深水基础的施工技术

12.1钢板桩围堰第12章深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰12.3钢围堰的施工技术12.4水上固定、浮动升降平台12.5江心滩大型无底钢套箱施工技术12.6扬中夹江二桥有底吊箱施工技术水中基础的施工手段•栈桥与施工平台•水中浮动工作平台•板桩围堰---木板桩、钢板桩、钢管桩围堰•钢围堰----单壁与双壁钢围堰•钢吊箱深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰12.1钢板桩围堰钢板桩锁口形状钢板桩是碾压成型的断面形式多种多样。我国常用的是德国拉森(Larssen)式槽型钢板桩。钢板桩的成品长度有几种规格(可查阅施工规范或手册)最大为20m还可根据需要接长。阴阳锁口环形锁口套形锁口深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰围囹(以钢或钢木构成的框架)作为钢板桩的定位和支撑双层钢板桩围堰钢管式的钢板桩围堰深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰钢板桩由插入土中的部份桩体支承开挖后侧面土及其它各种荷载的作用。通常在桩顶设置锚固或在围堰内设置多层支撑构架以确保安全。钢板桩截面选用主要考虑其支护深度，土质及周围水的情况。钢板桩围堰要确保支护稳定并满足自身材料强度、刚度要求。设计一般从以下几个方面加以考虑。(1)简化作用在钢板桩上的各种力(土压力、水压力等)。(2)计算稳定所要求的钢板桩入土深度。(3)考虑到众多影响因素的不确定性，采用可靠的安全系数。(4)采用水平平衡条件计算锚固或支承受力。(5)按结构理论计算在土压力、水压力等作用下的桩体弯矩、剪力分布并验算钢板桩和支撑构件的强度、刚度。深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰a变形b土压力c理想土压力分布d简化土压力分布嵌固支承模式的简化深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰a变形b理想土压力分布自由支承模式假定深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰悬臂式板桩计算简图几种常用算法简介1悬臂式板桩注：H为板桩悬臂高度；Ea为主动土压力；Ep为被动土压力稳定条件：(1)计算入土深度，先假定由被动土压力def对e取矩大于由acd对e取矩的2倍(即安全系数大于2)试算得出计算入土深度t1；(2)实际入土深度为1.15×t1。钢板桩强度和刚度条件：①由被动土压力gdh等于主动土压力acd试算得出土中剪力为零的点；②计算最大弯矩为acd和dgh绕g点力矩之差；③根据最大弯矩值选取钢板桩截面和型号(满足容许应力和变形要求)。深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰单锚浅埋板桩计算简图2单锚(支承)式钢板桩a土压力分布b叠加土压力c弯矩d变形2.1浅埋深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰主动土压力：稳定条件：即计算插入深度由计算。即：强度条件：先求A点反力Ra=Ea-Ep画出受力图并求出剪力为零的点。该点处求出最大弯矩Mmax，据此选用钢板桩截面和型号。因为EaEp是t的函数t要试算得出最合适的结果。考虑安全被动土压力(BCD)一般只取其一半即安全系数取2。2)(2)(2aaaKtHtHeE被动土压力：222ptppKteE0)32(3)(2tHEtHEHEHEpappaa))(2()23(paapEEHEEt深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰等值梁法计算单锚板桩简图2.2深埋板桩计算(a)等值梁法(b)土压力分布(c)变矩(d)等值梁深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰稳定条件(入土深度)：计算作用于板桩上的土压力并绘出分布图考虑到板桩与土的摩擦作用将被动土压力分别乘以修正系数(为安全，主动土压力不折减)。t0以下的土压力可不给出。计算土压力为零的点距挖土面的距离这时土内摩擦角2.002.001.801.701.601.401.200.360.400.470.550.640.751.00K/K040035030025020015010钢板桩的被动土压力修正系数paEEykpyHkykkabap)(即))((apbkkkpy式中：bp为挖土面处桩后主动土压力强度值深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰计算等值梁的最大弯矩Mmax和各支点支反力(Ra，po)。x由po和桩前被动土压力对桩底力矩相等求知即强度验算：计算等值梁的最大弯矩和各支点支反力，确定钢板桩截面和支撑构件尺寸。6)(20xkkkpap))((60apkkkpxxyt00)2.1~1.1(tt计算最小入土深度实际埋深考虑安全取深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰多层支撑板桩计算简图3多锚(支撑)式钢板桩的验算3.1稳定条件即入土深度的计算(1)盾恩近似法2)(2)(25xkkxLkapa0)(52HLkHxkkkaaap式中：kp，ka，H，L5为已知可得入土深度。深水基础的施工技术12.1钢板桩围堰(2)等值梁法(a)土压力分布(b)等值梁等值梁法计算多层支撑板桩简图深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰12.2锁口钢管桩围堰一、设计原则因锁口钢管桩围堰是以带锁口的钢管桩代替钢板桩，通过导向框下沉到位；并可视作是将双壁钢围堰化整为零，由各根管桩来穿过沉船片石等地下障碍物。所以，这种由钢管桩相互间通过锁口相连构成的基础施工防水围堰的特点是：钢管桩截面模量大，具有很强的抗弯能力，可大大简化围堰的内支撑体系，方便施工；同时，钢管桩的刚度和稳定性好，可采用强制下沉方式，因此它更适用于有地下障碍物的地方使用。也就是说，锁口钢管桩围堰综合了钢板桩围堰和双壁钢围堰的结构受力特点。因而，对锁口钢管桩围堰而言，其设计有如下特点。深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰在对围堰结构整体稳定性，钢管桩的抗弯能力，封底混凝土强度和内支撑强度进行验算的同时，还要重点验算钢管桩的整体和局部稳定性。另外，在钢管桩的设计中，除了考虑通常对外力产生的应力外，锁口间因管桩下沉时相互挤带而产生的施工附加力，也应在计算中予以考虑。当然，钢管桩围堰在提供较大抗弯刚度的同时，也不可避免地加大了钢料的一次性投入。因此，考虑到围堰的经济性，在设计时应尽量利用围堰内的被动土压力，一般应按浅埋桩围堰设计。深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰因钢管桩刚度大、埋深浅，桩侧土压力的分布可不考虑管桩弹性变形的影响。可近似按刚性基础计算，由此确定钢管桩的最佳入土深度。围堰及支撑体系在流水压力、风压力、波浪力以及其他原因产生的不均匀土压力等外力的作用下整体稳定性和围堰内土体的稳定性就更应值得设计中考虑。最后，锁口钢管桩围堰的设计中所需要确定的钢管桩入土深度，还取决于封底混凝土的厚度。封底混凝土厚度大则围堰内除土面低，围堰外土压荷载大，管桩入土深度就要相应加大。故应适当提高封底混凝土的标号，而减小封底厚度；而封底混凝土的厚度应根据静水压力及封底混凝土的支撑边界条件计算确定。深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰锁口钢管桩围堰的受力与围堰内抽水、除土及封底的施工作业顺序有关，按以下几种不利的工况分别进行验算。（1）不排水开挖至封底混凝土底面标高。（2）封底混凝土施工刚完成。（3）封底混凝土达到设计强度后围堰内抽水完毕。（4）承台混凝土灌注完成。二、设计验算深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰当然，以上几种工况验算时，均应分别与风力、波浪力、流水压力等临时荷载进行叠加，同时验算内支撑的强度及稳定性。至于钢管桩因锁口作用而产生的施工附加力，则参照有关资料，仅在取用容许应力时作以折减。另外，锁口钢管桩围堰中锁口的设计也很重要。因锁口既要满足围堰整体性的要求，又要能方便止水，一般要求加工精度高，安装难度大，稍有偏差则影响施工进度。深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰宁波桥22号主塔墩锁口钢管桩围堰施工中的主要做法如下。三、施工方法1、锁口钢管桩的插打及围堰合拢所用沉桩方法两种：振动打桩机振沉和滑车组加分配梁对称下压。原采用待围堰底节管桩全部用振动打桩机插完后，先静压使钢管桩顶比施工平台高出0.8～1.2m、高低相互错开，以便接长顶节施焊，然后再依次插打顶节钢管桩至设计标高。后因现场起吊设备调整，采取钢管桩接长至19m、一次插入至稳定深度，然后逐根打至设计标高。管桩下沉前在管桩锁口内涂上黄油，用160t的振动打桩机插打，沉桩过程中伴以高压射水。钢管桩的下沉导向是利用已有钻机平台，沿围堰轮廓线拆除部分平台杆件，并加拼局部构件形成导向框。深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰为了控制锁口缝隙，在导向框上分别标出每根桩锁口的中心位置。管桩插打的工序是：插打从围堰上游中部开始，顺次逐根向两侧插至角桩，再逐次从上游向下游插，最后在下游中部合拢。整个钢管桩围堰合拢并插打到位后，将导向平台拆除，在管桩上焊牛腿，拼装围堰内支撑，完成了从单桩受力到形成整体围堰的内支撑体系的转换。2、钢管桩内除土和围堰内除土主要除土工具是吸泥机、抓泥斗和高压射水设施等。对于沉船部分的管桩采取了冲击和吸泥交替的方法进行。围堰内除土，是采用边吸泥边补水的方法。深水基础的施工技术12.2锁口钢管桩围堰3、锁口钢管桩围堰的排水与止水锁口钢管桩的止水是此种围堰成功的关键，钢板桩的止水主要是依靠精密加工的锁口来实现的。宁波桥22号墩锁口钢管桩围堰因简化了止水功能，其止水堵漏是在施工中加以控制。该锁口是利用P38钢轨作阳扣，型钢加钢板焊接或阴扣，形成锁口连接。其止水堵漏措施则是在逐步摸索中完成的。具体分为四个阶段：第一阶段采用的方法是在管桩锁口滑道内加设填料或压浆，由于该地区潮位不断变化，围堰内水位忽高忽底，这样填料大部分被冲走，其效果不好而放弃；第二阶段是在围堰外插止水钢板，方法是将止水钢板垂直密贴在管桩外边缘，并用钢筋与管桩固定，然后在止水钢板与管桩间填以红土，此法效果不太理想；第三阶段为在锁口中填棉纱或棉絮加红土填缝堵漏，此时还有部分漏水；第四阶段对漏水处采用围堰外堆煤渣，同时在锁口内镶止水木条堵漏，这种措施止水效果好。至此，围堰止水完成，排水后就可进行承台施工。深水基础的施工技术12.3钢围堰的施工技术12.3钢围堰的施工技术1、单向流速的锚碇系统布置长江黄石长江公路大桥，桥址建于弯曲河道，流向与桥轴线成81°的夹角，5号主墩上游因有沉船，采用了短锚缆，4号主墩采用了长锚缆。主墩中距245m，航道较窄，通航船舶多，不同水位时期，流向的折角多变，最大流速2.0~2.5ms，为此加大了锚的重量(45t个)和数量，施工期虽然发生了多起船舶撞击导向船的事故，但锚碇系统均未失控。因此，在特殊地理位置，主墩所处航道较窄的情况下，提高锚锭系统的安全系数是必要的。一、钢围堰锚碇系统的布置深水基础的施工技术12.3钢围堰的施工技术黄石大桥4、5号墩锚碇系统布置图深水基础的施工技术12.3钢围堰的施工技术武汉军山长江公路大桥，该桥址位于武汉长江大桥上游50余km，该河段河道顺直，主墩中距460m，航道较宽，钢围堰下沉处覆盖层较薄(3~4m)，基岩表面平整(岩面高差20~30cm)。预计下沉着床时间短，故锚碇系统的布设极其简化，利用打桩船作定位船，有效地利用其上的铰车和锚缆设施；导向船利用一艘船型较大的起重船在主航道一侧导向，用钢丝缆将钢围堰绕系在起重船的系桩上，岸侧设有三条岸缆。深水基础的施工技术12.3钢围堰的施工技术武汉军山长江大桥B标主墩锚碇系统布置图深水基础的施工技术12.3钢围堰的施工技术2、双向流速的锚缆系统布置浙江温州大桥，该桥址河段受不规则的半日潮影响，最大潮差8.00m，涨、落潮的流速最大值2.0ms，流向也往复变化，必须设双向定位船。根据承台设计的几何形状，钢围堰按削角长方形(55.5m×29.0m×20.5m，削角7.2m×7.2m)制作。如果在钢围堰两侧设导向船组，其船长应在70m以上，按此船长，其船宽均大于15m，则导向船组的外侧宽度将达60m，不仅增大了主锚缆阻力，更主要的是影响了施工期航道的畅通。为此取消了导向船组，将锚缆直接锚系在钢围堰上。为了适应钢围堰下沉调缆的需要，在钢围堰上设置了多层锚缆平台。深水基础的施工技术12.3钢围堰的施工技术浙江温州大桥主墩施工锚碇系统布置图深水基础的施工技术12.3钢围堰的施工技术二、钢围堰的制作及首