超深水浅覆盖层逆作法钢板桩围堰施工技术研究课件.pptx
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- 深水 覆盖层 作法 钢板 围堰 施工 技术研究 课件
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1、超深水浅覆盖层逆作法钢板桩围堰施工技术研究QC成果汇报材料一、课题概况本课题依托工程为穗莞深城际轨道SZH-5标,本工程位处广州市增城市新塘镇,东江北干流特大桥主跨为(75+125+125+75)m连续梁,主墩76#施工难度最大,水深12m,承台为嵌埋式,且有一半是嵌岩,承台底距离河床6m,开挖后围堰内产生18.4m的水头差。目前我国采用钢板桩围堰施工的水头差最大的低桩承台为南京长江大桥,水头差达到了18.0m,而且南京长江大桥基础基底岩性为淤泥及砂,本工程基底岩性为中风化泥质砂岩,相比南京长江大桥,本工程水头差更大,且深水基础硬岩处理难度也更大。墩号承台底距河床(m)水深(m)水压+基底土压
2、(m)76#-6.212.218.476#承台参数承台参数12.2m一、课题概况小组名称开拓者成立时间2014年06月课题名称超深水浅覆盖层逆作法钢板桩围堰施工技术研究课题类型创新型注册编号ZJXM-2015-10课题注册时间2014年07月课题编号ZJXM-2015-10-01活动时间2014.6.1-2015.12.31小组人数10人序号姓名性别学历职称组内职务组内分工1王禹男本科高级工程师组长活动总策划2王开文男本科高级工程师副组长活动组织3黄宇男本科工程师副组长外部调研、技术策划4肖俭男本科工程师组员现场协调5费志高男本科助工组员技术支持6黄锋光男本科工程师组员质量统计7姜龙男本科助工
3、组员测量计算、数据统计8周杰男本科助工组员现场协调、数据收集9王世双男本科助工组员试验数据、收集整理10孟源男本科工程师组员技术支持小组活动制度:每月活动次数不少于1次,根据具体情况增加活动次数;考勤制度:小组成员不得无故不参与小组活动,出勤率不少于96%。二、小组概况选题理由随着我国公路、铁路路网的不断完善,将有更多的桥梁需要跨越江河湖海,许多桥梁都要经过深水浅覆盖层的河流,而嵌埋式承台的施工难度大。深水浅覆盖层嵌埋式承台,通长采用双壁钢围堰加水下爆破的施工工艺,施工较复杂,围堰回收困难,容易造成资源浪费;而且施工需要大量船机设备,施工成本高、工期长。业主和监理要求施工质量的同时保证工期进度
4、;东江北干流船舶流量大,海事部门不允许在江中爆破,影响航道通行;公司要求选择合适的施工方法,能施工迅速、安全可控且成本相对低廉的承台围堰施工方法。三、选择课题行业现状工艺现状各方要求水中承台均为低桩承台,其中76#墩围堰需入土10m左右,入土土层为风化层,施工难度大承台施工时抽水后内外水头差比较大,最大水头差为18.4m,对围堰受力很不利若采用双壁钢围堰进行施工,围堰加工难度大、施工需要大量船机设备、且回收困难,成本大三、选择课题1、难点分析难点分析针对以上困难,需要采用一种施工迅速、安全可控且成本相对低廉的承台围堰施工方法,根据国内低桩承台的施工经验,可采用以下几种方法:1、钢板桩围堰;2、
5、锁扣钢管桩围堰;3、双壁钢围堰;三、选择课题2、方案比选项目优点缺点钢板桩围堰1.施工简便,可回收;2.施工不需要船机设备;3.钢板桩可租赁,资源较为丰富;4.施工周期短1.2.强风化地层打入困难,需引孔;锁扣钢管围堰1.施工简便,可回收;2.施工不需要船机设备;3.钢管内部填砂可增加抗弯强度;4.打入偏硬土层的能力强1.2.管桩锁扣需要加工,焊接质量要求高;3.强风化地层打入困难,需引孔;4.泥面以下封水较困难;双壁钢围堰1.双壁刚度较大,施工安全性高;2.封水性能好;1.施工较复杂,围堰不能回收;2.施工需要大量船机设备;3.同样需要引孔或者爆破下沉;三、选择课题3、技术比较结构受力较复杂
6、,内支撑受力大;结构受力较复杂,内支撑受力大;钢板桩围堰:旋挖钻引孔(30d)内支撑整体安装及下放(20d)钢板桩下放(15d)平台拆除(5d),共计70d。锁扣钢管围堰:旋挖钻引孔(40d)内支撑整体安装及下放(20d)钢管下放(15d)平台拆除(5d),共计80d。双壁钢围堰:冲击钻旋挖钻或爆破引孔(70d)平台拆除(5d)护筒拆除(5d)围堰浮运定位及下沉(30d),共计110d。三、选择课题4、工期比较方案名称费用类别合计钢板桩围堰钢板桩租赁费接桩费用钢板桩打拔费用旋挖钻引孔费用249.8万元330元/月/t299t6月=59.2万元1500元/头140头=14万元1800元/t299
7、t=53.8万元680元/m1806m=122.8万元锁扣钢管围堰钢管材料费用制作费用钢管打拔费用旋挖钻引孔费用回收381.5万元2500元/t420t=105万元1000元/t420t/墩=42万元1800元/t420t=75.6万元880元/m1806m=158.9万元600元/t450t=90万元双壁钢围堰钢套箱材料费用钢套箱制作费用钢套箱安装费用水下爆破及清理回收706.2万元2500元/t440t=110万元3500元/t440t=154万元1000元/t440t=44万元;船机设备费用120w(浮吊);砂卵石清理:150元/方1350方=20.25万元;岩石水下爆破及清理:1200
8、元/方2250方=270万元600元/t200t=12万元(只能回收一半不到)5、经济比较三、选择课题三、选择课题根据以上分析可知,双壁钢围堰无论在技术、工期以及经济性方面均无优势,而锁扣钢管围堰在工期和费用方面稍逊于钢板桩围堰,但是其施工限制因素较多,因此本方案推荐采用钢板桩围堰进行施工,它是一种施工迅速、安全可控且成本相对低廉的承台围堰施工方法。超深水钢板桩围堰,为了满足高水头差作用下的结构要求,必须先施工内支撑并连接成整体,然后再打设钢板桩抽水的逆作法施工。因此确定本活动课题为:超深水浅覆盖层逆作法钢板桩围堰施工技术研究。结论四、目标设定总目标:设计研究出一套技术可行、施工迅速、安全可控
9、且成本相对低廉的超深水浅覆盖层逆作法钢板桩围堰施工技术。目标要求一该方案可行且适用于超深水浅覆盖层嵌埋式承台的施工目标要求二该技术单个围堰施工能节约成本500万以上目标要求三单个围堰施工节约工期2个月五、提出方案并确定最佳方案1、内支撑结构类型的选择结构类型一结构类型二结构类型三结构类型四方案优点缺点结论结构类型一1、内支撑用钢量少10%左右;2、预留有安装塔吊位置3、单层内支撑结构一共32个焊接节点1、内支撑结构复杂,内部操作空间小,不利于基坑开挖2、需事先水下切割2根钢护筒采用(前4层内支撑)结构类型二1、内部空间预留大,便于基坑开挖2、无需水下切割钢护筒1、内支撑用钢量略大2、塔吊不好安
10、放3、单层内支撑结构一共40个焊接节点,加工复杂,三角结构对焊接质量要求高,增加加工难度。不采用结构类型三1、内支撑结构简单,焊接量少2、受力传递简单明了,承载力最强3、用钢量少1、对墩身施工有干扰2、如全部用此内支撑,需水下切割4根钢护筒采用(后2层内支撑)结构类型四1、桁架结构,结构受力好1、内支撑用钢量略大2、塔吊不好安放3、单层内支撑结构焊接节点多,加工复杂,增加加工难度。不采用五、提出方案并确定最佳方案1、内支撑结构类型的选择内支撑下放方式选择方式一多点分层叠加下放方式二千斤顶分层安装下放方式三千斤顶整体下放方式四大型浮吊整体下放五、提出方案并确定最佳方案2、内支撑下放方式选择下放方
11、案名称优点缺点多点分层叠加下放1.内支撑分层下放,减轻了下放重量,大大降低了安全风险。2.工序简单,施工快速,缩短工期。3.设备简单、成本低、操作方便,仅需2台50t履带式吊车即可完成内支撑的下放。仅适用于中小型钢板桩围堰千斤顶分层安装下放可适用于任意大小的钢板桩围堰工序繁琐,施工周期长千斤顶整体下放可适用于任意大小的钢板桩围堰1.工序繁琐,施工周期长;2.整体下放,总重量大,安全风险高大型浮吊整体下放对比多点分层叠加下放无优点1.需要大型浮吊;2.工序繁琐,施工周期长;3.整体下放,总重量大,安全风险高五、提出方案并确定最佳方案2、内支撑下放方式选择四种内支撑下放方式技术比较下放方案名称内支
12、撑安装下放工期费用类别合计下放装置材料费租赁安装费接高钢护筒费用大型起重设备租赁费人工费多点分层叠加下放18天35.5t60天5+35.5800=39050元-现场有的履带吊,无需额外费用20人18天200元=72000元11.1万千斤顶分层安装下放35天20t80天5+20800=24000元12.8t1500元/t=19200元8台千斤顶:8万25人35天200元=175000元29.82万千斤顶整体下放30天20t75天5+20800=23500元38.4t1500元/t=57600元8台千斤顶:8万25人30天200元=150000元31.11万大型浮吊整体下放30天15t75天5+1
13、5800=17625元38.4t1500元/t=57600元进出场费50万元,使用一天5万元,共计55万25人30天200元=150000元77.52万五、提出方案并确定最佳方案四种内支撑下放方式成本分析对比表2、内支撑下放方式选择五、提出方案并确定最佳方案2、内支撑下放方式选择通过对内支撑下放方式的分析选择,我们选择采用内支撑多点分层叠加下放方式,工序简单,施工快速,缩短工期,安全可靠、降低成本、节约工期,经济效益和社会效益明显。结论五、提出方案并确定最佳方案3、引孔设备选择本工程76#墩处河床均为浅覆盖层,围堰均需要进入强风化或中风化层,此类岩层如果仅利用振动或锤击法难以打入,因此需要进行
14、引孔处理。适用于本项目的引孔机械设备见下表。序号设备及型号可贯入土层优点缺点相关图示1旋挖钻机中风化挖掘能力强,基本能够穿越各类地层,可配置螺旋钻头1、需将挖出的土层或岩石运走;2、砂层会坍塌,效率不高;2长螺旋钻机强风化最大成孔直径为60cm,能快速松动土层或岩石不能进入中风化岩层3小型钻机XY-200强风化成本低,对孤石或硬质土层比较有效成孔直径小,最大成孔30cm五、提出方案并确定最佳方案3、引孔设备选择序号设备及型号可贯入土层优点缺点相关图示4槽壁机全风化属连续梁成槽设备,资源多、单价低对强风化以上则无能为力,一般标准贯入度40以下可适用5双轮铣槽机中风化属连续梁成槽设备,适用各类地层
15、资源少,单价高,且水中施工垂直度难保证6钢板桩植桩机中风化专业设备,成桩效果较好成桩效率低、资源少,单价高五、提出方案并确定最佳方案3、引孔设备选择结论因本工程76#围堰引孔需要贯穿强风化岩层进入中风化岩层中,能进入中风化的设备只有旋挖钻机、双轮铣槽机和钢板桩植桩机,而双轮铣槽机和钢板桩植桩机费用和代价比较高,故选择了旋挖钻机+钛合金桶钻+钢护筒进行引孔。五、提出方案并确定最佳方案3、引孔设备选择五、提出方案并确定最佳方案4、是否进行水下封底按常规计算需要3.5m封底厚度,且需基坑开挖多开挖3.5m深,封底全部处于中风化基岩中,开挖难度非常大。QC小组提出是否可以不进行水下封底,能否将围堰内水
16、抽干,直接进行边抽水边施工作业。于是对现场地质情况进行补勘,进行抽水试验、渗透性试验、并进行GTS建立三维模型进行渗流分析。地质补勘五、提出方案并确定最佳方案4、是否进行水下封底地质补勘强、中风化岩层抗压强度试验五、提出方案并确定最佳方案4、是否进行水下封底现场抽水试验土体渗透系数试验五、提出方案并确定最佳方案4、是否进行水下封底GTS三维模型的渗流分析序号试验名称试验内容试验结果及结论1地质补勘在各个墩位处承台四周位置取4个点进行地质补勘补勘结构与设计地勘有些差别,76#河床底层从上往下分别为中砂(2.45m)、全风化(1.4m)、强风化(3.1m)、中风化(以下)2土体渗透系数试验对全风化
17、泥质砂岩和粉质粘土进行渗透系数试验全风化泥质砂岩渗透系数为k=1.4310-8cm/s;强风化泥质砂岩渗透系数为k=2.7310-7cm/s。均为透水性很弱的土体。3抽水试验在76#承台位置,插打一根直径2m的钢护筒,入土深度5m,抽干内水后,观察护筒内渗水情况。观察了15天,护筒内水位才高了8cm,渗水量非常小。4岩层软化试验对补勘的强风化和全风化泥质砂岩芯样进行软化试验全风化遇水极易软化,强风化不软化。5GTS三维模型的渗流分析按照地质补勘和渗透系数试验的结果进行三维建模,进行渗透分析分析结果:基坑开挖到承台底,围堰内一天从基坑底部渗水量仅1.37立方。五、提出方案并确定最佳方案4、是否进
18、行水下封底试验结果汇总表五、提出方案并确定最佳方案4、是否进行水下封底试验结果表明,本工程中的全风化、强风化泥质砂岩渗透性差,抽干后基坑底部每天渗流量都很小,具备不封底能抽干围堰内水进行施工作业条件。故选择不水下封底方案,仅需在承台底部浇筑30cm厚混凝土找平垫层。结论开挖方式优点缺点干挖1、抽干水后直接能看清基坑底部情况,相当于陆地开挖,操作简单,安全可控。2、仅需小挖机配合吊车施工,设备成本低。3、干挖开挖速度快,无干扰因素。开挖过程中,围堰四周漏水,底部渗水,需边开挖边抽水。湿挖开挖无需抽水1、水深太深,超长臂挖机难找,且超长臂挖机在远距离开挖,开挖力很小,不足以开挖强风化层;2、看不清
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