挖泥船钢管(深水钢板桩围堰“先支后抽”施工技术)

Posted 2023-05-27

篇首语：位卑未敢忘忧国，事定犹须待盖棺。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了挖泥船钢管(深水钢板桩围堰“先支后抽”施工技术)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

挖泥船钢管(深水钢板桩围堰“先支后抽”施工技术)

曹向东

北京中交通达路桥工程有限公司

摘要：以竹山堵河廊大桥为例，针对其深水钢板桩围堰施工过程中的“先支后抽”技术展开探讨，阐述该技术工艺原理，重点围绕其施工流程及工艺要点进行分析，包括钢板桩施工及内支撑系统工艺两个方面内容，并经由相关的计算验证了该技术的可行性，最后提出质量控制措施。施工结果表明:基于“先支后抽”的方式有效改善了高板桩围堰挡水高度不足的问题，提升了钢板桩围堰适用性。

关键词：先支后抽;深水钢板桩;围堰工程;

钢板桩围堰兼具高效、稳定等多重优势，作为现代化新型技术，在深水承台施工中得到广泛的运用，但在挡水高度上较为局限，无法媲美于传统的双壁钢围堰等技术手段，钢板桩围堰实际挡水高度通常在11m内。基于此，针对钢板桩围堰技术展开探讨，提出可行方式提升围堰挡水高度极具必要性。

1 桥梁概况

竹山堵河廊桥总长度327.0m，横断面宽度共计20.0m，由2×3.5m(行车道)+2×1.5m(硬路肩)+2×5.0m(人行廊道)构成。主桥部分采用预应力混凝土T梁辅以装饰板的组合形式。上部设置为预应力混凝土T梁，具体规格4×40m;下部基于混凝土材料设置空心薄壁桩基础，桥台部分为典型重力式U台形式，本工程墩台总量共9个，各墩位均适配8根规格一致(1.4m)的钻孔灌注桩。基于工程需求，材料用量为混凝土约20675m3，钢筋约2680t，钢绞线161.5t。

2 工艺流程与原理

严格遵循既定流程展开钢板桩围堰施工作业，具体有:设置钢板桩→水下封底→持续抽水并增设内支撑结构→围堰成型。值得注意的是，由于深水区施工环境复杂，逐层排水过程中，受围堰抽水影响，钢板桩出现的内力与形变都具备叠加特性，加大了与封底混凝土顶面交接区域的应力，随之制约了钢板桩围堰挡水高度。基于此，针对钢板桩围堰施工做合理优化，基于“先支后抽”的方式更具可行性，在沉放内支撑的基础上进一步展开围堰内抽水作业，此举可确保钢板桩围堰挡水高度满足工程要求。

3 钢板桩围堰施工

3.1 施工步骤概述

水中承台质量必须得到保障，选用钢板桩围堰形式，平面尺寸23.4m(横桥向)×9.12m(顺桥向)，单桩长度16m，具体为WRU23型钢板桩，最终围堰顶面标高设定为251m。

借助抓斗挖泥并达到﹢237.0m标高处，基于C20水下混凝土材料施工作业并达到封底效果，围堰钢板桩施工环节，以50t履带吊为基础设备，辅以DZJ-45振动锤做进一步插打处理。

3#、4#、5#、6#墩较为特殊，均处于堵河河道内部，水流量偏大。针对桩基础展开施工作业，有必要搭建钢板桩围堰，由于钢管桩进入覆盖层的深度相对较小，因此要做好优化工作，提升桩底几何形状可行性。

应预留适当时间，待封底混凝土满足既定强度要求后，对表面实行凿毛处理，割除临时钢护筒，达到破桩状态后做好对承台钢筋的焊接工作，开始承台施工。

3.2 钢板桩围堰设计

工程中以WRU23型钢板桩为宜，实际长度16m，基于此材料所得围堰平面尺寸23.4m×9.12m，设置为双层内支撑形式，各自对应标高有所差异，具体为246m,243m。进一步施工水平支撑，具体为610×8mm，720×10mm(亦是角撑施工材料)两种规格钢管，围檩部分原材料为HN600mm×200mm,HN450mm×200mm型钢。结束钢板桩围堰搭设作业后，为全面提升其应用效果，在围堰外侧增设彩条布，在与钢围堰夹层内填入适量棉絮以达到紧密效果。

3.3 钢板桩插打流程

在插打之前，需对外围钢护筒加以处理，经焊接方式固定I22b型钢牛腿，在此基础上将3HN450mm×200mm围檩焊接于端部区域，为后续插打作业提供导向。在实际插打环节，在第一时间将围檩焊接在竣工的钢板桩上，全面封底后随之拆除牛腿。

为确保钢板桩的插打质量，测量部做好放样工作，借助导向架发挥出导向作用。在钢板桩打设过程中，灵活运用导向架，保障钢板桩时刻处于垂直状态;插打操作需得到技术人员的全程指导，在钢板桩出现偏差时随即做出调整。图1为钢板桩施工示意图。

图1 钢板桩施工下载原图

结束下游侧钢板桩施工作业后，将履带吊设备就位于支栈桥上，此时可将贝雷梁等平台结构拆除。此后，对最外侧钢护筒实行焊接作业，有效连接牛腿，在端部区域焊接围檩，插打余下的钢板桩。为提升钢板桩围堰封水效果，在抽水环节精确分析渗水区域，利用土工布加以填堵。

3.4 封底混凝土施工

结束钢板桩插打作业后，适配长臂挖机与高压水枪，全方位清理围堰，为提升效果还可适配吸泥机，此后基于水下封底工艺完成对承台底部的浇筑作业。

3.5 内支撑系统工艺流程

3.5.1 钢板桩围堰内支撑操作流程

精确测定钢板桩围堰规格→插打导向桩→创建加工平台→制作内支撑系统并下放→围檩顶紧→逐层抽水稳定内支撑。

3.5.2 测定钢板桩围堰规格

结束钢板桩的插打作业后，精确测定钢板桩规格，获悉其尺寸情况，以便给后续内支撑制作提供可行参考，提升内支撑应用效果。

3.5.3 插打导向桩

在既定工程区域打设导向桩，形成内支撑结构并精确定位围檩支撑标高。施工中，使用到8根I36材料，严格遵循设计图纸做好导梁的下料作业，选定第5层围檩标高，通过焊接的方式安装承重牛腿。关于具体结构，如图2所示。

图2 导向桩插打示意图/mm 下载原图

3.5.4 创建加工平台

形成适用于内支撑加工的作业平台，此环节遵循化繁为简的原则，以便后续有效拆除。控制加工平台标高，不可与钢板桩搭设标高产生偏差。

3.5.5 制作内支撑系统

分析得到的钢板桩围堰测量数据，在此基础上制作第5层内支撑结构，于围檩四角处分别增设规格300mm连接杆件，首先将第5层内支撑逐步下放，到达指定标高后，安排工程人员完成其余内支撑系统的施工作业。

3.5.6 下放内支撑系统

结束第五层内支撑加工作业后，适配2台30t汽车吊设备以达到辅助下放内支撑的效果，将其置于完成施工作业的牛腿上，施工过程中汽车吊下放必须遵循匀速、缓慢的原则，确保内支撑达到平衡状态，在此基础上逐步下放第4、3、2层内支撑，并将首层围檩安装到位。对此，提出了内支撑下放流程，具体如图3所示。

3.6 围檩顶紧

结束上述操作后，展开抽水前的检测工作，安排潜水员深入分析围檩与钢板桩两结构产生的间隙问题，加以处理以达到围檩顶紧状态，确保在抽水环节围檩各区域的受力都足够均匀。

3.7 逐层抽水稳定内支撑

遵循逐层抽水的原则展开操作，并达到每层围檩下0.5m处，要求所有围檩底部的钢板桩都通过焊接的方式固定牛腿，间距控制为6m。

图3 内支撑下放示意图下载原图

4 钢板桩的简化计算

4.1 承台钢板桩围堰工况分析

针对某号墩承台施工展开分析，钢板桩围堰工况构成较为复杂，具体有:(1)结束所有钢板桩插打作业，且第1层内支撑已安装于指定位置，封底混凝土浇筑完成。(2)确保第2、3、4、5层支撑与钢板桩均达到顶紧状态，遵循逐层抽水原则，并基于焊接方式提升围檩稳定性。(3)结束所有围檩与内支撑的焊接作业后，采取抽水措施并到达封底混凝土顶面。(4)完成承台第1节施工作业后，增设钢板桩临时支撑，并浇筑承台。(5)向围堰内回灌水，在此基础上遵循由下至上原则拆除内支撑。

4.2 钢板桩的荷载计算

具体有:确定静水压力Fw=γgh，γ-水的重力密度，本工程中将该值设定为1×103kg/m3;g为重力加速度，取10m/s2;h为计算点实际水深，本工程围堰最高处+32.0m，封底混凝土顶面+18.5m;土压力:分析钢板桩承受土压力状况，可细分为主动土压力与被动土压力两种，伴随抽水作业持续展开，致使土压力对钢板桩的作用发生变化，形成主动土压力。考虑到封底混凝土上方区域含有4.5m淤泥质粘土，容重设定为18.5kN/m3，明确主动土压力系数，具体为ka=0.56。

4.3 钢板桩受力分析

伴随逐层抽水的持续推进，可细分为如下几种工况:

工况1抽水至+29.0m，第2层内支撑出水0.5m;

工况2:抽水至+26.0m，第3层内支撑出水0.5m;

工况3:抽水至+23.0m，第4层内支撑出水0.5m;

工况4:抽水至+21.0m，第5层内支撑出水0.5m;

工况5:抽水至+18.5m，此时完成所有围堰水的抽出作业。

5 施工质量控制

(1)全面分析钢板桩质量，诸如长宽、厚度、表面缺陷等都要达到工程要求，采取的是逐根检查方式，针对异常钢板桩做有效调整，在做好上述工作后可正式打桩。(2)针对钢板桩实行吊运操作时，为与设备性能相符，单次起吊总量不可超过3根，处理吊点与锁口接触区域，在该处增设橡胶或是木材，确保锁口完整性。(3)打桩施工前，有必要在钢板桩锁口处涂抹适量油脂，寻找到钢板桩与封底混凝土接触区域，在该处刷涂适量沥青漆，为后续打入拔出创设优良条件。(4)必须在桩顶处增设桩帽，此举可有效避免桩顶受损，且锤击操作不可用力过猛。(5)适配全站仪设备，实时分析钢板桩偏移情况，在出现异常后安排技术人员校正，若实际偏斜极为明显，不可用力拉挤，工程人员需拔起再次插入。(6)结束钢板桩的插打作业后，可稳定下放内支撑，在此之前必须测定钢板桩围堰打设深度，以此为指导做好内支撑的制作。

6 结语

本文以竹山堵河廊大桥为背景，针对其中的深水钢板围堰施工展开探讨，提出相关方案并加以验证，具体所得结果有:钢板桩围堰施工可行性较佳，具备工期短、成本低、利用效率高等多重特性，采用“先支后抽”工艺可提高钢板桩围堰挡水高度，增加钢板桩围堰的运用范围，具有重要的意义和推广价值。

参考文献

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