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一種水面上有限空間鋼管樁拔樁施工方法

作者:來源:日期:2019-12-2 11:31:42人氣:1101
      0引  言

      隨著我國經濟的增長和交通事業的發展,公路橋梁的建設不斷增加,鋼管樁主要作為施工棧橋中的臨時設施進行使用,鋼管樁使用量大,使用范圍廣。如果單純作為施工棧橋使用,在橋側建立,待項目完成后可以直接拔出,上部操作空間不受限制。然而實際上很多水上項目工程中,鋼管樁作為一種臨時設施應用于橋梁箱梁的生產過程,在鋼管樁上架設貝雷梁,上面搭設腳手架,形成滿堂支架,在滿堂支架上鋪裝模板,再進行箱梁澆筑,待橋梁建成后,滿堂支架和貝雷梁依次拆除,就只剩鋼管樁在水中,這時的鋼管樁位于橋梁正下方,在拔除時施工空間受限,大型施工機械無法進入橋下,這就使得有限空間的拔樁較為困難。

      從國內外的研究現狀來看,目前對于水下鋼管樁樁基礎的清除主要是采用水中切割的方法,這種方法.成本高,施工作業難度大,同時使得大量鋼鐵資源廢棄到河床底部,不利于環境友好型社會和資源節約型社會的建設。在此背景下,研究在橋下水面上有限空間的鋼管樁拔除問題就顯得比較有意義。

      1工程概況

      建寧大橋新建工程位于湖北省石首市,橋梁總長548m,主橋跨徑為單跨158m,西引橋八跨240m,東引橋西引橋五跨150m;主橋主梁斷面全寬45. 8m,橋梁橫斷面寬35. 5m~41.5m。地質條件如下:山底湖水深1~2m,無流速,在勘探所達深度范圍內,從表層.往下地質依次為灰黑色黏土、黃色黏土、黃色粉土、青灰色粉土、青灰色粉沙,層厚1. 8m~24m。需要拔除的臨時支架鋼管樁長度10~24m不等,規格為φ630X8,按最長管樁24m計算總重3.67噸,其中入土深度最長為20m,水深2m。梁下凈空為5~7m不等。

      根據總體施工組織設計,主橋鋼梁施工采用龍門吊機配合進行拼裝,由于構件重量較大,為方便運輸采用將構件分開運至施工現場,在施工現場進行組拼,利用龍門吊機從邊跨一中跨對稱進行拼裝,鋼梁拼裝完成后,鋪裝橋面板,施工濕接縫,在橋面上拼裝拱肋支架,進行拱肋施工。

      建寧大橋9#一13#墩位于山底湖泊中,基礎采用鉆孔平臺施工,主要車輛人員通行通道為棧橋,如圖1所示。11-12# .12- 13#鉆孔平臺間各設置一個支棧橋,由于后期該處設置邊跨現澆梁支架,故考慮支架支棧橋鋼管樁與支架鋼管樁結合,支棧橋拆除面系后接高鋼管樁,文中所述鋼管樁即為待拔樁為630X8mm鋼管樁,入土深度最大達20m,如圖2所示。橋址區覆蓋厚約100m由黏性土和細砂與粗砂組成的多層土體結構,厚度大,分布均勻,場地區城穩定性較好。


      2施工工藝流程及操作要點

      2.1 操作前的準備

      (1)在橋梁施工完成后,拆除上部橫梁和貝雷梁,拆除滿堂支架

      (2)選擇冬季進行拔樁施工,此時水平面比較低.便于拔出更長的樁體,操作空間有所增加。

      .2.2 施工工藝流程

      施工工藝流程圖如圖3所示。


      2.3 施工操作要點

      2.3.1 浮箱拼接

      浮箱在本工程施工中作為重要的受力構件所以浮箱的拼接非常重要,浮箱材質為鋼結構,利用工字鋼來穩定本工程中的四個大型浮箱,使之成為一個整體,并在浮箱上安裝動力裝置,使得在作業過程中能夠行駛并能夠適用于不同位置處的鋼管樁的拔除。拼接好的浮箱如圖4所示。其中兩浮箱之間的距離為4.5m,兩兩緊密相連,待拔樁之間的距離為3m,浮船設置距離可以同時拔除兩排的鋼管樁。


      2.3.2 浮吊拼接

      浮吊安裝在浮箱上可以保證整個拔樁的施工高度,按照HM588X300分配梁→[14b連接系→q630X8立柱→HM588X300墊梁→可升降貝雷梁→HM588X300墊梁進行組裝,如圖5所示。組裝完成后按照國家規范《鋼結構設計標準》(GB 50017一2017),對浮吊構件進行結構驗算,保證在施加拔樁荷載的作用下結構體系的各構件穩定性和承載力性能滿足結構設計規范要求。


      2.3.3滑輪組安裝

      本工程中采用動靜結合的施工方法拔樁,需要安裝滑輪組和振動錘,拔樁過程中先采用振動錘對樁體施加激勵,充分消除樁身摩阻力以后移開振動錘再采用卷揚機配合滑輪組進行拔樁。因為本工程中選擇80t的拔樁設備進行拔樁,在安裝振動錘和滑輪組時考慮實際的拔樁力,對部分鋼結構構件進行了結構安全性驗算,在保證結構安全的前提下進行設備的安裝。設備安裝示意圖如圖6所示。


      2.3.4 抱箍安裝

      抱箍的主要作用是連接待拔樁和滑輪組,抱箍的是否緊密安裝決定了待拔樁能否完全拔出,在安裝中最關鍵的操作就是抱箍之間螺栓的安裝。因為待拔樁所需拔樁力較大,本工程中選用抱箍尺寸截面比較大,所以在安裝中要求比較高,抱箍中開孔較多,在安裝時不易對準,需要吊機撬杠等輔助安裝,如圖7所示。


      2.3.5 振動錘工作原理和選取

      振動錘是利用共振理論設計的。當樁的強迫振動頻率與土壤顆粒的振動頻率一致時,土壤顆粒產生共振,土壤顆粒有最大的振幅,足夠的振動速度和加速度能迅速破壞樁和土壤間的粘合力,使樁身與土壤從壓緊狀態過渡到瞬間分離狀態,樁在振動激勵的作用下可以最大程度的減小樁側阻力。由于振動錘靠減小樁與土壤間的摩擦力達到沉樁的目的,所以在樁和土壤間的摩擦力減小的情況下,可以用稍大于樁和樁身的力即可將樁拔起。

      主要參數:振幅A、激振頻率w.偏心力矩M,激震力F、參振重量Q.功率N.

      (1)振動功率N的確定。振動功率N的計算公式為:N=K●M. n/9550(kw),公式中,n為轉速;K=1.25。

      (2)偏心力矩M的確定。振動錘偏心力矩越大克服硬質土層的能力越強,當已知振幅和參振總重量Q(樁體重量和振動錘重量)時,可以算出偏心力矩:M=Q●A(N. m)

      (3)激振頻率w的確定。振動錘的激振頻率與振動系統的固有頻率密切相關,當激振頻率接近振動系統的固有頻率時,振動拔樁達到最大效果。而振動系統的固有頻率不僅和振動錘參數有關,還與土壤的參數有關,不同地層土壤的自振頻率有著很大的差別。

      綜上所述本工程實施中選擇DZ120A振動錘,如圖8所示。


      2.3.6 拔樁準備工作

      在振動錘充分消除樁側摩阻力后,移開振動錘,并通過浮船調整滑輪組使之在待拔樁的正上方;安裝吊繩等裝置,通過吊環連接鋼抱箍同時啟動卷揚機對吊繩和滑輪組進行調整,待完成后啟用卷揚機帶動滑輪組進行拔樁,如圖9所示

      2.3.7 拔樁加載

      為了研究拔樁過程中樁身受力情況,在樁身安裝4個應變傳感器測試樁身受力狀態,如圖10所示。拔樁過程中按照不同樁長和計算的數值對樁體分五級100% ,90%,70%,50%,30%進行加載,測試樁身應變傳感器數據并記錄。待樁體拔到最高高度后進行樁體切割,逐次把待拔樁拔出。


      2.3.8 分段拔樁和分段切割

      因為本項目受空間環境的制約,本施工方法中的設備也是適應于這一限制要求,在拔樁過程中由于有效凈空受限,必須實施分段拔樁。在利用振動設備充分消除樁側摩阻力之后,調整浮船,利用滑輪組進行拔樁,拔除到貝雷架位置進行鋼管樁切除再維續拔,直至完全拔出為止。3結  論

      本施工方法適用于橋下水上有限空間的鋼管樁拔除,尤其是水上有限空間的鋼管樁拔除,通過實際工程項目的應用發現本施工方法可以有效的拔除鋼管樁,實施效果較好。除此之外本施工方法在施工作業時還具有以下優點和注意事項:

      (1)在水上沒有著力支撐點的情況下,利用浮船進行拔樁承載,解決了沒有支撐點的問題。

      (2)通過對樁側摩阻力的計算方法,確定拔樁所需要的動拔力參數和靜拔力數值,根據樁長和土層可以確定拔樁力。

      (3)在低空間拔樁時,利用本文中提出的拔樁設備,并對設備的構件進行設計驗算,保證結構穩定的基礎上在進行施工作業。

      (4)設備中有兩組動滑輪組,可以適用于靜力拔樁和動力拔樁,首先采用振動錘對待拔樁進行振動,充分消除樁側摩阻力之后,然后再使用靜力拔樁滑輪組進行拔樁,兩套滑輪組配套使用,充分利用各自特點對待拔樁進行拔除。

      (5)通過浮船進行移動,可以適用于不同橋下位置處的拔樁,可以保證工作效率,有效拔除各個位置.處的待拔鋼管樁。

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