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深水基础施工


新长铁路长江轮渡北岸栈桥基础施工综述
摘 要:介绍新长铁路长江轮渡北栈桥预应力钢筋混凝土管桩和承台施 工方案的选定及实施。重点阐述钢板桩围堰、钢套箱围堰的结构型式、 施工程序及主要机具设备等。 关键词: 关键词:铁路桥 轮渡栈桥 基础施工 混凝土管桩 围堰

1.工程概况

新长铁路长江轮渡位于长江下游,北岸(靖江岸)栈桥全长 509.4 m, 由固定栈桥、活动栈桥、靠墩组成。固定栈桥为 1×24 m(后张梁)+7× 32 m(下承式钢板梁),活动栈桥为 5×48 m(下承式钢桁梁),靠墩共 3 个。墩台基础采用 550 mm 先张预应力混凝土管桩,全桥共有管桩 388 根,总计 11 415 m,桩长 21~38 m 不等。除 3 个靠墩设计为高桩承台 外,其余均设计为低桩承台,承台最大尺寸 12.4 m×7.6 m,最小 8.0 m ×5.4 m。 河床地质为淤泥质砂粘土及粉砂夹砂粘土。设计高潮位+5.23 m,设计低潮 位-1.15 m,潮位差在 2~4 m 之间,由于水位的变化,给基础施工带来一定 的困难。

2、施工方案的选定

1. 最常见的水中打桩方法有:

(1)专用打桩船法;(2)拼装式打桩船法;(3)栈桥上可移动打桩机或吊机打

桩法;(4)浮吊辅以导向架打桩法。 2.修筑水中桩基承台必须采用防水围堰,目前在水深、流速大的江河中通常 采用钢板桩、钢套箱或钢堰。 考虑到长江水流及潮汐、风浪的影响,结合本桥址处水文、地质情况, 决定深水区的基础和墩身采用专用打桩船和钢套箱施工, 浅水区基础和墩身 采用铁路舟桥器材拼组的打桩船和钢板桩施工。

3.沉桩施工 3.沉桩施工

3.1 深水区沉桩施工 1#~6#墩及 3 个靠墩位于深水区,低潮时水深也在 3.0 m 以上,能满足 专用打桩船以及大型起重船的施工作业要求。该部分的桩基施工程序为:先 将管桩接长到设计长度,利用驳船运至施工现场,再由打桩船吊桩及插打。 深水区沉桩主要设备和机具有:600 t 专用柴油打桩船 1 艘、作为接桩 场地和当天沉桩结束后打桩船停靠用老锚船 1 艘、运桩用 400 t 方驳 2 艘、 660 kW 拖轮 1 艘、抛锚船 1 艘。因部分桩顶在河床面以下,打桩前,还制作 了长度为 8 m 及 13 m、直径 550 mm 的钢制送桩器各 1 根。 利用专用打桩船进行沉桩作业主要有吊桩、测量定位、插桩施打和送桩 等工序。 3.2. 3.2.浅水区沉桩施工

5#~13#墩位于浅水区,枯水季节低潮时,部分河床外露,但最低潮 位时水深也在 1.0 m 以上。根据这一水文特点,采用铁路舟桥器材拼组的水

上打桩船进行该部分管桩的施工。该打桩船吃水较浅,最大吃水 0.7 m,并且 退潮后可坐滩打桩,在浅水区有特殊优势。但由于桩架较低,需要在水上接 工序较多。

主要的施工设备和机具有: 利用铁路舟桥器材拼组的双船体打桩船 1 水上浮吊 2 台、运桩船 2 艘、机动舟 1 艘。 利用铁路舟桥器材拼组的打桩船进行沉桩作业主要工序有:测量定位、 、插桩、纠偏、稳桩、施打、接桩和送桩等。
4.钢板桩围堰施工

7#~13#墩高潮位时水深在 1~6 m 之间, 承台尺寸均为 5.4 m×8.0 m。 由于钢板桩及内支撑尺寸相同,便于周转和重复使用;水深不大,堵漏 及抽水工作量较小;吸泥下沉至承台底标高后不需进行大体积水下混凝 土封底,1 个钢板桩围堰的施工包括下内支撑和插打钢板桩仅需 5~7 d, 因此采用钢板桩围堰和钢套箱相比有着可重复使用、施工周期短、较为 经济等优点,7#~13#墩采用单壁钢板桩围堰。
4.1 结构形式

采用德国拉森式(Larssen)式槽型钢板桩,长度 15 m,板桩入土深度 为 8 m(承台底面以下 5~6 m)。为克服水压力,板桩内设 2 道内支撑, 支撑采用 2[40 组成的栓接菱形框架式结构,如图 2 所示。 4.2 插打钢板桩 钢板桩插打采用内外导向框架。在钢板桩的外侧拼装浮箱及联系梁, 并打入 4 根定位桩固定形成外导向框; 在内支撑设计位置的内侧 4 个

角分别打入定位钢管桩, 用于悬挂倒链滑车下放内支撑就位并防止内 支撑在水平方向上移动,固定后的内支撑即可兼作内导向框,然后在 导向框内插打钢板桩。 在无潮汐河流, 插打次序都是从上游中间开始, 分两侧对称插打至下游合龙。本桥受潮汐影响,有 2 个水流方向,为 减少水流阻力, 施工采取从侧面开始, 向上下游插打, 在另一侧合龙。 4.3 堵漏抽水 钢板桩合龙后,在其外侧围 1 圈彩条布,在布的下端绑扎钢管沉 入河床, 并用砂袋压住, 堰内抽水时, 外侧水压可将彩条布紧贴板桩, 起到一定的防水作用。在板桩内侧锁口不密的漏水处用棉纱嵌塞,堵 漏效果较明显。 挖吸泥、 4.4 挖吸泥、封底 在水抽干后,即可人工挖泥,或采用高压水枪配合砂石泵吸泥至 设计标高,之后回填片石,浇注混凝土硬化基底,进行承台施工。 4.5 主要机具设备 标准舟节 8 节,浮吊 2 台,存桩船 1 艘,震动锤 1 台,砂石泵 2 台,高压射水枪 2 台,抽水机 2 台。

5.钢套箱围堰施工

1#~6#墩高潮位时水深为 6~10 m,若使用钢板桩围堰,堵漏、抽水 的工作量很大;由于水深,板桩将承受很大的水压力,内支撑层数多, 结构复杂,抽水后其空间不能满足墩身及承台施工的要求。采用钢套箱 围堰整体性好,内支撑数量少,可为承台施工提供较大的空间,同时套

箱可以作为水中施工平台,使用时间不受限制,便于组织施工。因此, 1#~6#墩的施工选用了钢套箱围堰。 5.1 结构形式 对 2#~6#墩圆形和矩形套箱围堰进行了分析比较, 在能满足承台及墩 身施工要求的情况下,采用矩形钢套箱围堰具有封底混凝土量小、钢材 用量小、套箱加工工艺简单等优点,因此 2#~6#墩采用矩形单壁钢套箱, 主要由壁板、横向大水平肋、竖向大龙骨、加劲肋组成。套箱内设井字 形支撑与大龙骨形成桁架,封底混凝土厚 3 m。
2 壁板(δ6);2—大竖向龙骨(Ⅰ80); 3—大水平肋(Ⅰ36); 4—

小竖向肋( 80×63×5);
3

5—内支撑(2[32)

1#墩承台最大,尺寸为 12.4m ×7.6 m,河床面以上水深 10 m(水面 至钢套箱底 21 m),桥墩轮廓尺寸 9.4 m×5.0 m,结构复杂,同时用矩 形钢套箱时因内支撑较多,不能满足墩身施工空间要求。圆形钢套箱围 堰比方形钢套箱围堰受力条件好,水流阻力小,对于抗潮汐有利。圆形 钢套箱在静水压力作用下只产生周向力,内部可不设支撑,能为承台、 墩身施工提供较大的空间。 因此,#墩选用圆形单双壁组合式钢套箱围堰。 1 为便于套箱下沉,并增大套箱的刚度和强度,需在套箱内浇注一定 数量的配重混凝土。套箱内径为 15 m,外径 17 m,总高 22.5 m,总重 270 t,封底混凝土厚 6 m。由于受起吊设备的限制,套箱分为上下 2 节, 底节套箱高 13 m,由双壁钢板、水平桁架、竖向桁架、加劲肋和隔仓板

组成,重 180 t。顶节套箱高 9.5 m,由单壁钢板、水平桁架、竖向桁架、 加劲肋组成,重 90 t。

5.2 制造运输

钢围堰在工厂内制造, 成型后进行水密试验和吊装试验。 钢套箱 运输程序为: 先将钢套箱安放在甲板驳上, 由拖轮运至施工现场, 再由 180 t 大型吊机吊放就位。
5.3 吸泥下沉

钢套箱吸泥下沉采用空气吸泥机, 每个钢套箱布置 2~3 台。 在套箱顶部设置纵移、横移轨道,桁车及升降吸泥机用卷扬机, 保证吸泥机可在套箱内任意位置进行作业。
5.4 封底混凝土施工

钢套箱沉至设计标高后, 在浇筑水下封底混凝土之前要求潜 水员用高压水枪清理、整平底面。同时,为了保证封底混凝土与 桩身、箱壁的结合良好,达到止水效果,需由潜水员用高压水枪 将桩身和箱壁上的附着粘土冲洗干净。 封底混凝土的施工采用垂直导管法, 水下混凝土靠自身流动 性向四周摊开。 在套箱顶部设置工作平台, 用于安放浇注混凝土 用漏斗与导管,并作为施工人员操作场地。导管采用 350 mm 钢
3

管, 导管顶部漏斗容量 3 m 左右, 混凝土坍落度掌握在 20~22 mm。 导管布置数量根据钢套箱内净空面积确定,每根导管灌注半径 3.5 m,流动度 1∶3。混凝土由大型混凝土搅拌船拌制,泵送至 漏斗内。采用分层灌注法浇注,每层灌注高度为 2~3 m。
5.5 主要机具设备

3

甲板驳 1 艘,660 kW 拖轮 2 艘,180 t 水上吊机 1 台,20 m 空压机 2 台,空气吸泥机 3 台,卷扬机 3 台,高压射水枪 2 台,
3

抽水机 4 台, kW 发电机 1 台, 200 搅拌船 1 艘(生产能力 40 m /h)。

6.结语

本铁路轮渡位于长江下游,系我国首次在长江下游修建的深水铁路栈桥轮 渡。目前基础工程已基本完工,施工实践表明,本栈桥采用的基础施工方法和施 工设备先进适用,可供类似工程参考借鉴。


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