钢板桩围堰施工方案

1、钢板桩围堰施工方案、工程概况望虞河大桥桥为中心里程为 K8+577.4,桥跨布置为6x25m+(53+85+53)m+4x25m主桥采用3跨变高度预应力碌连续箱梁，两侧引 桥采用25m先简支后连续部分预应力碌组合箱梁。下部结构为大体积承台， 柱式薄壁墩。基础为桩基础。二、施工方案的总体设计根据工地现场的实际情况、施工组织设计的总体工期安排，结合我单位 技术装备水平和现有设备、人员情况，我单位在望虞河大桥施工中拟采用如 下施工方案：主桥墩的水中钻孔灌注桩采用搭设水中固定平台施工方案，平台与岸边 通过栈桥连接，最后类似于陆上钻孔作业。主桥墩水下承台、墩柱(身)采用钢板桩围堰施工方案。主桥的7、8号

2、主墩各打设一个水中钢板桩围堰，钢板桩围堰尺寸定为：单个主墩为13mx 28m围堰的内侧距离河岸约18m,钢板桩选用德国拉森IV 型，7#墩采用长度为18m的钢板桩，8眦均采用长度为18m和24m的钢板桩因为根据此桥的水深、水文、地质等相关情况和我单位多年进行水中施 工的经验，我们对各类施工方案进行综合比选后认为：采用钢板桩围堰施工 方案与钢套箱围堰相比具有工艺简单、施工期间临时占用水面较小、安全、 施工风险易于控制等诸多优势。跨望虞河主桥采用悬浇挂篮施工，以保证河道的正常过水和通航。大桥的引桥施工位于陆地上，施工工艺较为简单，在此不作详细介绍。三、钻孔平台施工水中钻孔灌注桩采用搭设水中固定平台

3、施工方案，平台与岸边通过栈桥 连接，最后类似于陆上钻孔作业。1、水中钻孔平台及栈桥施工：(1) 、栈桥基础采用600m苗冈管桩，入土深度控制在4-6m,视栈桥位置 地质情况而定。上部采用贝雷梁、工字钢及方木组合，顶面铺设钢板。根据现场调查和施工要求，栈桥设置为 1跨18m,桥面宽度8m(2) 、水中钻孔平台采用800m苗冈管桩、入土深度同样控制在 4-6m。钢 管桩利用振动锤打桩，结束后，在每个管桩顶横放(方向顺主桥方向)双排I36工字钢或I40工字钢，上层放置贝雷梁。再利用角钢、U形卡等将贝雷梁与横梁工字钢、钢管桩连成一个整体。贝雷梁顶层铺设I25工字钢、最后在工字钢上铺设钢板、及焊接施工栏

4、杆等，形成一个大的施工平台。此后便可 利用吊车配合振动锤在平台上进行桩基的护筒埋设，进行钻孔作业。1.5m钻孔灌注桩采用2.0m钢护筒，利用振动锤完成护筒的埋设、拔除工作。桩 基钢筋笼可在岸上钢筋加工厂加工制作完成后，运至平台上，利用平台上的 吊车，下放钢筋笼。待主桥所有钻孔桩完成后，即可拆除固定平台，保留栈 桥，施工钢板桩围堰。2、单根钢管桩单桩承载力计算a、计算条件b、选用的钢管桩为u =600mm壁厚3 =8mnil勺敞口钢管桩，钢管桩材质为 A3钢。c、考虑到望虞河为人工开挖的新河道，河床底部淤泥层较浅，钢管桩打 入土层的深度按h=4 m来控制。d、计算过程e、根据人民交通出版社出版的

5、高等学校教材基础工程中有关桩基计 算的公式来进行验算。f、钢管桩因考虑到桩底闭塞效应及挤土效应的特点，按单桩轴向承载力 计算公式计算(1-1 )g、单桩轴向承载力Pj的计算公式为Pj = X s U Z"Li +入A。r公式中：当和hb/d s<5时入 p=0.16 x hb/d s xXs(1-2)当和hb/ds >5时入 p=0.8 x 入 s(1-3)钢管桩单桩轴向极限承载力入p桩底闭塞效应系数，对于闭口钢管桩入 p =1,对于敞口钢管桩,入p值参考公式（1-2）、（1-3）进行取值侧阻挤土效应系数，对于闭口钢管桩入 s =1,对于敞口钢管桩,h b桩底端进入持力层

6、的深度（m）取hb=4 md s钢管桩内直径（m）内直径u =0.6mA 一 桩底投影面积（讹）A=i2=0.283 m2U 一 桩的周长（而U =2 i=1.885 m(T R入s值参考教材中的取值，钢管桩内直径 U =600mm取入s=1桩底处土的极限承载力（kPa）本次计算取（T r=100 kPa桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i层土层中的长度（而本次计算年，取Li=3 m与Li相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力 （kPa）。本次计算中,通过参考地质资料及相关的数据，保守计算，取 Ti=25 kPa计算:因 h b/d s =4/0.6=6.67 ，所以取入 p=0.8 x 入 s=0.

7、8 x 1=0.8将上述各项参数代入公式可以计算得出:R =入 sUZ T i Li+ 入 pA(T R=1X 1.885 m X 3 m x 25 kPa+0.8 x 0.283 m2 x 100 kPa=1X 1.885 x 3 x 25x 103 N+0.8 x 0.283 x 90X 103 N=161.7X103N=161KN q16吨在搭设水中平台时，每个平台打设28根钢管桩，理论合计平台承载力为:P=161KF4<28=4508KN450吨。承载力满足施工要求。四、钢板桩围堰的设计与施工：水下承台、墩柱(身)采用钢板桩围堰施工方案。围堰尺寸定为：单个 主墩为15将28m钢板

8、桩选用德国拉森IV型，7眦采用长度为18m的钢板桩, 8#墩均采用长度为18m和24m的钢板桩。1、桥梁桩基、承台的相关参数：7#和8眦共计设计有36根直径为1.5m、桩长为75 m的钻孔灌注桩。桩 基标高参数为：7#主墩桩顶-9.263m、桩底-84.263m , 8#主墩桩顶-9.303m、 -84.303m。7#和8眦设计承台4个、每个承台基础为9根桩。左右幅承台尺寸为均 为10.3mx 10.3mx 2.8m。承台底面高程依次为：7眦承台顶标高-6.463m、 承台底标高-9.263m ; 8眦承台顶标高-6.503m、承台底标高-9.303m。07年8月份实测水位标高为+2.165m

9、,河床实测水深约为8.0m。08年3 月份实测水位标高为+1.4m,河床实测水深约为7.5m,推测主墩位置处河床底 标高约为-6.0m左右。2、地质资料情况介绍根据设计院提供的地质资料，结合主桥钻孔桩施工的钻进记录情况， 桥位附近靠7#墩一侧，白上而下为亚粘土层(-0.2m 62.2m),粉细砂层 (-62.2m 69.6m)。靠8#墩附近的依次为淤泥、亚粘土( -3.1m 6.7m)、粉 砂(-6.7m 17.4m)、亚粘土(-17.4m 19.8m)、亚砂土(-19.8m 28.5m)、 亚粘土(-28.5m 61.4m)及粉细纱层(-61.4m 74.4m)等。3、水文资料：设计最高通航

10、水位为+2.684m,最低通航水位为+0.714m, 07年8月份实 测水位为+2.1m。施工常水位按+2.1m,最高水位按+2.6m考虑。水的正常流速 按1.0m/s考虑。4、钢板桩围堰简介根据河床地质和水文情况及施工要求，初步确定围堰尺寸为13* 28作7#墩采用长度为18m的钢板桩，8眦均采用长度为18m和24m的钢板桩。钢 板桩为宽0.4m的拉森IV型。钢板桩顶标高为+3.0m，底低标高为-15m。7#墩 钢板桩入土部分为亚粘土层，8#墩钢板桩入土部分为粉细纱砂层。其内支撑 7#墩和8#墩均设置4道(详见另附图)，第1层围囹斜撑均采用2l40aH型钢， 第2、3、4层围囹均采用2l50

11、a工字钢，斜撑均采用钢管支撑，节点采用焊接(施工中严格执行钢结构施工规范)。5、钢板桩的设计因7#墩和8墩围堰尺寸相同，钢板桩顶标高一样，承台标高相差仅4cm,而内支撑材料形式一样，受力情况基本一致，由于8#墩地质为粉细纱，极易发生管涌，由于均采用封底，故可只分析验算其中受力复杂的8#墩围堰受力情况即可。(1) 、平面几何尺寸的确定主墩承台的几何尺寸为10.3mx 10.3m,左右幅承台间距为3.2m,考虑到 施工需要，主要体现在围堰打设方便、承台模板安装的作业空间，以及施工 期间围堰内的抽水、集水井设置等因素，最后确定围堰的打设平面几何尺寸 为13*28m这样，围堰距离承台碌边的距离为 1.

12、5m,满足施工需要。(2) 、钢板桩长度、入土深度确定根据望虞河现场的施工条件，结合水深、水流速度、桥位处地质情况、 钢板桩的施工工艺等因素综合考虑、7#墩采用长度为18m的钢板桩，8#墩均 采用长度为18m和24m的钢板桩。钢板桩顶标高为+3.0m,底低标高为-15m。6、钢板桩围堰的计算及验算为确保大桥主墩钢板桩围堰的安全，在围堰设计时，采用不同的方法队 围堰的稳定性、安全性进行验算，确保施工过程安全。第一种方法，建立近似的计算模型，采用计算机程序进行计算。8#主墩钢板桩围堰受力计算，详细的计算过程附后。第二种方法，采用传统的手工计算方式，通过参考相关的专业书籍、规 范、及计算手册，通过计

13、算，来确定围堰的稳定性、安全性，是否满足施工 需求。钢板桩围堰的稳定性验算(1) 、计算工况选定通过分析施工过程的工艺流程，结合理论知识，可以确定8号主墩的最不利情况下的工作状况为，水下吸泥工序已经完成，还未进行封底碌的施工。 此时，围堰内的土面比围堰外河床面要低 4.8m, 土压力达到最大，易失稳。(2) 、计算的理论依据及计算模型取1延米长的钢板桩为计算单元体，按板桩墙计算。通过参考相关计算手册、专业理论教材，确定按悬臂板桩的土压力计算 模型来模拟计算，土压力理论采用朗金土压力。计算时，考虑到此时围堰的 第1、2到围楝已经安装，对围堰的安全性有帮助，但在计算过程中，不参与 计算，相对保险系

14、数加大。按悬臂板桩的土压力计算公式来计算钢板桩的最小入土深度及围堰的受 力状况、稳定性等。粘性土：主动土压力: Ea= 丫 zm2 -2cm、 1 1被动土压力：Ep= 丫 z +2c_m2 m公式中：丫一 土的白重(KN/m)C 土的粘聚力(kPa ) U 土的内摩擦角z 一计算点距离土面的距离(m 5(3) 、计算参数的确定根据设计图纸提供的地质资料得知、主墩附近的详细地质参数取定如下：粘性土：白重 丫 =19kN/m 内摩擦角u =30°、粘聚力C=11kPa按照朗金土压力理论，查相关计算手册及通过公式计算可得：主动土压力相关系数：m=n （45°-出）=0.577

15、, m2 = 0.3332被动土压力相关系数：一=拍。（45° ） = 1.732 , 一 = 3.000 m2m2望虞河的正常水流速度v=1 m/s,河水的深度按8m计算8#墩承台底标高-9.303m，封底碌厚度取1.5 m计算，则封底碌的底标高 为-10.8m。钢板桩长度为18m,顶标高为+3.0m，底低标高为-15m,主墩位置 处河床底标高约为-6.0m左右，推算出围堰内外侧基坑高差为 4.8m。第2到围楝距离河床底的距离为5.0m,钢板桩封底碌底有效入土深度4.2m（4）、计算受力模型及工况示意图围堰外侧水及主动土压力围堰内静水及被动土压力（5）、计算过程 、围堰外迎水面钢板

16、桩水压力计算P 1= p WlP 一每延米板桩壁河床处水的压强（kpa）P叶-水的密度。P 1= p 由=108= 80kpa。h 水深（m迎水面钢板桩水压力合力Ea11E a1 h P1h2E a1 h 80 ； 8 m=320KN相对于第2道围楝的力臂Li =5-(1/38) =2.333 m 、围堰外侧封底碌标周至河床顶4.8m厚主动土压力合力Ea2根据朗金土压力计算公式：h2 =4.8m厚土层地的主动土压力Pa2Pa 2 = T h2 m2 = 19 x 4.8 x 0.333=30.37kpa。主动土压力合力Ea2Ea2= -T h2 2 m2= -X 19X 4.82x0.333=

17、72.887 kN 22Ea2作用点距离土层底的距离为1/3 土层厚相对于第2道围楝的力臂L2=5+4.8-(1/3 X4.8 ) =8.2m 、钢板桩封底碌底有效入土深度4.2m厚主动土压力合力Ea3h3 =4.8m厚土层地的主动土压力Pa 3拉应力与压应力得临界高度ho三,计算可得 ym.H 2X11 一 ho=2 m,可求得 h 3=4.2-2=2.2 mym 19X0.577Pa 3 = Y h3 m2+ Pa 2=19 : (4.2-2)】0.333+30.37=44.29 kpa主动土压力合力Ea3巳3=二 h3 】Pa 3= 2.2 】44.29=48.719 kNEa3作用点距

18、离土层底的距离为1/3 土层厚h3，= /%.2=0.733 m相对于第 2 道围楝的力臂 L3=5+4.8+2+(2.2-0.733)=13.627m 、围堰内水面钢板桩静水压力计算P i/= p vhP i/= p 曲=10於(8+4.8) = 128kpa。围堰内钢板桩静水压力合力EaiE bi。Pi/hi/2E bi。i28 i i2.8 m=8i9.2KNEbi作用点距离水面以下2/3水，则有合力点相对于第2道围楝的力臂L2,L i/ =5+ (4.8-i/3 X2.8 ) =i0.333 m 、钢板桩有效入土深度4.2m厚被动土压力合力E)2根据朗金被动土压力公式得：h2/ =4.

19、2m厚土层地的主动土压力Pb2/11Pb2/= y h=+2c ”m=丫 糖£+2三=i9X4.2X3.0+2XiiXi.732=277.504 kpa1被动土压力合力Eb2 =- Pb2/ h 2/ItU .E b2 =0.5 】277.504 】4.2=582.758 KN巳2作用点距离土层底的距离 为1/3 土层厚，则有合力点相对于第2道围 楝的力臂L3/L2/=5+4.8+ (4.2-1/3 4.2 ) =12.6 m(6)、稳定性判断 、在保持围堰内外侧水头差一致时，对第 2道围楝支撑处取力矩来 判断稳定性。 、围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为£MCa= MC

20、+ mg +MG_F v. +F v. +F y.=Ebl Li+ Eb2 L2+ Ea3 L3=320KN 2.333 m+72.887KN 8.2 m+48.719KN:13.627 m=2008.127 KN 、围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为:= MC1+ mc=Eb1；L1，+ Eb2； L；=819.2KN 】10.333 m +582.758 KN 】12.6 m= 15807.55KN安全系数 K=15807.55+ 2008.127= 7.81 > 2。通过验算，钢板桩封底碌底有效入土深度 4.2m,安全。 、当内外水头差3m时：围堰内水面钢板桩静水压力计算P 1

21、/p vhP i/= p 吊=10, (5+4.8) = 98kpa。围堰内钢板桩静水压力合力EalE bi =- Pi/hi,2E bi= : 98 : 9.8 m=480.2KNEbi作用点距离水面以下2/3水，则有合力点相对于第2道围楝的力臂L2,L i/ =5+ (4.8-i/3 9.8 ) =5.733 m围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为ISi； =MG+ MGi2.6 m=480.2KN ； 5.733 m +582.758 KN = i0095.74KN安全系数 K=i0095.74+ 2008.i27= 5.03 >2。安全7、钢板桩围堰施工：在此处键入公式。钢板桩

22、围堰施工流程：测量放线清理钢板桩设置导桩框架插打定位钢板桩插打钢板桩抽水设置第i、2道内支撑水下吸泥水下碌封底等股封底强度继 续抽水r设置第3、4道内支撑r堵漏r承台和墩身施工r拆除内支撑r拔除 钢板桩。完成设备进场，检查振动锤。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔 前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常。(1) 、钢板桩的整理钢板桩船运到场后，用一块长 1.52.0m类型规格均相同、锁口标准的 钢板桩对所有同类型的钢板桩做锁口通过检查，检查用卷扬机拉动标准钢板 桩平车，从桩头至桩尾进行。若发现钢板桩有弯曲、破损、锁口不合的均需 要修整，桩身扭曲及弯曲用油压千斤顶顶压校正。在施打钢板桩前

23、，在顶层内导环上用红线划分桩位，为不使钢板桩在插 打和搬运过程中弄错顺序，根据锁口套联情况，将钢板桩分为甲、乙两组， 再用红线标出。钢板桩两侧锁口均在插打前涂满黄油以减少插打时的摩阻力， 同时在不插套的锁口下端打入硬木楔，防止沉入时泥砂堵塞锁口，钢板桩插 打时发生跑位现象。夹板在板桩插打过程中逐副拆除。钢板桩的准备工作完成以后，从运输船上用25t汽吊转运上钻孔平台，按插桩顺序堆码。堆码层数最多不超过四层，每层用垫木搁置，垫木高差不 得大于10mm上、下层垫木中线应在同一垂直线上， 允许偏差不得大于20mm(2) 、导桩打设导桩选用60cm壁厚8mm勺钢管桩，长度拟为12m钢管采用打桩船配 D9

24、0振动锤沉设，原钻孔平台的钢管桩作为部分导向桩。(3) 、安装导梁在导桩上焊接210水平支撑，各水平支撑的顶标高相同，标高值初定为 +3.0m。在水平撑上安装导梁，导梁选用边线顺直的钢板桩。安装及调整导梁的 轴线及内边净距，将导梁与水平支撑临时焊接固定。(4)、插打第一根边桩施工时可选岸侧水浅、流速小的地方开始，第一根边桩的定位及双向垂 直度是控制钢板桩围堰位置及后期钢板桩施工的关键，施工时须从严控制。精确测设第一根边桩的方位，以此指挥打桩履带吊车的移位，定位后， 打桩锤的锤心必须与第一根桩的中心重合。起吊钢板桩呈垂直状态下完成插桩，考虑到水流的影响，第一根桩插设 时需留置一定的预留量。插桩稳

25、定后，精确复测桩的位置与双向垂直度，不 符合要求时需重新插桩，直至合格为止。第一根桩插桩稳定后，用挡块等顶塞调整后的空隙使钢桩稳固，间歇启 动振动锤，对第一根桩实施小位移量沉设，并跟踪复核桩体的垂直度，直至 桩体下沉入土超过3m后，方可连续沉设至设定的桩顶+3.0m的标高。(5)、其它钢板桩的插打顺着事先固定好的导梁依次插打其它钢板桩，钢板桩顺前一根钢板桩的 锁口插入，插桩到位后加塞固定，启动振动锤分次沉设至设计标高。钢板桩吊起后用人工扶持顺着前一块的锁口下插，当下插困难时，可采 用强迫插桩法，即桩吊起插入锁口后快速放松桩绳，借桩白重急下插入。项 目部采用带有液压夹桩装置的 D90振拔锤，能与

26、钢桩作钢性联接，可克服对 桩的摩阻力，下沉较快且桩尖不致上卷，提高钢板桩的防水性能和完好率。钢板桩沉设时，采用全站仪跟踪测量，随时检查钢板桩的偏位情况，当 钢板桩发生偏斜时及时用倒链校正，以利及时纠偏，当偏斜过大不能用拉挤 的方法调整时，应拔起重插。钢板桩插打过程中，可能遇到另外的问题有共连、扭转及水平伸长等, 在此将相应的预防措施及处理方法列举如下表：常见问题预防及纠正措施共连(施打时和已打入的邻桩一起下发生桩体倾斜及时纠正；先预留50cm,合拢后再打至设计标高。桩体扭转安装好桩帽，尽量保证桩体全截面受力均匀；水平伸长(沿打桩行进方向长度增小口能避免；施打时提前考虑伸长值，在轴线修正时纠(6

27、) 、钢板桩的合拢钢板桩围堰在合拢时，两侧锁口很难保证在一条直线上。此时采取的措 施为：在钢板桩合拢而剩下几组还未插打时，提前考虑合拢情况，可将围堰 短边的钢板桩全部插入导梁内，然后再逐次打设钢桩，由于水流影响或其它原因，采取上述措施仍无法合拢时，可以根据实际 需要制作异形钢板桩进行合拢。(7) 、钢板桩围堰的内支撑设置经验算，主墩承台的钢板桩围堰共需设置 4道水平内支撑，内支撑的设 计标高及使用材料见附件。、内支撑的设置时间4道内支撑根据施工受力验算的需要，分 4次进行设置：a、顶层内支撑钢板桩围堰合龙后，立即予以设置，以提高钢板桩围堰在抽水过程中的 整体受力效应。b、第2层内支撑钢板桩围堰

28、内抽水时，板桩须承受较大的内、外侧压力差，为确保施工安全，利用顶层内支撑的支撑，围堰内进行抽水至第 2层内支撑标高，待第2 层内支撑设置完毕后，围堰内继续抽水。c、第3层内支撑当抽水至第3层支撑标高后，同时，水下封底碌达到设计强度后，设置 第3层支撑。待第3层内支撑设置完毕后，才可以继续抽水至围堰底标高。d、第4层内支撑当抽水至最后第4层支撑标高后，即承台顶部时，设置第 4层道支撑。待第4层内支撑设置完毕后，方可进行下道工序的施工。、内支撑的设置方法围堰内抽水(抽水时要随时进行堵漏)至该层内支撑的设计标高下50cm处，维持围堰内的水面标高，焊接牛腿、安装围囹进行该层内支撑的设置。a、先在钢板桩

29、围堰内壁按测定的标高焊接内支撑圈梁的三角支撑，三角 支撑采用10#1钢制作，支撑顶面标高相同。b、起吊并水平安放由双拼50#工字钢焊接而成的圈梁，并连接固定，圈 梁与板桩之间的空隙可用铁块或硬木予以垫塞。c、吊车配合人工安装水平支撑，将水平支撑与圈梁焊接固定，以形成平 面桁架结构。(8) 、围堰内除土钢围堰内基础开挖，拟采用水下吸泥。采用的方法是：钢板桩合拢后， 安装了第1、2道内支撑后，然后采用吸砂泵进行水下开挖，并配潜水员水下 操作，吸泥至承台底下1.5米处，进行水下封底C25碌，碌的强度须达到90% 以上，方可进行下道工序施工。(9) 、围堰封底由于基底土层较软，为了防止抽水后，钢板桩围

30、堰向内滑移，同时为了 防止抽水后，基底发生隆起，须进行水下碌封底。按设计要求进行封底碌浇筑。浇筑封底碌前，检察内支撑的状况。采用 钻孔桩施工用的导管，进行水下碌的灌注，潜水员配合碌面找平。混凝土采 用汽车泵输送，人工按照事前制定好的浇注路线，吊车配合，移动导管，进 行灌注。碌浇筑完毕必，潜水员找平标高。等待碌达到设计强度的90%U上后， 再抽水进行第3、4道内支撑的施工。围堰内封底碌浇筑完毕，围堰内支撑设 置完，抽干水后，即可进行桩头的破除、检测。桩检合格后，找平承台地面，就可进行承台的施工(10) 、围堰抽水堵漏钢板桩围堰抽水，为确保围囹受力均匀，应将钢板桩与围囹之间缝隙用 硬木楔等塞紧。用3-4台4-6寸水泵抽水，在抽水过程中，应及时用过筛炉 渣、木屑、粘土(按比例1:1:1 )拌合物进行堵漏，漏缝较深时，将炉渣拌合 物装入袋内，到水下适当深度处倒炉渣