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1、温州市永嘉县瓯北大桥深水潮汐水域钢板桩围堰施工工艺中交一公局二公司瓯北大桥项目董耀文一、工程概况瓯北大桥工程位于温州市永嘉县楠溪江入瓯江口，是连接瓯北片区和三江片区的一条重要通道，作为瓯北镇“带形城市”空间结构两条交通轴线之一“阳光大道-瓯北大桥-江东大道轴线”的重要节点，起到连接瓯北组团和三江组团的重要功能。通过与瓯江过江通道相接，进一步加强瓯北镇、三江片区与温州市区的交通联系，促进瓯北城区一体化发展，并给瓯北与乌牛和乐清的联络带来方便。本工程位于楠溪江入瓯江口，属于感潮河段，每天两涨两落,历年最高潮水位5.53m，最低潮水位-2.16m。瓯北大桥主桥为独塔双索面叠合梁斜拉桥，其跨经组成为1
2、50m+125m=275m。主墩（PZX13#）承台尺寸为54.25m21.50m5.0m，两端无尖角，以减少对水流的影响，承台采用C35砼，单个承台砼方量为5120m3。基础采用22根直径为2.5米的钻孔灌注桩基础，桩基持力层在基岩，桩长49.5米。承台底标高-2.70m，河床底标高-4.10m，淤泥厚度平均0.8m，瓯江水域类似水文地质情况均采用钢套箱围堰施工。瓯北大桥主墩桩基于2012年10月1日开钻，根据总体施工进度安排桩基施工周期120天，围堰施工周期75天。如采用钢套箱围堰，必须等桩基全部施工完成，拆除桩基操作平台安装下放装置后才可进行围堰的施工，对总体施工进度计划有影响。采用钢板
3、桩围堰施工，可对桩基施工进行合理安排，只要有钢板桩施工空间便可先进行围堰的插打以及围檩的安装，桩基操作平台的拆除可同步进行，能大大缩短工期，保证整个主桥施工的进度。因此选择钢板桩围堰施工。二、国内研究现状瓯江水域已建或在建工程基本均采用钢套箱围堰施工工艺，施工周期较长，且无法与桩基施工形成流水作业，人员的组织以及投入方面均有较大的波动，不宜于劳动力的合理安排。但钢套箱围堰施工工艺成熟，无论有底钢套箱或无底钢套箱，单壁或双壁套箱均成功运用于瓯江水域，但钢板桩围堰的施工在此区域并无经验可寻，需进行详细的方案比选。围堰形式优点缺点钢套箱围堰1、 工艺成熟，瓯江水域已有成功案例。2、 围堰加工均由专业
4、厂家完成，围堰加工质量有保证，且止水性能较好。3、 总体施工安全风险控制因素较少。1、 围堰的加工周期至少需要2个月以上，2、 无论采用整体下放还是原位拼装都无法与桩基施工流水作业。3、 经济成本高。钢板桩围堰1、 施工工艺成熟，但瓯江潮汐水域尚无经验可寻。2、 可以与桩基施工形成流水作业，桩基操作平台的拆除也可同步作业，大大节约工期，主桥关键线路有保障。3、 材料为市场现有材料，无论采用租赁或购买均可以在最短时间之内进场。4、 经济成本低。1、 钢板桩插打垂直度、平面位置控制难度较大；锁口止水性能不能保证，须提前做好止水准备工作。施工技术难度较大。2、 总体施工安全风险控制因素较多。三、要解
5、决的技术问题结合瓯江水域水文地质条件以及本工程总体进度计划安排，经过详细的方案比选与论证并确定以下几个需要解决的技术问题。（一）围堰与桩基同步施工的工艺组织根据总体进度计划安排，考虑到温州地区季节性台风的影响，必须保证主桥上部结构合拢在2014年台风期（7月）前完成，通过工期倒排并合理考虑节假日影响以及适当的时间充裕系数，必须保证围堰在2013年03月15日前完成，因桩基施工于2012年10月01日开始，桩基与围堰的施工周期为165天，考虑春节20天，可施工天数为145天。如何在短短的145天之内完成理论需要195天才能施工完成的工作任务，需要进行合理的施工组织安排。（二）围堰封底施工工艺瓯北
6、大桥主墩承台底标高为-2.70m，根据水文地质资料以及现场实际量测结果，施工期间最潮水位为4.50m，最低潮水位为-1.0m。需要对围堰的整体稳定性、抗隆起、抗渗流以及抗倾覆稳定性进行详细的计算，确定合理的围堰封底施工方案。（三）施工阶段围堰监测因瓯江水域属于感潮河段，每天两涨两落，施工过程中对围堰的冲刷监测是对设计阶段数据取值的进一步验证，更是施工过程中确保围堰整体安全性的必要措施。同时对围堰的变形、轴力以及施工期间潮水位情况进行详细的监测，进一步验证围堰的结构的安全以及积累一定的数据。（四）合理的体系转换因结合围堰的设计，两层支撑设计是保证围堰结构安全的需要，势必导致承台砼施工将分两层浇注
7、，围堰的第二道支撑由钢管柱支撑转换为混凝土支撑后方可给承台第二层施工提供操作空间，如何合理快速的完成第二道支撑的体系转换，确保钢板桩围堰的整体受力是需要解决的技术难题之一。四、主要采用的技术方案（一）合理安排桩基施工工序，保证围堰施工提前介入根据桩基平面布置，对桩基施工工序进行合理的规划，按照以围堰施工提前介入为前提，以桩基施工先外侧后内侧的原则进行桩基施工工序划分，确定采用8台冲击钻机依次进场施工。主墩共22根桩基，平均每台钻机施工3根桩基，每根桩基施工平均时间为25天，待施工至第三轮时拆除外侧钢板桩施工区域内桩基操作平台进行围檀安装以及钢板桩的插打施工，桩基施工完毕后钢板桩以及围檩也施工完
8、毕。（二）水下封底施工工艺分别对封底混凝土按照干封与水下封底两种工况对围堰各个力学性能进行详细设计与验算，考虑到干封工况下围堰的抗隆起稳定系数偏小，故采用水下封底混凝土模式，确定封底混凝土厚度为1.5m，待强度达到要求后抽除围堰内水并浇筑0.3m的混凝土调平层并在围堰外侧设置排水渠，保证承台施工区域的干燥整洁。围堰封底混凝土采用C20标号。一方面通过封底混凝土与桩基钢护筒、钢板桩形成一个整体，依靠其自重、封底砼与钢护筒、钢板桩的粘结力抵抗水浮力；另一方面在封底砼达到强度围堰内抽水后，封底砼对钢板桩下部形成有效支撑。封底砼采用导管法水下浇筑。施工前先利用钢护筒或钻孔平台定位桩放置型钢分配梁，其上
9、铺设脚手板作为封底施工平台。然后根据围堰尺寸及桩基位置布置封底导管。（三）建立完善的围堰施工监测体系依据本围堰设计方案，根据建筑基坑支护技术规程按照侧壁安全等级将本工程基坑定为三级。依据建筑基坑支护技术规程、设计图纸以及本地区工程经验确定本基坑工程监测内容和项目分别为钢板桩位移、桩身变形、支撑轴力、潮水位等，作为仪器监测的补充，在整个施工期内分别对围堰支护结构、施工工况、监测设施等进行定期巡查，确保承台施工周期内围堰结构的安全。（四）选择合理的体系转换待第一次承台混凝土浇筑完成后需要快速合理的进行第二道支撑体系的转换工作，由钢管柱支撑更改为混凝土支撑。体系转换涉及模板拆除、黄砂回填、支撑混凝土
10、浇注以及第二层承台钢筋绑扎之间的合理组织与安排，按照相关规范以及设计单位要求，第二层承台混凝土施工必须在第一层承台混凝土施工7天之内完成。结合现场实际施工情况以及围堰支撑的相对位置关系，综合考虑最大限度的在最短时间内提供足够的承台钢筋施工空间为前提对每道工序进行合理组织与划分，最终确定围堰体系转换施工组织安排如下图所示。如图用虚线将围堰分成三个区域，钢筋施工区域与黄砂回填区域同步进行，交叉施工。首先进行钢筋施工区域1的同时进行黄砂填充区域2的施工，以最短的时候拆除中间支撑提供承台施工作业空间。钢筋施工区域的施工工序包括承台钢筋的绑扎、塔座预埋钢筋施工以及承台模板的支设；黄砂填充区域的施工工序包
11、括黄砂回填、混凝土支撑的浇筑（为尽早拆除围堰第一道支撑，支撑混凝土掺加早强剂）。五、深水潮汐水域钢板桩围堰施工工艺本工程钢板桩围堰桩长为18m，钢板桩入土深度9.0m，钢板桩沉放过程中需要穿越2-2灰色中砂层与2-4灰色淤泥层。钢板桩的插打采用履带吊或龙门吊配合震动锤进行打入。因本工程所处位置地质土层性能较差，为减少钢板桩施工和钻孔桩施工的相互干扰，首先安排外侧钻孔桩施工，然后在施工完成的钢孔桩外侧打设钢板桩，钢板桩和正在施工的钻孔桩之间最少需隔一根桩。钢板桩围堰施工完毕后进行封底混凝土浇筑，施工承台钢筋及混凝土，待承台施工结束且主塔塔座施工完毕后即可拆除钢板桩围堰。（一）施工工艺流程钢板桩围
12、堰的施工工艺流程如下图所示。（二）施工准备钢板桩插打施工准备工作主要包括钢板桩检查验收、钢板桩焊接加工、锁口清理和润滑等。钢板桩的存放、吊运、检验和矫正、锁口等均应满足热轧U型钢板桩等规范和规程要求。施工准备定位测量导框安装钢板桩吊运就位与钻孔桩施工同步插打钢板桩插打试验钢板桩合拢施工逐层安装堰内支撑，水下砼封底施工监测承台、塔座施工拆除内支撑拔除钢板桩根据现场实际测设数据进行角桩的加工以及围檩的接长等工作。（三）导向装置安装为保证钢板桩插打垂直度，在插打前先施工钢围堰导向架，作为打桩时的导向设备。导向架设两层，内侧利用围檩作为限位装置，外侧利用平台钢管桩上的牛腿作支撑导梁，确保围堰的线形。（
13、四）钢板桩插打本工程钢板桩入土深度为9.0m，根据设计图纸提供的地质资料进行振动锤的选型，确定采用DZ90型振动锤（激振力=350KN）即可满足施工要求，安全系数K=2.0。为确保钢板桩插打施工的机械设备能够满足要求，在钢板桩正式插打前，应在钢板桩桩位处进行插打试验。结合现场钻孔桩实际施工进度，钢板桩插打从上游一角附近开始，第一根钢板桩位置应准确、垂直，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。合龙口的位置选择在下游一侧的某个直线段附近，以保证其垂直准确。钢板桩插打施工可采用逐片插打，逐渐纠偏，直至合拢的方法。钢板桩插打要随时以导梁为准，检查所打的钢板桩位置是否准确，垂直度是否合格，及
14、时实施纠偏。插打钢板桩应做到“插桩垂直，分散偏差，有偏即纠，调整合拢”。第一片钢板桩是整个围堰钢板桩的基准，应严格控制其垂直度。（五）钢板桩合拢在整个钢板桩施工插打过程中，开始时插一根打一根，即将每一根钢板桩打到设计位置；至剩下最后5片时，要先插后打，即先将钢板桩插至稳定高度（保证钢板桩身稳定即可），主要是利于钢板桩的调整，并且合龙处的两片桩应一高一低，便于插桩；若合龙有误，可用倒链对拉使之合拢，合拢后，再逐根打到设计深度。钢板桩围堰合拢施工是最关键的一步，直接关系到围堰能否成功。围堰在合龙时，两侧锁口不一定会平行，合拢口的调整措施如下：1、若合拢口尺寸上下都大时，可在合拢口两侧钢板桩上点焊上
15、下平行吊耳，位置及数量根据尺寸大小的差值而定，利用倒链进行相向对拉；若合拢口尺寸上下都小，可利用倒链进行反向外拉，至符合要求为止。2、若合拢口尺寸上小下大时，可在合拢口两侧钢板桩上点焊上下平行吊耳，位置及数量根据尺寸大小的差值而定，利用倒链上部进行反向外拉，下部相向对拉；若合拢口尺寸上大下小时，利用倒链上部进行相向对拉，下部反向外拉，至符合要求为止。3、若采取上述措施仍不能解决合拢问题，可采取特制异型钢板桩合龙，一片异型桩满足不了要求，可采用两块甚至多块。（六）内支撑的安装钢板桩插打施工过程中，根据设计图纸要求，当有支撑安装操作空间时即可进行第一道支撑体系的安装，安装完成后根据设计设计算工况的
16、要求严格控制围堰内外水位差并进行第二道支撑的安装，此处的施工顺序特别应注意主支撑的安装应严格按照先上后下的顺序施工，斜撑可根据实际情况自行调整，支撑未施工完成前不得进行抽水作业。在内部支撑系统安装过程中，应加强对钢板桩桩顶位移、桩身变形和支撑受力的监测，及时对检测数据分析反馈，以指导安全施工。在内部支撑系统施工过程中，易出现以下问题：内支撑系统各杆件的加工及安装不符合要求，造成受力不均匀；内支撑与钢板桩间不密贴；抽水时发生围堰变形；抽排水时出现渗漏，处理不及时。因此应注意以下几个方面：1、内支撑系统各杆件的加工及安装应该严格控制精度，安装时应测定各构件的平面位置，控制好各部位的高程，尽可能使内
17、支撑系统在同一水平面上确保均匀受力。2、内支撑自上而下设置，内支撑构件要焊接牢固，避免局部失稳；内支撑与钢板桩间要尽量密贴，有空隙处应用钢板抄垫。3、钢板桩锁口漏水时，可在围堰外撒大量细木屑、砂等细物，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。4、渗漏较严重时，可对钢板桩外侧包裹止水形成止水帷幕，通过抽水过程中的水压力使止水布密贴在钢板桩上。5、抽水时，应对围堰变形和受力情况进行观测，如发现监测超出允许范围值，则应立即停止抽水，并向围堰内进行注水，防止围堰变形进一步扩大。6、内支撑安装过程中，应持续对围堰变形和受力情况进行观测，如有异常变化应及时向主管部门进行汇报，
18、并疏散围堰内施工人员。（七）水下砼封底封底砼采用导管法水下浇筑。施工前先利用钢护筒或钻孔平台定位桩放置型钢分配梁，其上铺设脚手板作为封底施工平台。然后根据围堰尺寸及桩基位置布置封底导管。封底导管采用300mm钢管，导管顶部装有一设法兰盘的管节与储料斗相接，储料斗采用桩基施工时首盘冲灌的储料斗，其容积不得少于6方。导管在使用前须进行水密试验，导管安装时，每个接头须预紧检查，下放固定时，导管下口悬空1520cm。导管布置按每根导管的作业半径4m考虑，导管固定在平台分配梁上。灌注前，把储料斗装满混凝土。一切准备工作就绪后，利用吊机“拔球”使混凝土瞬间通过导管压向基底，在导管周围堆成一平坦的混凝土圆锥
19、体，然后利用龙门吊吊运混凝土漏斗通过导管源源不断地灌入锥体内，混凝土在水下摊开和升高，直至达到承台底设计标高。水下封底混凝土灌注注意事项如下：1、由于水下混凝土面积大，不可能一次同时“冲灌”灌注。水下混凝土封底采用导管分项逐根灌注，其灌注顺序应从低至高、从周边至中间逐个进行。从低至高灌注是为了避免因高处导管内混凝土往低处流淌造成导管底口脱空或埋入的厚度过薄，致使导管底口进水，发生质量事故；从周边至中间灌注是为避免基底浮泥及封底顶面的浮浆集中在基础边缘。2、水下混凝土灌注前要精确探明基底各部位的标高，首先用尖锤测量导管底处基底标高，待首批混凝土灌入后再用平底锤测量埋管深度，待确认导管埋深满足要求
20、后再移动储料斗至下一根导管。3、封底混凝土配合比的选用：选用配合比的强度要提高10-20%，充分考虑水下混凝土的特性。拌合混凝土要求有足够的流动性，以顺利通过导管，并能在水下自动摊开。混凝土的坍落度控制为18-22cm，开始灌注阶段，采用增加适量水泥或粉煤灰来增加混凝土的流动性和黏度，使其具有良好的和易性，避免在灌注过程中产生离析。混凝土应掺入适量缓凝剂，初凝时间不小于12小时。4、每根导管的首批混凝土坍落度不要太大，以避免因落下的混凝土不能形成一定坡率而埋不住导管底口。5、备用一台插入式振动器，在漏斗颈混凝土卡住时，用来疏通混凝土。6、混凝土搅拌时间较普通情况稍加长，一般不小于2min。7、
21、施工中安排专人精确探明基坑底标高、砼表面标高，应该控制导管埋深。8、混凝土浇筑前应对所有机具设备进行检修，确保能正常工作运行后才能开盘，同时应备好易损件。封底混凝土施工完毕待强度达到要求后进行抽水作业，用高压水枪清除混凝土表面杂物，并在承台底位置浇筑厚30cm找平混凝土。（八）承台及塔座施工找平层施工完毕后割除并回收钢护筒，测量放样凿除桩头。钢护筒的切除分两次进行，安装第二道支撑前将影响支撑安装的钢护筒进行割除，封底完成后进行第二次切除。桩头应保留封底顶面以上的15cm。承台模板采用大块定型钢模板，钢模板高度可按两次浇筑高度分节考虑，每次浇筑高度2.5m。拆除第二道支撑体系前首先在第一层承台混
22、凝土外围浇筑80cm厚混凝土支撑，浇筑混凝土支撑前在承台与围堰之间填充黄砂，支撑体系的转换详见第四节第四条。承台与塔座的施工具体按照专项施工方案的要求进行，此处不再进行详述。（九）钢板桩的拔除待下塔柱及横梁施工完毕支架拆除后，根据现场施工环境，决定拆除内支撑和钢板桩围堰的时间。按与打桩顺序相反的次序拔桩。在下游选择一块较易拔除的钢板桩，先略振动拔高12m，然后依次将所有钢板桩均拔高12m，使其松动后，再从下游开始分两侧向上游依次拔除。对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一起拔出，必要时可进行水下切割。使用振动锤拔桩时，桩捶各部机件、连接件要确保完好，电气线路，绝缘部分要良
23、好绝缘。每天使用前要认真检查，班后要进行保养。遇到拔不动的钢板桩，应立即停拔检查，采取射水、振动等松动措施，严禁硬拔。拔桩时要先振动12min，在有松动后再边振边拔。六、关键技术要点及主要技术特征（一）钢板桩插打施工不占用围堰施工周期1、钢板桩的插打与桩基施工同步交叉作业；2、最大限度的利用围檩作为层向装置，减少围檩安装作业时间对整个围堰施工周期的影响。3、承台施工总体周期只考虑封底混凝土施工、钢筋绑轧、模板支设以及混凝土浇筑施工时间。4、体系转换以提供其它工序操作空间为前提，提前进行合理的组织与安排，尽量保证体系转换时间不影响钢筋绑轧及其它形成工程实体的工序操作。（二）网格法导管布料水下封底
24、混凝土施工工艺网格法导管布料法水下封底混凝土的施工原理主要是通过围堰与钢护筒之间搭设的临时工作平台作为导管安装与人员走行的通过，将导管按照梅花型布置3排，根据导（管底混凝土的流动半斤）确定导管的布置间距。采用汽车泵或泵以推移式阶梯状逐步向前推进进行封底混凝土的浇筑，待浇筑至第3排导管位置混凝土时即可将第1排导管转移至第4排位置，依次逐步向前推进。通过建立全断面水下混凝土标高测量控制系统，保证封底标高起伏大，二次找平混凝土方量大的问题。导管的布置必须首先确定好首批混凝土的数量，根据本工程实际施工，首批混凝土的数量为：v=R2h/3=5m3,R为扩散半径，最大为4m,h为导管底口处混凝土埋高，h=
25、0.3m。（三）合理确定围堰设计参数结合本工程实际实施情况以及对围堰结构的应力、轴力等监测情况分析，实际计算时各部位控制参数可参照如下执行：1、 钢结构在最不利荷载情况下的应力0.8容许应力；2、 钢板桩、围檩的变形构件计算跨度的1/400；3、 围堰抗隆起稳定性安全系数1.4，抗渗流稳定性安全系数2.0。4、 当支撑的设计导致混凝土必须分层浇筑时，支撑位置的设置以及后期拆除要最大限度的满足两次浇筑时间差在规范允许范围内。七、经济效益分析（一）钢套箱围堰施工经济效益分析若采用双壁钢套箱围堰，围堰加工周期长，且无法周转至引桥桥墩施工。材料均需新购，成本较大。考虑钢套箱的回收，回收按照1500元/
26、t进行计算，双壁无底钢套箱围堰施工成本分析如下表所示。序号项 目单位数量费用（元）单价合价1钢套箱t600300018000002钢套箱加工及运输t600300018000003钢套箱拼装与下放t600300018000004钢套箱拆除t600200012000005混凝土封底m321005401134000合计元9534000（二）钢板围堰施工经济效益分析瓯北大桥深水基础钢板桩围堰设计为矩形，平面尺寸为57.25m24.5m，采用NSP-IVw型钢板桩，钢板桩长为18m，施工实际发生的成本费用为283.7806万元，具体如下表所示。序号项 目单位数量费用（元）单价合价1钢板桩租赁t52613
27、817264062钢板桩插打及拔除t52615007890003围檩及支撑系统加工、安装 以及拆除t8512001020004混凝土封底m3210054011340005填充黄砂m3720120864006体系转换填充混凝土m318054097200合计元2935006说明：1：钢板桩租赁费用=526吨*70吨/元+526吨*270吨/元*4.3月+526吨*150吨/元=726406元.（包括进场出库费用、租赁费、运输费） 2：砼封底垫层单价包括作业班组施工费用120元/m3. 3：填筑黄砂单价包括材料费、运输到施工现场、及现场机械人工费用。4：其他各项都按照和本项目作业班组施工单价统一计算
28、而得。从以上两种方案对比情况来看，在不考虑施工工期影响、钢板桩周转的前提下，采用钢板桩围堰施工最多可节约659.899万元。其中不包括钢板桩围堰的周转施工八、社会效益分析俗话说“时间就是金钱，工期就是效益”，同时工期也是企业品牌提升的保障。在瓯江水域钢板桩围堰的成功运用，对整个工程项目的施工进度管理起到了质的飞跃，也为整个工程项目提前竣工打下了坚实的基础，从而进一步间接的降低了项目管理成本费用。瓯江大桥施工前期，为保证主桥施工的顺利实施，综合考虑围堰与桩基施工的有效结合，对桩基施工平台与行车平台首次采用了模块化的平台设计理念，即施工平台与行车平台独立设计、独立施工，自成体系。钢板桩围堰施工在瓯江水域上的成功运用具有很强的推广性，施工工艺虽然已经很成熟，但对于项目整体施工进度的影响、项目管理成本费用的节约以及企业品牌的提升方面有很大的贡献，具有很强的推广价值。
