港珠澳大桥隧道人工岛格形钢板桩方案

港珠澳大桥隧道人工岛格形钢板桩方案内容摘要：

岛内回填 岛内路面施工 水上打格形钢板桩 格内回填碎石现浇胸墙砼安放扭工字块 18 插工艺中尚未解决的技术难题。 在水流较缓的水域进行插打一个格体桩需要6 天时间；在流速较急或潮差大于 2m 的潮汐水域进行插打格体桩， 桩 体易受波浪潮流冲击而倾斜，使锁口扭绞以致增加打桩难度，一个格体的插打桩作业时间因而延长，甚至导致格体桩安装不理想而不得不返工。 图 32 马耳他干船坞水上拼插工 艺 整体吊装施工工艺是格形钢板桩结构施工中机械化程度高、施工质量好、施工速度快的先进施工工艺，其特点是将格形钢板桩闭合的难点从水上 19 转移到陆上，避免了潮流和风浪的影响，使格体拼插能一次性完整闭合。 由于陆上组拼桩位易控制， 索 扣的松紧度及 吊 运过程中钢板桩处于自然状态，给水上打桩打下良好基础。 同时，陆上组拼与水上沉放格体是两个施工作业面， 陆上拼装一个格体约需要 2 天，一个格体的定位安装和沉桩约需要 2 天，可平行流水作业，因此施工进度快 ，在盐田一期工程中使用整体吊装施工工艺曾创造了月打 14 个格体的最高纪录。 整体吊装工艺 除具备水上插打格体桩方案所需的设备外，还须具有拼装场地、塔吊和足够起重力的 起重设备 (包括起重船机及吊具 )。 首先需制作一整套吊 运 索具，以保证格体在起吊、运输、安放过程中的整体稳固及每根桩位置的相对固定。 其次，要求设备起重能力 大 （一般 500t 以上），而且起吊高度和幅度也要求高。 图 33 盐田一期五万吨级码头整体吊装工艺 综上所述 ， 整体吊装工艺具有机械化程度高、施工质量好、施工速度快的优点，不足之处是对起重设备的技术性能要求很高，特别是格体直径大，板桩长度长时，起重设备的技术性能就成为选择这一工艺的最大障碍。 水上拼插工艺具有对施工设备的技术性能要求低，通用性好；对格体直径和钢板 20 桩长度的变化适应性强；不用或少用施工陆域等优点。 因而施工筹备期短，工程上马快 ， 易于业主单位接受 ， 最突出的缺点就是受潮流、风良影响很大，格体的完整闭合尚未妥善解决，使施工质量和施工进度得不到确切的保证。 对处于流速较急或潮差大于 2m 的大型格型结构，应尽量采用陆上拼装格体，并选择流速较缓的高潮或低潮平潮期进行安装。 选择和评定施工工艺的标准是施工质量好、施工速度快、施工综合造价低。 通过新沙与盐田工程的实践，整体吊装工艺的施工质量好、施工速度快 ，已为建设、设计、监理、施工各方所共识。 虽然，大型起重船舶的费用高，如果善于管理，合理安排大型起重船舶的进、退场时间，由于施工速度快、施工效率高，仍能降低施工综合造价 ， 使建设与施工单位获得较好的经济效益。 因此 ， 在能合理解决起重设备的前提下，整体吊装工艺应为最优选择。 格形钢板桩施工工艺流程 图 34 格形钢板桩工艺流程图 钢围囹就位 钢 板桩拼插 格体起吊 格体吊运 格体的定位 钢板桩沉桩 格体填砂 (一 ) 钢围囹吊出 格体填砂 (二 ) 拼装场建设 钢围囹 制作 钢 板桩验收 吊具制安 桩锁扣清理 限位器及平衡块安设 测量基线布设 基床清淤 21 钢板桩拼装场地 拼装场地 选址 及设施 钢板桩拼装场地 初步选址在桂山岛， 需经现场考察确定。 桂山岛由桂山岛、中心洲岛和牛头岛组成，因为石场开 发， 岛间已由道路连通。 桂山岛为镇级编制，岛上有两个村庄，有基本的镇级市政配套编制，并有已建桂山岛码头。 钢板桩拼装场 需建临时码头 40m，用于接卸钢板桩和出运组拼好的格体，在临时码头后方需 10000m2钢板桩存放和组拼场地，组拼台座设两个，以及现场小临设施。 图 35 桂山岛位置图 22 图 36 桂山岛平面图 拼装场 地设计要求 (1)拼装场 地水域条件应满足起重船的吊运作业要求，地面标高不宜过高，应综合考虑水位变化和起重船起吊高度以及吊幅的限制。 拼装场在 进行平整处理后，于其上修建钢结构的导 向围 囹 架， 并 设置供操作人员上下钢围囹的脚手架。 导向围 囹 架分为上下两部分，上部导向围 囹 架和下部导向围 囹架 做 成脱离的或可拆卸的形式，在下部导向围 囹 架上设有承托钢板桩的托座 ，台座 基础应满足驳岸整体稳定的要求，其平面尺寸应由格体的设计直径和地基承载力确定 ， 基础的厚度应考虑拼插钢板桩时的冲击力。 (2)拼装台座 配备有用于钢板桩吊立、拼插作业的塔吊及辅助的起重机 ，同时现场尚应配备具整体吊运钢板桩格形能力的大型起重船。 (3)钢围 囹 和塔吊基础都应设置防台锚 碇 设施。 格体环形基础表面的每根钢板桩桩位处还应设置预埋铁件，以便在 台风袭击时钢板桩底部与预埋件临时焊接锚固。 23 需解决问题： (1) 现场考察选址。 (2) 临时码头、组拼台座、 钢板桩 堆放场地平面及 结构 设计。 (3) 组拼用塔吊选型（研究报告推荐 900t178。 m）。 (4) 场地辅助吊机选型，用于堆放场地钢板桩装卸。 钢板桩检查 及吊运 存放 钢板桩检查 (1)在格型结构开始安装之前，检查钢板桩的直线度、锁口形状、钢板桩形状和叠层裂纹。 如果这项检查工作不认真仔细，那么在插桩时 会发生 桩插不下或在打桩时把桩打出了锁口。 因此用 2m 长同样形状的锁口，通 过每一根钢板桩的锁口来检查钢板桩的直线度，并报废沿钢板桩锁口局部有扭结、或过分弯曲或翘曲的钢板桩。 每一个钢板桩锁口必须干净无杂物，喷砂除锈和喷涂防护油漆施工时所粘带的铁砂和油漆必须清除干净。 (2)用卡尺抽检钢板桩锁口尺寸的容许误差。 这个检查是要保证锁口的拇指不太大或太小，以及拇指和手指之间开口也不太宽或太窄。 满足测量容许误差的锁口，能较好地提供所必须的锁口强度，并给格型结构相连桩之间最大角度的摇摆和密封度。 合适的钢板桩锁口容许误差为：拇指宽度最大 33mm， 最小 25mm， 槽开口最大 20mm,最小 15mm。 (3)进行叠层裂纹检查， 叠层裂纹肉眼很难看见 ,它常以一条黑线或开口裂纹的形式在桩的端部、吊孔、锁口范围出现 ， 虽然当叠层裂纹平行板宽时它并不降低钢板桩的强度，但是，有叠层裂纹的钢板桩，因其叠层裂纹可能横跨板宽或与板宽成一角度，在格型结构荷载的作用下会 影响 抗拉 强度 ，所以发现 叠层裂纹的钢板桩 一律 报废。 (4)检查每一根异形桩的尺寸和连接。 当异形桩通过焊接制作而成时，要仔细检查焊接质量，防止格型结构在回填填充料后在焊接异形桩处 拉 24 坏。 (5)钢板桩检验 进行钢板桩的化学成份及机械性 能检验、 Y形连接桩纵向弯曲矢高的检验、 Y形连接桩及异形桩的焊缝质量检验、锁口拉力试验以及钢板桩长度、宽度、腹板厚度、端部直角差、弯曲矢高、重量等的检验。 钢板桩的吊运与堆存 由于直线形板桩本身刚度小 , 存放中除严格控制场地的地基处理 , 按规定设置垫木外 , 其堆放高度不宜超过 ,垫木间距不超过 3m，每排钢板桩之间的净距大于 30cm。 使用时起吊 , 因 桩长 不大于 18m,可利用予留吊桩孔单点起吊。 钢板桩在单根或成组吊运与堆存时，不得使钢板桩损坏或产生永久变形，且应存放在排水及通风良好的地方。 当使用 拖车运输时，车长应满足支承点的间距要求，否则应用托架支承。 施工导架、吊具 钢围囹 (1)钢围囹用于将钢板桩准确地安装在格型结构中。 钢围囹的外径要比格体的内径小 50cm，以给钢板桩的插桩提供足够的摇摆和旋转空间，以及振动锤夹头通过的空间，同时也避免格体安装完毕吊出钢围囹时碰撞格体桩。 (2)钢围囹有 4个或更多的定位井，使承力管桩可穿过定位井，在钢围囹或格体精确定位后，将承力管桩打至一个坚固的持力层以承担钢围囹的重量。 钢围囹和定位管桩的连接采用千斤顶抱箍和钢锲吊担两种双重保险传力机 构。 钢锲吊耳即传力杆是可活动的螺栓杆，可以调整钢锲至钢围囹的距离以适应定位管桩可能打到不同的深度。 千斤顶抱箍能在格体基础不很平整的情况下保证钢围囹的精确定位， 锁紧装置的液压千斤顶的选型，根据钢围囹 自重和钢围 囹 吊出时的最大上拔力确定 ， 液压千斤顶采用中央控制台集中 25 操 作 ， 钢锲吊担在千斤顶可能因长时间作业而回油或因电力问题时，将钢围囹的重量传给定位管桩 ， 管桩 直径和壁厚应由计算确定 ， 且直径不宜小于600mm，壁厚不宜小于 12mm，支腿在基槽中的埋深根据计算确定，支腿在主骨架顶面以上的外伸长度不小于 5m。 图 37 马耳他 30 万吨级干船坞 水上拼插工艺 围囹结构 图 (3)钢围 囹 应有足够的强度和刚度，设计时必须充分考虑水流力、波浪力和风压力等荷载的最不利组合，并应按 组 拼、吊运、定位、沉桩和上拔的工况特点分别计算。 26 图 38 盐田一期 整体吊装工艺 固定式围囹结构图 (4) 钢围 囹 上、下导环的距离可取外直径的 ～ ，且不小于 4m；钢围图上导环的顶标高应不妨碍沉桩夹具及替打顺利通过为限。 (5)在钢围 囹 顶面 设置 工作平台，应不影响测量定位的通视和振动沉桩作业。 副格 导架 副格 导架是 由已安装好后的格体桩支承的。 付弧导架应考虑两个格体的 4根 Y形桩可能的偏位而在格体纵轴方向留有 30~40cm的空间。 格体吊具 采用陆上拼装格体方案必须用一个吊具把每一根格体桩连同钢围囹一起吊运至安装地点。 27 图 39 格体吊运示意 图 (1)主格体的吊具见图 39所示。 上吊具应保证起重船主钩、下吊具吊索和钢围 囹 吊索三者准确、牢固的 连 接。 下吊具应使格体中的钢板桩处于自然悬垂状态，使格体不承受水平力，并保证格体的设计几何尺寸。 (2)下吊具的直径应与格体的直径相同，下吊具吊耳 的中心与格体每根钢板桩的中心一一对应。 (3)吊索的长度应保证格体起吊时钢围 囹 和钢板桩之间不产生相对错动，吊索的制作应确保索长的误差在设计允许范围以内 ， 钢板桩吊索应与每根钢板桩一一对应，吊索长度不小于。 需解决问题 (1)钢围囹 、钢管桩 及吊具的设计。 (2)钢围囹、定位管桩、格形钢板桩组成整体时，在组 拼、吊运、定位、沉桩和上拔 等不同 工况 下的稳定验算。 格形钢板桩陆上组拼 28 图 310 格体陆上拼装示意 图 格形钢板桩陆上组拼 (1)下部导向围囹固定在台座上，上部导向 围囹随格形钢板桩整体吊运 ，如图 39所示。 首先将上围囹安装在下围囹上并固定， 在 钢板桩托座上 按格体的拼装直径放出格体线，在钢围囹上环上按格体桩数放出格体的方向位置 ， 桩位应与格体沉放定位时的方位一致。 (2)先安装四根 Y 形桩， 用 Y 形桩作定位桩，用经纬仪校正桩位和垂直度后， 通过在 Y形桩上预先焊好的螺帽用螺栓把 Y形桩准确固定在钢围囹上，Y 形桩底部要对准地上所标明的桩位置。 安装好四根 Y 形桩后 ， 以 Y 形桩为起点 拼 插其余的格体桩， 在条件允许。