鐵路工程許多大型結構,如橋梁的墩臺,一般位于河流、湖泊或海峽中。若基礎底面離河底不深,可采用圍堰法在水中修筑基坑。即在將開挖的基坑周圍先建一道擋水的圍堰,把圍堰內的水排千,露出河床,這時就可在無水狀態(tài)下開挖基坑和砌筑基礎。在某些情況下,圍堰不僅起防水作用,同時還起著支持施工平臺和基坑坑壁的作用。
-一般圍堰應滿足以下要求:圍堰頂面應高出施工期間可能出現的最高水位0.7m,最低不
應小于0.5m,以免淹沒基坑。修建圍堰時,應考慮河流斷面被圍堰擠縮引起的水位提高,流
速加大,避免對河床和圍堰沖刷加劇,必要時應予以防護。圍堰要求防水嚴密,應盡量采取措
施防止或減少滲漏,以減輕排水工作。圍堰內部尺寸應與基坑尺寸相適應,能夠容納施工機
具、人員作業(yè)和模板安裝等。圍堰的斷面尺寸應滿足強度和穩(wěn)定性的要求,能抵抗水、土壓力,
不滑移,不傾覆。圍堰施工一般應安排在枯水期進行,且盡可能縮短工期,保證施工安全。
圍堰的種類較多,采用何種圍堰,應根據水深、流速、河床地質、流水斷面的壓縮量、航道要
求、基礎的埋深和平面尺寸、材料及設備供應等情況而定。下面介紹幾種常用的圍堰。
(一)土圍堰
土圍堰一般適用于水深在2m以內、流速緩慢、基底不滲水的情況。土圍堰的斷面一般
為梯形,可用任意土料筑成,但以黏土或砂類土較好,其厚度及四周斜坡應根據使用的土質、滲
水程度及圍堰本身在水壓力作用下的穩(wěn)定性而定。
土圍堰施工時應注意以下幾點:
(1)圍堰填土前,應清除堰底范圍內河床上的樹根、草皮、石塊等雜物,以減少滲漏。如河
床上覆蓋有易透水的泥砂,應將堰底下的泥砂先挖去,再填筑土圍堰。
(2)圍堰填土時,不可直接向水中倒土。應將土倒在已出水面的圍堰頂面前端,再順坡送
·22·鐵路橋涵工程施工安全與案例分析
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入水中,以免離析,水面以上的土層應分層夯實。
(3)如果修筑圍堰后,河水流速增大,必要時應在土圍堰外側邊坡上用草袋裝土、草皮或柴
排等覆蓋。
(4)圍堰內抽水時,應讓堰內水位緩慢、連續(xù)下降,使得河水中飄浮的細土粒在土坡形成一
層黏土屏障,以減少滲流量,當土圍堰采用砂類土以及當河床土層為透水土時,可在土圍堰外
側拋投黏土覆蓋,以減少滲流。
(二)草(麻)袋圍堰
草(麻)袋圍堰一般適用于水深2.5m以內,流速在1.5m/s以內,河床不透水的情況。草
袋內宜裝松散的黏性土,裝填量為袋容量的60%左右。草袋圍堰頂寬為1~2m,外側邊坡
1:0.5~1:1,內側邊坡為1:0.5~1:0.2,內、外圈堆碼草袋,中間用黏土填心;內側坡腳到
基坑頂緣的距離不小于1m。
草(麻)袋圍堰的施工要點:(1)修筑圍堰前,對堰底的處理與土圍堰相同。(2)施工時,要
求草(麻)袋的上下左右相互錯縫,并盡可能堆碼整齊,先堆碼內外圈草袋,再填筑黏土心墻。
(3)草袋圍堰修筑完后,在堰內抽水時,如果出現局部坍塌現象(如裂縫等),應停止抽水,在可
能坍塌地段,重新堆碼草袋,使其穩(wěn)定,或打木樁加固。
(三)木板樁圍堰
木板樁圍堰一般適用于水深在3m以內,河床為砂類土、黏性土等地層中。圍堰通常采
用單層的木板樁。為了防止漏水,通常在樁外側填筑一道土堤。由于木板樁的榫頭不夠密貼,防水性能還不夠好,故在現場必要時可用夾土雙層木板樁,兩層木板樁以拉桿連接。
與土圍堰和草袋圍堰相比較,木板樁圍堰的優(yōu)點:斷面較小,對河流過水斷面的擠壓不甚嚴重,抗沖刷能力也較好。板樁是打入河床的,可截斷一部分滲流,故其防水性能更好。
木板樁的施工要點:(1)應注意土層中有無阻礙木板樁打人的大塊石、樹根等雜物。(2)對于開挖深度較大的基坑,由于木板樁的打入深度有限,且板樁長度受板材及打樁設備的限制,所以現場有時不得不采用多級板樁圍堰。(3)全部板樁下到設計深度后,才可以排水及開挖基坑,在開挖基坑過程中可逐層架設頂撐或框架支撐。(4)木板樁圍堰在平面上應布置成帶分水尖的圖式,實踐證明:不帶分水尖的圍堰,其上游堰堤可能被沖垮,造成工程事故。(5)施工時,先打下定位樁,定位樁一般布置在最外側。再設置內導梁和外導梁,內、外導梁可用臨時墊木固定其間距,待板樁插到墊木附近時將其拆除,并將內導梁固定到已插下的板??梢詮慕菢堕_始,先插上游,在下游合龍。板樁下插時,應讓凸榫向前,以免泥砂堵塞凹榫。
(四)鋼板樁圍堰
鋼板樁是由鋼材輾壓而成的型鋼,一般適用于水深4~8m、流速大、覆蓋層較厚的砂類土、半干硬黏性土、碎石類土以及風化苔等地層中。當水深較大時,常用圍圖(以鋼或鋼木構成的框架)作為鋼板樁的定位和支撐。即先在岸上或駁船上拼裝圍圖,運至墩位定位后,在圍圖內插打定位樁,把圍圖固定在定位樁上,然后在圍圖四周的導框內插打鋼板樁。在深水處修筑圍堰,為了保證圍堰不滲水或盡可能少滲水,可采用雙層鋼板樁圍堰或采用鋼管式的鋼板樁圍堰。
與其他圍堰形式相比,鋼板樁圍堰的優(yōu)點為:鋼板樁抗彎強度較高,能承受較大的鎖口拉力。鋼板樁能穿過較堅硬的土層和各種障礙物,其長度也可隨要求焊接接長,故適用于深基坑和水中圍堰。鋼板的鎖口很緊密,不易漏水,防水性能好,占河道少,對河道的擠壓不嚴重。施工時操作輕便,且鋼板樁能多次使用。
鋼板樁圍堰的施工順序:一般先在圍堰的設計位置打若干定位樁,用螺栓把導向框固定在樁上,導向框由內外兩層組成,兩層之間的寬度即為板樁墻的厚度,然后插打鋼板樁,形成圍堰。安裝堰內支撐,抽干水后開挖基坑,修筑基礎。
鋼板樁下插之前,應用黃油填充鎖口,沿前進方向的底端應以木楔封閉鎖口,以防止泥砂堵塞鎖口。
插打鋼板樁的次序,對圓形圍堰,應自上游開始,經兩側至下游合龍;對矩形圍堰,從上一角開始,至下游合龍,這樣不僅可以使圍堰內避免淤積泥砂,而且還可以利用一部分水流沖走一部分泥砂,以減少開挖工作量,更重要的是保證圍堰施工的安全。例如:某特大橋的鋼板樁圍堰因為特殊條件限制,不得已在上游合龍,結果在臨近合龍之前,已插好的整個右半圈的板樁墻在瞬息之間被急流沖倒一邊,大多數板樁被撕破和扭歪,造成重大的工程事故。當全部鋼板樁逐根或逐組(如果起吊設備允許,宜將兩、三塊鋼板樁拼為一組)插打到穩(wěn)定深度時,再依次打到設計深度。
鋼板樁圍堰在合龍?zhí)幫纬缮险聦挼臓顟B(tài),這就使得最后一組板樁很難插下。常用的糾正方法是將鄰近一段鋼板樁墻的上端向外推開,以使上下寬度接近。必要時,可根據實際寬度測量尺寸制作一塊上窄下寬的異形鋼板樁。合龍時,先將異形鋼板樁插下,再插下最后一塊標準鋼板樁。
從圍堰內排水時,如果發(fā)現鎖口漏水,可在圍堰外拋投煤灰拌鋁沫,效果顯著。
鋼板樁系多次重復使用設備,基礎或墩身筑出水面后即可拔出鋼板樁,拆除圍堰。為了拔出鋼板樁的工作進行得順利,可將板樁與水下封底混凝土接觸的部位涂以瀝青,同時在拔出鋼板樁以前向圍堰內灌水,使圍堰內水面高出河水面1~1.5m,利用靜水壓力將鋼板樁推開,使其與水下封底混凝土脫離。必要時,可用打樁錘擊打待拔的鋼板樁,再進行拔出。鋼板樁頂應制備圓孔,便于連接起吊卡環(huán)。