水中墩钢板桩围堰施工方案
水中墩钢板桩围堰施工方案
一、设计概述
桥址处水文资料：Q1%=4659m /s，H1%=5.004m，V1%=2.20m/s。该河道为Ⅲ级通航河道，线路法线与水流夹角为9.8°。通航净高为12m，净宽为120m，桥址处最高通航水位4.744m。
该桥墩位于河道之中，墩位处水深9m多，桩径为2.3m，每个墩12根桩，桩间距4.6m，桩长65.5m。承台尺寸12.90m×17.5m×（5m+3m加台）。
地质资料：由上至下依次为淤泥质粉砂（9.553m）、淤泥质黏土（7.7m）、粗砂（6.2m）、全风化岩带（32.7m）、强风化岩带（6.0m）、弱分化岩带（10.3m）。
二、施工方案
1、方案比选
备选方案主要有两种：钢套箱方案；钢板桩围堰方案。经比较，钢套箱方案钢材投入多、回收率低，下沉时设备及人员投入多，工序复杂；钢板桩围堰方案能够迅速展开施工，速度快，周期短，且支护材料可回收利用，经济性较钢套箱方案好，只是必须加强止水措施，所以选用钢板桩围堰方案。
2、总体方案
大桥主墩深水基础采用钢板桩围堰进行支护施工，钢板桩采用拉森IV型钢板桩，长18m，钢板桩围堰范围15.9m×20.5m，比承台周边尺寸大1.5m。钢板桩周圈咬合紧密，有止水措施。围堰内侧四周圈采用双层工钢分上、中、下三层以围檩形式支护，顶层采用2I40工字钢，底下两层采用2I50工字钢，中间纵向支承采用外径 300 mm壁厚 10 mm 圆钢管，按一定间距布置，四角采用工字钢2I30斜撑。为增强工钢围檩抗弯强度，在每根钢管两端用2I30型工钢作为斜撑加强。承台底面位于河床以上，围堰基底先用片石回填50cm，然后回填砂找平，基底采用C30混凝土封底，封底厚度50cm。抽水采用4台大功率抽水机，分层抽水，分层支护，周圈50cm以内设汇水渠、积水坑。承台施工分三次浇筑，按大体积砼考虑，钢板桩围堰内支撑同样分三次拆除。钢板桩施工采用一艘25t浮吊实施插打及拔除。钢板桩围堰施工方案图祥见附图。
三、设计计算
土的物理参数：
钢板桩入土淤泥质粉砂、淤泥质黏土，土的容重及内摩阻角取平均值：
； ；
； ；
；
拉森IV钢板桩设计参数： ， ；
砼容重：
； ；
； ；
1、根据钢板桩允许抵抗弯矩，计算板桩悬臂部分的最大允许跨度。
根据具体施工情况，确定采用的支撑如右图所示：
； ； ；
2、计算板桩墙上水土压力强度等于零的点离挖土面距离y，在y处板桩墙前的被动土压力等于板桩墙后的主动土压力与水压力之和。即：
代入数值得：
求得：
3、内支撑计算
按多跨连续梁AE，用力矩分配法计算各支反力及最大弯矩，取1m板宽作为计算单元，即：
1）、分配系数：
；
； ；
2）、固段弯距：
3）、力矩分配：
4）、支反力：
， ， ，
4、钢板桩强度验算：（Mmax取D点处的弯矩）
5、计算板桩最小入土深度
，
可根据 和墙前被动土压力对板桩底端的力矩相等求得， 即：
板桩实际埋深应大于 之下，所需实际板桩的入土深度为：
板桩总长 实际取总长L=18m。
6、钢管内支撑强度验算：
；
7、I50a工字钢内支撑横梁应力验算（考虑板桩下部固结）：
I50a工字钢承受由钢板桩传递的均布荷载，支撑（最底部）于φ300×10mm钢管上，则：
由力矩分配法求得支反力：Ra=18.01KN
Rb=100.319KN ；Rc=159.034KN
（1）强度
；
；
；
;
;
;
（2）挠度
B点支反力为：
（ 取1.25 ）
抗压应力:
（1） 300mm钢管
（2） I30a工字钢
（合格）
8、基坑底部管涌验算：
9、基坑底部渗流量计算：
由上式可知：基底每天渗流量为 。采取办法为进行混凝土封底，以抵抗基底隆起、基底管涌、基底渗流。
10、封底混凝土厚度计算及强度验算：
浇筑砼的自重：
承台钢筋自重： 砼握裹系数：
封底混凝土厚度的计算：
实际浇筑50㎝混凝土封底，为了保证安全可以在封底混凝土与钢护筒设置简力健。
封底混凝土的抗弯验算：封底的混凝土为板式受力结构，为了方便计算和可靠性，把封底砼简化为简支结构，计算简图如下：
截面系数：
最大挽矩为：
（满足要求）
挠度计算：
三、钢板桩围堰施工方法
1、施工准备
将钢板桩运到工地后，钢板桩在拼组前必须对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜，或采用卷扬机拖拉。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲（温度不超过800～1000℃），焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。同时接头强度与其它断面相等，接长焊接时，用坚固夹具夹平，以免变形，在焊接时，先对焊，再焊接加固板，对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。
插打钢板桩之前须检查振动锤。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的检查，确保线路畅通，功能正常。且功率达到40KW以上，而夹板牙齿磨损不宜太多。
2、第一层支承设置
在插打钢板桩前需设定位桩及定位横梁。定位桩采用钢管桩，定位桩可利用水上施工平台四周的钢管。定位横梁延承台外侧四周，距承台边沿1.5处布置，也是钢板桩围堰的第一层围菱支护，采用2I40工字钢。定位横梁的位置须严格遵照设定的标高布置。定位横梁安放在定位钢管四周侧，与钢管相连接，四角设两道2I30斜撑，斜撑与横梁呈45度夹角，采用焊接固结连接，然后安装纵向φ300内支承钢管，钢管支承两端头处加焊钢板作为支承面，直接支撑在定位横梁上，钢管与横梁连接设一定的加劲块。
3、插打钢板桩
在第一层定位支承安装完成后即可进行插打钢板桩施工。
在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后一部分时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉，使之合拢。合拢后，再逐根打到设计深度,在用倒链或滑车组对拉时不要过猛，以防止合拢段缝隙过大。在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。
在施工过程中，钢板桩如需拼接时，两端钢板桩要对正，可先在一端上面焊接一块限位板然后将另一端缓缓放下并进行对焊，再焊接加强板。焊接时必须保证焊接面平整且焊缝有足够厚度。
插打钢板桩要充分采取止水措施，以防钢板桩围堰大量漏水。
4、钢板桩围堰抽水及安装内支承
安装内撑与抽水交替进行。
第一次抽水后水面达到第一层支承底4m以下即可安装第二层内支承。安装第二层内支承前先按确定的标高位置在钢板桩内壁焊上三角托架，托架采用槽钢【6.3，安装托架一定要采取措施保证顶面位于同一水平面上。然后安装2I50工字钢内支承横梁及斜撑，最后安装纵向钢管支撑，安装方式同第一层内支承。
第二层内支承安装完成后，然后进行第二次抽水，接着进行第三层支护，最后进行第三次抽水，第三次抽水要全部将钢板桩围堰内的水抽干。
钢板桩围堰内抽水完成后，将露出承台底面部分的钢护筒全部切割拆除。
钢板桩围堰抽水过程中要加强钢板桩的止水堵漏措施。
5、钢板桩围堰封底
将围堰内水抽完后，将定位钢管拔出，然后进行基底处理。
首先，由于承台底面悬空，先在围堰内基底抛填约30～50cm厚片石，然后回填一定量河砂找平基底面至承台底面下50cm，然后基底干封50cm厚C30砼。封底前在底部钢板桩四周用编织袋或土工布将钢板桩与封砼隔离，以便将来钢板桩顺利拔除。
封底后标高不能高于承台底设计标高，封底砼顶面保证基本平整。
封底砼采用泵送，按一般砼施工进行。封底时由一边向另一边推进，但保证连续、不间断、不留接缝、一次性完成。
6、内支承拆除与拔桩
水中大体积混凝土承台根据实际情况计划分三次浇筑，最底下5m分两次浇筑，顶上加台部分另再进行性一次浇筑。内支承依次分三次拆除。第一层承台浇筑完成后，在承台与钢板桩间回填沙，然后拆除底层内支承；第二层承台浇筑完成后，在承台与钢板桩间回填沙，然后拆除第二层内支承；最后一层承台施工全部完成后，拆除底层内支承，最后拔除钢板桩。
拔桩时，尽量使板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩。先略锤击振动各拔高1～2m，然后挨次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再挨次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出。
五、质量控制及注意事项
1、在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm，断面上的错位不大于2mm，使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。
2、对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm，全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。
3、为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，为保证桩身垂直，于第一组钢板桩设固定于围堰支撑上的导向钢管桩，顺导向钢管桩下插，使第一组钢板桩桩身垂直，由于钢板桩桩组上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致，桩身仍有可能倾斜，在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰。
4、在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m，所以，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺利堆码，插桩时按规定的顺序吊插。
5、在进行钢板桩的插打时，当钢板桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再第二次打到要求的深度。
6、打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免桩顶破坏，切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。
7、同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口，按设计尺寸计算出使用钢板桩的数量，以确保够用；
8、剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩；
9、剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤；
10、在接长焊接时，相邻焊缝高度差不得小于1m。
六、安全措施
为确保施工中的安全，在进行钢板桩围堰施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主。
1、对操作人员进行安全思想教育，提高安全意识，实行持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作。
2、设专人负责日常检查和养护工作，在施工过程中设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现安全事故。
3、拔桩时要先震动1~2分钟，再慢慢启动振动桩锤拔桩。在有松动后再边震边拔，防止蛮干。
4、对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查，特别是要注意滑轮的轴和钢丝绳摩损情况，危及安全的要及时维修、更换。
5、水上作业操作人员必须穿救生衣，以防人员落水。
6、在钢板桩围堰外围靠主航道侧一定位置需设置防撞装置，以保证船舶撞击围堰，造成安全事故。
