CN101892670B

CN101892670B - 多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法

Info

Publication number: CN101892670B
Application number: CN2010102529312A
Authority: CN
Inventors: 房金钱; 刘剑雄; 王树林; 付荣华; 熊锋; 陈建红; 李自坤
Original assignee: Guangdong Guanyue Highway and Bridge Co Ltd
Current assignee: Guangdong Guanyue Highway and Bridge Co Ltd
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2030-08-13
Also published as: CN101892670A

Abstract

本发明涉及一种多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，在承台位置周边有钢板桩围成一环形围堰，紧贴钢板桩内侧现浇有砼拱圈，钢板桩和砼拱圈通过焊接在钢板桩内侧壁上的斜拉杆拉结，相邻两砼拱圈之间均匀布置有竖杆。通过将围堰做成圆形，并通过边挖除土体边在围堰内侧浇筑多层砼拱圈，从而实现无需先搭设水中施工钢平台及施工空间的对拉杆和内撑，实现了比以往传统的围堰或钢吊箱具有更优越的施工作业空间有利于降低施工成本，并能缩短工期。本发明可广泛应用于水中、滩涂、软基等位置的大型桥梁等的基础施工中。

Description

多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法

技术领域

本发明涉及一种钢板桩围堰及其桥墩基础施工方法。

背景技术

跨越大江或海湾的大跨度桥梁，其主墩（塔）一般设在靠近大堤（延岸）的水中或浅滩区，其基础结构绝大部分为群桩加承台，且为了美观，一般会把承台顶面置于水面（低水位时）甚至河床之下，这就是我们经常所说的底承台基础。

按传统施工方法施工此类桥梁基础，一般是先搭设水中施工钢平台，后打设桩基钢护筒来进行水中桩基施工，完成本墩全部桩基之后拆除钢平台，再采用围堰或钢吊箱进行承台施工。此传统施工工法具有工序多、周期长，配套的大型设备多，施工工艺要求高，费用高等缺点。

现有的钢板桩围堰包括密集围合在承台周边的一组钢板桩，钢板桩周圈咬合紧密，围堰内侧采用上、中、下三层水平顶撑杆支护，为增强水平顶撑杆支护的抗弯强度，在需要在两端作斜撑加强。承台底面位于河床以上，施工时采用分层抽水，分层支护的方法，周圈50cm以内还要设汇水渠、积水坑。水平顶撑杆支护占据了围堰内部大部分空间，作业空间狭小，施工工期较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，要解决具有比钢平台更好的承载力和作业面积变水中桩为“陆地”桩从而无需钢护筒的技术问题；并解决具备承台施工所需的围堰或钢吊箱的功能，且比以往传统的围堰或钢吊箱具有更优越的施工作业空间的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多功能钢板桩砼拱圈围堰，该围堰包括密集围合在承台周边的一组钢板桩，所述钢板桩的根部伸至围堰基底以下，钢板桩的顶部高于承台，相邻钢板桩的邻边相互咬合，紧贴这组钢板桩的内侧壁，沿围堰周圈间隔浇注有水平向的砼拱圈，钢板桩和砼拱圈通过焊接在钢板桩的斜拉杆拉结，所述砼拱圈为内配环形钢筋笼的钢筋混凝土结构，相邻两砼拱圈之间连有竖杆。

所述钢板桩为拉森钢板桩、U型钢板桩或Z型钢板桩。

所述砼拱圈内的钢筋笼至少有四根环形主筋和间隔围绕在主筋外侧的箍筋。

所述钢板桩的外侧壁环箍有钢丝绳。

所述的多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，步骤如下：

步骤一，在承台位置的周边打设定位钢管桩，在两相邻定位钢管桩之间焊接导向框；

步骤二，紧贴导向框外侧，在承台外围周边插打钢板桩，围成一环形围堰，围堰形成后拨出导向框和钢管桩；

步骤三，将环形围堰内的水抽出，并在环形围堰内填入沙土；

步骤四，在环形围堰内按桥墩基础桩设计位置打入基础桩；

步骤五，挖除环形围堰内基础桩周围的沙土，环形围堰内沙土）挖至第一道砼拱圈标高处，在钢板桩的内侧壁焊接斜拉杆，斜拉杆伸向砼拱圈，紧贴钢板桩支设砼拱圈的钢筋笼，钢筋笼与斜拉杆拉结，在钢筋笼周围安装砼模板，浇筑第一道砼拱圈；

步骤六，等第一道砼拱圈的混凝土达到其设计强度的80％后，继续在环形围堰内挖土至下一道砼拱圈标高处，在钢板桩的内侧壁焊接斜拉杆，斜拉杆伸向砼拱圈，紧贴钢板桩支设砼拱圈的钢筋笼，钢筋笼与斜拉杆拉结，在钢筋笼周围安装砼模板，浇筑下一道砼拱圈；

步骤七，在第一道砼拱圈和下一道砼拱圈之间均匀支设竖杆；

步骤八，重复步骤六直至挖至桥墩基础基坑底面设计深度；

步骤九，浇筑桥墩基础基坑底面的混凝土垫层，等混凝土垫层强度达到设计强度，在混凝土垫层上浇筑承台；

步骤十，承台施工完毕，在承台顶面作桥墩座，拆除砼拱圈和钢板桩。

所述步骤二中，导向框为无斜杆拱形桁架，腹杆为两块钢板对接焊接，下弦杆为两个工字钢对接焊接成的箱型，对接处焊接有钢板，钢板上端为圆弧形，上弦杆为拱形钢管，上弦杆与腹杆焊接连接，腹杆与下弦杆焊接连接。

所述步骤二中，导向框的上弦杆外弧线直径与围堰直径相同。

所述步骤二中，每打设15片钢板桩后，测定钢板桩沿切线方向的偏斜量，并通过上大下小的异形钢板桩来调正。

所述步骤五～步骤七中，在现浇砼拱圈时，每层砼拱圈中预埋8个断面应力计。

所述步骤八中，混凝土垫层的厚度为50～100mm,承台为一层或两层及两层以上。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

1、本发明将水中桩基础和承台施工有机进行结合，可节省钢管桩施工平台。

2、本发明由于采用环形围堰及围堰内侧设置多道砼拱圈，使得围堰内无任何撑杆，为围堰内沙土的挖除和结构物施工提供了无比优越的作业空间，并使围护结构变得简洁，从而有利于减低施工成本，并能缩短工期。

3、本发明特意采用钢筋砼拱圈，与型钢砼拱圈相比，采用砼拱圈能更好地与钢板桩形成整体，并可消除钢板桩施工时产生的“圆度误差”，保证砼拱圈贴紧每一根钢板桩，可充分利用了钢筋混凝土的抗压性能。

4、本发明采用钢板桩围堰并在围堰内填沙土，使水中或软土桩基础施工，相当于在陆地上施工，可以省去桩基础钢护筒。

本发明克服了传统围护结构及其施工方法具有工序多、周期长，配套的大型设备多，施工工艺要求高，费用高等的缺点，解决了具有比钢平台更好的承载力和作业面积变水中桩为“陆地”桩从而无需钢护筒的技术问题；并解决了具备承台施工所需的围堰或钢吊箱的功能，且比以往传统的围堰或钢吊箱具有更优越的施工作业空间的问题。

本发明可广泛应用于水中、滩涂、软基等位置的大型桥梁等的基础施工中。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图１是本发明的结构示意图。

图2是本发明俯视图。

图3是定位框和钢管桩的结构示意图。

图4是定位框详图。

图5是图4的A-A剖面图。

图6是砼拱圈的断面图。

图7是未进行施工前承台位置断面图。

图8是打钢板桩施工示意图。

图9是填沙土示意图。

图10是打基础桩并挖除沙土示意图。

图11是浇第一道砼拱圈示意图。

图12是挖除第一道砼拱圈和第二道砼拱圈之间土体示意图。

图13是浇第二道砼拱圈示意图。

图14是浇第三道砼拱圈示意图。

图15是进行垫层、承台和桥墩座施工示意图。

附图标记：1－承台、2－钢板桩、3－砼拱圈、3.1－第一道砼拱圈、3.2－第二道砼拱圈、3.3－第三道砼拱圈、4－竖杆、5－钢管桩、6－导向框、6.1－腹杆、6.2－下弦杆、6.3－上弦杆、7－基础桩、8－混凝土垫层、9－钢筋笼、9.1－主筋、9.2－箍筋、10－桥墩座、11－沙土。

具体实施方式

实施例参见图1～图6所示，李家沙大桥是广州南二环高速公路上的一座特大桥，位于广州番禺区和佛山顺德区交界的李家沙水道处，桥跨布置为（110+220+110）m三跨双塔四索面预应力混凝土斜拉桥，全长440m，采用平行的上下行两幅桥，两主梁横向完全分离，斜拉索布置在主梁两侧成空间四索面。单幅桥宽23米，两幅桥间净距4m，桥面总宽50m。主墩Z3、Z4在靠近大堤内侧。其中Z3全部位于水中，Z4承台位于浅滩上。Z3＃、Z4＃主墩共4个承台，每个承台设置9根φ2.5m桩基，桩长约45～50m。Z3＃、Z4＃主墩双幅共4个承台，每个承台结构尺寸为14.2m(长)×15.7m(宽)×5.5m(高)，封底砼厚为1m，承台顶面埋入河床面，承台顶标高－0.5m ，桥位处一般水位2.2m左右，Z3＃墩处河床标高为0，Z4＃墩浅滩标高2.5m左右。本桥承台皆埋入河床，基坑开挖深度近10m，根据本工程特点，承台平面尺寸为14.2m×15.7m，较为方正，采用多功能钢板桩砼拱圈围堰，该围堰包括密集围合在承台1周边的一组钢板桩2，所述钢板桩2的根部伸至围堰基底以下，钢板桩2的顶部高于承台，相邻钢板桩的邻边相互咬合，紧贴这组钢板桩2的内侧壁，沿围堰周圈间隔浇注有水平向的砼拱圈3，钢板桩2和砼拱圈3通过焊接在钢板桩的斜拉杆12拉结，所述砼拱圈3为内配环形钢筋笼9的钢筋混凝土结构，相邻两砼拱圈之间连有竖杆4。所述钢板桩2为拉森钢板桩、U型钢板桩或Z型钢板桩。所述砼拱圈内的钢筋笼9至少有四根环形主筋9.1和间隔围绕在主筋外侧的箍筋9.2。所述钢板桩的外侧壁环箍有钢丝绳。

根据承台平面尺寸，定出砼拱圈合理直径为21.20m，选用15m拉森IV型钢板桩，基坑深度10m。在受力计算上采用传统手算和三维建模电算相结合，两种结果相互复核，保证结构的安全性。

手算：采用朗金－库仑土压力公式来计算围堰外侧主动土压力，土压力通过钢板桩传递至钢筋混凝土砼拱圈上，将砼拱圈作为圆形拱，并考虑适当的偏载，来计算砼拱圈的受力。

电算：采用美国ABAQUS有限元分析软件对整个围堰及周围土体进行三维建模，对结构进行整体分析验算。

从两种计算结果上来看，采用传统手算受力结果偏大，偏于安全。在砼拱圈的结构设计中，采用手算结果进行验算，保证结构的安全性。

围堰内砼拱圈按受力计算共布置4层，上面两层的受力相对较小，其截面为40×50cm，第三、四层受力相对较大，截面为40×60cm。砼拱圈内配10根φ22钢筋。砼拱圈采用C40混凝土。

所述的多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，参见图7～15，步骤如下：

步骤一，在承台1位置的周边打设定位钢管桩5，在两相邻定位钢管桩之间焊接导向框6；

步骤二，紧贴导向框6外侧，在承台外围周边插打钢板桩2，围成一环形围堰，围堰形成后拨出导向框6和钢管桩5；

步骤三，将环形围堰内的水抽出，并在环形围堰内填入沙土11；

步骤四，在环形围堰内按桥墩基础桩设计位置打入基础桩7；

步骤五，挖除环形围堰内基础桩7周围的沙土11，环形围堰内沙土11挖至第一道砼拱圈3.1标高处，在钢板桩2的内侧壁焊接斜拉杆12，斜拉杆12伸向砼拱圈3.1，紧贴钢板桩2支设砼拱圈的钢筋笼9，钢筋笼9与斜拉杆12拉结，在钢筋笼9周围安装砼模板，浇筑第一道砼拱圈3.1；

步骤六，等第一道砼拱圈3.1的混凝土达到其设计强度的80％后，继续在环形围堰内挖土至下一道砼拱圈标高处，在钢板桩2的内侧壁焊接斜拉杆12，斜拉杆12伸向砼拱圈3.1，紧贴钢板桩2支设砼拱圈的钢筋笼9，钢筋笼9与斜拉杆12拉结，在钢筋笼9周围安装砼模板，浇筑第二道砼拱圈3.2；

步骤七，在第一道砼拱圈3.1和第二道砼拱圈3.2之间均匀支设竖杆4；

步骤八，重复步骤六，浇筑第三道砼拱圈3.3并挖土至桥墩基础基坑底面设计深度；

步骤九，浇筑桥墩基础基坑底面的混凝土垫层8，等混凝土垫层强度达到设计强度，在混凝土垫层8上浇筑承台1；

步骤十，承台1施工完毕，在承台1顶面作桥墩座10，拆除砼拱圈3和钢板桩2。

所述步骤二中，导向框6为无斜杆拱形桁架，腹杆6.1为两块钢板对接焊接，下弦杆6.2为两个工字钢对接焊接成的箱型，对接处焊接有钢板，钢板上端为圆弧形，上弦杆6.3为拱形钢管，上弦杆6.3与腹杆6.1焊接连接，腹杆6.1与下弦杆6.2焊接连接。

所述步骤二中，导向框6的上弦杆6.3外弧线直径与围堰直径相同。

所述步骤二中，每打设15片钢板桩2后，测定钢板桩沿切线方向的偏斜量，并通过上大下小的异形钢板桩来调正。

所述步骤五～步骤七中，在现浇砼拱圈3时，每层砼拱圈中预埋8个断面应力计。

所述步骤八中，混凝土垫层8的厚度为50～100mm，承台9为一层或两层及两层以上。

所述钢板桩和每道砼拱圈之间也隔离材料。

以上仅为本发明的一个典型实施例，本发明的实施砼拱圈道数根据基坑深度确定，不止为三道。

Claims

1.一种多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，其特征在于：所述多功能钢板桩砼拱圈围堰包括密集围合在承台（1）周边的一组钢板桩（2），所述钢板桩（2）的根部伸至围堰基底以下，钢板桩（2）的顶部高于承台，相邻钢板桩的邻边相互咬合，紧贴这组钢板桩（2）的内侧壁，沿围堰周圈间隔浇注有水平向的砼拱圈（3），钢板桩（2）和砼拱圈（3）通过焊接在钢板桩的斜拉杆（12）拉结，所述砼拱圈（3）为内配环形钢筋笼（9）的钢筋混凝土结构，相邻两砼拱圈之间连有竖杆（4）；所述钢板桩（2）为拉森钢板桩、U型钢板桩或Z型钢板桩；所述砼拱圈内的钢筋笼（9）至少有四根环形主筋（9.1）和间隔围绕在主筋外侧的箍筋（9.2）；所述钢板桩的外侧壁环箍有钢丝绳；

所述多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工步骤如下：

步骤一，在承台（1）位置的周边打设定位钢管桩（5），在两相邻定位钢管桩之间焊接导向框（6）；

步骤二，紧贴导向框（6）外侧，在承台外围周边插打钢板桩（2），围成一环形围堰，围堰形成后拨出导向框（6）和钢管桩（5）；

步骤三，将环形围堰内的水抽出，并在环形围堰内填入沙土（11）；

步骤四，在环形围堰内按桥墩基础桩设计位置打入基础桩（7）；

步骤五，挖除环形围堰内基础桩（7）周围的沙土（11），环形围堰内沙土（11）挖至第一道砼拱圈（3.1）标高处，在钢板桩（2）的内侧壁焊接斜拉杆（12），斜拉杆（12）伸向砼拱圈（3.1），紧贴钢板桩（2）支设砼拱圈的钢筋笼（9），钢筋笼（9）与斜拉杆（12）拉结，在钢筋笼（9）周围安装砼模板，浇筑第一道砼拱圈（3.1）；

步骤六，等第一道砼拱圈（3.1）的混凝土达到其设计强度的80％后，继续在环形围堰内挖土至下一道砼拱圈标高处，在钢板桩（2）的内侧壁焊接斜拉杆（12），斜拉杆（12）伸向砼拱圈（3.1），紧贴钢板桩（2）支设砼拱圈的钢筋笼（9），钢筋笼（9）与斜拉杆（12）拉结，在钢筋笼（9）周围安装砼模板，浇筑下一道砼拱圈；

步骤七，在第一道砼拱圈（3.1）和下一道砼拱圈之间均匀支设竖杆；

步骤八，重复步骤六直至挖至桥墩基础基坑底面设计深度；

步骤九，浇筑桥墩基础基坑底面的混凝土垫层（8），等混凝土垫层强度达到设计强度，在混凝土垫层（8）上浇筑承台（1）；

步骤十，承台（1）施工完毕，在承台（1）顶面作桥墩座（10），拆除砼拱圈（3）和钢板桩（2）。

2.根据权利要求1所述的多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，其特征在于：所述步骤二中，导向框（6）为无斜杆拱形桁架，腹杆（6.1）为两块钢板对接焊接，下弦杆（6.2）为两个工字钢对接焊接成的箱型，对接处焊接有钢板，钢板上端为圆弧形，上弦杆（6.3）为拱形钢管，上弦杆（6.3）与腹杆（6.1）焊接连接，腹杆（6.1）与下弦杆（6.2）焊接连接。

3.根据权利要求1所述的多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，其特征在于：所述步骤二中，导向框（6）的上弦杆（6.3）外弧线直径与围堰直径相同。

4.根据权利要求1所述的多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，其特征在于：所述步骤二中，每打设15片钢板桩（2）后，测定钢板桩沿切线方向的偏斜量，并通过上大下小的异形钢板桩来调正。

5.根据权利要求1所述的多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，其特征在于：所述步骤五～步骤七中，在现浇砼拱圈（3）时，每层砼拱圈中预埋8个断面应力计。

6.根据权利要求1所述的多功能钢板桩砼拱圈围堰的施工方法，其特征在于：所述步骤九中，混凝土垫层（8）的厚度为50～100mm，承台（1）为一层或两层以上。