CN108561139A - 一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法 - Google Patents

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杨志勇
刚永才
骆红兵
李二伟
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后志坤
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    • E21D11/14Lining predominantly with metal
    • E21D11/18Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches

Abstract

本发明公开了一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,包括以下步骤:步骤1:沿预先设计的超大箱涵外轮廓线,顶入多根钢管桩;步骤2:钢管桩贯穿路基后,在钢管桩内置入钢筋笼并灌注混凝土;步骤3:相邻的钢管桩相互咬合形成沿超大箱涵外轮廓线的刚性矩形棚;步骤4:进行超大箱涵施工;本发明提高了下穿箱涵和上跨高速路的结构安全性能及耐久性,适用于长距离、大断面、超薄覆盖和均质无水路基土层的支护。

Description

一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法
技术领域
本发明涉及一种预支护方法,具体涉及一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法。
背景技术
随着城市和道路建设的不断发展,在既有建筑物及道路中进行下穿施工,减少对周围环境的冲击影响,已逐渐形成工程施工技术领域的共识;下穿暗挖施工地表沉降问题是致力解决的技术难题。
目前国内浅埋暗挖地层稳定措施主要包括:超前锚杆支护、超前小导管预注浆支护、超前管棚支护、超前预注浆、地面砂浆锚杆、地表注浆等;超前管棚支护钢管外径宜为φ(70~180)mm,孔深不宜超过10m;纵向搭接长度应不小于3m,在钢拱架上沿开挖轮廓线纵向钻设管棚孔,其外插角以不侵入开挖轮廓线越小越好,管棚钢管内充填水泥砂浆;对于下穿城市道路、铁路、公路的箱涵,在必须保证既有道路正常且覆盖层厚仅有1.5~2.0m的情况下进行施工,较多采用顶管法施工;顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。
在既有高速公路路面1m以下增设箱室为16m×8.5m的超大箱涵,要求零沉降保持高速公路运行,施工中必须采用有效的预支护方法减少下穿箱涵施工对既有道路的影响;但是现有超前预支护技术均不能满足施工要求;地表砂浆锚杆和地表注浆方法影响道路车辆通行,暗挖作业过程中,强度和刚度不够易裂缝沉降;超前锚杆在此超大断面案例中不适用,超前预注浆及超前小导管预注浆支护,因涵顶覆盖层仅1m盖重不宜采用超前注浆,且16m宽断面不宜采用此方法;超前管棚需设置外插角及注浆不适宜采用,在16m宽断面中强度和刚度不满足要求。
发明内容
本发明提供一种具有较高强度刚度稳定性,并满足施工零沉降要求,提高施工的安全保障的水平钢筋混凝土钢管预支护方法。
本发明采用的技术方案是:一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,包括以下步骤:
步骤1:沿预先设计的超大箱涵外轮廓线,顶入多根钢管;
步骤2:钢管贯穿路基后,在钢管内置入钢筋笼并灌注混凝土;
步骤3:相邻的钢管相互咬合形成沿超大箱涵外轮廓线的刚性矩形棚;
步骤4:进行超大箱涵施工。
进一步的,所述步骤1中钢管在顶进过程中,位于超大箱涵开挖轮廓线两侧的钢管对称的同时从下往上施工,位于超大箱涵开挖轮廓线上部的钢管从中间向两边施工。
进一步的,所述钢管为分节钢管构成。
进一步的,所述钢管两端分别设置公接头和与公接头相配合的母接头;相邻两根钢管之间通过公接头和母接头相互插销咬合。
进一步的,所述钢筋笼置入方式如下:
首先将钢筋笼吊装至钢管一端,然后在另一端用卷扬机牵引钢丝绳将钢筋笼拉入钢管内;钢筋笼为分节设置,每节钢筋笼均按照上述方式安装。
进一步的,所述步骤3中混凝土灌注过程如下:
采用混凝土泵车泵送,在钢管一端泵送,另一端封闭,在钢管顶部留一出气孔,直至混凝土填充满钢管。
进一步的,所述步骤1中钢管顶进过程中,将钢管固定在滑道上,顶进开始时缓慢进行,待各接触部位密合后,按照设计速度进行顶进。
进一步的,步骤1实施之前首先进行支撑装置的浇筑;
支撑装置包括竖直设置的后背墙,后背墙穿过土体下端连接设置在地面下的桩基础;后背墙上部通过斜支撑连接设置在土体中的混凝土底座。
进一步的,所述步骤1中采用顶进装置对钢管进行顶进;顶进装置前后两端分别设置有一立铁;立铁和顶进装置之间设置有顶铁。
本发明的有益效果是:
(1)本发明支护方法具有较高强度和刚度,稳定性满足施工零沉降要求,提高施工的安全保障;
(2)本发明提高了下穿箱涵和上跨高速路的结构安全性能及耐久性,适用于长距离、大断面、超薄覆盖和均质无水路基土层的支护;
(3)本发明采用大直径钢管进行水平顶管施工,避免管棚搭接、外插角及注浆对既有路面的影响。
附图说明
图1为本发明中下穿高速公路纵断面图。
图2为本发明中钢管桩断面图。
图3为本发明钢管桩顶管施工示意图。
图4为本发明钢管桩间接头示意图。
图5为本发明中钢管桩断面结构示意图。
图中:1-土体,2-桩基础,3-混凝土底座,4-斜支撑,5-后背墙,6-钢管桩,6-1-钢管,6-2-钢筋笼,6-3-混凝土,7-超大箱涵,8-立铁,9-顶铁,10-顶进装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明中提到的超大箱涵7即为箱室为16m×8.5m的现浇箱涵;顶进装置10采用千斤顶。
一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,包括以下步骤:
步骤1:沿预先设计的超大箱涵7外轮廓线,顶入多根钢管6-1;
步骤2:钢管6-1贯穿路基后,在钢管6-1内置入钢筋笼6-2并灌注混凝土6-3;
步骤3:相邻的钢管6-1相互咬合形成沿超大箱涵7外轮廓线的刚性矩形棚;
步骤4:进行超大箱涵7施工。
进一步的,所述步骤1中钢管6-1在顶进过程中,位于超大箱涵7开挖轮廓线两侧的钢管6-1对称的同时从下往上施工,位于超大箱涵7开挖轮廓线上部的钢管6-1从中间向两边施工。
进一步的,所述钢管6-1为分节钢管构成。
进一步的,所述钢管6-1两端分别设置公接头11和与公接头11相配合的母接头12;相邻两根钢管6-1之间通过公接头11和母接头12相互插销咬合。
进一步的,所述钢筋笼6-2置入方式如下:
首先将钢筋笼6-2吊装至钢管6-1一端,然后在另一端用卷扬机牵引钢丝绳将钢筋笼6-2拉入钢管6-1内;钢筋笼6-2为分节设置,每节钢筋笼6-2均按照上述方式安装。
进一步的,所述步骤3中混凝土6-3灌注过程如下:
采用混凝土泵车泵送,在钢管6-1一端泵送,另一端封闭,在钢管6-1顶部留一出气孔,直至混凝土6-3填充满钢管6-1。
进一步的,所述步骤1中钢管6-1顶进过程中,将钢管6-1固定在滑道上,顶进开始时缓慢进行,待各接触部位密合后,按照设计速度进行顶进。
进一步的,步骤1实施之前首先进行支撑装置的浇筑;
支撑装置包括竖直设置的后背墙5,后背墙5穿过土体1下端连接设置在地面下的桩基础2;后背墙5上部通过斜支撑4连接设置在土体1中的混凝土底座3。
进一步的,所述步骤1中采用顶进装置10对钢管6-1进行顶进;顶进装置10前后两端分别设置有一立铁8;立铁8和顶进装置10之间设置有顶铁9。
具体方法如下:
现场调查→工程降水→工作坑开挖→后背制作→测量放样→钢管制作铺设→顶进设备安装→润滑隔离层→既有管线加固→钢管试顶进→吃土顶进→监控量测→钢筋笼安装→钢管桩混凝土灌注→钢管桩预支护成棚→监控量测→箱涵土体开挖→箱体浇筑→箱室顶板注浆→拆除加固设施→拆除后背及顶进设备→工作坑恢复。
施工准备:
工程降水、工作坑开挖,工作坑形成后对工作面及时采用喷混凝土封闭;后背制作、测量定桩位,设置观测点,钢管桩制作、顶进设备安装调试;
测量放线定桩位包括在工作坑掌子面测量标出箱涵开挖轮廓线,测量定出钢管桩6位,用钢筋做好桩位标志,并编号每个桩号。
本文中的钢管桩6包括钢管6-1以及设置在钢管6-1内的钢筋笼6-2和钢管6-1内填充的混凝土6-3。
钢管桩6顶进施工:
水平钢筋混凝土钢管桩6采用内径800mm壁厚为14mm的高强钢管6-1,每节钢管3m;节与节之间接缝采用在钢管内加固焊接;沿钢管直径分别在钢管两侧焊接公接头11和母接头12;接头采用钢板焊接至钢管6-1两侧;经检查顶进设备各部分处于良好状态,即可进行试顶进,根据试顶情况调整各项参数,调整后可正常顶进施工,采用人工方式在钢管内出土。
钢管6-1顶进每开挖5~10cm顶进一次,在开挖过程中如遇较大的卵石或孤石,采用风镐破除,不能硬顶。
钢筋笼6-2安装、钢管桩6混凝土浇筑:
在钢管6-1顶进完成后,安装钢筋笼6-2灌注混凝土6-3;单节钢筋笼6-2长度根据工作坑的尺寸确定,采用吊车吊装至钢管6-1一端的孔口,在另一端用卷扬机牵引钢丝绳将钢筋笼6-2拉入钢管内,采用机械连接第二节钢筋笼6-2直至钢筋笼6-2安装完成。
钢管桩6混凝土浇筑采用混凝土泵车泵送,在钢管6-1一端泵送,钢管6-1另一端封闭,在顶部留一个出气孔,直至混凝土6-3填充满钢管6-1。
混凝土浇筑完成后,可进入下一根钢管桩6施工,钢管6-1的公母接头必须搭接严密。
按照顺序支护成棚:
预支护顺序:位于超大箱涵7开挖轮廓线两侧的钢管6-1对称的同时从下往上施工,位于超大箱涵7开挖轮廓线上部的钢管6-1从中间向两边施工直至钢管6-1支护成棚;沿钢管6-1公接头11和母接头12顶进施工达到咬接效果,相邻钢管6-1外露端及时采用钢板进行固定连接。
箱涵施工:
箱涵浇筑标准节宜采用每节3~4m的形式,箱涵浇筑完成后,对箱室顶部进行回填灌浆,确保箱室顶板无孔洞。
具体施工过程中施工顺序如下:
工程降水、工作坑开挖:
在工作坑开挖前,应根据土质情况选择合适的排水方式,之后进行工作坑开挖,开挖尺寸根据单节顶进钢管6-1确定,工作坑开挖后对工作面及时采用喷混凝土封闭,防止工作面坍塌,并在工作坑底内设置明沟排水,确保工作坑内不积水。
后背制作、测量放样:
后背墙作为顶进装置10的后背支撑结构,包括桩基础2、后背墙5、混凝土底座3和斜支撑4;在钢管桩6施工前需提前浇筑完成。
测量放放线定桩位:在工作面测量出桩位,用钢筋作好桩位标志,并编号每个桩位;在施工部位顶部道路上设置不少于3个点的监测点,在后续施工中进行持续观测,看其是否发生沉降。
钢管制作:
在钢管桩6施工前需在钢管6-1上焊接钢管间接头,钢管与钢管之间采用卡扣方式进行连接固定,防止顶部细集料从钢管6-1之间的缝隙流失;沿钢管6-1直径分别在钢管6-1两侧焊接公接头11和母接头12;公接头11和母接头12均采用15mm厚、4cm宽钢板焊接至两侧;公接头11结构为一个4cm宽钢板,母接头12结构为两个4cm宽钢板,钢板间距为5cm。
顶进设备安装:
滑道安装,严格控制滑道的中心位置和高程,确保顶入钢管6-1管节中心及高程能符合要求;滑道长度3m,采用钢板加工制作,可采用型钢或浇筑混凝土予以固定,在滑道内设置润滑隔离层;滑道设置在顶进装置10前部的立铁8前方和需要顶进钢管桩6的作业面处。
为了确保后背墙2和钢管桩6均匀受力,在顶进装置10前后均设置立铁8,在钢管6-1顶进过程中立铁8与顶进设备之间设置顶铁9,确保钢管6-1顺利顶进。
钢管6-1顶进施工:
将钢管6-1固定在滑道上,顶进开始时,应缓慢进行,待各接触部位密合后,再按正常顶进速度顶进。
工作坑内设备安装完毕,经检查各部分处于良好状态,即可进行试顶进,根据试顶情况调整各项参数,调整后可正常顶进施工。
钢管6-1顶进进尺要严格控制,采用人工开挖,绳索牵引小车出渣,每开挖5~10cm顶进一次,在开挖过程中如遇较大的卵石或孤石,采用风镐破除,不能硬顶。
顶进过程中采用激光导向仪严格控制方向。
钢筋笼6-2安装、钢管桩6混凝土浇筑:
在钢管6-1顶进完成后,安装钢筋笼6-2浇筑混凝土;单节钢筋笼6-2长度根据工作坑的尺寸确定,采用吊车吊装至钢管6-1一端的孔口,在另一端用卷扬机牵引钢丝绳将钢筋笼6-2拉入钢管6-2内,之后接第二节钢筋笼直至钢筋笼6-2安装完成。
钢管桩6混凝土浇筑采用混凝土泵车泵送,在钢管6-1一端泵送,钢管6-1另一端封闭,在顶部留一个出气孔,直至混凝土6-3填满钢管6-1。
混凝土浇筑完成后,可进入下一根钢管桩6施工,钢管6-1上的公接头11和母接头12必须搭接严密。
顶管顺序:位于超大箱涵7开挖轮廓线两侧的钢管桩6对称的同时从下往上施工,位于超大箱涵7开挖轮廓线上部的钢管桩6从中间向两边施工直至支护成棚。
相邻钢管桩6之间及时采用钢板进行固定连接。
箱涵施工:
在箱涵施工前,在钢管桩6棚两端各设置2~4个变形观测点,在箱涵施工过程中每天观察记录。
箱涵浇筑标准节宜采用每节3~4m的形式,可根据钢管桩6的长度进行适当调整。
箱涵开挖采用人工开挖,每开挖一节,为保证掌子面的稳定,及时采用喷混凝土将掌子面封闭,防止掌子面坍塌。
在箱涵第一节施工完毕且第一节箱涵混凝土强度不小于90%时,才可进行第二节土层开挖,之后哦土层开挖及箱涵浇筑可连续施工,每开挖一节及时浇筑一节;在箱涵倒数第三节、第二节施工完毕且箱涵混凝土强度不低于90%时,才可进行下一节箱涵开挖施工。
箱涵浇筑完成后,对箱室顶部进行回填灌浆,确保箱室顶板无空洞。
施工完成:
箱涵施工完成后,拆除钢管桩6及箱涵施工过程中的加固措施、拆除后背墙5等,之后进行箱涵进出口的其他项目施工。
下面以具体实例进行说明
天府新区双流高新技术产业功能区道路基础设施改造工程,位于四川省成都市双流区连接高新区以及双流区的滨河路;滨河路下穿成雅高速段属于滨河路打通的重要一部分,道路起于双流区川大南路东南侧,终止于易建滨河路西北侧,道路横穿成雅高速,为新建道路,整体道路呈南北走向;道路红线宽度25m,道路等级为城市次干路,道路全长375.729m;现状川大南路红线宽为30m,采用一块板的断面形式,具体的断面划分为:30m=3.5m人行道+23m车行道+3.5m人行道;设计滨河路规划红线宽25m,也采用一块板的断面形式;道路横穿成雅高速,现状成雅高速下存在现状1~11.5m小桥,小桥平面与规划道路中心斜线交角42°。
设计方案为现状桥梁废弃,按照规划红线修建一座35m桥梁;由于距离绕城收费站太近以及现状管线干扰实施难度大,同时为避免造成高速交通拥堵,严格控制路面沉降或迸裂,采用本发明方案;顶推14m箱涵横断面,14m=8.5m车行道+2.5m非机动车道+3m人行道,其中人行道比非机动车道高20cm。
采用本发明方法在高速公路路基中采用顶管方法,沿超大箱涵开挖轮廓线顶进大型钢管,采用人工方式管内出土,钢管长距离贯穿路基无搭接,在管内置入钢筋笼并灌注混凝土,相邻的钢管桩6体相互插销咬合形成刚性矩形超前支护。
在超薄覆盖的高速公路路基中采用本发明方法,充分避免了常规超前管棚支护搭接及棚体刚度不足;避免了在修建便道的基础上对现状滨河路跨越成雅高速位置进行大开挖施工,还可避免临时道路对周边建筑物拆迁占地影响;具有节约工程投资、不影响成雅高速交通、容易通过高速公路审批等有益效果。
目前该下穿项目经建设单位、设计单位、监理单位以及专项方案专家组审查,认为技术可行,预期能达到施工期现有高速公路通行要求,路面沉降或迸裂满足设计要求。
本发明采用直径为800mm的大直径钢管进行水平顶管施工,避免了管棚(70~180)搭接、外插角及注浆对既有路面的影响;在钢管内进行钢筋混凝土桩体灌注,形成钢筋混凝土钢管桩6,具有高强度刚度及稳定性,避免了管棚施工期间的下沉挠度问题,满足涵体施工期间高速公路路面零沉降要求;并且提高了下穿箱涵和上跨高速路的结构安全性能及耐久性,适用于长距离、大断面、超薄覆盖、均质无水路基,达到对既有道路运营零影响的目的。
本发明通过水平钢筋混凝土钢管桩6群可形成一个有效的封闭的支撑面,且其刚度能有效的降低其支撑结构物的沉降(对于高速公路可达到零沉降效果);对于长距离的水平钢管桩群可利用自身刚度达到支撑效果,在钢管桩6群内部箱涵施工过程中不需要另外的支撑体系也能满足施工安全要求;本发明方法拓展了国内浅埋暗挖地层稳定技术领域,可适用于特定工况下的浅埋暗挖。

Claims (9)

1.一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:沿预先设计的超大箱涵(7)外轮廓线,顶入多根钢管(6-1);
步骤2:钢管(6-1)贯穿路基后,在钢管(6-1)内置入钢筋笼(6-2)并灌注混凝土(6-3);
步骤3:相邻的钢管(6-1)相互咬合形成沿超大箱涵(7)外轮廓线的刚性矩形棚;
步骤4:进行超大箱涵(7)施工。
2.根据权利要求1所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,所述步骤1中钢管(6-1)在顶进过程中,位于超大箱涵(7)开挖轮廓线两侧的钢管(6-1)对称的同时从下往上施工,位于超大箱涵(7)开挖轮廓线上部的钢管(6-1)从中间向两边施工。
3.根据权利要求1所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,所述钢管(6-1)为分节钢管构成。
4.根据权利要求1所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,所述钢管(6-1)两端分别设置公接头(11)和与公接头(11)相配合的母接头(12);相邻两根钢管(6-1)之间通过公接头(11)和母接头(12)相互插销咬合。
5.根据权利要求1所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,所述钢筋笼(6-2)置入方式如下:
首先将钢筋笼(6-1)吊装至钢管(6-1)一端,然后在另一端用卷扬机牵引钢丝绳将钢筋笼(6-2)拉入钢管(6-1)内;钢筋笼(6-2)为分节设置,每节钢筋笼(6-2)均按照上述方式安装。
6.根据权利要求1所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,所述步骤3中混凝土(6-3)灌注过程如下:
采用混凝土泵车泵送,在钢管(6)一端泵送,另一端封闭,在钢管(6-1)顶部留一出气孔,直至混凝土(6-3)填充满钢管(6-1)。
7.根据权利要求1所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,所述步骤1中钢管(6-1)顶进过程中,将钢管(6-1)固定在滑道上,顶进开始时缓慢进行,待各接触部位密合后,按照设计速度进行顶进。
8.根据权利要求1所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,步骤1实施之前首先进行支撑装置的浇筑;
支撑装置包括竖直设置的后背墙(5),后背墙(5)穿过土体(1)下端连接设置在地面下的桩基础(2);后背墙(5)上部通过斜支撑(4)连接设置在土体(1)中的混凝土底座(3)。
9.根据权利要求8所述的一种水平钢筋混凝土钢管桩预支护方法,其特征在于,所述步骤1中采用顶进装置(10)对钢管(6-1)进行顶进;顶进装置(10)前后两端分别设置有一立铁(8);立铁(8)和顶进装置(10)之间设置有顶铁(9)。
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