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一种水面上有限空间钢管桩拔桩施工方法

作者:来源:日期:2019-12-2 11:31:42人气:1811
      0引  言

      随着我国经济的增长和交通事业的发展,公路桥梁的建设不断增加,钢管桩主要作为施工栈桥中的临时设施进行使用,钢管桩使用量大,使用范围广。如果单纯作为施工栈桥使用,在桥侧建立,待项目完成后可以直接拔出,上部操作空间不受限制。然而实际上很多水上项目工程中,钢管桩作为一种临时设施应用于桥梁箱梁的生产过程,在钢管桩上架设贝雷梁,上面搭设脚手架,形成满堂支架,在满堂支架上铺装模板,再进行箱梁浇筑,待桥梁建成后,满堂支架和贝雷梁依次拆除,就只剩钢管桩在水中,这时的钢管桩位于桥梁正下方,在拔除时施工空间受限,大型施工机械无法进入桥下,这就使得有限空间的拔桩较为困难。

      从国内外的研究现状来看,目前对于水下钢管桩桩基础的清除主要是采用水中切割的方法,这种方法.成本高,施工作业难度大,同时使得大量钢铁资源废弃到河床底部,不利于环境友好型社会和资源节约型社会的建设。在此背景下,研究在桥下水面上有限空间的钢管桩拔除问题就显得比较有意义。

      1工程概况

      建宁大桥新建工程位于湖北省石首市,桥梁总长548m,主桥跨径为单跨158m,西引桥八跨240m,东引桥西引桥五跨150m;主桥主梁断面全宽45. 8m,桥梁横断面宽35. 5m~41.5m。地质条件如下:山底湖水深1~2m,无流速,在勘探所达深度范围内,从表层.往下地质依次为灰黑色黏土、黄色黏土、黄色粉土、青灰色粉土、青灰色粉沙,层厚1. 8m~24m。需要拔除的临时支架钢管桩长度10~24m不等,规格为φ630X8,按最长管桩24m计算总重3.67吨,其中入土深度最长为20m,水深2m。梁下净空为5~7m不等。

      根据总体施工组织设计,主桥钢梁施工采用龙门吊机配合进行拼装,由于构件重量较大,为方便运输采用将构件分开运至施工现场,在施工现场进行组拼,利用龙门吊机从边跨一中跨对称进行拼装,钢梁拼装完成后,铺装桥面板,施工湿接缝,在桥面上拼装拱肋支架,进行拱肋施工。

      建宁大桥9#一13#墩位于山底湖泊中,基础采用钻孔平台施工,主要车辆人员通行通道为栈桥,如图1所示。11-12# .12- 13#钻孔平台间各设置一个支栈桥,由于后期该处设置边跨现浇梁支架,故考虑支架支栈桥钢管桩与支架钢管桩结合,支栈桥拆除面系后接高钢管桩,文中所述钢管桩即为待拔桩为630X8mm钢管桩,入土深度最大达20m,如图2所示。桥址区覆盖厚约100m由黏性土和细砂与粗砂组成的多层土体结构,厚度大,分布均匀,场地区城稳定性较好。


      2施工工艺流程及操作要点

      2.1 操作前的准备

      (1)在桥梁施工完成后,拆除上部横梁和贝雷梁,拆除满堂支架

      (2)选择冬季进行拔桩施工,此时水平面比较低.便于拔出更长的桩体,操作空间有所增加。

      .2.2 施工工艺流程

      施工工艺流程图如图3所示。


      2.3 施工操作要点

      2.3.1 浮箱拼接

      浮箱在本工程施工中作为重要的受力构件所以浮箱的拼接非常重要,浮箱材质为钢结构,利用工字钢来稳定本工程中的四个大型浮箱,使之成为一个整体,并在浮箱上安装动力装置,使得在作业过程中能够行驶并能够适用于不同位置处的钢管桩的拔除。拼接好的浮箱如图4所示。其中两浮箱之间的距离为4.5m,两两紧密相连,待拔桩之间的距离为3m,浮船设置距离可以同时拔除两排的钢管桩。


      2.3.2 浮吊拼接

      浮吊安装在浮箱上可以保证整个拔桩的施工高度,按照HM588X300分配梁→[14b连接系→q630X8立柱→HM588X300垫梁→可升降贝雷梁→HM588X300垫梁进行组装,如图5所示。组装完成后按照国家规范《钢结构设计标准》(GB 50017一2017),对浮吊构件进行结构验算,保证在施加拔桩荷载的作用下结构体系的各构件稳定性和承载力性能满足结构设计规范要求。


      2.3.3滑轮组安装

      本工程中采用动静结合的施工方法拔桩,需要安装滑轮组和振动锤,拔桩过程中先采用振动锤对桩体施加激励,充分消除桩身摩阻力以后移开振动锤再采用卷扬机配合滑轮组进行拔桩。因为本工程中选择80t的拔桩设备进行拔桩,在安装振动锤和滑轮组时考虑实际的拔桩力,对部分钢结构构件进行了结构安全性验算,在保证结构安全的前提下进行设备的安装。设备安装示意图如图6所示。


      2.3.4 抱箍安装

      抱箍的主要作用是连接待拔桩和滑轮组,抱箍的是否紧密安装决定了待拔桩能否完全拔出,在安装中最关键的操作就是抱箍之间螺栓的安装。因为待拔桩所需拔桩力较大,本工程中选用抱箍尺寸截面比较大,所以在安装中要求比较高,抱箍中开孔较多,在安装时不易对准,需要吊机撬杠等辅助安装,如图7所示。


      2.3.5 振动锤工作原理和选取

      振动锤是利用共振理论设计的。当桩的强迫振动频率与土壤颗粒的振动频率一致时,土壤颗粒产生共振,土壤颗粒有最大的振幅,足够的振动速度和加速度能迅速破坏桩和土壤间的粘合力,使桩身与土壤从压紧状态过渡到瞬间分离状态,桩在振动激励的作用下可以最大程度的减小桩侧阻力。由于振动锤靠减小桩与土壤间的摩擦力达到沉桩的目的,所以在桩和土壤间的摩擦力减小的情况下,可以用稍大于桩和桩身的力即可将桩拔起。

      主要参数:振幅A、激振频率w.偏心力矩M,激震力F、参振重量Q.功率N.

      (1)振动功率N的确定。振动功率N的计算公式为:N=K●M. n/9550(kw),公式中,n为转速;K=1.25。

      (2)偏心力矩M的确定。振动锤偏心力矩越大克服硬质土层的能力越强,当已知振幅和参振总重量Q(桩体重量和振动锤重量)时,可以算出偏心力矩:M=Q●A(N. m)

      (3)激振频率w的确定。振动锤的激振频率与振动系统的固有频率密切相关,当激振频率接近振动系统的固有频率时,振动拔桩达到最大效果。而振动系统的固有频率不仅和振动锤参数有关,还与土壤的参数有关,不同地层土壤的自振频率有着很大的差别。

      综上所述本工程实施中选择DZ120A振动锤,如图8所示。


      2.3.6 拔桩准备工作

      在振动锤充分消除桩侧摩阻力后,移开振动锤,并通过浮船调整滑轮组使之在待拔桩的正上方;安装吊绳等装置,通过吊环连接钢抱箍同时启动卷扬机对吊绳和滑轮组进行调整,待完成后启用卷扬机带动滑轮组进行拔桩,如图9所示

      2.3.7 拔桩加载

      为了研究拔桩过程中桩身受力情况,在桩身安装4个应变传感器测试桩身受力状态,如图10所示。拔桩过程中按照不同桩长和计算的数值对桩体分五级100% ,90%,70%,50%,30%进行加载,测试桩身应变传感器数据并记录。待桩体拔到最高高度后进行桩体切割,逐次把待拔桩拔出。


      2.3.8 分段拔桩和分段切割

      因为本项目受空间环境的制约,本施工方法中的设备也是适应于这一限制要求,在拔桩过程中由于有效净空受限,必须实施分段拔桩。在利用振动设备充分消除桩侧摩阻力之后,调整浮船,利用滑轮组进行拔桩,拔除到贝雷架位置进行钢管桩切除再维续拔,直至完全拔出为止。3结  论

      本施工方法适用于桥下水上有限空间的钢管桩拔除,尤其是水上有限空间的钢管桩拔除,通过实际工程项目的应用发现本施工方法可以有效的拔除钢管桩,实施效果较好。除此之外本施工方法在施工作业时还具有以下优点和注意事项:

      (1)在水上没有着力支撑点的情况下,利用浮船进行拔桩承载,解决了没有支撑点的问题。

      (2)通过对桩侧摩阻力的计算方法,确定拔桩所需要的动拔力参数和静拔力数值,根据桩长和土层可以确定拔桩力。

      (3)在低空间拔桩时,利用本文中提出的拔桩设备,并对设备的构件进行设计验算,保证结构稳定的基础上在进行施工作业。

      (4)设备中有两组动滑轮组,可以适用于静力拔桩和动力拔桩,首先采用振动锤对待拔桩进行振动,充分消除桩侧摩阻力之后,然后再使用静力拔桩滑轮组进行拔桩,两套滑轮组配套使用,充分利用各自特点对待拔桩进行拔除。

      (5)通过浮船进行移动,可以适用于不同桥下位置处的拔桩,可以保证工作效率,有效拔除各个位置.处的待拔钢管桩。

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