钢板桩围堰设计与施工方案

1、钢板桩围堰设计与施工一. 工程概况1二. 工程地质条件2(一) 河流水文2(二) 地下水位2(三) 岩土的富水性及渗透性2(四) 不良地质2三. 主墩承台钢板桩围堰设计3(一) 材料3(二) 计算模型3(三) 计算条件3(四) 反滤层及垫层设计4四. 板桩围堰施工步骤4(一) 施工步骤：4(二) 施工注意事项5五. 钢板桩围堰体系抗渗分析6(一) 稳定分析主要验算以下几方面问题：6(二) 计算方法7(三) 渗透破坏8(四) 6#墩基底处理方案8(五) 5#墩基底处理方案8六. 施工监测监控及应急处理方案8一. 工程概况新光大桥全桥跨布置为（350）m+（177+428+177）m+（350）m

2、，其中引桥为350m的预应力砼连续箱梁，主桥为177+428+177m三跨连续刚架钢桁系杆拱桥，全桥桥长1083.20m。5#、6#墩位于珠江航道中，水深7.011.0m，观测高潮水位6.90m，低潮水位4.4m，流速1.02.0m/s，波浪小。承台尺寸为34.748.36.0m(顺桥向横桥向高)，承台底面标高-2.04m（承台已提高1.5m），砼采用40#高性能砼，工程数量：砼10056m (单个承台)，级钢筋852t(单个承台)。二. 工程地质条件(一) 河流水文本桥跨越南珠江,南珠江水位主要受西、北江洪水和潮汐的影响，椐浮标厂水文站近51年（1950年2000年）的潮位统计资料，最高潮水

3、位为1998年的7.53m，高潮平均潮位5.78m，低潮平均潮位4.40m。百年一遇设计水位7.69m。(二) 地下水位根据地质勘察报告，地下水位普通埋藏较浅，局部地段较深，所测得地下水为第四系孔隙水和基岩裂隙水的混合水位，水位埋深为0.002.54m，平均埋深为0.56m，珠江河水位平均标高为4.46m。(三) 岩土的富水性及渗透性1. 第四系孔隙水本场地第四系孔隙水主要赋存于海陆交互相沉积砂层 (2、3、4)及河流相冲积砂层(2、3、4)，分布范围较广，且有一定的厚度，地下水与珠江水水力联系密切，互为补给条件好，含水丰富，河流相冲积砂层的渗透系数为3.68m/d，砂层粘粒含量低的地段，其透

4、水性更强，属中等强透水层。淤泥、淤泥质土，冲积的粘性土、风化岩残积土及全风化岩层，透水性弱，富水性弱，属弱透水层。2. 基岩裂隙水本场地基岩为白垩系下统的粉砂质泥岩，有少量风化裂隙，构造裂隙及节理，基岩地下水主要为裂隙水，由于裂隙大多被泥质充填及连通性较差，故其富水性不大于0.5m/d，属弱透水层，但当基岩裂隙较发育时，地下水连通性及渗透性较好，其渗透系数为2.25m/d，属中等透水层。(四) 不良地质1. 饱和砂土地震液化本场地广泛分布有海陆交互相沉积的粉砂2、中砂3、粗砂4层及河流相冲积的细砂2、中砂3、粗砂4层，上述土层均为饱和状态，而饱和砂土受到震动有变得更紧密地趋势，但饱和砂土的孔隙

5、全部为水填充，因此这种趋于紧密的作用将导致土体中孔隙水压力骤然上升，相应地减小了土体间的有效应力，从而降低了土体的抗剪强度。在周期性的地震荷载作用下，孔隙水压力逐渐积累，有效应力逐渐减小，当有效应力完全消失时，土粒处于悬浮状态，此时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性，这种现象称为液化。2. 浅部砂土的管涌或流动 海陆交互相沉积的砂层及河流相冲积的砂层普遍分布于各墩台范围，而本场地地下水位埋藏较浅，上述两层砂孔隙比大，孔隙水的流通性良好，当进行基础承台开挖时，因水头差的变化，砂粒极易顺水带走，而形成管涌或流砂。三. 主墩承台钢板桩围堰设计(一) 材料1. 钢板桩：日本FSP-型（全新）

6、， 每根40017015.576.1Kg/m12m，面积=96.99cm，截面惯性矩38600cm /m，抵抗矩：W=2270 m /m，屈服点 =295 Mpa。2. 横撑：纵桥向水平撑首层为232a加缀板组合结构，第二四层为256a加缀板组合结构；横桥向水平撑第一四层为2根40a的槽钢加缀板组合结构；角撑第一四层为256a加缀板组合结构。3. 5#墩(6#墩)围檩第一四层为256a（256c）上下加 14(16)580钢板形成箱形结构。4. 竖向支撑：370x6钢管。5. 除钢板桩外的其余钢结构材质均为Q235C。(二) 计算模型 1. 钢板桩按不等跨连续梁计算，河床反滤层位置按土弹簧铰算

7、。2. 钢板桩满足抗弯的前提下，按不同抽水工况进行计算，设置水平撑。3. 水平支撑轴向压力为围檩支点的反力，支撑按两端铰结的轴心受压构件验算，并选择截面。4. 围檩按弹性支撑连续梁计算，并选择截面。5. 采用二维剖面渗流计算程序，分析钢板桩透水，桩底绕渗及砂层抗渗稳定性。6. 根据不透水层的有效重度与渗透力之比计算抗浮安全性。7. 根据钢板桩入岩深度的不同情况，计算围堰内最不利涌水量是否满足施工要求的可行性。(三) 计算条件1. 钢板桩设计水位按最高通航水位7.4m计。2. 每道支撑与钢板桩间通过围檩顶紧，此时计算水位为5.0m。3. 钢板桩容许应力为182Mpa，其余钢材均为Q235-C。4

8、. 第一道支撑因为要承受反滤层、垫层时对钢板桩的侧压力，需设置成为拉、压杆。5. 计算中对钢板桩截面抵抗矩取0.7的折减系数。6. 钢板桩底面标高按-13m计算，顶面标高8m。7. 立柱按入砂层深度计算摩阻力，承受荷载主要为支撑的自重。8. 验算考虑船舶波浪冲击力。9. 施工前对钢板桩处的地质做进一步钻探，复核已有的地质资料。(四) 反滤层及垫层设计1. 5#墩承台承台底下伏1淤泥层厚36.0米、4中砂零星存在，厚1.02.0米，以下为4 冲积粘性土、粉砂质泥岩残积土和1粉砂质泥岩全风化带。钢板桩均穿过1淤泥，4中砂，残积土，进入1泥岩全风化带，钢板桩底面标高-13.0米。其中部分地质孔位揭示

9、出没有残积土。2. 6#承台承台底下伏厚810 m3中砂、3细砂和1粉砂质泥岩全风化带。钢板桩均穿过3、3 进入1桩底标高-13.0米。由于地下水中的孔隙水主要赋存于海陆交互相沉积砂层(3)和河流相冲积(3)，分布范围较广，且有一定的厚度，地下水与珠江水水力联系密切，互为补给条件好，含水丰富。河流相冲积砂层的渗透系数为3.68m/d，砂层粘粒含量低的地段，其透水性更强，属中等强透水层。分析5号、6号基础地质条件，确定两个基础的围堰内均采用1.5m厚反滤层及1.0m砼垫层封砂土，并作导渗沟引水消压，释放水头差的静水压力。四. 板桩围堰施工步骤(一) 施工步骤：1. 第一步(1) 安装导向架，顺序

10、分步插打钢板桩，先合龙成闭合圈，后振动入岩至设计要求深度。在围堰上下游方向的一块钢板桩上各开一个d20cm的进出水孔，孔的位置略低于最低潮水位标高，使涨落潮过程中保持围堰内外水压平衡。在抽水时进行封闭。(2) 插打竖向支撑，将全部围檩和部分内撑杆件下放到水中，吊挂在钢护筒上，便于第二四层安装。2. 第二步(1) 低潮水位（+5.90m）时安装顶层内支撑；(2) 抽水水位维持在+5.0m高程，堵塞桩间缝隙止水；(3) 内填石粉厚1.5m反滤层，外抛砂袋，保持内外河床面基本平齐，以平衡内外土压力和防冲刷；(4) 抽水至+2.9m高程，外侧水位低于+5.0m时，安装第二道支撑。第二道横撑安装前外侧水

11、位不允许高于+5.9m。3. 第三步 (1) 先抽水至+1.10m，在低潮水位（+5.00m）时安装第三道内支撑；(2) 抽水至-0.70m时安装高程第四道内支撑；(3) 抽水至标高-3.04m，清除0.5m厚的反滤层至标高-3.04，设导渗盲沟、排水沟、集水井，浇注1.0m厚砼垫层；(4) 割除钢护筒、破桩头，基底检验。4. 第四步(1) 施工放样，绑扎安装底层钢筋网和第一段架立构造筋，安装第一层循环冷却水管，安装侧模，浇筑首层承台砼（厚1.50m），循环通水冷却。(2) 拆模后在每两根钢板桩加三道直径大于100mm圆木支撑，每道高差0.5m（代替第四层支撑），在砼与钢板桩之间回填砂。(3)

12、 拆除第四层水平支撑。5. 第五步 (1) 立侧模，浇筑第二层砼（厚1.50m），拆模后在每两根钢板桩加三道直径大于100mm圆木支撑，每道高差0.5m（代替第三层支撑），在砼与钢板桩之间回填砂。(2) 拆除第三层水平支撑。6. 第六步 (1) 立侧模，浇筑第三层砼（厚1.50m），拆模后砼与钢板桩之间设圆木支撑。 (2) 拆除第二层水平支撑。7. 第七步 (1) 立侧模，浇筑第四层砼（厚1.50m）；(2) 立模浇筑拱座砼；(3) 围堰放水使内外水位持平，拆除钢板桩围堰。浇注混凝土时设冷却管(二) 施工注意事项(1) 每道横撑均应按设计图要求与围檩焊牢，围檩必须与钢板桩贴紧点焊连接。且控制此

13、时围堰外水位标高为+5.0m以下。(2) 钢板桩间缝隙应采取措施堵漏，便于抽水施工。(3) 钢板桩围堰外侧抛填袋装粗砂或碎石防止冲刷，并在施工中定期检查冲刷情况。(4) 施工中要尽量减少对土层的干扰，以防破坏其承载力。(5) 整个施工过程均需进行施工监测，控制变形、应力、强度，保证结构安全，并对施工进行指导。(6) 钢板桩接长处做等强连接。(7) 钢板桩施工时应根据不同位置的地质条件确定最终打入深度，都应保证进入W3岩层0.5m，局部有困难的进入W4岩层一定深度。(8) 钢结构的连接严格按图纸施工，焊缝质量等级要求满足钢结构工程质量检验评定标准（GB 50221-95）中二级焊缝要求。(9)

14、施工前需对潮汐水位进行观测，建立记录档案，掌握其涨落潮规律，每道横撑安装前的抽水作业应避开每月的高潮水位，其中第二道横撑安装前的抽水期间最高水位小于+5.9m，第三、四道横撑安装前的抽水期间最高水位小于+6.8m。(10) 立柱的施工需打入岩层大于0.5m。(11) 为减小波浪力对结构的影响，施工中在航道侧在水面高度处设置横向杆件，用于干扰波浪的形成。(12) 横撑的拆架需在低水位时进行。(13) 封底混凝土完成后，立即在混凝土与钢板桩间设置木撑，每两根钢板桩加三道直径大于150mm圆木支撑，每道高差0.5m，并在砼与钢板桩之间回填砂。(14) 6号基础河床上部土层为砂层，透水性好，封底混凝土

15、施工完成后其抗浮力可能会较大，故在封底混凝土施工完成后迅速进行最底层承台的混凝土施工。五. 钢板桩围堰体系抗渗分析(一) 稳定分析主要验算以下几方面问题：1. 5#、6#墩围堰内的渗水量通过钢板桩接缝处及围堰底部渗入围堰内的水量是否在工程允许的范围以内；对于6#墩围堰还需考虑下部岩层是否存在裂隙渗水及如发生裂隙渗水，该部分增加的渗水量对施工的不利情况。2. 5#墩围堰底部土层的抗浮稳定性5#墩上层主要为淤泥层，下为强透水细、中砂层、岩层，由于其底部淤泥层以下的砂层与江水相通，在围堰内抽水的过程中淤泥层以上水压力降低，淤泥层以下水压力保持不变，成为承压水，因此，5墩主要是验算淤泥层抗浮安全稳定，

16、并考虑适当的工程措施，确保围堰稳定性。3. 6#墩围堰底部砂层的渗透稳定性6墩上部缺失淤泥层，砂层直接露头，因此主要验算砂层能否达到稳定要求，不产生流土破坏；同时，由于6墩底部砂层以下即为强风化岩层，钢板桩较难打入，故对钢板桩未进入岩层及进入岩层不同深度等多种情况进行了分析。(二) 计算方法1. 计算区域位于水中的钢板桩接缝漏水，可用人工塞缝方法解决，在此不作计算，主要分析砂中钢板桩接缝透水、因钢板桩打入深度不够引起的桩底绕渗。根据地层特点，采用二维剖面渗流计算程序为主，分析钢板桩透水、桩底绕渗及砂层抗渗稳定性。5#、6#墩钢板桩围堰处于珠江中心，四周临水，地层起伏不大。其他渗流计算区域取围堰

17、短边的一半，钢板桩按折算厚度取值，外侧取围堰短边长度的23倍，围堰外水位按7.0m取值。5#墩地层上覆弱透水淤泥层，下伏强透水砂层。根据地质报告，5#墩局部有粗砂层，分布较少，这对于抗浮稳定是有利的，但较无该粗砂层的情况会适当增加围堰内渗水量。6#墩上层为细砂或中砂，为强透水层，厚度-11m左右；下层为岩层，相对于上层为弱透水层，分布较均匀。2. 土层渗透参数5和6土层渗透系数计算参数表砂层渗透系数(cm/s)1.010-24.010-2岩层渗透系数(cm/s)4.010-44.010-5河床下钢板桩折算渗透系数(cm/s)5.010-5淤泥渗透系数(cm/s)1.010-7反滤渗透系数(cm

18、/s)0.53. 影响因素(1) 砂层渗透性的影响计算结果表明，砂层的渗透系数对渗流量影响最大。(2) 钢板桩前铺设土工布的影响在其他相同条件下，钢板桩前铺设土工布对渗流量和水平渗透坡降影响微小，但有利于降低垂直渗透坡降。(3) 钢板桩入岩深度的影响钢板桩入岩深度对渗流量和坡降影响较大，特别是在砂层渗透系数大的情况下更甚。因此，要求在打钢板桩时，必须有一定的入岩深度，从目前钢板桩打插施工现场上看，入岩深度有保证。(4) 围堰内侧填反滤料的影响围堰内填反滤料，既有利于保护渗流出口降低水力坡降，又减少渗流量效果明显。(三) 渗透破坏1、垂直抗渗比降（1）太沙基公式（2）扎马林公式 安全系数满足安全

19、要求。2、水平抗渗比降由于砂层上部有反滤料。因此，发生在砂层内部的管涌为水平管涌，计算其临界坡降，按太沙基公式，扎马林公式，安全系数完全满足要求。3、垫层抗浮托稳定分析当浇筑混凝土垫层时，需要验算垫层抗浮托稳定。这是由于浇筑垫层后限制了水头的释放。因此，需要在垫层下铺设导渗沟，将水流导出。抗浮托稳定计算在相同工况下，考虑了不同的导渗条件。根据不透水层的有效重度与渗透力之比计算抗浮安全性：考虑极不利的情况，即工况2，钢板桩未入岩，距岩面1m时满足安全要求。(四) 6#墩基底处理方案计算表明：围堰开挖至-3.04m高程处时，渗流量以及垂直、水平渗透坡降仍基本满足施工和安全稳定要求。当浇筑混凝土垫层时，由于垫层限制水头的释放，使垫层直接承压，造成垫层存在抗浮托的安全问题。在浇筑混凝土垫层之前必须在垫层底部铺设水平向导渗沟。因此，在确定砂层渗透系数比较大，即渗流量