大型钢围堰施工

1第二节大型钢围堰施工一、围堰施工的基本概念1、围堰的作用围堰的作用就是在基础位置从地基到上部施工面，临时围出一个范围，使在这个范围内的基桩加承台形式的基础施工能避免水或土体的不利影响而正常进行。围堰的重要、关键作用之一是起施工平台的作用。这一作用的实现，在水深、流急的水流中是有很大难度的。因为要使围堰抵抗急流的冲击而稳定，需要进行许多很艰难的施工才能做到。围堰的另一个重要、有难度的作用是在堰内抽水后的抗水头差作用，因为围堰需要有足够的刚度和强度及密封程度才能抵抗水头差。基础的承台施工，一般是在围堰内抽水的情况下进行的。基础承台混凝土的浇筑施工，也可以利用围堰壁作为承台的侧模板。对于着、嵌岩的围堰，通过在堰内将基岩面以上的覆盖土层清除，可使堰内基桩采用清水方法进行钻孔施工成为可能。清水钻孔施工可节省钻孔施工造价，加快钻孔施工进度，提高基桩承载能力。不管是浅水基础还是深水基础，围堰施工方式一般都能适用于其施工。围堰施工方式是较普遍采用的基础施工方式。2、围堰的种类围堰有土石围堰、板桩围堰、板箱围堰、双壁围堰等种类。其中土石围堰又有土袋围堰、木桩竹条土围堰、堆石土围堰、竹笼围堰、铅丝笼围堰等形式；板2桩围堰又有钢板桩围堰、钢筋混凝土板桩围堰等形式；板箱围堰又有钢板箱围堰、木板箱围堰等形式；双壁围堰主要采用双壁钢围堰形式，也可采用钢筋混凝土薄壁双壁围堰形式。土石围堰、板箱围堰一般用在浅水基础施工中，板桩围堰一般用在较深、较大流速的水中基础及较深基坑施工中，而双壁围堰则用于水深、流急中的大型基础的施工中。3、大型钢围堰的发展情况较深、较急水流的水中基础施工，由于围堰受力和施工较复杂，所以一般采用钢结构形式。而对于深水、急流水中的、规模很大的基础施工，一般采用双壁钢围堰结构形式。目前，在水深、流急的大宽度江河上修建大跨径斜拉桥的情况越来越普遍。在这些斜拉桥上，一般采用大型圆形双壁钢围堰的基础施工形式。实践证明，大型圆形双壁钢围堰是目前较为普遍采用的围堰形式之一，也是很常见的基础施工方式之一。近年来，在通航桥梁上，基础的设计和施工已采用了一种新的方式，即采用了钢围堰、封底混凝土、基桩、承台的联合基础，而且这种形式已得以成功运用。在这种基础中，钢围堰即起施工作用，又作为永久结构起参与抵抗船撞力的作用。二、大型钢围堰的运用范围由于沉井基础的沉井本身已具备围堰的功能，所以除沉井基础外，其他需要防止水、土干扰的桩加承台基础施工，一般都可采用围堰方式，而对于大型桩加承台基础施工，则采用大型钢围堰方式。3由于大型钢围堰可以具有足够大的刚度、强度、重量和良好的稳定性，其堰内有足够大的施工操作空间，而且在构造上可以采用合理的形式，在施工过程中也可采取其他措施，所以大型钢围堰完全可以在地基土层中下到必要的深度，并可采取其他措施，使大型钢围堰具备在水中抵抗水流冲击的能力。因此，大型的深水急流中的桩加承台基础常常采用大型钢围堰的施工方式。三、大型钢围堰的工作原理1、围堰利用从地基土层到超过水面或不稳定地面范围的围体结构围水或围易坍塌的土体，使基础施工能在围堰范围内进行；2、在围堰内围堰底部的地基上浇筑水下封底混凝土，使围堰、封底混凝土在堰内形成一个与外部土体、水完全隔离的空间，使得在堰内抽水进行水下承台的施工成为可能；3、由于围堰底部支承在土层中，顶面在水面或不稳定土体以上，所以在围堰顶面建立基础施工工作平台成为可能；4、当基岩面以上的覆盖层不足够厚时，为防冲刷，围堰下部必须要着岩或嵌岩。如果覆盖层很厚，为防冲刷，围堰下部必须要处于土层中冲刷线以下的深度。而且在洪水来临前，必须要在堰内完成封底混凝土的浇筑以及一定数量基桩的成桩，以使围堰通过封底混凝土与基桩联成整体，以抵抗其大体形所导致的洪水对其巨大的冲击力。四、大型钢围堰的构造形式大型钢围堰高度大、平面尺寸大，因而其重量大，抗扭曲变形的能力不强。4因此，大型钢围堰不可能采用整体安装的方法安装成形，一般采用分节接高成形，逐渐下沉的方式安装、就位。为了减少安装重量，已成形部分的在水中下沉的围堰应能自浮。否则，围堰在未着在地基面上以前，其巨大的重量和易变形的构造使得很难对其进行吊装、支承。所以深水大型钢围堰的堰壁一般采用可自浮的双壁形式。另外，为使围堰能在土层中下沉，围堰必须要有足够的重量，则采用双壁形式，为在堰壁内填充必要的填充物增重提供了可能。围堰结构承受水头差或土体侧压力的作用，如果采用圆形结构，则受力合理，稳定性好，用材节省。而且圆形结构的抗扭曲变形能力是在所有平面几何形状中最好的。因此，深水大型钢围堰一般采用圆形双壁钢结构形式。大跨径斜拉桥的塔、墩基础由于受力很大，因而其规模也很大。当其塔、墩处于水深、流急的水中时，一般应采用大型圆形双壁钢围堰进行基础施工。圆形双壁钢围堰构造见图3-2-1。图3-2-1圆形双壁钢围堰的构造图一般大跨径斜拉桥墩、塔的跨间是通航的，而且通航的标准很高，则通航跨5塔、墩基础可采用上面所介绍的钢围堰联合基础构造，见图3-2-2。图3-2-2钢围堰联合基础构造图圆形双壁钢围堰由刃脚、堰身构成。刃脚部分采用楔体形状，便于围堰在土中下沉。刃脚的形成楔形形状的斜板也是双壁间的封底板。堰身由内外壁板构成。内外壁板、刃脚斜板使堰身形成了可自浮的舱体结构。刃脚斜板、内外壁板均在其舱体内侧面设有型钢加强肋。在内外壁板间每隔一定高度设置水平桁架托架，以使内外壁板形成联结。在堰身的舱体内，以过圆心的半径线等分圆周。则半径线与内、外壁板各有一个交点，在交点间设置隔舱板，使堰身被等分为数个互不相通的隔舱体。设置隔舱体的目的是为了能对围堰局部进行灌水压重，以调整围堰在水中自浮时的倾斜状态。隔舱板因为要承受相邻隔舱体不平衡的水头差，所以在隔舱板上每隔一定高度设置了与内外壁板相垂直的型钢加强肋。圆形双壁钢围堰必须能够承受所要求的水头差的作用，也能够承受其他施工6荷载和自重荷载的作用。承受施工荷载和自重荷载的要求一般能够容易得到满足。因此，围堰结构的强弱程度主要是由水头差压力所决定的。承受水头差受力大的部位其结构应该强大一些，承受水头差小的部位其结构则相对可以弱一点。例如，一般围堰在高度方向上分为标准段和加强段，实际上就是根据水头差受力大小而确定的。围堰结构的构造要求和其他一些非受力方面的要求也有可能影响围堰结构的强弱程度，但影响一般不大。五、大型钢围堰总体施工原理和方法深水、急流大型钢围堰的施工是所有围堰施工中难度最大的，是有代表性的围堰施工。下面介绍深水、急流中的大型双壁钢围堰施工的原理和方法。1、大型钢围堰施工应该完成和实现下列施工任务和目标：完成钢围堰的制作、下沉到位、堰内清淤及清基、封底混凝土的浇筑。其中的清淤是指将封底混凝土基底以上的土层全部清除出围堰，清基是指对清淤后的残留渣质进行更进一步的清除，以使封底混凝土基底较为纯洁、干净，使封底混凝土的质量符合要求，并达到更好的程度。封底混凝土的浇筑完成后，还要完成堰内必要数量基桩的成桩，使钢围堰自身处于最大水流冲击下的稳定状态。此后，以钢围堰为施工平台，完成堰内全部基桩施工及堰壁混凝土浇筑施工。然后，在规定的水头差下，就可以在堰内抽水，进行堰内承台施工。承台施工完成后，继续进行塔、墩身的施工，直至塔、墩身出水面，至此，围堰所起的施工结构的作用就基本完成了。最后，完成钢围堰承台面以上部分的切割，则钢围堰的施工全部结束；72、根据高度、平面尺寸、重量都较大及抗扭曲变形能力不强的情况，为了使运输、吊装更方便，大型钢围堰一般应采用分块制作，及分块、分节拼装的方法制作和拼装成形。钢围堰的拼装应按从底至顶的顺序进行，分节顺序则与此对应。钢围堰的拼装也有采用整节吊装拼装方式的。但实践证明，这种方式使围堰拼装在吊装过程中变形大，在对接过程中拼装精度差，接头很不顺直。因此一般不应采用此种拼装方式；3、为了使大高度的钢围堰拼装的吊装方便，钢围堰的拼接应在基础位置进行，以便钢围堰能够边接高边下沉，使钢围堰的安装高度得以降低；4、钢围堰在基础位水上的拼装是在已成形那一部分的钢围堰上进行的。那么就应该有一个基础节即第一节用以开始进行拼装。基础节的精度要求是很高的，所以，一般应在岸上制作；5、钢围堰在水中时，利用空心堰壁的自浮特性使围堰浮在水中；钢围堰着地后，利用地基的承载能力支承围堰；6、在接高过程中，当围堰在水面以上有一定高度后，可使之下沉，边接高边下沉。围堰在水中时，通过在堰壁舱内灌水下沉；围堰已进入土层中后，采用在堰舱内灌混凝土和灌水增加自重，并在堰内清除地基土，减少地基土对围堰的下沉阻力的方法使围堰下沉。堰壁混凝土应从围堰着床后开始浇筑。但为使刃脚着床时刃脚具有较大的刚度，一般在围堰下沉前就在刃脚浇筑一部分刃脚混凝土。堰壁混凝土也是增加围堰抗水头差能力所需要的，其填充范围一般是从刃脚底至承台面这一范围。在堰内清除地基土，采用导管气举吸除法。这一方法在一般的钻孔灌注桩清孔施工中常用；87、水中钢围堰的第一节即底节的制作和就位一般较多采用在岸上制作，滑移或吊装下水，浮运就位的方法；8、虽然自身是基础施工的工作平台，但当其未达稳定状态前，其本身的接高下沉也需要工作平台。为此，在围堰周围的水面设置船体平台。船体平台夹住围堰，可控制围堰的平面位置，并成为围堰下沉的导向体。所以船体也称之为导向船，船体平台也称为导向船体系。在导向船上设置吊装设备和其他必要的施工设施，以满足围堰施工的需要；9、在急流水中的钢围堰，其在嵌入土中较大深度达到自身抗水流冲击稳定前，必须要依靠一个锚碇系统使之能够抗水流冲击而稳定。为此要设置水中锚锭系统。锚碇系统与导向船、钢围堰体系连接，保证该体系的抗水流稳定。锚碇系统的主要作用是保证在枯水、平水季节，在钢围堰嵌入土中稳定深度以前的着床阶段，钢围堰的抗水流和风力的稳定。对于洪水状态，必须要采取渡洪措施才能确保钢围堰的安全和稳定。10、为了使钢围堰达到着、嵌岩的目的，必要时要采用一些辅助下沉措施，如高压射水破岩、爆破破岩、钻岩破岩或临时配重增加围堰下沉力等辅助下沉措施；11、堰内清淤清至基岩面或刃脚位置以下的土层面，必须要将松散杂质清除干净，以便封底混凝土浇筑在干净的基岩面或干净的较硬土层上，保证混凝土的质量符合要求；12、封底混凝土采用水下浇注法浇筑。浇注前，必须要先下放钻孔钢护筒，以留出基桩位置；13、封底施工完成后，在洪水来临前，必须采取渡洪措施，完成堰内基础的9必要数量的基桩施工，以使围堰在洪水冲击下自身达到稳定状态；14、在钢围堰自身稳固后，如果钢围堰堰壁混凝土的浇筑仍未完成，则继续将其完成。在钢围堰自身稳固后，以钢围堰为施工平台及围水结构，完成基础基桩、承台及塔、墩身水下部分的施工。最后，对在低水位状况下露出水面的围堰进行拆除。拆除可以采用水下切割的方式完成；15、围堰的拼接成形及围堰的整体定位是必须要满足其精度要求的。否则可能会影响结构的受力安全及基桩、承台位置的正确性。因此要采取一定的精度控制方法进行围堰的精度控制；16、围堰结构在施工过程中要受到水头差压力、土的侧压力、混凝土的侧压力及各种施工荷载等压力和荷载的作用，必须要根据设计要求对这些力、荷载加以控制，确保钢围堰结构的安全性。六、大型钢围堰施工的一些关键问题在大型钢围堰的施工实践中，有几个问题一直引起较多的重视。其中钢围堰的锚锭系统的设置和钢围堰的渡洪问题是关系到钢围堰结构在水流中的安全问题，是需要花费较多的人财物资源解决的、施工难度很大的问题。而钢围堰的着、嵌岩也同样是要花资源解决的、施工难度很大的问题。嵌岩是否为必须的，着嵌岩的概念是什么，一直引起较为热烈的讨论，直至近来才逐步达成较为一致的意见。钢围堰的着嵌岩的问题对设计思想、渡洪工期、钻孔方式及施工造价都有很大的影响。1、大型钢围堰的锚碇系统布设在水深急流的水中进行的大型钢围堰施工，由于钢围堰及其他的施工设施的10阻水、阻风面积非常大，因而钢围堰系统所受水流，风力阻力合力也非常大。在钢围堰未进入到地层稳定深度以前，钢围堰系统完全依靠所布设的锚碇系统抵抗水流、风力而稳定。因此，锚碇系统对大型钢围堰的稳定、安全很关键、重