《钢围堰设计与施工》讲义课件

围堰设计与施工目

录第一节围堰的结构形式和特点第二节钢围堰的一般构造第三节钢围堰主要施工工艺第四节某异型钢围堰设计实例第五节某双排钢板桩围堰设计与施工实例第一节

围堰的结构形式和特点1.1围堰的作用围堰的作用就是在基础位置处，临时围出一个范围，使此范围内基桩加承台形式的基础在施工时能避免水或土体的不利影响而正常进行。围堰的关键作用之一是起施工平台的作用。围堰的另一个重要的作用是在堰内抽水后的抗水头差。基础的承台施工，一般是根据围堰内抽水的情况下进行的。基础承台混凝土的浇筑施工，也可以利用围堰壁作为承台的侧模板。第一节

围堰的结构形式和特点1.2桥梁深水基础的特点基础所受的水平力，如水流冲击力、船舶碰撞力、水压力、水撞力、波浪力等，要比陆上或浅水基础大的多。深水基础的稳定性与安全性，一般常受水文条件控制，所以对桥梁深水基础来说，水文条件与地质条件具有同等重要的地位。深水基础除了需考虑环境水的侵蚀外，还需要考虑潮汐、洪水以及流水所夹砂石与流冰的直接碰撞、磨损等问题。第一节

围堰的结构形式和特点1.2桥梁深水基础的特点深水基础类型的选择不仅关系到基础造价的高低，还直接影响到桥梁工程的成败。深水基础应具有高抗自然灾害能力，这就要求其勘测设计时做大量、细致的勘测。深水基础属于水下隐蔽工程，其设计与施工时必须将水流流速、水深深度等因素及由水深所引起的其他约束条件联系起来综合分析，并采取相应措施。第一节

围堰的结构形式和特点1.3常用深水基础防水围堰的类型桥梁深水基础的修建，主要困难在于防水、防流沙，同时还要考虑防止冲刷、碰撞等因素。除沉井、沉箱基础本身具有防水功能外，管柱、桩基础施工常需配以防水围堰。用围堰配合施工的目的：在堰内施工和修筑基础时，使堰外和堰底的水和沙土不至大量涌进堰内，而是待基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵塞水流或航道，所以是施工临时性结构。第一节

围堰的结构形式和特点1.3常用深水基础防水围堰的类型桥梁深水基础的防水围堰大致有以下几种：钢板桩围堰、混凝土围堰、双壁钢围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰、锁口钢管桩围堰。其中，钢板桩围堰主要为单壁结构；混凝土围堰又分为重力式钢筋混凝土围堰和双层薄壁钢筋混凝土围堰；钢套箱及钢吊箱围堰又分为单壁、双壁以及单双壁组合式钢套箱。第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（1）钢板桩围堰钢板桩围堰是一种比较传统的深水基础施工方法。钢板桩围堰一般采用单壁的矩形、圆形等结构形式。特点：施工简单、快捷、成本较低的围堰形式。局限性：【1】由于是组拼式结构，整体刚度较小，因此其抗水流及冲刷能力差，不宜在流速较大的情况下使用；【2】由于其本身强度、刚度局限，在承台较深时，需设置强而密的支撑，对后续的承台及墩身施工干扰很大不宜在水位较高的情况下使用；第一节

围堰的结构形式和特点【3】因为要重复使用，不宜灌注封底混凝土，在既要满足底部支撑力，又要满足较小渗流的情况下，对河床提出了较高的要求，因此，不宜在透水性强，承载力小的地层条件下使用。但有时在透水性地层和深水中也使用该种围堰，同时设置封底混凝土，以防止底部沙、水渗进堰内，该围堰因为是重复使用，但由于其刚度和基底承载力的制约，适应的水深不大，适用于界于深水和浅水之间的桥梁基础使用，同时由于其堰内净距较承台大很多，封底混凝土使用量较大，一般在经过慎重的方案比选认为可行后使用。第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（2）钢筋混凝土围堰重力式钢筋混凝土围堰钢筋混凝土围堰的分类：薄壁钢筋混凝土围堰重力式钢筋混凝土围堰结构与沉井相似，一般用于岸上或浅水能筑岛的施工区域，是一种比较传统的围堰形式，根据钢筋混凝土的受力特点，一般以圆形结构为主，其同沉井的唯一区别为沉井是桥梁结构的一部分，而混凝土围堰仅是一种临时的施工围护结构，两者的施工方法相同，本文不再赘述。下面重点介绍薄壁混凝土围堰的结构及特点。第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（2）钢筋混凝土围堰薄壁混凝土围堰一般采用双壁结构，其结构形式以圆形居多，也有圆端形结构。该种结构的特点为：其一，需在岸上预制，因此在桥位附近需有码头并设有下水滑道；其二，由于其重量较轻，下沉困难，因此，仅适用于河床覆盖层较浅的水中区域；其三，由于需采用水下对接，因此其下沉需配备潜水员协助，对水流较大、较深的水域不宜实施第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（3）双壁钢围堰双壁钢围堰的特点：整体性好，刚度和强度大，围堰内无支撑，止水效果、抽水水头、抗水流冲击力和波浪袭击都较其他围堰优越。所以广泛应用于深水钻孔灌注桩基础施工中。传统的双壁钢围堰的首节围堰浮运需要大规模的船舶，定位也需借助定位船等。第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（4）钢套箱围堰主要施工顺序是：钻孔施工作业平台

埋设钢护筒

成桩

钢围堰施工。这样的好处是避免了首节钢围堰大规模的水上运输和定位工作，利用钻孔施工作业平台和钢护筒做导向，提高了钢围堰定位下沉和着床精度。另外封底混凝士和钢护筒的黏结作用提高了钢围堰抗浮能力，封底混凝土抗弯曲强度也大大提高。因为先成桩，此钢围堰常称为钢套箱（无底）或钢吊箱（有底）围堰。第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（4）钢套箱围堰钢套箱围堰按形状可分为矩形、圆端形和圆形，其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合式钢套箱。钢套箱结构形式的确定受多种因素的制约，如水文、地质、起重设备等。圆形围堰在水压力作用下，只产生环向轴力，可不设内支撑，因此能够提供足够的施工空间，另外，由于其截面可以导流，因此抗水流能力强，它适用于流速较大的深水河流的低桩承台施工。但是，由于承台尺寸一般为矩形，因此，其封底的截面面积较大，封底混凝土的量较大。第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（4）钢套箱围堰平面形状的确定主要受承台平面尺寸的影响以及水深的影响。当承台的平面尺寸长宽比小于1.5时，采用圆形围堰更为合理，但在水深大于15m的情况下，若采用矩形围堰，需加设多层内支撑，施工空间难以保证，同时也大大增加了钢材的用量，此时采用圆形围堰更为合理。第一节

围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（5）钢吊箱围堰当承台底面距河床面较高或承台以下为较厚的软弱土层、且水深流急时，修建桥梁深水桩基及承台时可采用锢吊箱围堰。钢吊箱围堰就是悬吊在水中的有底套箱，在修建桥梁深水桩基时，可作沉桩导向定位，沉桩完成后，在吊箱内灌注水下混凝土封底，即可浇筑承台混凝土。第二节

钢围堰的一般构造钢围堰由于高度大、平面尺寸大，因而其重量大，抗扭曲变形的能力不强。因此，大型钢围堰一般采用分节接高成形，逐渐下沉的方式安装、就位。为了减少安装重量，已成形部分在水中下沉的围堰应能自浮。所以深水大型钢围堰的堰壁一般采用可自浮的双壁形式。为使围堰能在土层中下沉，围堰必须要有足够的重量，故采用双壁形式，为在堰壁内填充必要的填充物提供了可能。第二节

钢围堰的一般构造围堰结构承受水头差或土体侧压力的作用，如果采用圆形结构，则受力合理，稳定性好，用材节省。而且圆形结构的抗扭曲变形能力是在所有平面几何形状中最好的。因此，深水大型钢围堰一般采用圆形双壁钢结构形式。第二节

钢围堰的一般构造双壁钢围堰主要由刃脚、堰身构成。第二节

钢围堰的一般构造双壁钢围堰主要由刃脚、堰身构成。刃脚采用楔体形状，便于围堰在土中下沉。刃脚形成楔形形状的斜板也是双壁间的封底板。堰身由内外壁板和隔舱板构成。内外壁板、刃脚斜板使堰身形成可自浮的舱体结构。刃脚斜板、内外壁板均在其舱体内侧面设有型钢加强肋。在内外壁板间每隔一定高度设置水平桁架托架，使内外壁板形成连接。除刃脚和堰身外，一些特殊形状的钢围堰还设有水平支撑。第三节

钢围堰主要施工工艺3.1钢围堰的施工任务完成钢围堰的制作下沉到位堰内清淤及清基封底混凝土的浇注堰壁混凝土的浇注堰内承台施工塔、墩身的施工第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序钢围堰底节制作→钢围堰底节下水、刃脚混凝土浇筑→导向船设施的布置、锚碇系统的布置、钢围堰底节浮运及在基础位的就位→在底节制作及下水后，与钢围堰其他施工平行进行的钢围堰块件的制作→钢围堰在水中的拼装及下沉→钢围堰着床→钢围堰清淤下沉、钢围堰接高、钢围堰堰壁混凝土的浇筑→钢围堰的着、嵌岩或钢围堰下放至设计要求的高程位置→钢围堰堰内清基→钢围堰堰顶平台的搭设→钢围堰堰内钻孔护筒的下放→封底施工设施的布置→封底混凝土的浇筑→钻孔施工、堰壁混凝土全部完成浇筑→堰内抽水→基桩桩头的处理→承台施工→塔、墩施工→围堰的切割、回收。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.1底节的制作由于底节是钢围堰拼装成形的基础节，其制作精度必须要达到较高的水准，所以双壁钢围堰的底节一般在岸上进行加工、制作。个别也有采用岸上加工、水中拼装制作成形。在制作前，要考虑到底节高度应达到的效果：围堰浮运稳定、围堰重量合适、围堰的吊装安全、围堰材料的下料尽量减少浪费等。为拼接方便，在底节围堰顶面设置了水平环板，可作为以后接高块件对接时的放置平台，并使对接有了调节偏差的余地。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.1底节的制作第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.1底节的制作第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.2拼接块件的制作双壁钢围堰块件制作较好的方法是立式靠模制作方法，即模拟围堰及围堰块件在基础位的立式放置状态，设置块件靠以定型的模架，使制作成形的块件可不经翻转而能吊至钢围堰进行拼装块件的制作。围堰的分节高度即块件高度应根据吊装能力及使板材下料尽量减少浪费的要求确定。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.2拼接块件的制作第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.3底节的就位（1）底节下水沿滑道下水浮吊吊装下水第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序沿滑道下水的方法是从围堰底节下开始铺设滑道延至深水中，然后采用卷扬机牵引或千斤顶顶推的办法使围堰滑入水中而自浮。此方法的水下轨道可使用潜水员进行水下安装。轨道入水长度要能保证围堰前端滑块在到达轨道尽头前，围堰前部已经自浮。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序采用浮吊吊装方法的前提是有足够吊装能力的大型浮吊。在岸上制作的围堰，如果在浮吊的起吊范围内，则可由浮吊直接吊入水中，否则可设置滑轨，先使围堰向水中方向滑到浮吊的起吊范围内，再由浮吊起吊、入水。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.3底节的就位（2）底节浮运就位在水中浮运的底节，可采用两种方式运至基础位。一种方法是在岸边先将围船体系内，并使二者连接，使钢围堰处于稳定状态中。然后将导向船、钢围堰整体位，并与锚碇系统连接，使导向船、钢围堰体系处于稳定状态中。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.3底节的就位（2）底节浮运就位在水中浮运的底节，可采用两种方式运至基础位。另一种方法是先将导向船体系浮运至基础位，并与锚碇系统连接，使导向船体系稳固。然后再将钢围堰底节浮运到导向船旁，接着在水流下游侧采用牵引、顶推方式将钢围堰运进导向船内。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.4钢围堰施工设施的布置（1）导向船体系的构造导向船体系是钢围堰抵抗水流的依靠和下沉的导向，且是锚碇系统布置和施工作业的平台。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序导向船体系可由两艘大吨位铁驳船及联结梁构成。联结梁将两船联结成整体。联结梁可由万能杆件拼成。在导向船与围堰之间设置导向架，使围堰平面位置得到控制，但不限制围堰的竖向下沉。导向架与围堰之间的接触面应使之尽量处于钢围堰的骨架位置上，且导向架上的接触面构造应采用橡皮、轵木等软性材料构成。导向船联结梁一般在岸边拼装。在拼装过程中，在两导向船之间的联结梁位置下布置临时船体以作为万能杆件梁体拼接、安装的支承平台。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.4钢围堰施工设施的布置（2）吊装设施的布置钢围堰的块件拼接、堰壁混凝土浇筑、堰内清淤、封底混凝土浇筑等施工都离不开吊装作业。由于吊装工作频繁，且几乎贯穿钢围堰施工全过程；另由于浮吊吊装费用高，且受导向船体系阻隔而使吊装范围受限，所以吊装工作一般采用固定吊装设备完成。主要的吊装设备为吊机。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.4钢围堰施工设施的布置（3）导向船体系的受力分析导向船体系作为施工平台，要承受各种施工荷载的作用。在导向船体系中，船体一般直接承受荷载。对于船体受局部荷载作用的情况，通过采取增加支承接触面、设置分布梁等处理措施，使船体受力在结构的容许范围内。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.4钢围堰施工设施的布置对于船体整体纵向受力的情况，由于一般采用大吨位、大长度和大自重的船体，其容许承受的荷载吨位一般大于基础施工中出现的要承受的荷载吨位。而且，各种情况所造成的弯矩应力相对于船体截面的承受能力，一般小的多。所以这种情况的船体受力和稳定状况都是安全的，一般只作验算，而不需要采取处理措施。即使通过验算发现船体受力或稳定状况不安全，也只是采取调整施工方案、对施工荷载加以限制的措施予以解决。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.4钢围堰施工设施的布置对于船体整体横向受力的情况，在船体所受应力方面，如前分析，因为有足够的范围可以分布，所以只要对作用荷载的传力分布得当，不管是拉、压荷载，还是弯矩荷载，船体结构总是能满足要求的。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.4钢围堰施工设施的布置对于横向稳定情况，由于船体自身抵抗倾覆的能力非常有限，故只能依靠导向船体系的整体抗倾覆性能。因此，联结梁结构的作用很关键。该结构通过传递应力而将两个单独的船体联成整体，从而大大增强了船体横向稳定性。为此，要对联结梁结构进行受力分析计算。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.5钢围堰锚定系统的布设钢围堰的锚定系统是为了使钢围堰及其施工平台在钢围堰着床前，能在水流中抵抗水流冲击力而布设的。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.5钢围堰锚定系统的布设（1）锚定系统构造：①导向船夹钢围堰体系；

②定位船；③主锚；

④定位船侧锚；⑥定位船拉钢围堰拉缆；⑧导向船尾锚；⑤定位船拉导向船拉缆；⑦导向船侧锚；⑨锚缆；锚碇系统的水中锚体一般可采用两种形式：一种是钢筋混凝土蛙式锚，一种是船只所使用的较大吨位的铁锚。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.5钢围堰锚定系统的布设第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.5钢围堰锚定系统的布设（2）锚定系统的布置对锚碇系统最基本的要求是：有足够的能力抵抗水流、风力等因素对钢围堰的不利作用，保证钢围堰系统在水中的稳定；不影响通航；不影响施工作业。另外，锚碇系应满足布置合理、简捷、费用节省、操作方便等各种要求。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.5钢围堰锚定系统的布设（3）锚定系统布置的实施①分批、分阶段抛设锚体、挂设拉缆。②以浮吊、拖轮、工作船、卷扬机为工具布设锚碇系统。③合理收紧锚缆。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.5钢围堰锚定系统的布设（3）锚定系统布置的实施定位船自泊定位→必要数量主锚、定位船侧锚、导向船侧、尾锚的抛设→导向船、钢围堰浮运就位，并挂、收必要数量的拉缆及已抛锚体的锚缆→第一阶段其他锚体、拉缆布设→用卷扬机收锚，并进行主、尾锚的对拉试验。通过收锚调整锚碇系统受力状态，保证受力均匀→视情况布设第二阶段锚体和拉缆。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.6钢围堰的拼接及下沉方式：边拼接边下沉块件的运输和吊装块件的拼接围堰在水中的下沉第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.7围堰的着床钢围堰着床的关键要求是控制钢围堰平面位置和垂直度的准确，以及控制钢围堰安全状态。由于围堰在覆盖层中的纠偏难度较大，故要求围堰着床定位淮确。定位调整钢围堰安全状态控制钢围堰不安全性体现在两个方面：一是未掌握水深变化情况及钢围堰将在覆盖层中的下沉情况导致钢围堰顶没入水中；二是床面高低不平造成钢围堰倾斜及偏位。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.8围堰内的吹砂清淤吹砂清淤是用大功率空压机分别为2~3根导管提供气举力。导管以吊机、浮吊吊动，伸入水中进行吹砂清淤施工。堰内覆盖土层经由导管被吸出至堰外。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.8围堰内的吹砂清淤第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.9围堰堰壁混凝土的浇筑堰壁混凝土是钢围堰结构的一部分，一般设置在从刃脚至承台面的全堰壁范围内。因为承台面以上围堰需要切割，所以承台面以上不浇筑堰壁混凝土。堰壁混凝土可增强围堰堰壁抵抗水头差的能力。钢围堰在土中下沉过程中，利用堰壁混凝土增加其自重，以增强围堰的下沉能力。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.10围堰的着、嵌岩围堰在砂类土层中下沉是比较容易的，但在接近于岩层的土层中下沉是比较困难的，因为这一类土层往往稳定性好、强度高。为满足钢围堰着、嵌岩的需要，要清除围堰内刃脚斜板下的较坚固土层和岩石。刃脚下土、岩体被清除后，围堰就能下沉着、嵌岩。围堰着、嵌岩在刃脚达到要求的高程后，围堰的下沉施工就完成了。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.10围堰的着、嵌岩围堰的着、嵌岩施工，可采用专用设备在刃脚下以高压射水方式射水，以清除刃脚斜板下的土层和岩石。也可采用钻机扫除的方式清除土、岩体，即在围堰顶提前安装基桩、封底等基础施工所用平台，利用平台安装钻机，以钻机沿围堰刃脚内周边钻孔。通过钻机钻头的扩孔，可将围堰刃肿下土、岩体清除。另外，还可采用在刃脚下爆破的方法除土和岩体。爆破施工应以专业队伍为主进行。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.11钢围堰的清基钢围堰下沉到所要求的深度后，在浇筑封底混凝土前，必须将堰内坚固土层以上松散土体清除出围堰，使封底混凝土浇筑在坚固的地基上，并使混凝土中不会掺人泥土，从而保证封底混凝土达到所要求的质量。清基仍利用吹砂清淤导管进行，通过清基将堰内松散土体清除到堰外。在清基过程中，必要时，应先采用高压射水等破除方式使土体变得松散，使清基工作进行得更彻底。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.12钢围堰封底混凝土的浇筑在着、嵌岩、堰顶钻孔平台搭设、钻孔钢护筒下放、清基等工作完成后，钢围堰的施工则需进行堰内封底混凝土浇筑这一工序的施工。根据钢围堰水下封底混凝土浇筑施工的特点，封底施工的难点和重点在于保证封底结构具有良好的连续性、整体性。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.12钢围堰封底混凝土的浇筑为了达到使封底结构具有良好的连续性、整体性的目的，封底施工必须达到下列要求：封底混凝土在满足设计强度及水化热控制要求的前提下，应具有良好的和易性，及以泵输送时的流动性、可泵性，其缓凝时间应尽量延长。确保压水成功。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.12钢围堰封底混凝土的浇筑根据混凝土的流动性能，通过数量、位置均合理的导管布置，通过各根导管浇筑时机的合理选择、浇筑量的合理分配，使堰内混凝土均匀上升，避免因局部堆积过高的坍塌滚动而产生混凝土离析。保证混凝土的连续足量供应，尽量加快浇筑速度，缩短浇筑时间，防止导管卡管、脱空而造成不得已的二次压水情况，从而保证封底混凝土连续一次浇筑成功。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.12钢围堰封底混凝土的浇筑第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.12钢围堰封底混凝土的浇筑第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.13钢围堰的抽水钢围堰水下封底施工完成后，进行基桩成桩施工。基桩施工完成后，应在较低水位状态下在堰内抽水，抽至承台底面以下一定高度，以便为此后的承台施工创造条件。抽水可采用抽水设备完成。第三节

钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.14钢围堰的切割及回收当索塔或墩身施工出水面后，可将承台面以上的钢围堰拆除。拆除采用在堰内水下切割的方法，分块切割完成。切割好的块件可以利用浮吊分块逐块地吊出水面，使切割的围堰得以回收。第四节

某异型钢围堰设计实例4.1工程概况某大桥主桥结构为五跨预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为90.5m+3×138.Om+90.5m，全长595.5m。主梁箱梁采用单箱单室，箱梁全宽为13.5m。4个主墩均采用钢筋混凝土实体墩，墩身采用上下行分离式，墩身截面尺寸横桥向6m，顺桥向4.58~5.OOm。承台为整体式，承台形状六边形，长为29.5m，宽为12.6m，厚度为4m。每个承台下设16根φ2.Om钻孔灌注桩，桩长分别为

70m和75m，钻孔灌注桩按梅花形布置。35~37号墩位于流水影响区，这三个墩设破冰体。35、36号墩承台采用钢围堰施工，施工时最高水位11.65m，江底主要为细砂、粗砂。第四节

某异型钢围堰设计实例4.1工程概况根据承台的形状和水文情况，采用异型钢围堰进行承台施工。围堰设计水深为13m，入土深度为3.5m，最大的抽水高差为16.5m。第四节

某异型钢围堰设计实例4.2钢围堰设计大桥35、36号墩承台处最高施工水位为11.65m。钢围堰为双壁双圆组合型，双壁间设加强圈23道，中间设支撑桁架23道，与加强圈相对应，加强圈间设加固角钢。第四节

某异型钢围堰设计实例4.2钢围堰设计第四节

某异型钢围堰设计实例4.2钢围堰设计（1）壁板及水平加强圈围堰身由内外两层壁板组成，均采用5mm厚的钢板。壁板竖向用63mm×63mm×5mm角钢作加劲肋，内外壁板上每隔0.5~2.Om设一道水平加强圈，共设23道。同一水平面上的内外加强圈间以角钢相连，形成水平环形桁架，使内外井壁组合成整体。内外壁板间距为1.2m。第四节

某异型钢围堰设计实例4.2钢围堰设计（2）隔舱在内外壁板间设竖向隔舱板，在平面上把钢壳分成28个不相通的舱。隔舱板采用5mm厚钢板，隔舱板布置水平角钢加劲肋。设置隔舱板的目的：便于围堰在水中悬浮期间向舱内灌水，保证下沉时围堰的稳定，以及沉落至河床时能分舱灌水或灌注混凝土，以适应河床面的高差和调整围堰的倾斜度。第四节

某异型钢围堰设计实例4.2钢围堰设计（3）刃脚35号墩双壁钢围堰需通过3.5m覆盖层，刃脚尖部受力情况较为复杂，即在入土过程中受到向外的挠曲作用；下沉就位后，在各种工况中会受到向内的挠曲作用，故应予以加强。在钢围堰刃脚刃尖部分1.9m高度范围内，内外壁板加厚至8mm，且用C55细石混凝土将刃尖填实。第四节

某异型钢围堰设计实例4.2钢围堰设计（4）水平支撑本钢围堰形状为双圆组合形，其结构受力情况与圆形钢围堰有很大差别，围堰在水压力作用下会产生多种弯矩。为了抵抗中部压力，中间设支撑桁架23道，与加强圈相对应，以减小水压对围堰产生的侧压力。4.3钢围堰的受力分析（1）计算模型钢围堰材料采用低碳结构钢Q235：弹性模量E=2.1×105MPa；泊松比=0.3；屈服极限=235MPa。静力计算采用有限元软件MIDAS；整个结构的计算模型共有4513个节点，9155个梁单元，4260个板单元。第四节

某异型钢围堰设计实例4.3钢围堰的受力分析（1）计算模型第四节

某异型钢围堰设计实例4.3钢围堰的受力分析（2）静力计算结果根据施工情况，最不利工况为承台浇筑施工，即抽干围堰内的水，未封底耐的围堰受力情况。围堰外壁的水头差为16m。钢围堰的支撑桁架和壁间桁架最大杆件的应力为127.3MPa。钢围堰壁板的最大应力为64.6MPa。此外，还计算了钢围堰的变形情况，最大变形为3.06mm。第四节

某异型钢围堰设计实例4.3钢围堰的受力分析（3）抗浮稳定性验算在钢围堰封底混凝土浇筑完毕并达到一定的强度之后，解除钢围堰强大的锚固系统，对此应进行钢围堰抗浮稳定性计算。计算的上浮力为：本设计钢护筒与封底混凝土之间的粘结力取6.7×104kg/m2，钢护筒摩阻力钢围堰抗浮性能满足要求。第四节

某异型钢围堰设计实例4.3钢围堰的受力分析（4）封底混凝土抗剪验算封底混凝土周边（沿钢围堰内壁）的剪切面积：封底混凝土底面所承受的压强：封底混凝土的自重：作用于封底混凝土底面的净竖向压力：封底混凝土所受的剪力：满足要求。第四节

某异型钢围堰设计实例4.4计算结果分析通过对钢围堰的计算分析，可得出下列结论：为保证异型双壁钢围堰中部不致因水压力过大而变形，中间设23道水平支撑桁架结构的措施是合理的。计算中发现，采用增大壁板厚度的方式可以明显减小结构的受力，而增大加劲杆截面面积的方式对于减少整个结构受力并不明显，因为加劲杆主要起传递剪力、使内外壁共同受力的作用，对于减少结构的整体受力并不明显。第四节

某异型钢围堰设计实例4.4计算结果分析通过对钢围堰的计算分析，可得出下列结论：双壁围堰夹壁内填充混凝土较填充水可有效减少结构的最大应力和变形，有利提高结构的刚度和稳定性。施工中在围堰底部的5m范围内，外壁之间灌人混凝土以减少局部应力。双壁钢围堰内、外壁间设置横隔板对减少变形有显著效果，横隔板有很大横向支撑作用，设置横隔板可提高围堰的整体刚度。第四节

某异型钢围堰设计实例一、软基围堰型式及特点二、钢板桩简介三、瓯飞水闸围堰设计情况四、瓯飞水闸围堰施工情况

五、钢板桩围堰施工注意事项六、后续事项建筑材料：抛石+闭气土方；充砂管袋+抛石+闭气土方。基础处理方式：排水插板；

2）碎石（砂）桩；3）混凝土桩；

4）爆破挤淤。曹娥江大闸土石围堰基坑总面积90万m2(1350亩），围堰总长2850米龙湾二期吹砂管袋围堰格形钢板桩围堰；双排钢板桩围堰；单排钢板桩围堰；钢管桩围堰；组合型钢板桩围堰。戍浦江大闸钢管桩围堰钢板桩围堰基坑开挖–桥地钢梁下板围停桩堰车码围头堰–外墙通过对各围堰型式的安全、工期、经济等进行综合比较分析，瓯飞一期围垦工程水闸围堰结构型式推荐采用双排钢板桩围堰。钢板桩是通过热轧或者冷弯工艺轧制成片状的钢桩体，桩与桩之间通过锁口相扣连成整体，以承受水平力为主的挡土、水的围护结构。承载力高：钢材分布在中性轴两侧，充分发挥了钢材的力学性能。施工速度、起效快：显著节省工期。止水性能优越：钢板桩拉森锁口间隙很小，且在受力后能相互锁紧，具有良好的止水性能，在10m以上水头下确保基坑干作业施工。经济：材料可回收反复使用，在临时工程中，可重

复使用可达20多次，与砼等支护方式相比，造价低，如考虑工期成本，则更经济。环保：对地下水、施工场地无污染，工程完成后拔除，是绿色建材；不取土，少占土地，有效保护土地资源。施工简便：能适应不同的地质、土质的环境；操作简便，打桩机械通用。作业高效：较适用于快速实施防洪、塌陷、流沙、地震等救灾抢险与预防。热轧：热轧形式将H型梁异形坯通过复杂的轧制过程制作。热轧钢板桩包括U型、Z型、Omega型、直线型和组合型。冷弯：通过折弯机将钢板或钢卷弯成所需要的截面形状。冷弯钢板桩包括U型、Z型、Omega型和组合型。热轧钢板桩：单价相对较高；截面合理，可加厚翼缘和锁口，具有良好的力学性能；可生产的钢种强度级别、厚度范围广；加工过程中产生的应力小。冷弯钢板桩：价格比热轧便宜，定尺控制灵活；因加工方式限制，桩体各部位厚度相同；受冷弯加工设备能力制约，生产钢种强度级别、厚度品种，相对热轧要少一些；冷弯加工过程中产生的应力较大。钢板桩设计时，根据建筑物功能不同，需关注：抗

弯性能；抗压性能；抗剪性能；止水性能；耐久性。瓯飞一期围垦工程水闸围堰属于双排钢板桩围堰，设计时主要考虑抗弯、止水和耐久性。Wx

(cm3/m钢板桩简介-截面模量Max.

Wx

(cm3/m)

approximately:3

2005

00046

50045

000U-type:Z-type:HZM/AZ:Pipe/AZ:Applications:临时工程、浅开挖及挡土墙结构:

Wx<2

500海港工程(<12.0m吃水深度/深开挖:

Wx<5

000大型码头墙/深水围堰:

Wx

>5

0002014/5/7Hank

ChanSection

modulus

Wx

per

type

ofsheet

pile

solution0U-type50,00045,000465004500040,00035,00030,000)25,00020,00015,00010,0005,00032005015Z-type48004000HZM/AZPipe/AZ12钢板桩锁口止水：位于土中临时性的基坑围护：拉森锁口不需处理即可满足正常施工要求。水位高的封闭结构（10m）：应涂沥青基的止水材料（已有经验方法）。对渗水要求严格的结构：应涂遇水膨胀型止水材料。钢板桩的止水性能钢板桩锁口漏水补救措施：锁口内塞橡胶条、棉絮等；在结构外侧水面撒锯末、灰渣等，顺水流进入锁口孔隙；从上向下倒入细砂。环境友好型高性能密封材料。（属于硅烷改性聚合物(MS-聚合物).）高潮位低潮位钢板桩的耐久性钢板桩在水中的腐蚀钢板桩在海水中的腐蚀情况单侧的平均腐蚀速率腐蚀速率低（大气中）腐蚀速率高（浪溅带）腐蚀速率低（潮差带）腐蚀速率高（低水位区）腐蚀速率低（海水埋藏区）腐蚀速率低（海床中）腐蚀速率设计使用年限5年25年50年75年100年一般淡水（河，运河等）0.15

0.55

0.901.151.40污染严重的淡水（下水道，工业排污口等）的侵蚀区0.30

1.302.303.304.30温带气候时海水（低潮和浪溅带）侵蚀区

0.551.903.755.607.50温带气候时海水的永久沉浸区或者高潮线与低

0.250.901.752.603.50潮线间的区域备注：最高腐蚀比速率通常发生在低潮时的枯水位区和浪溅带，然而，大多数的例子发现最大的弯曲应力都发生在永久沉浸区。表中的5年和25年数值为实际测量取得，其余值均为外推得出。钢板桩的耐久性（钢板桩在水中的腐蚀）推荐的板桩受到淡水或者海水的侵蚀作用而腐蚀掉的厚度值[单位：mm]钢板桩在土中的均匀腐蚀情况： 腐蚀速率一般为0.10-0.20mm/年影响腐蚀的因素：不同性质的土层分布：回填土材质；可溶性盐（Clˉ，SO4ˉ）的含量；含水率，以及地下水位；原状土的电导率；土壤的酸碱性；土中细菌的活性(硫酸盐可以减少细菌);泥炭层的存在对腐蚀影响很大.钢板桩的耐久性钢板桩在土中的腐蚀在大气中回填土中（地下水位以上）原状土中（地下水位以下）土侧的腐蚀速率（mm/年）设计使用年限5年25年50年75年100年原状土（砂，淤泥，粘土，片岩等）0.00

0.3

0.60.91.20000受污染的原状土和工业场地0.15

0,71.52.23.00505富有侵蚀性的天然土（沼泽，湿地，泥炭等）

0.201.01.72.53.25050不密实和不富有侵蚀性的填土砂，淤泥，粘土，

0.180.71.21.72.20片岩等）000不密实和富有侵蚀性的填土（灰烬和矿渣等）

0.502.03.24.55.75钢板桩的耐久性（钢板桩在土中的腐蚀）板桩受到土的或者土和地下水的侵蚀作用而腐蚀掉的厚度值[单位：mm]根据瓯飞一期围垦工程钢板桩围堰的结构功能，优先考虑钢板桩的桩长、截面模量、桩厚等参数，选择U型冷弯钢板桩。北2#闸北1#闸东1#闸南1#闸南2#闸北堤:长4.30km东2#闸东堤:长28.85km南堤:长3.51km1#隔堤:长2379m2#隔堤:长3039m3#隔堤:长4056m工程总平图瓯飞一期工程围垦面积13.28万亩，工程由海堤、水闸等建筑物组成，海堤分南、北、东堤。水闸净宽底高程（m）流量（m3/s）北1#闸10孔×8m-2.01240北2#闸6孔×8m+16m-3.0641/1016东1#闸3孔×8m-3.0445/501东2#闸5孔×8m-3.0754/772南2#闸6孔×8m+16m-3.0803/1002南1#闸10孔×8m-2.01309南、北1#闸为10孔×8m；南、北2#闸为6孔×8m+16m通航孔；东1#闸为3孔×8m，东2#闸为5孔×8m，总净宽352m。水闸布置南1#闸南2#闸东2#闸东1#闸北1#闸北2#闸水闸工程基坑特性表项目名称涂面高程(m)基坑范围(m)基坑面积(万m2)北1#、北2#闸-2.6～-3.2257×42210.8454东1#闸-3.1～-3.5236×1403.3040东2#闸-3.1～-3.5236×1603.7760南1#闸-1.0～-1.9257×2105.3970南2#闸-2.9～-3.5257×2025.1914北1#、北2#闸相距较近，在一个基坑内施工。水闸围堰按汛期20年一遇标准设计，采用钢板桩与土石围堰结合。围堰布置在软基上，基础差；围堰施工工期控制在1年左右，方能满足本工程第五年龙口合龙的阶段目标；围堰需经历3~4个台汛期；围堰圈围形成的基坑，如同孤岛，远离陆地，施工条件恶劣。安全

进度

经济施工区风速小于6级的天数采月份2010年2011年2012年平均115121414211161414312171615415181817520232021616141515710688812779910161514101215181511171519171212111111用灵合昆计测风站每16年2

实测的风17力0

在4级以1下75的时间作1为69参考王宅三都南村罗山度山莘睦镇龙湾二期围涂工程潮位设计参数

采用附近的龙湾、洞头、瑞安、上关山四个潮位站的资料分析。设计潮位成果表类别

位置各频率设计潮位(m)1%2%5%10%20%年最高工程北部5.445.164.794.524.24工程南部5.345.074.724.464.20非汛期工程北部4.384.284.144.023.90最

高工程南4.284.174.033.923.8由于南北相部距近30km，设计潮位从工程北部到南部分别采用。工程北根据开工后的第5年11月（即2017年11月）进行堵口合龙进行倒排，分析水闸施工工期，从而确定围堰允许施工工期。北1#、北2#闸和东1#闸（北片工程）计划在2013年6月底开工，南1#、南2#闸和东2#闸（南片工程）计划在

2013年11月底开工，堵口合龙计划安排在第5年11月（2017年11月）进行。各水闸施工围堰允许施工工期分析表项目东1#闸东2#闸北1#闸北2#闸南1#闸南2#闸单位月月月月月施工准备22222围堰允许施工工期20.914.814.710.512.4基坑排水、基础处理及水闸施工27.127.233.331.529.6围堰拆除22222合龙前验收11111合计5347534747建筑物级别设计潮水标准按4级建筑物考虑，结构设计采用3级建筑物标准。围堰设计防潮标准，采用20年一遇高潮位4.79m。设

计

标

准设

计

原

则采取“挡潮不挡浪，允许越浪但须保证结构安全”的原则，降低围堰高度。采取基于性能的设计理念，充分发挥钢板桩围堰的柔性，“两个水准，两个阶段”的设计原则。设

计

原

则“两个水准，两个阶段”➢在正常使用工况，即遭遇常遇高潮位和波浪时，要求围堰顶部基本不发生水平位移；➢在极端不利工况，即遭遇设计高潮位和同频率波浪时，允许围堰顶部有少量位移，但须确保围堰整体安全。围堰堰顶按设计潮位加安全超高确定，允许越浪，但需加强围堰顶部和背水坡保护。围堰单位设计潮位安全超高堰顶高程防浪墙顶高程北1#、北2#闸m4.790.75.506.30东1#、东2#闸m4.790.75.506.30南1#、南2#闸m4.720.75.506.30东1#闸涂面高程较低（-3.50m左右），地基土层物理

力学指标较差，受风浪影响较大，故采用东1#闸为典型闸，对围堰设计方案进行比选。围堰方案比选序号方

案土石围堰钢板桩围堰防渗体系基础处理方式钢板桩防渗墙闭气土防渗排水插板预制管桩1排水插板基础处理闭气土方防渗土石围堰√√2排水插板基础处理钢板桩防渗土石围堰√√3预制管桩基础处理闭气土方防渗土石围堰√√4预制管桩基础处理钢板桩防渗土石围堰√√5双排拉森钢板桩围堰√方案一方案二方案三方案四方案五方案围堰 围堰投资 工期(万元)

(月)优点缺点方案一：排水插板基础处理土方防渗土石围堰172161、投资较省；17.7

2、省内水利工程应用多。1、工期长，仅满足东1#闸施工围堰允许工期，超出其它水闸施工围堰允许工期；2、工期受料场供料影响较大。1930815.2相比常规1、工期较长，仅满足东1#闸施工围堰允许工期，接近北1#、北2#闸施工围堰允许工期，超出其它水闸施工围堰加载工期缩短。允许工期；2、投资较大；3、工期受料场供料影响较大。方案二：排水插板基础处理钢板桩防渗土石围堰1444817.6

投资最省。1、工期长，仅满足东1#闸施工围堰允许工期，超出其它水闸施工围堰允许工期；2、工期受料场供料影响较大；3、施工程序复杂，抛石填筑施工时钢板桩防渗墙可能产生一定的破坏；4、省内类似水利工程中无应用。方案围堰 围堰投资 工期(万元)

(月)优点缺点方案三：预制管桩基础处理土方防渗土石围堰25109工期短，满足10.5

各水闸施工围堰允许工期；投资大。方案四：预制管桩基础处理钢板桩防渗土石围堰205568.31、工期短，满足各水闸施工1、投资较大；2、施工程序复杂，抛石填筑施工时可围堰允许工期；能破坏钢板桩防渗墙；2、安全性好。

3、省内类似水利工程中无应用。方案五：双排拉森钢板桩围堰1647910.41、工期短，满足各水闸施工2、安全性好；3、投资较省。软基上的大型钢板桩围堰在省内水利围堰允许工期；工程中刚开始应用，施工经验不足推荐方案：双排拉森钢板桩围堰比较方案：常规土石围堰围堰方案比选1、钢板桩围堰每隔30m设置一个隔仓；2、围堰整体布置上需要设置刚性节点；3、围堰和水闸施工的安全岛。4、下基坑道路布置在左右岸土石围堰上。龙湾二期围涂王宅三都南村罗山度山莘睦镇布置5个施工平台，平面尺寸80m×150m（B×L）。1、外海侧围堰段增加防冲保护措施；2、下基坑道路布置在左右岸土石围堰上。除东1#闸外，其余各闸如采用土石围堰方案，其工期均不能满足要求。推荐瓯飞水闸采用双排钢板桩结合土石方压护的结构形式。北1#闸、北2#闸钢板桩围堰平面布置图北1#闸、北2#闸钢板桩围堰标准断面图海堤段围堰标准断面图施工特点工程属外海无掩护水域施工。施工水域水流条件相对复杂。钢板桩所处地层主要为淤泥，地基含水量高，承载力差。施工区域涂面高程在-3.0m左右，船机水上作业的时间较短。同时段、同区域内施工船机较多，水上施工的安全非常重要。围堰施工需要经历台汛期，确保堰体度汛安全是围堰施工成败之关键。瓯飞围堰施工特点和施工条件施工条件材料供应：本工程所需的各类材料均需水运至施工现场。交通：人员通过交通船往返施工现场和岸上基地。水电供应：现场设发电机组供电；生活、生产用水采用船运，现场设储水桶或蓄水池存放。自然条件：该施工区域属于外海无掩护区域，受风

浪影响较大；上部土层含水量大，施工期间沉降量不易控制；可露滩作业的时间和可满足施工船舶水上作业的时间较短。瓯飞围堰施工特点和施工条件钢板桩施工时要求风力≤6级，平均每月施工14天。围堰施工条件施工准备插打钢板桩插打PHC管桩淤泥开挖、吹填砂垫层土堰段钢板桩围堰段围檩和钢拉杆安装堰外抛石回填抛石护脚护面堰内土方回填堰顶保护PHC桩顶碎石垫层及土工布排水插板施工抛石填筑及护面保护运营期监测、维护围堰拆除钢板桩围堰段土堰段总体施工流程围堰施工流程➢1、基础开挖和置换砂垫层先使用抓斗式挖泥船按照分段分层开挖的方法进行挖泥施工，断面开挖至设计要求后，马上换填砂。换填砂分粗填和细填两步，粗填采用自航式吸砂船，细填采用开体驳。围堰施工流程➢2、沉设PHC桩根据本工程的桩型特点和船机设备情况，沉桩作业整体上采用先左岸区域后右岸区域，由围区侧往瓯江侧逐排施打的沉桩顺序。围堰施工流程➢3、插打钢板桩北1#闸、北2#闸围堰钢板桩共计5130根，均采用冷弯钢板桩。内、外排钢板桩规格为U型700×290，单根长27m;横隔钢板桩规格为U型650×244，单根长18m；角桩规格为335×244，单根长18m。内外排冷弯钢板桩横隔冷弯钢板桩冷弯钢板桩角桩围堰施工流程➢3、插打钢板桩为了确保在2014年汛期之前完成