在硬质地层中应用水刀辅助下沉钢板桩工艺.docx
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在硬质地层中应用水刀辅助下沉钢板桩工艺
在硬质地层中应用水刀辅助下沉钢板桩工艺
摘要:
本文针对xx市G351项目xx河中主墩桥位处硬质土层,采用水刀法辅助下沉24m钢板桩,讲述了水刀法辅助施工的设备选型、作业原理及工艺步骤,为今后类似地质条件围堰钢板桩施工提供参考经验。
关键词:
水刀钢板桩挖掘机振动锤动力泵
1工程概况
(1)工程简介
xx,全桥长1644m,共十二联,其中第四联跨河主桥上部结构为(57+3×100+57)变截面预应力混凝土连续箱梁,河中14#、15#、16#主墩承台拟采用24m拉森IV钢板桩围堰施工。
主墩承台尺寸为13.5×8.5×4m,台顶埋深约4~5m,枯水期水深约4~6m。
(2)工程地质条件
根据勘察设计单位提供的现场工程地质调查及钻探揭露,桥位区30m深范围内地层自上而下依次为:
①层素填土(Qml)、①-1层冲填土(Qal)、②层粉土夹粉砂(Q4al+pl)、②-1层粉砂(Q4al+pl)、③层淤泥质粉质黏土(Q4al+pl)、④层黏土(Q4al+pl)、⑤层粉质黏土夹粉土、粉砂(Q4al+pl)、⑥层粉砂(Q4al+pl)。
15#主墩勘探zk10孔位地质剖面图及地基承载力综合成果表见图1-1、表1-1。
图1-1:
15#主墩勘探10#孔位地质剖面图
表1-1地基承载力基本容许值、压缩模量综合成果表
层号
层名
土工试验
标准贯入
综合取值
[fa0]
(kpa)
Es
(mpa)
N
(击)
[fa0](kpa)
[fa0]
(kpa)
es
(mpa)
②-1
粉砂
—
—
8.1
130
130
12.0
③
淤泥质粉质黏土
65
3.1
1.0
60
60
3.0
④
黏土
235
10.5
10.8
230
230
10.0
⑤
粉质黏土夹粉土、粉砂
95
4.6
4.1
90
90
4.5
⑥
粉砂
—
—
15.2
110
110
10.0
2工艺选择及原理
1)作业布置
(1)围堰钢板桩布设
根据围堰钢板桩设计与计算书,围堰平面净空长、短边分别为16m、11.2m;钢板桩长24m(采用9m+15m接长),长、短边桩数量分别为39根、27根,角桩4根,合计136根;顶、底设计标高分别为37.5m、13.5m,入土深度约9~10m。
围堰钢板桩平面布置图
(2)施工平台设置
围堰前、后两侧分别设置宽10m、12m施工平台,左侧为钢便桥,施工平台边之间净空为15m,钢便桥距围堰边净空约6m。
2)工艺确定
(1)根据桥位处硬质粘土地层条件,施打钢板桩须穿过冲填土层、淤泥质粉质粘土层、粘土层至粉质粘土夹粉土、粉砂层内,分布土层的承载力较大,其中粘土层综合承载力指标达到230KPa。
(2)鉴于土层较大的承载力,施工准备阶段采用大功率DZJ-150振动锤进行了试桩,板桩入土约2~3m后进尺缓慢,此时激振力及电流已到上限。
(3)由于以上不利地质因素及施工难度,综合考虑工期与成本,在钢板桩下沉工艺中拟引入了“高压水射流切割技术”。
(4)考虑钢板桩的型号和长度,以及施工作业平台布置情况,确定采用75t履带吊进行喂桩,然后利用改装的“日立ZX470H-3挖掘机+BYH450振动液压打桩机锤头”及水刀辅助插打就位。
3)设备参数
(1)日立ZX470H-3挖掘机(改装)+BYH450振动液压打桩机锤头
规格:
挖掘机+打桩机整机工作重量(t):
47.1+3.5=50.6。
作业范围:
停机面最大回转半径(m):
17;最大插打高度及半径(m):
15、7。
锤头性能参数:
偏心力矩(MN):
85;振频(RPM):
2800;激振力(t):
75。
钢板桩插打机械(改装)
(2)水刀动力泵
规格:
北京东研水刀设备,JQ145-3B型(活塞式)。
最大工作压力(MPa):
28~36。
动力泵控制系统
(3)水压连接头、输压管及水刀
动力泵与压力管连接采用DN25六角外丝、对丝接头,与动力泵丝扣连接,与输压管焊接;输压管采用Ø48mmδ3mm直缝钢管;水刀采用5mm芯孔的Ø50mm45#钢,与输压管焊接。
六角外丝、对丝接头
水刀
动力泵与输压管连接头
输压管与水刀连接头
4)作业原理
振动式沉拔桩锤是利用其高频振动,以高加速度振动桩身,将机械产生的垂直振动传给桩体,导致桩周围的土体结构因振动液化;同时,由动力泵产生的高压水通过输压管经水刀头切入硬质粘土层,在桩底与土体之间形成空隙减小桩端下沉阻力,而喷出的高速水流沿土体与桩身之间形成水膜;在振动锤及水刀的合力作用下,使桩侧与土体的摩擦阻力及桩端阻力减少,然后以挖机下压力、振动沉拔锤与桩身自重将桩沉入土中。
3工艺步骤
1)钢板桩接长
24m钢板桩采用15m+9m定型钢板桩现场对接满焊,且内、外面用钢板贴焊牢固;角桩采用整桩与半桩帮焊,接桩断面交错对焊;钢板桩插打时,接头应间隔错开。
钢板桩接长
角桩加工
2)输压管固定
钢管每个固定点采用裁剪的2个长方形小钢片加持电焊,固定间距为1.5~2.0m,底部适当加密以确保在沉桩过程中固结点不脱落。
压力管固定
3)起吊、喂桩
由于打桩机械吊重、吊高的局限性,24m钢板桩由75t履带吊配合起吊、喂桩,钢板桩就位后再由打桩持桩插打至设计高程。
起吊、喂桩
4)下沉
钢板桩吊起后,开启动力泵,水刀切土与钢板桩在振动锤高频振动及压力的共同作用下沉就位。
动力泵压力在振动下沉过程中控制在20MPa以内,当水面不泛水或压力泵压力突然上升时,要立即关停,以防止爆管。
振动、水刀切土下沉
5)合拢
(1)打桩顺序从河流下游角桩相邻第2或3根桩开始插打,至角桩合拢。
(2)由于地层较硬,角桩及相邻桩在合拢前需反复插、拔,使桩间土充分液化、松软,直至最后数根合拢桩插打至设计深度。
围堰合拢
6)施工注意事项
(1)剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩,以保证钢板桩围堰的密水效果。
(2)水刀动力泵、输压管管道抗压值必须与穿过地层的地质条件相匹配,使用前进行压力试验,以确保工艺的有效性。
(3)由于沉桩工艺使用的设备较多,必须设专人指挥,且各设备专人操作、密切配合指令,并设置现场专职安全员以保证作业安全。
(4)为保证插桩顺利合拢,要求桩身垂直,利用护筒设置导向架,在施工中加强测量工作,发现倾斜,及时调整。
(5)在进行钢板桩的插打时,当钢板桩的垂直度较好,一次将桩打到要求深度,当垂直度较差时,要分两次进行施打。
4优缺点及适用范围
1)优点
(1)根据地层承载力情况配置相应适压水刀动力泵及配套,可以有效穿透硬质地层。
(2)沉桩对振动设备要求不高,与钢板桩相适应的普通振动锤既能满足施工要求。
(3)沉桩对穿过土层的影响范围较小,有利于围堰周围土体维持原自稳定状态。
2)缺点
(1)工序作业专业性较强,对专业队伍的管理能力与操作工人的技能要求较高。
(2)工艺涉及的设备较普通振动锤沉桩工艺多,多设备协同作业工作量大。
3)使用范围
水刀辅助下沉工艺涉及的设备多且工序复杂,本工艺主要适用于硬质土层或风化岩层,不建议在普通淤泥或砂土等地层条件下采用。
5结语
根据本工程项目特点及施工作业条件,在传统振动沉桩施工中引入“水刀法辅助下沉”工艺,有效克服了传统振动锤沉桩工艺只能穿透中等硬度地层的局限性,解决了硬质粘土层钢板桩的下沉问题,同时提高了工效,为后续作业时间上提供了有力保障。