主桥深基坑专项施工方案.docx
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主桥深基坑专项施工方案
中铁四局集团有限公司大西铁路客运专线指挥部
二〇一〇年七月
大西铁路客运专线工程站前-11标
主桥深基坑专项施工方案
项目总工:
项目经理:
中铁四局集团有限公司大西铁路客运专线指挥部
2010年07月
大西铁路客运专线工程站前-11标
主桥深基坑专项施工方案
编号:
版本号:
发放编号:
编制:
复核:
审核:
批准:
有效状态:
中铁四局集团有限公司大西铁路客运专线指挥部
2010年07月
目录
1编制目的及适用范围1
2.编制依据1
3.工程概况1
3.1.设计概况1
3.2.水文、地质情况3
3.3.工程特点及难点3
4.总体施工方案3
5.施工总体布置、资源配置及施工计划4
5.1.人力资源5
5.2.机械设备资源5
5.3.施工材料5
5.4.班组划分及队伍安排7
5.5.施工计划8
6具体施工工艺8
6.1.1测量放样9
6.1.2钢管桩加工、运输9
6.1.3.钢管桩插打及切割10
6.1.4.架设工字钢梁、面板铺设和栏杆安装10
6.1.5.钢平台监控11
6.2锁口钢管桩施工工艺11
6.2.1锁口钢管桩、导向架加工11
6.2.2钢管桩插打12
6.2.3.基坑开挖与封底混凝土施工14
6.2.4.支撑安装14
6.2.5基坑抽水15
6.2.6栏杆及爬梯安装15
6.2.7锁口钢管桩拆除15
6.2.8.锁口钢管桩围堰的监测15
7.质量保证措施15
7.1工程质量管理措施15
7.2保证工程质量主要技术措施16
8.安全保证措施16
8.1安全组织措施16
8.2.施工现场作业安全技术措施16
8.2.1.电焊机操作安全措施16
8.2.2.气割操作安全措施17
8.2.3.起重作业安全措施17
8.2.4.水上作业安全措施18
8.2.5.深基坑施工安全技术措施18
9.环境保护及文明施工19
9.1.环境保护措施19
9.2.现场文明施工措施19
10.应急措施19
11.附件20
主桥深基坑专项施工方案
1编制目的及适用范围
目的:
本方案旨在于指导大西铁路客运专线晋陕黄河特大桥主墩(58#-86#)墩水中墩位的钻孔钢平台及主桥承台锁口钢管桩围堰的施工。
适用范围:
大西铁路客运专线晋陕黄河特大桥主墩(58#-86#)承台锁口钢管桩围堰及位于水中墩位(63#-79#)墩钻孔钢平台。
2.编制依据
(1)、国家和铁道部现行规范、技术指南、验收标准;
(2)、大西铁路客运专线有限责任公司已批复的《新建大同到西安铁路客运专线工程站前11标实施性施工组织设计》;
(3)、《公路钢木结构设计规范》(JTJ025-86);
(4)、《结构设计原理》人民交通出版社;
(5)、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007);
(6)、《公路桥涵通用设计规范》(JTGD60-2004);
(7)、《土力学与地基基础》
(8)、铁道第一勘察设计院的设计图纸。
3.工程概况
3.1.设计概况
大西铁路客运专线晋陕黄河特大桥呈东西走向,横跨黄河两岸,桥址位于山西省运城永济小樊村和陕西省渭南合阳县黑池镇北廉村,设计长度9.9799Km。
该桥主桥58#~86#墩为14联(2×108)m单T刚构钢桁加劲组合结构。
主墩承台底面高程为338.426m,结构尺寸为(29.2×24×5)m;边墩承台底高程为339.326m,结构尺寸为(21×17.8×4)m。
桩基础采用钻孔灌注桩桩基础。
主墩采用30根φ2.0m钻孔桩基础,有效桩长为92m;边墩采用18根φ1.8m钻孔桩基础,有效桩长为80m。
主桥承台设计情况见表3.1-1
表3.1-1主桥承台设计情况表
项目
墩号
承台长度(m)
承台宽度(m)
承台高度(m)
顶面高程(m)
底面高程
(m)
地面高程
(m)
备注
58
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.06
59
29.2
24
5
343.4264
338.4264
344.4
60
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.46
61
29.2
24
5
343.4264
338.4264
344.31
62
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.3
63
29.2
24
5
343.4264
338.4264
343.73
64
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.35
65
29.2
24
5
343.4264
338.4264
343.1
66
21
17.8
4
343.3264
339.3264
343.42
67
29.2
24
5
343.4264
338.4264
344.1
68
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.1
69
29.2
24
5
343.4264
338.4264
344.24
70
21
17.8
4
343.3264
339.3264
343.93
71
29.2
24
5
343.4264
338.4264
343.17
72
21
17.8
4
343.3264
339.3264
343.37
73
29.2
24
5
343.4264
338.4264
343.33
74
21
17.8
4
343.3264
339.3264
343.18
75
29.2
24
5
343.4264
338.4264
343.24
76
21
17.8
4
343.3264
339.3264
343.52
77
29.2
24
5
343.4264
338.4264
343.8
78
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.53
79
29.2
24
5
343.4264
338.4264
341.92
80
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.91
81
29.2
24
5
343.4264
338.4264
344.41
82
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.35
83
29.2
24
5
343.4264
338.4264
344.14
84
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.31
85
29.2
24
5
343.4264
338.4264
344.45
86
21
17.8
4
343.3264
339.3264
344.53
3.2.水文、地质情况
、地质情况
本地区地震动峰值加速度为0.2g,相当于地震基本烈度八度。
经计算分析,桥址区20m深度范围内,为第四系全新统冲积饱和粉土、粉砂、细砂及中砂。
为可液化土层,液化土层厚13~20m。
主河槽位于陕西省合阳县境内。
其他墩位位于漫滩处及阶地处,中间有小股河流经过,深水不足1m。
经现场实际测量河床面高程大多约为343.98~344.27m,其中63#、65#、77#、79#墩处河床面约为338.68m;一般冲刷线高程为339.64m;局部冲刷线高程为323.14m。
、水文、气象情况
黄河主河床处,常年流水,季节性变化明显,枯水期水量较小,每年4月桃花汛及7、8、9夏季等雨季洪水水位可达344.8m,最高水位达345.5m。
主要受上游径流及大气降水补给。
百年一遇洪水位351.54m,设计流量24318m3/s;设计流1.93m/s。
根据晋陕黄河特大桥洪评报告,20年一遇的最高洪水位为347.32m。
3.3.工程特点及难点
⑴、工程特点
①、施工工期紧,任务重。
②、施工期间黄河河道洪水位较高,河道较宽且主河槽游荡不定。
③、对特殊工种需求量大,安全风险高。
⑵、工程难点
①、河道内冬春交季时有大量冰凌通过,对钢平台及锁口钢管桩围堰撞击力较大且冰凌疏导难度大。
②、汛期黄河洪水来势迅猛,含砂量高,对钢平台及锁口钢管桩围堰冲击较大。
③、承台基坑为带水开挖,开挖深度较深,面积大,施工难度大。
4.总体施工方案
根据大西公司下达的年度施工计划,主桥桩基要求于2010年12月31日全部完成,对工期进行倒排以及结合黄河河道实际位置,拟投入18个钢平台用于主河槽钻孔桩施工,对应墩号为62#~79#,剩余墩位位于浅水区及漫滩上则采用筑岛辅以锁口钢管桩围堰施工。
本方案以主桥主墩承台施工为例进行阐述。
桩基钻孔桩施工钢平台采用φ630钢管桩为基础、双排I40b工字钢为主梁、单排I25b工字钢为分配梁、平台面板采用δ8mm花纹钢板,钢管桩桩间横撑和剪刀撑分别采用[14槽钢及[10槽钢。
钢平台设计依据主墩承台平面尺寸29.2m×24.0m进行设计,顶面标高同栈桥桥面,为+348.0m。
为满足桩基和承台施工需求,在承台两侧横向和承台与栈桥间设置作业区,承台范围内设钻孔区,作业区宽度满足50t履带吊行走及回转半径要求。
经计算主墩钢平台平面尺寸确定为45.6m×43.6m。
钢平台平面图及立面图见附图。
承台施工围堰采用φ630锁口钢管桩围堰,考虑承台工作空间每侧放宽1.3m,则锁口钢管桩围堰平面尺寸为32.5m×27.3m。
围堰顶标高同钢平台顶标高+348.0m,封底砼底标高为336.426m。
围堰钢管桩长度为18.57m,于20年一遇的洪水位+347.32处设一道钢管内支撑。
基坑采用注水抽砂开挖,挖至封底混凝土底标高时然后浇筑2m厚的C20封底砼,施工过程中保持围堰内水位同外部黄河水位。
待封底砼等强后抽水至支撑标高处立即安装内支撑后再继续抽水,然后割除封底砼上的剩余钻孔桩钢护筒,清基后进行承台施工。
锁口钢管桩围堰施工图见后附图。
5.施工总体布置、资源配置及施工计划
主桥钢平台施工时先搭设靠近栈桥侧平台,再搭设两侧行车区,最后搭设钻孔区。
利用先搭设的部分作为工作平台完成后续部分施工,逐跨推进,直到完成整个平台搭设工作。
钢平台管桩基础长度为24m,采用50t履带吊和DZ60振动锤打设;主梁双I40b工字钢及分配梁I25b工字钢岸上完成下料拼桩,采用平板车运至现场吊装架设、接长。
锁口钢管桩围堰的准备工作在主桥桩基施工时就可进行,提前在岸边进行锁口钢管桩加工,待主桥桩基施工完毕后采用平板车运至现场进行锁口钢管桩插打工作。
东岸配置3套,西岸配置2套锁口钢管桩设备,循环倒用。
5.1.人力资源
钢平台及锁口钢管桩围堰施工劳动力计划见表5.1-1。
表5.1-1劳动力需求表
序号
工种
单位
数量
备注
1
管理人员
人
30
技术、施工
2
起重工
人
16
白班、晚班各2人
3
信号工
人
16
4
电工
人
8
5
电焊工
人
60
6
气焊工
人
16
7
各种司机
人
20
8
其他技术工种
人
80
9
合计
人
246
5.2.机械设备资源
钢平台及锁口钢管桩施工机械设备计划见表5.2-1。
表5.2-1机械计划需求表
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
电焊机
台
30
2
履带吊
50t
台
5
3
龙门吊
50t
台
5
4
DZ60振动锤
台
10
5
平板拖车
15t
台
10
6
全站仪
莱卡
台
4
7
混凝土罐车
台
10
8
水准仪
DSZ2
台
8
9
钢尺
50m
把
16
10
铅锤
个
4
5.3.施工材料
单个主墩钢平台所需的材料见表5.3-1。
表5.3-1材料需求计划表
序号
材料名称
材料规格
单位
数量
备注
1
螺旋管
φ630mm,δ10mm
t
330.268
钢管桩
2
钢板
δ20mm
t
6.923
桩头盖板
3
工字钢
I40b
t
163.54
主梁
4
工字钢
I25b
t
183.355
分配梁
5
槽钢
[14b
t
19.912
横向支撑
6
槽钢
[10
t
15.875
斜撑
7
花纹板
δ8mm
t
105.943
面板
8
钢管
φ48mm,δ3mm
t
1.2
栏杆
9
合计
t
827.021
单套锁口钢管桩所需的材料见表5.3-2。
表5.3-2材料需求计划表
施工
部位
材料名称
材料规格
单根长度/面积
(m/m2)
数量
总量
(m/m2)
单位重量
(m/kg,m2/kg)
总重
(kg)
钢管桩
钢管
φ630mm,
δ10mm
18.57
132
2451.24
152.902
374799.5
钢管
φ219mm,
δ10mm
18.07
132
2385.24
51.542
122940
工字钢
I20a
18.07
132
2385.24
27.9
66548.2
三角板
δ10mm
0.009625
6864
66.066
78.5
5186.18
加强圈钢板
δ10mm
0.83
132
109.56
78.5
8600.46
内支撑
工字钢1
I45a
32
8
256
80.4
20582.4
工字钢2
I40a
25.7
8
205.6
80.4
16530.24
钢管斜撑1
φ630mm,
δ10mm
7
8
56
152.902
8562.51
钢管斜撑2
φ630mm,
δ10mm
14.1
8
112.8
152.902
17247.35
钢管对撑
φ630mm,
δ10mm
25.66
4
102.64
152.902
15693.86
斜撑钢板1
650×900mm
δ20mm
0.585
32
18.72
157
2939.04
直撑钢板2
650×650mm
δ20mm
0.4225
8
3.38
157
530.66
托架
槽钢横杆
【20
0.6
44
26.4
22.6
596.64
槽钢斜撑
【20
0.73
44
32.12
22.6
725.91
槽钢
【10
0.2
44
8.8
10
88
栏杆
钢管立柱
φ48mm,
δ3mm
1.5
61
91.5
3.329
304.6
钢管横杆
φ48mm,
δ3mm
120
3
360
3.329
1198.44
防护网
密目网
50mm×50mm
180
封底砼
混凝土
C20
1774.5
5.4.班组划分及队伍安排
、班组划分
根据本工程特点及任务情况,需设二个作业队,河东、河西各设一个作业队负责主墩钢平台、锁口钢管桩围堰及封底砼的施工。
河东作业队的施工范围为62#~70#墩位、河西作业队的施工范围为71#~79#墩位。
、队伍安排
每个作业队各设三个作业班组,分别为钢平台施工班组、锁口钢管桩围堰施工班组及封底砼施工班组。
施工任务划分情况见下表5.4-1
表5.4-1施工任务划分表
作业班组名称
工作内容
钢平台施工班组
钢管桩插打、主梁及分配梁架设、桩间联系及面板铺设
锁口钢管桩围堰施工班组
锁口钢管桩加工插打、内支撑加工安装
封底砼施工班组
围堰注水抽砂、浇筑封底砼
5.5.施工计划
钢栈桥贯通后,预留5d时间加固、验收,合格后开始钻孔钢平台施工。
单个钻孔钢平台施工进度,按照靠近栈桥处区域3d完成,两侧行车区域5d完成,钻孔区域7d完成,即整个钻孔钢平台15d内完成全部施工。
每个钢平台配置4台QY-150反循环钻机进行钻孔桩施工,每根桩施工按7d计,则完成单个主墩30根桩基预计需56d,根据上述资源配置,每个承台锁口钢管桩围堰预计需27d完成,具备承台施工条件,承台施工等强周期按30d计,拆除锁口钢管桩围堰及钢平台按10d计,故单个主墩的钢平台及锁口钢管桩倒用周期约138d左右。
具体施工计划见表5.5-1
表5.5-1施工进度计划表
序号
工作内容
时间(天)
备注
1
钢平台施工
15
2
钻孔桩施工
56
3
钢管桩制作
40
桩基施工时制作
4
拆除钢平台
4
锁口钢管桩围堰范围内
5
插打锁口钢管桩
7
6
注水抽砂
3
7
封底混凝土浇注
1
8
混凝土等强
7
9
安装围檩及内支撑
4
10
抽水清底
1
11
承台混凝土浇注、等强
30
12
围堰及钢平台拆除
10
合计
138
6具体施工工艺
6.1钢平台施工工艺
钢平台自墩位处栈桥接入,主要由基础φ630mm钢管桩振动下沉、工字钢主梁架设、平台面板铺装及栏杆安装四部分组成,钢管桩基础施工采用履带式起重机配合DZ60振动锤沉桩;主梁及分配梁岸上制作完成,运至现场架设后焊接接长;面板现场直接铺设。
见图6-1钢平台施工工艺流程图。
图6-1钢平台施工工艺流程图
6.1.1测量放样
、钢管桩定位
用全站仪并借助导向架精确定位钢管桩位置。
、钢平台高程控制
钢平台高程采用DSZ2水准仪,利用栈桥上既有水准点,按四等水准进行控制测量。
6.1.2钢管桩加工、运输
钢管桩采用φ630mm,δ10mm螺旋管制作,螺旋管进场必须有产品合格证等证件,技术人员必须对其桩径、壁厚、油污锈蚀现象等进行认真检查,合格后方可使用。
平台钢管桩基长为24m,由两节螺旋管(每节长度为12m)焊接而成,钢管桩单桩入土深度要求不小于17m,可在陆地上加工厂内进行钢管桩焊接接长工作。
焊接时,除了保证桩与桩的满焊以外,还应注意桩与桩之间连接块的焊接,连接块共4块,加工完毕并经技术员验收合格后,采用平板车运至待插打区域。
具体布置位置见图6.1-2。
图6.1-2钢管桩接长焊接示意图
6.1.3.钢管桩插打及切割
在栈桥上停放50t履带吊吊起钢管桩,全站仪测量定位后,用振动锤夹具夹起钢管桩到设计桩位后,慢慢放松吊机钢丝绳,直至桩落于河床面,确定桩位与桩的垂直度满足要求后,开动振动锤振动,直至将桩打至设计深度。
每次振动持续时间不宜超过10~15min,时间过长则振动锤易遭到破坏,太短则桩难以下沉。
每根桩的下沉应一气呵成,不可中途停顿或中断较长时间,以免桩周围土恢复造成下沉困难。
钢管桩入土深度不得小于17m(不含冲刷层)。
随后及时向桩内灌砂。
钢管桩插打顺序为从下游向上游并测定水流速度,计算管桩下插位置;直至履带吊工作半径不能满足钢管桩插打距离时,架设已插钢管桩区域工字钢主梁及分配梁并铺设面板,作为工作平台继续插打剩余桩基,以此类推,完成平台钢管桩插打工作。
除第一根钢管桩外,其它钢管桩均及时与已插打的桩利用剪刀撑和横撑连接。
横撑采用[14槽钢制作,剪刀撑采用[10槽钢制作,与钢管桩间满焊,焊缝高度为5mm。
若剪刀撑、横撑下部处于水下,采用抱箍与钢管桩连接。
钢管桩插打时定位偏差≤0.1m,倾斜度≤1%。
钢管桩插打完毕一个区域后,立即标定钢管桩顶面设计高程。
切割钢管桩,切割后桩顶误差不得大于10mm。
安装桩头盖板,盖板为700mm×700mm,δ20mm钢板。
与钢管桩满焊,焊缝高度为8mm。
沿四周等距布置4块高200mm,长100mm,厚度20mm加劲板,加劲板与钢管桩和桩头盖板均需满焊,焊缝高度为8mm。
6.1.4.架设工字钢梁、面板铺设和栏杆安装
φ630mm钢管桩、槽钢水平撑和斜撑焊接连接构成整体后,钢管桩顶焊接2cm厚的桩顶钢板。
铺工字钢主梁及分配梁。
主梁及分配梁接长时应将接头错开并绑焊加强钢板。
工字钢之间采用焊接连接,形成钻孔平台的骨架。
分配梁架设过程中应在桩位处预留2.8m×2.8m空间,作为钢护筒下沉及护筒导向架安装空间。
主梁及分配梁布置形式及连接详见附图。
平台面板采用δ8mm花纹板,与分配梁间连续段焊。
焊缝长度10cm,间距30cm。
栏杆采用φ48mm,δ3mm钢管制作,栏杆立柱高1.5m,间距2m。
横杆设置3层,满挂密目网。
6.1.5.钢平台监控
、变形监测
钻孔平台搭设完成后,在平台每边布置3个,共12各稳定性监控点,测定三维坐标,每日进行监控并做好记录。
如发现异常情况,尽快查清原因并及时采取有效措施处理,同时向领导或主管部门汇报。
、限载监控
本钢平台最大可配置4台QY-150型回旋钻机,起重设备为1台50t履带吊和1台龙门吊,最大起吊重量15t,所有机具不得集中摆放。
、日常检查
安排专人负责检查,平台构件焊缝有无脱落及桩基河床处的冲刷情况。
若冲刷严重采取抛填土袋方法进行处理。
6.2锁口钢管桩施工工艺
锁口钢管桩围堰施工主要包括钢管桩制作,钢管桩插打,安装钢围檩及内支撑、注水抽砂、施工封底砼。
见图6.2-1锁口钢管桩施工工艺流程图
6.2.1锁口钢管桩、导向架加工
、锁口钢管桩加工
1)、钢管接长
所有材料进场后,由工程部、物资部、实验室等部门一同对材料进行验收,合格后才能使用。
单根管桩长度为18.57m,螺旋管每节长度一般为12m,在加工厂内进行钢管桩焊接接长工作。
焊接接长方式如前图5.1-2所示。
2)、锁口钢管桩制作
接长后的钢管两侧分别焊接焊接φ219mm,δ10mm钢管和I20a工字钢作为钢管桩锁口。
φ219mm钢管与I20a工字钢自钢管桩顶部至底部以上50cm,长度18.07m。
φ219mm钢管与φ630mm钢管间两侧在围堰封底混凝土以上采用竖向加劲板加固,加
劲板长度14cm,高度7cm,采用δ10mm钢板制作,与联接的钢管满焊。
自钢管桩顶部至封底混凝土面以上30cm处,每30cm设置一道。
钢管桩底部至以上50cm梆焊δ10mm钢板,作为补强圈,防止搭设时底部刃角卷起。
锁口钢管桩加工附图。
图6.2-1锁口钢管桩施工工艺流程图
、导向架加工
为保证锁口钢管桩插打位置准确和保证其垂直度,施工前需设导向架。
导向架净间距65cm,均采用I45a工字钢制作。
钻孔桩完成后,拆除围堰范围内的钢平台,然后在锁口钢管桩插打轮廓线内安装导向架。
导向架顶面与钢平台顶平,共设上下两道,每道为两根。
导向架外侧与钢平台主梁焊接,上下高差为1m,内侧
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