沉箱围堰施工工法

灵昆大桥沉箱围堰施工工法

目录

1、前言

2、工法特点

3、适用范围

4、工艺原理

5、施工工艺流程

6、操作要点

7、材料与设备

8、质量控制

9、安全措施

10、环保措施

11、资源节约

12、效益分析

13、应用实例

沉箱围堰施工工法

1、前言

2007年，浙江省交通勘察设计有限公司检测到温州灵昆大桥桩基础存在冲刷、漏筋、缩径等问题。

主管单位温州龙湾区交通局根据岛内正在建设的深水港的要求，提出将桥梁进行提高荷载标准等级加固处理，即将原桥的通行能力提升为一级公路，满足集装箱卡车的通行，下部桩基的加固由中建七局交通公司组织施工。

在对现场进行了查看、分析，结合设计图纸要求，我们提出采用沉箱围堰的施工方法对该桥的存在缺陷的桩基进行加固处理。

2、工法特点

沉箱围堰的施工方法是新型的施工工艺，与传统的钢板桩围堰、土围堰、小围堰相比具有不可代替的优点。另外，因在海水中作业，土围堰无法实现。这里就不再赘述，现将另外三种围堰施工方法进行对比，具体比较见下表。

三种方案的比较

通过以上比较，我们发现沉箱围堰不仅可以一次彻底解决所有桩基存在的问题，而且所用材料成本相对低，需要的施工工期最短，且安全有保障，我们选择了使用沉箱围堰作为施工处理措施。

3、沉箱围堰施工方法适用范围

沉箱围堰施工方法主要适用于深水基础施工，处理深度10m以内，开挖深度 1.5m，实行深水处干处作业，沉箱围堰还可以作为钻机等设备的工作平台在水面平移进行水上作业。

地质情况可以为粘土、砂土等III类土以下情况，便于下插板插入土中。

4、工艺原理

本施工方法是钢结构结合基坑处理的方法设计施工，沉箱是采用钢结构，自重138吨，几个箱体空腹时的浮力达到360吨，沉箱浮起后，利用动力拖船（80T）在平潮时将沉箱拖到指定地点注水下沉。落潮过程中，自重不变沉箱浮力减小，自重加大的情况下，沉箱下插板插入滩涂中，沉箱坐正后，再在箱体内侧打设一周高压旋喷桩，起箱底止水帷幕作用，最后压密两浆（水玻璃、水泥）封底，实行箱体内的闭水，从而达到围堰内干施工作业。

由于箱体有下插板，能够自己稳定，一旦下沉后，箱体能够稳定座在滩涂面上，且整个箱体地面落在最低滩涂面，故不需要进行整体稳定性验算，箱体之间全部用高强螺栓连接，不需要进行单个箱体踢脚稳定性验算，根据施工主要治理的问题是坑底隆起和渗流、箱体浮力、高压旋喷桩厚度的验算。

4.1坑底突涌验算

考虑到围堰内的基底在覆盖土的作用下不足以抵抗下部的水压力，基坑就会失稳，出现突涌现象，我们对基坑的突涌稳定性进行验算。

验算平衡公式：

Υ土×t＝Υw×Η

式中：Υ土：土的容重

t：不透水层的厚度

Υw：水的容重

H:承压水头高于含水层顶板的高度8m

当t＞Υw×Η/Υ土时，不会产生突涌

其中没有考虑覆盖土层的重量和覆盖层与支护结构的摩擦力，此计算偏向安全。一般取值安全系数大于1.2。

4.2 坑底抗隆起稳定性验算

参照基坑支护6-2-74计算基坑抗隆起安全系数

式中：h d —嵌入深度

h —基坑开挖深度

4.3 验算旋喷桩的厚度

旋喷桩上口连接箱体，上部的水平力主要由箱体下插板承受，墙体承担外围土体和潮水的压力，墙体的厚度采用抗倾覆稳定验算确定。

式中：∑Ea i—水泥墙底以上基坑外侧水平荷载标准值的合力之和；

∑Ep j—水泥墙底以上基坑内侧水平抗力标准值的合力之和；

h a—合力∑a i作用点至水泥墙底的距离；

h wp—合力∑p j作用点至水泥墙底的距离；

Υcs—水泥土墙的平均容重；

Υw—水的容重

Υ0—安全系数取1

h wp—基坑内侧地下水位高度

h wa—基坑外侧地下水位高度

水平标准荷载计算∑Ea i

作用在高压旋喷桩基上的荷载包括土压力、水压力。按照以下公式进行计算：

e ajk=σaikКai－2c ik√Кai＋〔（z i－h wa）－（m j－h wa）ηwaКai〕Υw

式中：σaik—作用于深度z i处的竖向应力标准值（）

σaik＝σr k＋σo k＋σl k

Кai—第i层的主动土压力系数；

Кai＝tg2（45°－ψik/2）

ψik—第i层的内摩擦角标准值；

c ik—三轴试验确定的第i层固结不排水剪粘聚力标准值；

z i—计算点深度；

m j—计算参数；

h wa—基坑外侧地下水位深度；

ηwa—计算系数；

Υw—水的容重

水平抗力标准值∑E pi：

e pj＝σpjkКpi－2c ik√Кpi＋〔（z j－h wp）（1－Кpi）〕Υw

式中：σpj k—作用于基坑底面以下z j处的竖向应力标准值；

Кpi—第i层的被动土压力系数；

Кpi＝tg2（45°＋ψik/2）

σpj k＝Υmj×z j

Υmj深度z j以上土的加权平均天然容重。

4.4浮力验算

由于沉箱的排除海水体积较大，在潮水最高位置时，沉箱的理论排水量远大于沉箱自重，需要对沉箱受到的浮力进行验算。

沉箱围堰采用正方形设计，经过计算其自重G ＝138t ，浮力F

浮

就是沉箱围堰排开水的体积减去箱体自重，此浮力仍旧很大，需要施加外力防止沉箱上浮：

F 浮＝a 下×b 下×h 2+（a 下－0.5）（b 下－0.5）h 挖＋a 上×b 上×h 1－

G 式中：a 、b 是沉箱的内平面尺寸；

0.5m 是高压旋喷桩的宽度；

h 1、h 2、h 挖是沉箱最高水位到箱体顶、箱体高度、开挖深度； G 是沉箱自重。

防止沉箱上浮是采用H45钢梁置在原桥的承台下，反压沉箱箱体，注意沉箱箱体要进行适当加固，使得反压力均匀传递至整个箱体。从上式，我们没有计算箱底的吸力和潮水涨过箱体后潮水对箱体外沿的作用力，故此计算偏于安全。