桥梁工程钢板桩倒塌处理的施工方法分析

随着各客运专线及高速铁路的开工建设,主要为桥梁基础采用桩基承台,桥梁基础也开始大面积施工,在基础的施工过程中遇到了诸多问题,这些铁路线路多经过河流、灌溉渠、低洼水塘等环境,在施工中这些地段多为深水基坑,常采用钢板桩围堰防护,由于施工和技术经验的缺乏,时常导致钢板桩倒塌。本文介绍了某大桥深水基坑钢板桩倒塌后的处理方法,供广大技术人员参考借鉴。
1 工程概况
某客运专线承台结构尺寸大部分为10.6×14.6×3.0m、8.1×12.5×2.5m、8×11×2m等12种结构型式,开挖深度均在5m以上,均属于深基坑开挖施工。跨河承台基础开挖较深,该部分承台的施工拟采用钢板桩围堰施工;根据此桥的水文、地质等相关情况,认为采用钢板桩围堰施工具有工期短、工艺简单、较少占用空间、安全、施工风险易于控制等诸多优势。钻孔桩完成后,利用钻孔用筑捣平台作为钢板桩施工平台。
2 施工工艺流程与处理方案
2.1 工艺流程
测量放线→插打定位钢板桩→设置导桩框架→清理钢板桩→插打钢板桩→设置内支撑→抽水堵漏→承台和墩身施工→拆除内支撑→拔除钢板桩。
2.2 施工处理方案
此基坑为跨河连续梁主墩,由于工期较紧,钢板桩合拢后,第一道内支撑加固好就开挖,施工期间正值当地汛期,河水猛涨,钢板桩受河水冲击意外倒塌。当钢板桩倒塌后曾试图就地拔出钢板桩,由于钢板桩弯折,无法拔出。然后决定切割掉一部分钢板桩后回填基坑,防止钢板桩变形加剧,回填后创造出二次打桩平台,采取二次做钢板桩围堰,对倒塌钢板桩进行彻底拆除。
2.2.1 钢板桩的插打
钢板桩倒塌后,采取切割掉一部分钢板桩后回填基坑, 创造出二次打桩平台,然后测量放线,插打钢板桩。
钢板桩由50T履带式吊车吊起插正,然后开启振动锤一边振动,一边插打。在插打钢板桩之前,为保证钢板桩顺利合拢,先打导向架。在插打钢板桩时,第一根钢板桩必须插正、打正,以免影响后面的钢板桩。在整个钢板桩围堰施打过程中,开始时可插一根打一根,即将每一片钢板桩打到设计位置,到剩下最后20片时,要先插后打,若合拢有误,用倒链或滑车组对拉使之合拢,合拢后,再逐根打到设计深度。
在钢板桩施工中插打和就位质量应符合下列规定:合龙时楔形桩上下口宽度差不应大于桩长2%;到达设计高程后的倾斜度不应大于1%;打钢板桩过程中,当导向设备失效,钢板桩顶达到设计高程时,平面位置允许偏差:水中打桩为20cm,陆地打桩为10cm。应监测是否在允许误差范围内,超出时及时纠正。
插打过程中注意事项:①插打前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物,组拼桩时用油灰和棉花捻缝,以防漏水;②插打顺序按施工组织设计进行,一般自上游分两头插向下游合龙;③插打钢板桩,一般应先将全部钢板桩逐根或逐组插打到稳定深度,然后依次打入至设计深度,在能保证钢板桩垂直沉入条件下,每根或每组钢板桩也可一次打到设计深度;④在插打钢板桩时,如起重设备高度不够,允许改变吊点位置,但该点位置不得低十桩顶以下1/3桩的长度;⑤插打钢板桩必须备有可靠的导向设备,以保证钢板桩的正确位置。
2.2.2 钢板桩内支撑
在钢板桩围堰合拢后,将设置内支撑,矩形围堰宜采用平面钢架支撑为宜,围周周围拟采用I45工字钢,用两片焊成整体,水平支撑拟采用θ300×10mm钢管四个角设置为三角形,其稳定性较好,又可以做成抽水平台,内支撑的安装由上往下,一边开挖,一边安装。
基坑支撑的顺序如下:加入第一层导梁→进行第一层支撑→再开挖至第二层内支撑标高下0.5米处→加入第二层导梁→进行第二层支撑→抽水吸泥至基坑底。
在施工支撑及承台的过程中,应对支撑系统进行监测。主要监测支撑的变形、钢板桩的变形、基坑内流动水量及围堰的位移等。在施工过程中可能出现如下的情况:①钢板桩弯曲变形严重。这主要是钢板桩断面选用偏小,土压力计算偏低,基坑超挖或支撑间距过大等原因造成的。②基坑底部涌水严重。主要是基坑封底时混凝土浇注质量不好,出现开裂、夹泥等情况引起的。严重时可以致使封底混凝土不能发挥其作用,而须要进行二次封底。
2.2.3 基坑开挖
基坑开挖首次采用挖掘机开挖,第一次先开挖1.0m,第二次开挖3m,总开挖深度不小于4m,剩余土方采用泥浆泵吸泥法排除基坑外。吸泥法即采用大型泥浆泵配合浮筒将基坑内泥浆抽出,抽出的同时,施工人员用高压水枪冲刷基坑内淤泥,冲散液化后用泥浆泵将泥浆排至指定地点,如此反复,昼夜不停24小时施工,直至吸泥到达承台底标高50cm以下停止作业,进行混凝土封底。
2.2.4 围堰内排水
由于钢板桩的锁口之间连接不紧密,围堰通常会漏水,因此在抽水过程中,通常采用细麻丝、棉条等材料,在钢板桩内侧嵌塞、塞紧,或者用锯屑加细煤灰在漏缝外侧周围放入,随水流至漏缝处自行堵塞,必要时可外部堵漏。较深处的渗漏,可将煤渣等沉送到漏水处堵漏。钢板桩围堰会有少量渗水流入基坑,在基坑一角深挖,渗水流入该角,利用抽水机进行排水,其排水量应大于围堰内渗水量的1.5-2倍,抽完围堰内水,要留有1~2台抽水机备用。
2.2.5 混凝土封底
视开挖土质情况确定垫层厚度或确定是否进行水下封底,此基坑为粉砂,进行水下混凝土封底,封底厚度为40~60cm,混凝土为桩基C35水下混凝土,采用汽车泵进行封底施工。
2.2.6 钢板桩处理
当基坑封底完毕后,利用承台旁的施工平台作为钢板桩拔出的工作平台,采用50T履带式吊车,配合振动锤及200KW专用(三相220V)发电机进行钢板桩的拔除。先对承台底以上倒塌钢板桩进行拆除,先切割出一个缺口,再尝试单根整体将钢板桩拔出,先拔出受力及变形较小(一般在围堰四角)的钢板桩,依次逐根向中间施工。对弯折变形严重的钢板桩,无法直接拔出时,可以在承台底位置,将钢板桩切断,再拔出。整个过程中要及时监控,当锁口变形严重影响拔桩时,应立即将变形处割除,再将钢板桩拔出。对拔桩过程中出现的问题及时处理,整个施工过程要求作业人员要稳、准、钢板桩拔出后,即进行清理、整修,并分类堆场。
3 结束语
通过上述措施,在最短的时间内将倒塌钢板桩进行简单、有效的拆除,保证了施工工期,为连续梁的施工赢取了宝贵的时间,同时减少了钢板桩的损失及破坏,节约了成本,减少了浪费,效果明显。

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