CN110258600B - 一种适用于深水水域的立式围堰施工工法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于深水水域的立式围堰施工工法,包括下述步骤:(1)搭建便桥;(2)构筑围堰体钢板桩模板,内层钢板桩模板和外层钢板桩模板共同构成堰体钢板桩模板,内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间围成围堰体浇筑空间;(3)在围堰体浇筑空间正下方的土体中形成沿围堰周向排列的多个高压旋喷桩,形成高压旋喷桩止水帷幕;(4)在围堰体浇筑空间中浇筑素混凝土,素混凝土凝固后形成素混凝土墙;(5)拆除围堰体钢板桩模板。本发明适合用于深水水域的立式围堰施工,素混凝土墙与高压旋喷桩止水帷幕有机组合成围堰体,最大限度地保护水库水质,减少对水体及周边环境的影响,具有占地少、对水体污染低的优点,且施工操作较为简单易行。

Description

一种适用于深水水域的立式围堰施工工法
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域,具体涉及一种适用于深水水域的立式围堰施工工法。
背景技术
目前,有些水厂取水泵站工程,需要在水库中远离坝体(如离坝体100m左右)的位置取水。取水泵站场地位于水库水位以下,水库正常蓄水水体深13~17.5m,泵房场址上部为淤泥质土和粉质粘土2~3m,下部为弱风化岩。要建造这样的取水泵房,必须先进行临时围堰,防止水土进入建筑物的修建位置,以便在围堰内排水,开挖基坑,修筑建筑物。与此同时,必须保证水库饮用水水质的安全,尽量减少对水库及周边环境的影响。
由于取水泵站要建在水库中远离坝体的深水水域,如果采用常规的围堰方式,如土石围堰,大型施工机械操作困难,且对饮用水水体及周边环境造成严重污染;草土围堰、木笼围堰、木板桩围堰也均明显不合适;钢板桩围堰钢板插入弱风化岩困难,插入深度无法满足耐深水水压的要求;而单纯的混凝土围堰只能直接在河床无覆盖层的岩面上施工,也不适合这种施工场合的实际情况。基于以上情况,传统的各种围堰施工方法都难以适合在深水水域(如水库中远离坝体的深水水域)建设取水泵站的实际要求,因此需要研究新的解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于深水水域的立式围堰施工工法,这种施工工法适合用于深水水域的立式围堰施工,具有占地少、对水体污染低的优点。采用的技术方案如下:
一种适用于深水水域的立式围堰施工工法,其特征在于包括下述步骤:
(1)搭建便桥
在围堰施工位置与水域坝体之间搭设便桥,作为施工作业面和通道;
(2)构筑围堰体钢板桩模板
根据围堰位置及尺寸,插打钢板桩,形成内层钢板桩模板和外层钢板桩模板,外层钢板桩模板环绕在内层钢板桩模板外侧,内层钢板桩模板和外层钢板桩模板共同构成堰体钢板桩模板,内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间围成围堰体浇筑空间;
(3)高压旋喷桩施工
在围堰体浇筑空间正下方的土体中形成沿围堰周向排列的多个高压旋喷桩,形成高压旋喷桩止水帷幕;
(4)素混凝土墙施工
在内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间的围堰体浇筑空间中浇筑素混凝土,素混凝土凝固后形成素混凝土墙,素混凝土墙底部与高压旋喷桩止水帷幕顶部连接;
(5)拆除围堰体钢板桩模板
素混凝土墙完成浇筑并凝固后,将内层钢板桩模板和外层钢板桩模板拆除。
通过上述步骤(1)-(5),完成立式围堰的构筑,立式围堰包括高压旋喷桩止水帷幕和素混凝土墙。
优选方案中,所述立式围堰施工工法还包括步骤(6),在素混凝土墙顶部构筑围堰冠梁。在素混凝土墙顶部构筑围堰冠梁后,围堰冠梁与素混凝土墙、高压旋喷桩止水帷幕共同组成立式围堰。围堰冠梁使立式围堰更加牢固,同时可作为供施工人员行走的通道。
由于取水泵站距水库坝体较远(如100m左右),因此进行围堰施工时,需先搭设便桥,作为围堰施工作业面和通道;同时,该便桥还可作为建设取水泵站的施工通道,并作为建设工作桥(即取水泵站建成后连接坝体与取水泵站的构筑物)的施工操作平台。搭建便桥的方法可采用常规方法。
通常,上述步骤(2)中,在插打钢板桩前,先设置定位桩及定位横梁;定位桩包括内层定位桩和外层定位桩,内层定位桩由沿围堰周向排列的多根钢管桩组成,外层定位桩由沿围堰周向排列的多根钢管桩组成;定位横梁包括内环形横梁和外环形横梁,内环形横梁设置在内层定位桩的外侧,外环形横梁设置在外层定位桩的内侧。内环形横梁和外环形横梁的弧度与围堰弧度相适应。在打桩时定位桩与定位横梁形成导向装置,用于插打钢板桩时对钢板桩进行定位和导向(内层钢板桩模板中各钢板桩紧贴内环形横梁外侧,外层钢板桩模板中各钢板桩紧贴外环形横梁内侧),使钢板桩的位置与垂直度符合要求。内环形横梁、外环形横梁可采用钢材(如25#工字钢)制成,通过焊接与钢管桩连接;横梁与钢管桩的连接处可设加劲块及托架,以增加连接强度。定位桩可采用φ630钢管桩。
步骤(2)中,钢板桩的长度应大于围堰所在水域的水体深度,确保钢板桩下端插入水域土层后,钢板桩上端仍露出水面。
优选步骤(2)中,钢板桩为拉森钢板桩,例如,可采用桩长为21m、宽40cm的Ⅳ型拉森钢板桩。
通常,步骤(2)中,内层钢板桩模板中相邻的钢板桩相互扣合,外层钢板桩模板中相邻的钢板桩相互扣合,这样,内层钢板桩模板、外层钢板桩模板均呈筒状,起到挡水、挡土等作用。
内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间的间距根据围堰的尺寸确定,例如:拟建泵站外径为29.2m,围堰内工作面5.5m,所需围堰内径为40.2m,若围堰壁厚为1 m,则内层钢板桩模板的直径为40.2m,外层钢板桩模板的直径为42.2 m,内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间的间距为1 m。
插打钢板桩的设备可采用履带吊和振动锤(即打桩锤),例如50T履带吊及DZ60型柴油振动锤,逐根插打钢板桩。施工时,利用已安装完成的便桥作为施工作业平台,将履带吊定位,用履带吊带动振动锤吊起钢板桩,徐徐插入水中,沉桩过程中通过摆动振动锤调整钢桩垂直度,使钢板桩垂直插入。开始打入第一根钢板桩后,逐步向两边插打其余钢板桩,在插打过程中若发现倾斜,应及时调整,以保证插桩垂直并顺利合拢。可制作既能平面定位又能垂直定位钢板桩的双向定位导向架,作为履带吊和振动锤的辅助装置,对钢板桩加以定位,保证其偏差在5cm范围内。
通常,钢板桩插打方法的步骤为:1)振动锤下降,开液压口,拉一根桩至振动锤下,锁口抹上润滑油,起锤;2)待钢板桩尖离开水面30cm时,停止上升;3)振动锤下降,使钢板桩至夹口中,开动液压机,夹紧钢板桩;4)上升振动锤与钢板桩,至打桩地点;5)对准钢板桩与定位桩的锁口,振动锤下降,靠振动锤与钢板桩自重压桩至淤泥以下一定深度不能下降为止;6)试开振动锤30秒左右,停止振动,利用振动锤惯性打桩至坚实土层,开动振动锤打桩下降,控制振动锤下降的速度,尽可能的使钢板桩保持竖直,以便钢板桩的锁口能顺利咬合,提高止水能力;7)钢板桩至设计高度前40cm时,停止振动,振动锤因惯性继续转动一定时间,打桩至设计高度; 8)松开液压夹口,振动锤上升,打第二根钢板桩,以上类推至打完所有钢板桩。
优选步骤(3)中,形成高压旋喷桩的方法是:先用旋喷钻机钻旋喷孔,旋喷孔钻至预定深度;然后利用旋喷钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程,将预先配制好的水泥浆通过高压泥浆泵形成液流并从注浆管边的喷嘴中喷射出来,喷射出来的液流破坏土体;喷射过程中,旋喷注浆管边旋转边提升,使土体与水泥浆充分搅拌混合,胶结硬化后即在地基中形成高压旋喷桩。形成的高压旋喷桩为直径比较均匀,且具有一定强度的圆柱体。
施工时,旋喷钻机、注浆管经内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间的围堰体浇筑空间,进入围堰体浇筑空间正下方的土体中。
通常,步骤(3)中,各高压旋喷桩沿围堰周向紧密排列,共同构成高压旋喷桩止水帷幕,同时作为素混凝土墙的基础。素混凝土墙和高压旋喷桩止水帷幕组成围堰体。一种具体方案中,高压旋喷桩桩长10m,桩顶标高18m,桩底标高8m。
通常,步骤(3)中,旋喷孔采用旋喷钻机泥浆或水泥浆护壁钻进,孔深钻至淤泥层,进入粘土层或粗砂层0.5m。钻进时注意孔的垂直度,必要时采取岩芯管钻进;遇风化岩可采用金钢钻头钻进,钻至预定深度终孔。通常,高压旋喷桩施工前必须清除地下障碍物(包括填土层中的较大的石块),然后进行放线测定桩位。
步骤(3)中使用的水泥浆可采用32.5的普通硅酸盐水泥与水混合、拌制而成,拌制好的水泥浆在压浆前应倒入集料斗中,并不停地搅拌以防止水泥浆离析或凝固。施工时需观察压浆机上的压力流量仪表,高压泥浆泵出口压力应保持在20-25MPa,应使搅拌提升速度与输浆速度同步。
步骤(4)中,采用水下浇筑混凝土施工方式浇筑素混凝土墙。优选采用导管法施工方式浇筑素混凝土墙,其方法为:1)将导管安置在浇筑部位,导管顶部安装有贮料斗,并用起重设备吊住,使贮料斗和导管可升降;2)开始浇筑时导管底部接近高压旋喷桩止水帷幕顶部,导管下端出口设有以铅丝吊住的球塞,使导管和贮料斗内可灌满混凝土;3)剪断铅丝,使贮料斗和导管中的混凝土在自重作用下迅速排出球塞进入水中;4)浇筑过程中,导管内应充满混凝土,并保持导管底口始终埋在已浇的混凝土内;5)一边均衡地浇筑混凝土,一边缓缓提升导管,直至浇筑结束。采用导管法时,混凝土骨料的最大粒径要受到限制,混凝土需具有良好的和易性及较高的坍落度。由于水下浇筑的混凝土量较大,因此通常需将导管法与混凝土泵结合使用,利用混凝土泵将混凝土补充到贮料斗内。
步骤(5)中,拆除围堰体钢板桩模板通常在素混凝土墙达到设计混凝土强度的70%之后进行。拆除围堰体钢板桩模板时,通常采用逐根拔除钢板桩的方式。在拔桩时,采用振动锤进行拔除,尽量使钢板桩下部与混凝土脱离,然后再进行拔桩。可先略锤击振动某个钢板桩并将其拔高1-2m,然后挨次将所有钢板桩均拔高1-2m,使其松动后,再挨次拔除。对于桩尖打卷及锁口变形的桩,可加大拔桩设备的能力,将相邻的钢板桩一齐拔出。对于部分确实无法拔除的钢板桩,可采用水下切割技术,先在混凝土面位置对钢板桩进行切割,然后再拔除。
优选步骤(6)中,构筑围堰冠梁的方法包括下述步骤:
(6-1)清理素混凝土墙顶部的浮浆层
人工用风镐凿除素混凝土墙顶部的浮浆和松散混凝土层,凿除至冠梁梁底标高,且保证素混凝土墙顶部松散混凝土层全部凿除;
(6-2)模板安装
在素混凝土墙顶部安装围堰冠梁模板,围堰冠梁模板围成冠梁空间;
(6-3)钢筋绑扎
在冠梁空间中绑扎钢筋;
(6-4)浇筑冠梁混凝土
在冠梁空间中浇筑混凝土并振捣,形成冠梁混凝土体;
(6-5)拆除围堰冠梁模板
冠梁混凝土体凝固后,将围堰冠梁模板拆除,凝固后的冠梁混凝土体形成围堰冠梁。
步骤 (6-2)中,安装围堰冠梁模板时必须正确控制轴线位置及截面尺寸。围堰冠梁模板安装时采用木模拼接,围堰冠梁模板支立前应清理干净并涂刷隔离剂,混凝土浇筑之前确保围堰冠梁模板清洁光滑。当拼缝≥10mm时要用老粉批嵌或用白铁皮封钉。围堰冠梁模板安装时,围堰冠梁模板通常应起拱1.5‰L(L为支撑跨度)。
步骤 (6-3)中,绑扎钢筋前先清理干净冠梁空间的杂物, 钢筋接头可用焊接或绑扎方式。 箍筋应与受力钢筋垂直设置,箍筋弯钩叠合处,应沿受力钢筋方向错开设置。 钢筋绑扎必须牢固稳定,不得变形松脱。
完成立式围堰的构筑之后,应对围堰内基坑进行抽排水(用水泵抽排水)。
围堰内基坑抽排水完成后,在进行基坑开挖和泵站主体的施工之前,需进行堰体验收。验收过程应观察堰体的施工质量和整体稳定性,观察堰体混凝土外观是否有缺陷,是否有渗漏点,观察堰体沉降是否均匀,观察高压旋喷桩止水帷幕的止水效果,如果出现较大的渗漏,需及时在堰体内侧补打高压旋喷桩进行止水。经观察验收合格,然后可以进行基坑开挖。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
1、素混凝土墙与高压旋喷桩止水帷幕有机组合成围堰体,解决孤立于深水水域之内进行围堰时水压过高、防透水性难的问题;
2、高压旋喷桩作为素混凝土墙的基础,解决水域底部具较厚淤泥覆盖层而过于软弱,无法作为常规围堰持力层的问题;
3、采用较低标号的素混凝土浇筑围堰墙体,不需绑扎钢筋,直接浇筑水下混凝土,不受水位变化和水压的影响,也不受水流动性影响,耐冲刷,安全性能高;
4、围堰墙体采用素混凝土水下浇筑,解决了常规围堰(如土石围堰)对水域污染严重的问题,将围堰施工时对水库水质和周边环境的影响降到最低,符合环境保护的要求;
5、采用钢板桩(如Ⅳ型拉森钢板桩)相互扣合作为堰体模板,水下浇筑混凝土,施工操作简单易行;
6、钢板桩大部分可回收利用,节省材料,有效减少费用投入;
7、围堰堰体为直立式,与土石围堰等传统工艺相比,占地面积很小,有效减少对周边环境的影响;
8、搭设临时钢便桥连接泵站和坝体,既作为临时围堰和取水泵房建设时的施工通道,同时也是作为取水泵房工作桥施工时的临时通道,一次性投入,节省施工费用;
9、堰体可作为建筑物的一部分,需要时采用静态水下爆破技术拆除素混凝土围堰墙体,有效减少堰体拆除时对水库饮用水水质的影响。
简而言之,本发明适合用于深水水域的立式围堰施工,素混凝土墙与高压旋喷桩止水帷幕有机组合成围堰体,最大限度地保护水库水质,减少对水体及周边环境的影响,具有占地少、对水体污染低的优点,且施工操作较为简单易行。与钢筋混凝土墙或预制钢筋混凝土板桩比较,可以大大提高经济效益和可靠性。本发明适用于所有深水水域的临时围堰工程,特别适用于对水体水质有较高要求(如饮用水水库的取水泵站),在远离河岸坝体,软弱淤泥层比较厚,且水体较深或水流较急或河道周边场地受限,不适合使用钢板桩或其他土石等常规围堰的场合。
附图说明
图1是本发明优选实施例中定位桩、定位横梁及围堰体钢板桩模板的俯视图;
图2是本发明优选实施例所构筑的立式围堰的结构示意图;
图3是图2的A-A剖视图。
具体实施方式
本实施例中适用于深水水域的立式围堰施工工法包括下述步骤:
(1)搭建便桥
在围堰施工位置与水域坝体之间搭设便桥,作为施工作业面和通道。
搭建便桥的方法可采用常规方法。
本实施例中便桥为钢便桥。采用钢结构桁架梁(贝雷架)架设钢便桥,桥面行车道宽6.0m;钢便桥在桥头边采用C30钢筋混凝土结构设置临时桥台,中墩基础采用Ф630钢管桩,每组桥墩由3根Ф630钢管桩组成,管桩间距2m,每两组桥墩之间的距离为6m;钢管桩桩顶安装主横梁,接下来安装纵向主梁贝雷架,再在贝雷上安装横向分配梁,最后再进行2.0mm桥面板的铺设,桥两侧设1.2m高的钢管护栏。该钢便桥基本可变荷载能满足50型履带吊(工作荷载15T)或者40型混凝土运输车通行,设计行车速度15km/h,其他可变荷载,能满足风力11级,设计速度Vd=25m/s使用。
钢便桥的施工机械主要为50T履带吊,采用“钓鱼法”施工,钢管桩采用φ630圆管。50T履带吊根据岸边第1排钢管桩桩墩放线位置就位,然后对岸边第1排钢管桩桩墩进行施工,水面施工时,利用已经安装完成的便桥桥面进行吊机就位。
本步骤(1)中搭建便桥的具体步骤包括:
(1-1)导向架安装
导向架安装操作要求包括:
(1-1-1)由于钢管桩要进入弱风化岩,钢管桩没有固定的条件,所以放线定位后,要在承台以外没有开挖的位置搭设临时支架作为导向架;导向架由四根Φ630钢管组成,需打入库床覆盖层,再用槽钢连接形成矩形支架,满足钢管桩的定位要求;
(1-1-2)桩对位前,应对导向架的垂直情况,进行检查校正;
(1-1-3)在定位架上用型钢焊接轻型导向框架定位,导向架为双向定位导向,既能平面定位又能垂直定位;
(1-1-4)导向架需在该墩位钢管桩架设完毕,水下C30混凝土承台浇筑完成并达到70%强度后,即可拆除定位架和导向框架定位器,整体推移至下一个墩位使用;
(1-2)钢管桩焊接及运输
钢管桩预先运至临时码头,用吊机放置在平板拖车上运送至施工地点;
钢管桩使用对接焊缝(先进行对接焊接,再在接口处焊接连接板,要求满焊焊缝厚度不小于8mm),并达到母材等强度要求;
(1-3)钢管桩打设
(1-3-1)开挖桩墩承台
导向架搭设前,先采用浮箱载着长臂挖掘机在库床上按长675cm*宽325cm*深250cm的截面尺寸挖出承台。因为钢管桩要求进入弱风化岩2.5m,故必须挖出淤泥及粉质黏土覆盖层,再用戴破碎锤的挖掘机破碎风化岩。长臂挖掘机和戴破碎锤的挖掘机交替作业挖出淤泥粉质黏土及风化岩。
(1-3-2)插钢管桩
钢便桥每座桥墩由3根壁厚10mm的Φ630钢管桩组成,长度18m至20m,两座桥墩之间间距6m。Φ630钢管桩采用50T履带吊逐一打设,履带吊定位后,导向架定位钢管桩,保证其偏差在5cm范围内,用履带吊带动振动锤吊起钢管桩,放入导向架内,徐徐插入水中,沉桩过程中通过观测、摆动振动锤调整钢桩垂直度;
(1-3-3)钢管桩定位
桥墩钢管桩插入到位后,与支架焊接,钢管桩端部焊接剪力钉,每根钢管焊接36个剪力钉,以增强与混凝土的连接。桩插好后,并检查桩位有无移动及桩的垂直度是否符合下列规定:a)桩位允许偏差不得超过5cm;b)插桩的倾斜度(与正确的比较)不得超过100:1;c)在插4根角桩时,允许桩顶向内的偏差,但不准有向外的偏差;
(1-3-4)桩端C30混凝土浇筑
每个桥墩的3根钢管桩就位后,再在水下浇筑C30混凝土承台形成固结,满足桥墩钢管桩的固结要求,满足便桥的稳定性要求。桩底素混凝土地面嵌入弱风化岩层不小于2.5m,承台截面尺寸为长6.75m*宽3.25m*高2.5m;
(1-3-5)设置横撑和剪刀撑
钢管桩插入完成后,设置横撑和剪刀撑,以提高主横梁和贝雷架的抗剪能力。横撑及剪刀撑均采用14号槽钢制作,每组钢管桩墩的两根管桩墩之间及在每两组钢管桩的桩墩顶处均应设置;
(1-4)桩顶抄平、封头
一组钢管桩插打完成后,采用水准仪统一对桩顶进行抄平;然后在桩顶焊接12mm封头钢板,封头钢板平面尺寸为90*90cm,封头板顶面必须水平,且封头板轴线与便桥轴线平行;
(1-5)桩顶主横梁安装
封头板施工完成后即可进行桩顶主横梁的安装,主横梁采用双拼I50工字钢,在封头板上放出主横梁轴线及下边线位置,使主横梁轴线和钢管桩排架轴线重合,以保证钢管桩轴心受压;然后起吊安装主横梁,为保持桩顶横梁稳定性,双拼工字钢与桩顶钢板应牢固焊接;
(1-6) 纵向主梁安装
(1-6-1)纵向主梁采用“321”贝雷架结构,在桩顶主横梁安装完成后安装纵向主梁,纵向主梁安装在桩顶主横梁上面;
(1-6-2)贝雷架横向共布置8片,相邻两片之间的间距45cm或90cm,横向采用槽钢将各贝雷架连接;
(1-7)贝雷架限位
(1-7-1)测量放出两侧贝雷架轴线位置,用限位器将贝雷架下弦杆夹紧固定在桩顶主横梁上;
(1-7-2)每组贝雷架连接完成后,将销子用粗铁丝锁死,防止松动、脱落;
(1-8)横向分配梁安装
横向分配梁采用2I45工字钢,在贝雷架上横向铺设。钢管桩的平联和剪刀撑连接好后,进行上部结构施工,利用25t吊机将横向分配梁吊起就位,横向分配梁采用U型螺栓连接,连接好后再在横梁上铺设桥面板;
(1-9)桥面板铺设
在横向分配梁安装完成后,进行桥面板铺设,先采用I12.6工字钢@30cm敷设,然后在其上面满铺20mm钢板(带Ф6防滑条);
(1-10)护栏安装
护栏包括多个立柱和两个横杆,立柱焊在桥面板上,立柱间距1.5m;横杆焊接在立柱上,上下两个横杆之间的间距为60cm,栏杆高1.2m;
(1-11)临时桥台施工
结合施工现场水文地质条件,根据工程需要在水库坝体范围内修建临时桥台和临时道路,临时道路回填采用砂砾填筑,每层压实厚度不得大于50cm,采用推土机辅以人工摊铺、压实机械采用振动压路机,压实以满足实际使用要求为标准。临时桥台采用重力式桥台,与钢便桥有效搭接,用C30混凝土浇筑,施工完成后需拆除。
(2)构筑围堰体钢板桩模板
根据围堰位置及尺寸,插打钢板桩,形成内层钢板桩模板和外层钢板桩模板,外层钢板桩模板环绕在内层钢板桩模板外侧,内层钢板桩模板和外层钢板桩模板共同构成堰体钢板桩模板,内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间围成围堰体浇筑空间。
参考图1,本步骤(2)中,在插打钢板桩前,先设置定位桩及定位横梁;定位桩包括内层定位桩1和外层定位桩2,内层定位桩1由沿围堰周向排列的多根钢管桩11组成,外层定位桩2由沿围堰周向排列的多根钢管桩21组成;定位横梁包括内环形横梁3和外环形横梁4,内环形横梁3设置在内层定位桩1的外侧,外环形横梁4设置在外层定位桩2的内侧。内环形横梁3和外环形横梁4的弧度与围堰弧度相适应。在打桩时定位桩与定位横梁形成导向装置,用于插打钢板桩时对钢板桩进行定位和导向(内层钢板桩模板5中各钢板桩51紧贴内环形横梁3外侧,外层钢板桩模板6中各钢板桩61紧贴外环形横梁4内侧),使钢板桩51、61的位置与垂直度符合要求。内环形横梁、外环形横梁可采用25#工字钢制成,通过焊接与钢管桩连接;横梁与钢管桩的连接处可设加劲块及托架,以增加连接强度。定位桩可采用φ630钢管桩。
钢板桩的长度应大于围堰所在水域的水体深度,确保钢板桩下端插入水域土层后,钢板桩上端仍露出水面。本步骤(2)中,钢板桩为拉森钢板桩,例如,可采用桩长为21m、宽40cm的Ⅳ型拉森钢板桩。内层钢板桩模板中相邻的钢板桩相互扣合,外层钢板桩模板中相邻的钢板桩相互扣合,这样,内层钢板桩模板、外层钢板桩模板均呈筒状,起到挡水、挡土等作用。
参考图3,内层钢板桩模板5与外层钢板桩模板6之间的间距根据围堰的尺寸确定,例如:拟建泵站外径为29.2m,围堰内工作面5.5m,所需围堰内径为40.2m,若围堰壁厚为1m,则内层钢板桩模板5的直径为40.2m,外层钢板桩模板6的直径为42.2 m,内层钢板桩模板5与外层钢板桩模板6之间的间距为1 m。
插打钢板桩的设备可采用履带吊和振动锤(即打桩锤),例如50T履带吊及DZ60型柴油振动锤,逐根插打钢板桩。施工时,利用已安装完成的便桥作为施工作业平台,将履带吊定位,用履带吊带动振动锤吊起钢板桩,徐徐插入水中,沉桩过程中通过摆动振动锤调整钢桩垂直度,使钢板桩垂直插入。开始打入第一根钢板桩后,逐步向两边插打其余钢板桩,在插打过程中若发现倾斜,应及时调整,以保证插桩垂直并顺利合拢。可制作既能平面定位又能垂直定位钢板桩的双向定位导向架,作为履带吊和振动锤的辅助装置,对钢板桩加以定位,保证其偏差在5cm范围内。
钢板桩插打方法的步骤为:1)振动锤下降,开液压口,拉一根桩至振动锤下,锁口抹上润滑油,起锤;2)待钢板桩尖离开水面30cm时,停止上升;3)振动锤下降,使钢板桩至夹口中,开动液压机,夹紧钢板桩;4)上升振动锤与钢板桩,至打桩地点;5)对准钢板桩与定位桩的锁口,振动锤下降,靠振动锤与钢板桩自重压桩至淤泥以下一定深度不能下降为止;6)试开振动锤30秒左右,停止振动,利用振动锤惯性打桩至坚实土层,开动振动锤打桩下降,控制振动锤下降的速度,尽可能的使钢板桩保持竖直,以便钢板桩的锁口能顺利咬合,提高止水能力;7)钢板桩至设计高度前40cm时,停止振动,振动锤因惯性继续转动一定时间,打桩至设计高度; 8)松开液压夹口,振动锤上升,打第二根钢板桩,以上类推至打完所有钢板桩。
(3)高压旋喷桩施工
在围堰体浇筑空间正下方的土体中形成沿围堰周向排列的多个高压旋喷桩,形成高压旋喷桩止水帷幕。
本步骤(3)中,形成高压旋喷桩的方法是:先用旋喷钻机钻旋喷孔,旋喷孔钻至预定深度;然后利用旋喷钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程,将预先配制好的水泥浆通过高压泥浆泵形成液流并从注浆管边的喷嘴中喷射出来,喷射出来的液流破坏土体;喷射过程中,旋喷注浆管边旋转边提升,使土体与水泥浆充分搅拌混合,胶结硬化后即在地基中形成高压旋喷桩。
施工时,旋喷钻机、注浆管通常经内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间的围堰体浇筑空间,进入围堰体浇筑空间正下方的土体中。
本步骤(3)中,各高压旋喷桩沿围堰周向紧密排列,共同构成高压旋喷桩止水帷幕,同时作为素混凝土墙的基础。素混凝土墙和高压旋喷桩止水帷幕组成围堰体。参考图2,高压旋喷桩桩长10m,桩顶标高18m,桩底标高8m。
本步骤(3)中,旋喷孔采用旋喷钻机泥浆或水泥浆护壁钻进,孔深钻至淤泥层,进入粘土层或粗砂层0.5m。钻进时注意孔的垂直度,必要时采取岩芯管钻进;遇风化岩可采用金钢钻头钻进,钻至预定深度终孔。高压旋喷桩施工前必须清除地下障碍物(包括填土层中的较大的石块),然后进行放线测定桩位。
本步骤(3)中使用的水泥浆采用32.5的普通硅酸盐水泥与水混合、拌制而成;拌制好的水泥浆在压浆前应倒入集料斗中,并不停地搅拌以防止水泥浆离析或凝固。施工时需观察压浆机上的压力流量仪表,高压泥浆泵出口压力应保持在20-25MPa,应使搅拌提升速度与输浆速度同步。
(4)素混凝土墙施工
在内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间的围堰体浇筑空间中浇筑素混凝土,素混凝土凝固后形成素混凝土墙,素混凝土墙底部与高压旋喷桩止水帷幕顶部连接。
本步骤(4)中,采用水下浇筑混凝土施工方式浇筑素混凝土墙。优选采用导管法施工方式浇筑素混凝土墙,其方法为:1)将导管安置在浇筑部位,导管顶部安装有贮料斗,并用起重设备吊住,使贮料斗和导管可升降;2)开始浇筑时导管底部接近高压旋喷桩止水帷幕顶部,导管下端出口设有以铅丝吊住的球塞,使导管和贮料斗内可灌满混凝土;3)剪断铅丝,使贮料斗和导管中的混凝土在自重作用下迅速排出球塞进入水中;4)浇筑过程中,导管内应充满混凝土,并保持导管底口始终埋在已浇的混凝土内;5)一边均衡地浇筑混凝土,一边缓缓提升导管,直至浇筑结束。采用导管法时,混凝土骨料的最大粒径要受到限制,混凝土需具有良好的和易性及较高的坍落度。由于水下浇筑的混凝土量较大,因此通常需将导管法与混凝土泵结合使用,利用混凝土泵将混凝土补充到贮料斗内。
(5)拆除围堰体钢板桩模板
素混凝土墙完成浇筑并凝固后,将内层钢板桩模板和外层钢板桩模板拆除。
本步骤(5)中,拆除围堰体钢板桩模板通常在素混凝土墙达到设计混凝土强度的70%之后进行。拆除围堰体钢板桩模板时,通常采用逐根拔除钢板桩的方式。在拔桩时,采用振动锤进行拔除,尽量使钢板桩下部与混凝土脱离,然后再进行拔桩。可先略锤击振动某个钢板桩并将其拔高1-2m,然后挨次将所有钢板桩均拔高1-2m,使其松动后,再挨次拔除。对于桩尖打卷及锁口变形的桩,可加大拔桩设备的能力,将相邻的钢板桩一齐拔出。对于部分确实无法拔除的钢板桩,可采用水下切割技术,先在混凝土面位置对钢板桩进行切割,然后再拔除。
(6)在素混凝土墙顶部构筑围堰冠梁
本步骤(6)中,构筑围堰冠梁的方法包括下述步骤:
(6-1)清理素混凝土墙顶部的浮浆层
人工用风镐凿除素混凝土墙顶部的浮浆和松散混凝土层,凿除至冠梁梁底标高,且保证素混凝土墙顶部松散混凝土层全部凿除;
(6-2)模板安装
在素混凝土墙顶部安装围堰冠梁模板,围堰冠梁模板围成冠梁空间;
安装围堰冠梁模板时必须正确控制轴线位置及截面尺寸。围堰冠梁模板安装时采用木模拼接,围堰冠梁模板支立前应清理干净并涂刷隔离剂,混凝土浇筑之前确保围堰冠梁模板清洁光滑。当拼缝≥10mm时要用老粉批嵌或用白铁皮封钉。围堰冠梁模板安装时,围堰冠梁模板通常应起拱1.5‰L(L为支撑跨度);
(6-3)钢筋绑扎
在冠梁空间中绑扎钢筋;
绑扎钢筋前先清理干净冠梁空间的杂物, 钢筋接头可用焊接或绑扎方式。 箍筋应与受力钢筋垂直设置,箍筋弯钩叠合处,应沿受力钢筋方向错开设置。 钢筋绑扎必须牢固稳定,不得变形松脱;
(6-4)浇筑冠梁混凝土
在冠梁空间中浇筑混凝土并振捣,形成冠梁混凝土体;
(6-5)拆除围堰冠梁模板
冠梁混凝土体凝固后,将围堰冠梁模板拆除,凝固后的冠梁混凝土体形成围堰冠梁。
参考图2和图3,在素混凝土墙7顶部构筑围堰冠梁8后,围堰冠梁8与素混凝土墙7、高压旋喷桩止水帷幕9共同组成立式围堰。完成立式围堰的构筑之后,应对围堰内基坑进行抽排水(用水泵抽排水)。围堰内基坑抽排水完成后,在进行基坑开挖和泵站主体的施工之前,需进行堰体验收。验收过程应观察堰体的施工质量和整体稳定性,观察堰体混凝土外观是否有缺陷,是否有渗漏点,观察堰体沉降是否均匀,观察高压旋喷桩止水帷幕的止水效果,如果出现较大的渗漏,需及时在堰体内侧补打高压旋喷桩进行止水。经观察验收合格,然后可以进行基坑开挖,再在立式围堰内建筑取水泵房10。

Claims (10)

1.一种适用于深水水域的立式围堰施工工法,其特征在于包括下述步骤:
(1)搭建便桥
在围堰施工位置与水域坝体之间搭设便桥,作为施工作业面和通道;
(2)构筑围堰体钢板桩模板
根据围堰位置及尺寸,插打钢板桩,形成内层钢板桩模板和外层钢板桩模板,外层钢板桩模板环绕在内层钢板桩模板外侧,内层钢板桩模板和外层钢板桩模板共同构成堰体钢板桩模板,内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间围成围堰体浇筑空间;
(3)高压旋喷桩施工
在围堰体浇筑空间正下方的土体中形成沿围堰周向排列的多个高压旋喷桩,形成高压旋喷桩止水帷幕;
(4)素混凝土墙施工
在内层钢板桩模板与外层钢板桩模板之间的围堰体浇筑空间中浇筑素混凝土,素混凝土凝固后形成素混凝土墙,素混凝土墙底部与高压旋喷桩止水帷幕顶部连接;
(5)拆除围堰体钢板桩模板
素混凝土墙完成浇筑并凝固后,将内层钢板桩模板和外层钢板桩模板拆除。
2.根据权利要求1所述的立式围堰施工工法,其特征是:所述立式围堰施工工法还包括步骤(6),在素混凝土墙顶部构筑围堰冠梁。
3.根据权利要求1或2所述的立式围堰施工工法,其特征是:步骤(2)中,在插打钢板桩前,先设置定位桩及定位横梁;定位桩包括内层定位桩和外层定位桩,内层定位桩由沿围堰周向排列的多根钢管桩组成,外层定位桩由沿围堰周向排列的多根钢管桩组成;定位横梁包括内环形横梁和外环形横梁,内环形横梁设置在内层定位桩的外侧,外环形横梁设置在外层定位桩的内侧;在打桩时定位桩与定位横梁形成导向装置,用于插打钢板桩时对钢板桩进行定位和导向,内层钢板桩模板中各钢板桩紧贴内环形横梁外侧,外层钢板桩模板中各钢板桩紧贴外环形横梁内侧,使钢板桩的位置与垂直度符合要求。
4.根据权利要求1或2所述的立式围堰施工工法,其特征是:步骤(2)中,钢板桩的长度大于围堰所在水域的水体深度,钢板桩下端插入水域土层后,钢板桩上端仍露出水面。
5.根据权利要求1或2所述的立式围堰施工工法,其特征是:步骤(2)中,钢板桩为拉森钢板桩,内层钢板桩模板中相邻的钢板桩相互扣合,外层钢板桩模板中相邻的钢板桩相互扣合。
6.根据权利要求1或2所述的立式围堰施工工法,其特征在于步骤(3)中,形成高压旋喷桩的方法是:先用旋喷钻机钻旋喷孔,旋喷孔钻至预定深度;然后利用旋喷钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程,将预先配制好的水泥浆通过高压泥浆泵形成液流并从注浆管边的喷嘴中喷射出来,喷射出来的液流破坏土体;喷射过程中,旋喷注浆管边旋转边提升,使土体与水泥浆充分搅拌混合,胶结硬化后即在地基中形成高压旋喷桩。
7.根据权利要求1或2所述的立式围堰施工工法,其特征是:步骤(3)中,各高压旋喷桩沿围堰周向紧密排列,共同构成高压旋喷桩止水帷幕,同时作为素混凝土墙的基础。
8.根据权利要求6所述的立式围堰施工工法,其特征是:步骤(3)中,旋喷孔采用旋喷钻机泥浆或水泥浆护壁钻进,孔深钻至淤泥层,进入粘土层或粗砂层0.5m;
步骤(3)中使用的水泥浆采用32.5的普通硅酸盐水泥与水混合、拌制而成;
步骤(3)中,拌制好的水泥浆在压浆前倒入集料斗中,并不停地搅拌以防止水泥浆离析或凝固;施工时高压泥浆泵出口压力保持在20-25MPa。
9.根据权利要求1或2所述的立式围堰施工工法,其特征是:步骤(4)中采用导管法施工方式浇筑素混凝土墙,其方法为:1)将导管安置在浇筑部位,导管顶部安装有贮料斗,并用起重设备吊住,使贮料斗和导管可升降;2)开始浇筑时导管底部接近高压旋喷桩止水帷幕顶部,导管下端出口设有以铅丝吊住的球塞,使导管和贮料斗内可灌满混凝土;3)剪断铅丝,使贮料斗和导管中的混凝土在自重作用下迅速排出球塞进入水中;4)浇筑过程中,导管内应充满混凝土,并保持导管底口始终埋在已浇的混凝土内;5)一边均衡地浇筑混凝土,一边缓缓提升导管,直至浇筑结束。
10. 根据权利要求2所述的立式围堰施工工法,其特征在于步骤(6)中,构筑围堰冠梁的方法包括下述步骤:
(6-1)清理素混凝土墙顶部的浮浆层
人工用风镐凿除素混凝土墙顶部的浮浆和松散混凝土层,凿除至冠梁梁底标高,且保证素混凝土墙顶部松散混凝土层全部凿除;
(6-2)模板安装
在素混凝土墙顶部安装围堰冠梁模板,围堰冠梁模板围成冠梁空间;
(6-3)钢筋绑扎
在冠梁空间中绑扎钢筋;
(6-4)浇筑冠梁混凝土
在冠梁空间中浇筑混凝土并振捣,形成冠梁混凝土体;
(6-5)拆除围堰冠梁模板
冠梁混凝土体凝固后,将围堰冠梁模板拆除,凝固后的冠梁混凝土体形成围堰冠梁。
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