资料,主墩处最大冲刷深度为2~3.5m,局部冲刷深度为3~5m。 钢管桩打入河床深度。钢管桩底要求打入河床局部冲刷线以下至少3m,同时根据河床地质情况按摩擦桩计算钢管桩的支撑力,满足平台竖向荷载、水平荷载和稳定性要求。 5 水中钢构固定平台的设计 5.1 固定平台结构布置 固定平台结构依据承台平面尺寸(18.2m×13.2m×4m)和施工荷载综合设计,由钢管桩和平台组成,钢管桩设7排9列共51根,钢管桩嵌入库底土层5~8m,平台分上下两层,出水面处为下层平台,相邻桩之间用[16型钢平联结,在水面以上3m处设上层平台,相邻桩之间用I32a型钢水平联结,上下层平联与护筒之间用I32a型钢相连,平台与平台之间设剪刀撑联结。所有节点采用双面围焊,上平台大小22.2m×17.2m。固定平台结构布置如图1所示。 5.2 荷载分析 设计钢管桩入岩深度5~8m,大于桩长的1/3,钢管桩间距小、数量多,整体稳定性较好,经分析最不利受力工况为单桩稳定,所以重点对单桩稳定进行受力分析与计算。 中国科技期刊数据库 工业C

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217 图1 5.2.1 施工静荷载 主要考虑施工设备和钢结构平台重量。设计采用4台冲击钻机,每台钻机重量+临时施工设施重量+工作人员自重=200kN,冲击锥头单个重80kN,钢结构平台自重800kN,施工用吊车1台300kN,累计施工静荷载2220kN。 5.2.2 施工动荷载 考虑到冲击钻机工作时,因施工人员操作不当会出现“丢空锤”现象,由此出现较大冲击力,对平台安全、稳定产生较大影响,因此需要对此情况进行分析。施工时锥头最大提升高度3m,按3m考虑锥头自由落体运动,“丢空锤”时钢丝绳和支架缓冲时间为0.5s。锤头自由落体3m时,速度v2=2gh(g为重力加速度取9.8m/s2,h为锤头自由落体高度取3m),v=7.67m/s。冲击力f=mv/t=1227kN(m为锥头重取80kN,t为缓冲时间取0.5s)由于“丢空锤”现象是在操作不当时才出现,不考虑同时有2台以上钻机发生此现象的工况。 6 水上钻孔桩基施工 采用3台冲击式钻机施工,先设置钢护筒,用厚δ=10mm的钢板在现场用卷板机卷制而成,钢护筒总长17.5m,底节长度为9m,顶节长度为8.5m,两节钢护筒接长采用法兰盘、螺栓连接;钢护筒利用已搭设好的操作平台及钻机吊装设备20mm钢管和16mm槽钢加工而成,内径2.35m,高1.5m,采用振动打桩机将钢护筒刃脚插打沉至河床面以下6m;为防止冲孔时护筒移位,应将钢护筒的上部用钢丝绳锚固在平台钢管桩上,以利钢护筒的定位及稳固。 7 施工效果 深水桥梁桩基施工中,利用钢管桩做支撑,工字钢当纵、横梁,上面满铺枕木搭成的水上操作平台,施工简单可行,安全有保证,给桩基施工提供安全可靠操作平台;深水中桩基承台施工时,采用钢板桩围堰,施工安全有保证;在18号墩桩基承台、墩身4个月施工工期中,无任何安全事故。 8 结论 在先进科学的带领下,高铁桥梁水中桩基的施工中,工作平台和围堰方式的施工材料和技术都愈加先进,并且已经具备了材料安装简单、拆除简单和安全稳定的特点。是值得推广应用的技术。 参考文献 [1]刘少志.滨州黄河大桥水中墩施工技术方案[J].交通科技,2006(8):62. [2]叶新,蓝斌.钢板桩围堰施工工艺和技术举措[J].中国市政工程,2008(5):41.