船坞施工中钢板桩围护技术与监测-东合南岩土

上海地质

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ShanghaiGeology

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船坞施工中钢板桩围护技术与监测

李新同󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁贺󰀁平󰀁吕家禾

(中国船舶工业勘察设计研究院,上海200063)󰀁(江南造船集团有限责任公司,上海200023)

摘󰀁要󰀁在坞口挖土过程中,因围堰位移较大,采取在开挖处进行回填土,并采用双排钢板桩作为临时支护,内设三道支撑,

分层、分段开挖,同时加强对围堰及坞口支护的监测,使得整个围堰安全地度过坞口施工期。

关键词󰀁钢板桩围堰󰀁坞口支护󰀁钢板桩变形󰀁拉杆内力󰀁支撑轴力

󰀁󰀁大型船坞施工中,坞口区域是较为敏感的区域,因其靠近河岸,土层变化较为复杂,且江底淤泥较

厚,较深范围内土的强度较差;围堰中部钢板桩因距岸较远,其入土深度较浅,受江水侧向压力的影响最为明显,故其为整个围堰最薄弱的部位。坞口大开挖时,围堰中部突然发生快速位移现象,钢板桩明显弯曲变形,后采用坑中坑的形式进行局部加固,事实证明是成功的、切实有效的。该船坞目前已竣工验收,并交付使用。

600mm预应力钢筋砼方桩,桩长24.5~35.0m,送桩后桩顶标高为-10.80m,东坞墩部分为-14.25m;

水泵房围护钢板桩型号为Pu20,桩长23m,送桩后桩顶标高为-5.0m。然后在围堰内侧施工34排搅拌桩,以加固整个围堰,搅拌桩围护墙体宽6.5~11m,深10m,并在内排钢板桩与搅拌桩之间施工压密注浆,以填补其间空隙(见图1)。接下来挖土至-5.0m标高处,施工东、西两坞墩,其中东坞墩在围护钢板桩内垂直挖土至-14.5m标高处,内设上、下三道 井!字型钢支撑进行施工,西坞墩则直接放坡开挖至-10.85m标高处进行施工。

1󰀁钢板桩围堰及坞口施工

该工程为一大型船坞改造项目,在坞口处设一双排钢板桩围堰,钢板桩型号为Pu20。外排(迎水面)钢板桩长24m,桩顶标高5.8m,内排钢板桩长23m,桩顶标高4.7m;整个围堰区域长约100m,宽约56m,内、外排钢板桩距离为9.5m~11m不等(两端处宽9.5m,中间宽11m),其间设有五道隔箱,且每隔2.4m安装一根󰀁60mm的钢拉杆(见图1)。

钢板桩采用震动法打入,由两岸朝中间合拢。在打桩之前,先对施工区水域进行清淤,然后抛砂至-4.0m标高处;打桩结束后,先安装拉杆,并在内、外排钢板桩之间再抛砂至+2.6m标高处,然后调整拉杆,预加应力;拉杆安装完毕后再抛砂至+4.4m标高处,最后覆盖0.3m厚的碎石至+4.7m标高处,即与内排钢板桩顶标高一致(见图2)。

围堰形成后,先进行内侧抽水、清淤及回填土,回填标高为-2.0m,在此标高上施工坞口方桩及东坞墩(水泵房)围护钢板桩,其中坞口方桩为600󰀂

2󰀁坞口支护钢板桩施工

在东、西坞墩从下往上施工至-5.0m标高后,

进行坞口大开挖,2002年3月28日0:30许,当挖至-10.85m的设计底标高时,围堰中部突然发生快速位移,钢板桩明显倾斜、变形,现场指挥人员当机立断就近取土回填,天亮后又回填了大量建筑垃圾,并用推土机压实,回填后的场地标高又恢复到开挖前的-5.0m。几天后,整个围堰渐趋稳定,钢板桩位移量呈收敛趋势,至4月6日,钢板桩顶水平位移日

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收稿日期:2003-03-25

作者简介:李新同,男,1971年生,工程师,1994年毕

业于华东地质学院工程测量专业,现主要从事各类大型建筑施工监测。

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图1󰀁坞口平面位置及监测点布置示意图

Fig.1󰀁Sketchofplanepositionofthedockopeninganddistributionofmonitoringspots

图2󰀁围堰、搅拌桩及坞口支护剖面图

Fig.2󰀁Profileofcofferdam,mixingpileandbackstopofthedockopening

变量仅为+1mm,于是,第二天便着手实施坞口加固方案,即坞口支护体系。

在坞口坞门槛处临时增设两排PU32型钢板桩,其中外排钢板桩长18m,桩顶标高为-4.5m,内排钢板桩长16m,桩顶标高为-5.0m;两排钢板桩之间的距离为13.4m,内设三道支撑,其中第一道为󰀂609钢管,第二、第三道均为400󰀂400 H!型钢,第一、第二道设有6根支撑,第三道因只开挖东面一小段,故只设2根支撑(见图2)。支护内的土方分四层开挖,每挖一层安装一道钢支撑,东面因要与水泵房底部的进水廊道连通,需开挖至-13.4m,其余部

分均开挖至-10.85m,在此基础上浇捣垫层,施工坞门槛。

3󰀁围堰及坞口支护监测

3.1󰀁主要监测内容及监测点布置情况东合南岩土 geoseu.cn

(1)围堰钢板桩顶位移监测:共布设14个监测2003年第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁李新同:船坞施工中钢板桩围护技术与监测󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁点,编号为W1~W14;

(2)围堰钢板桩变形监测(测斜):共布设6个监测点,编号为QX1~QX6,选用 70PVC管,采用套环焊接固定在钢板桩上,并在底端加导流罩进行埋设,其中QX6为外排钢板桩上的监测点,其余5个监测点均安装在内排钢板桩上;

(3)围堰拉杆内力监测:共布设6组监测点,每组监测点安装上、下、左、右4个 10型振弦式钢筋计,以防止拉杆偏心受力,编号为ML1~ML6;

(4)堰体内砂石沉降监测:共布设5个监测点,用600mm长宽、20mm厚的钢板,中间垂直焊接一根长600mm的 16钢筋,周围再焊三根钢筋斜撑加固,制作成一沉降监测板,埋设于碎石面下0.5m处,编号为W15~W19;

(5)坞口支护支撑轴力监测:第一道布设3个反力计,编号为FL1-1~FL1-3;第二道布设3组支撑轴力监测点,每组安装2个 10型振弦式钢筋计,编号为G2-1~G2-3;第三道布设1组支撑轴力监测点,安装2个 10型振弦式钢筋计,编号为G3-1;

(6)坞口支护钢板桩顶水平位移监测:共布设8个监测点,其中内排3个,外排5个,编号为ZH1~ZH8。

以上监测点具体位置见图1。3.2󰀁监测成果及简要分析

3.2.1󰀁围堰钢板桩桩顶位移

(1)水平位移(垂直钢板桩朝围堰内方向为十向围堰外为一)

在围堰形成以后(2001年2月12日),就开始对围堰进行系统的监测工作,从围堰内侧抽水开始,钢板桩顶就一直朝围堰内侧方向位移,变化较大的两个点为W4、W11,即围堰中部。从图3中可以看出,在围堰内侧抽水阶段,其累计位移量分别为+299mm、+443mm;在搅拌桩、工程桩施工阶段,其累计位移量分别达+445mm、+623mm;而在坞口挖土阶段,其位移量较大,尤其在2002年3月28日,该两点水平位移日变量分别为+4.808m和+5.782m,坞口加固措施实施后,围堰渐趋稳定,并在后续施工过程中未再发生位移较大的现象。该两点最终累计位移分别为+6257mm和+7517mm。

相对而言,其它监测点位移较小,基本在+400mm+1500mm之间,且有从围堰中部往两端逐渐图3󰀁W4、W11水平位移变化曲线图

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减少的趋势,为了形象地反映出围堰顶部在历经较大变形后的具体情况,根据监测数据,精确地绘制出双排钢板桩顶部最终位置与初始位置对比图(见图

4),从图中可以清晰地看出围堰顶端各个部位的位移情况,中间部位明显大于两端,外排略大于内排,整个围堰形成一道完整的围护体系,每根钢板桩通过两边的锁口紧密地连接在一起,内、外排钢板桩通过五道隔箱及数十根拉杆连接在一起,共同抵御着由于内侧卸载及外侧潮位变化而产生的巨大侧向压力。

Fig.3󰀁HorizontaldisplacementchangingcurvesofW4&W11

图4󰀁围堰钢板桩顶最终位置与起始位置对比图Fig.4󰀁Comparisonbetweenultimateandinitialpositionof

thetopofsteelsheet-pilecofferdam

(2)垂直位移

由于自重及钢板桩弯曲变形的影响,造成桩顶标高均有不同程度的下降,且随水平位移同步发展,其中变化较大的也是W4、W11两点,最终累计位移量分别为-1453mm和-1255mm,其余监测点位移东合南岩土 geoseu.cn量基本在-80~-420mm之间。上海地质

󰀁#󰀁56󰀁󰀁#󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁总第86期

ShanghaiGeology3.3.2󰀁围堰钢板桩变形监测

整个围堰钢板桩均朝围堰内侧弯曲、倾斜,其中变化较大的为围堰中间部位两个点,即QX3、QX6,围堰圆弧拐角处两点QX2、QX4次之,围堰两端监测点QX1、QX5又次之。从图5、图6中可以看出,对内排钢板桩(QX3)而言,桩顶由于拉杆的作用,位移有所收敛(见图5),这也是内排钢板桩顶位移量小于

外排的主要原因;对于外排钢板桩(QX6)而言,钢板桩变形基本呈发散状(见图6)。内排钢板桩变形比外排要小,最大位移量分别为+5524mm和+

6983mm,均发生在距测斜管管口1m深度处;两监测点变化基本同步,主要都是在坞口开挖初期所造成的位移。

(a)围堰内侧抽水施工阶段(b)坞口挖土施工阶段

图5󰀁QX3位移变化曲线图Fig.5󰀁DisplacementchangingcurvesofQX3

(a)围堰内侧抽水施工阶段(b)坞口挖土施工阶段

图6󰀁QX6位移变化曲线图Fig.6󰀁DisplacementchangingcurvesofQX6

󰀁󰀁从每幅图中的(a)、(b)两个分图可以看出,对于同一个监测点而言,在坞口大开挖前、后两个不同的施工阶段中,位移量呈数量级变化,如QX3、QX6在围堰内侧抽水阶段累计位移量分别为+293mm、+394mm,这与前面提到的两监测点的最大位移量比较,要相差一个数量等级。其它4个监测点QX1、

QX2、QX4及QX5变化相对较小,最大累计位移量分别为+371mm、+1074mm、+2984mm、+431mm。

另外,在监测点布设时,为了使不同的监测项目之间有更好的参照价值,把部分桩顶位移监测点与钢板桩变形监测点布设在同一位置,如W4与QX3、

东合南岩土 geoseu.cnW11与QX6等均布设在同一钢板桩上,这样,根据

2003年第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁李新同:船坞施工中钢板桩围护技术与监测󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁相关监测数据可以较精确地推算出钢板桩桩底的位移量:W4监测点位置高出钢板桩顶部0.1m,而QX3测斜管顶部低于钢板桩顶部0.3m,故其1m深度处的监测点与W4监测点存在1.4m的高差,根据表1中的数据可计算出QX3监测点在6m深度范围内每米差异位移量平均值为199mm,从而可推算出该处钢板桩桩底的位移量为:

6257-(5524+1.4󰀂199)=+454mm

其中6257为W4监测点处钢板桩顶水平位移累计变化量;同样可推算出W11监测点处(因通视原因点位高出钢板桩顶部1.1m,QX6测斜管顶部低于钢板桩顶部0.3m)钢板桩桩底的位移量为:

7517-(6983+2.4󰀂350)=-306mm

围堰中部内排钢板桩桩底朝基坑内位移了454mm,而外排钢板桩桩底朝基坑外位移了306mm。围堰中部钢板桩因距东西两条隔箱钢板桩较远,且此处土层中第∃层灰色粘质粉土层面标高较低,钢板桩入土深度较浅,再则此处为钢板桩围堰合拢处,内、外排均用过异型钢板桩连接,故此处钢板桩变形较大,但整个围堰自始至终均未发生明显的渗漏水现象,且在坞口加固措施实施后未再发生位移较大的现象,故可认为钢板桩之间的锁口并未拉开,钢板桩虽然弯曲变形较大,但仍在其弹性允许范围之内,其材质并未产生质的破坏。

表1󰀁QX3、QX6两监测点6m深度范围内监测数据Tab.1󰀁Monitoringdatawithinthedepthof6MforspotQX3&QX6深度123456

5524532651254927294527

QX3

698366356290593955875231

QX6

图7󰀁ML4内力变化曲线图

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图7。

Fig.7󰀁RodstresschangingcurvesofML4

3.3.4󰀁堰体内砂石沉降监测

由于坞口打桩施工产生的震动及围堰钢板桩倾斜变形等原因,堰体内砂石始终呈下沉趋势,且沉降

量较大,其中变化最大的监测点为W17,即围堰中部,最终下沉-2129mm,主要发生在坞口开挖初期,即2002年3月28日,当日沉降量为-1754mm,而在其它施工阶段沉降相对较为平缓。其余监测点位移量相对较小,在-224~-435mm之间。

(5)坞口支护支撑轴力监测

在支护开挖过程中,由于内、外排支护钢板桩同时朝北位移,所以支撑轴力变化较为平缓,且上、中、下三道支撑受力较为均匀,其最大轴力分别为:第一道-910KN(FL1-3)、第二道-868KN(G2-2)、第三道-957KN(G3-1)。

(6)坞口支护钢板桩顶水平位移监测

内、外排钢板桩在来自围堰外侧的侧向压力影响下同时朝北位移,但位移量较小,一般情况下日变量在+2mm(朝北位移)左右,在换撑时有部分监测点日变量在+15mm左右,但最终总的位移量基本在+30mm左右。

(m)位移量(mm)差异值(mm)位移量(mm)差异值(mm)

198201199197202

348345351352356

3.3.3󰀁围堰拉杆内力监测

在坞口开挖之前,由于围堰位移相对较小,且内、外排钢板桩同时朝围堰内侧位移,所以拉杆内力并未发生太大的变化;但在坞口挖土初期,由于围堰发生突变,使得拉杆内力变化较大,其中ML4监测点变化最为明显,即围堰中部,其最终内力为+1114KN(受拉)。该点拉杆内力具体变化过程详见船坞施工因涉及到水工部分的内容,其工艺较复杂,不可预计的情况较多。现场监测人员克服种种困难,获取了大量的第一手资料,结合现场具体情东合南岩土 geoseu.cn况,总结出以下几点经验:4󰀁结语

上海地质

󰀁#󰀁58󰀁󰀁#󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁总第86期

ShanghaiGeology(1)围堰位移受潮位影响较大,某些重要施工(如坞口开挖)应避开高潮位期;

(2)围堰位移受内侧挖土卸载影响较大,故在坞口开挖过程中,在条件允许的情况下,可进行分段开挖,以减少围堰的暴露面积;

(3)坞口桩基施工时,应严格按施工程序进行,即先施工坞口方桩,后施工搅拌桩及压密注浆,否则搅拌桩容易被破坏;

(4)在坞口大开挖前,应先进行地下水降水工作,以释放打桩时产生的残余应力,减少开挖时围堰的突变量;

(5)在坞口开挖过程中,当挖至底标高后,在接下来的48小时内,其围护体系的位移最为明显,故应在第一时间内施工好垫层,进而施工好底板,以减少基坑回弹,从而减少围护钢板桩的位移量。

TheTechniqueandMonitoringofSteelSheet-pileBackstop

inDockConstruction

LiXintong

(ChinaShipbuildingIndustryInstituteofEngneeringInvestigationandDesign)

HePing󰀁LuJiahe

(JiangnanShipyard(Group)C0.,LTD.)

Abstract:Duringexcavationatdockopening,ascofferdam%sgreatdisplacementandbackfillingattheplaceofexcava󰀁

tion,double-bowsteelsheet-pileservedastemporarybackstopthatsettingthreefloorbracket,toexcavateaccordingtofloorandsection.Atthesametimetothemonitoringofcofferdamandbackstop,sothecofferdamcanbesafestrengthenthroughconstructionperiodofdockopening.

Keywords:steelsheet-pilecofferdam,backstopofdockopening,steelsheet-piledeformation,rodstress,crutchstress

城建文摘

年内上海市区将出现两大景观河

在第十一届世界水日到来之际,今年本市河道整治攻坚战全面拉开序幕。呼应苏州河整治工程的启动,苏州河南北两片骨干河道水质年内将基本消除黑臭。先行一步达标的杨树浦港水系、虹口港水系等骨干河道则将达到景观水标准。

在苏州河一期整治工程和中小河道综合整治的基础上,以苏州河南北两片350平方公里的骨干河道整治为重点,今年本市要实现7条骨干河道的全线贯通和三大水系的全面沟通。另外通过拆违、建绿、布景,建成漕河泾港、新泾港、北横泾、西虬江等一批特色各异的景观河段。本市还有21条河道将得到整治,重点项目有 五纵!东茭泾、桃浦河等,以及 四横!走马塘、蒲汇塘等,其中涉及工程项目24项,建设泵闸6座,工程总投资为17亿元。

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