特大桥深水围堰设计与施工文档格式.docx
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1．双壁钢围堰
总结我国桥梁深水基础施工中的各种围堰类型，根据围堰的特点可知：
双壁钢围堰的刚度大，能承受向内向外的压力，结构相对稳定，也能为顶部施工平台提供支撑条件，但相对费用比较昂贵，回收率不高。
根据以上对主墩地质情况分析，10m范围内全部为淤泥质粘土，标高变更后降低，这就增加了围堰高度，一次投入资金比较大，根据地理环境，航运比较繁忙，而且主墩临近主航道，钢围堰的就位、安装非常困难。
2．钢管桩锁口围堰
根据原我局深水基础的施工总结，钢管桩围堰纵向刚度比较大，而且施工中也容易使钢管下打到地层中，但锁口封水比较难，安全系数不大。
但是由设计图可知，承台底标高在淤泥下3.5m左右，锁口在淤泥层中，不易封水。
3．钢板桩围堰
钢板桩围堰是深水基础、基坑支护的很有效的，施工比较简单，结构受力明确的一种围堰形式。
根据以上地质情况，淤泥层较厚，水深为4.0m，采用钢板桩围堰，施工中下打方便，靠锁口于淤泥中封水比较容易，成功率大，较以上两种费用低。
而且水位变化不明显，也没有海水的顶推，因此向外压力不用考虑。
这也是钢板桩围堰与钢套箱围堰的差别。
只是钢板桩围堰同以上两种方案比，钢板桩刚度小，需加强密内支撑。
钢板桩围堰是由封底砼、内支撑、围囹堰体、导向结构组成。
根据图纸提供的资料，承台底标高在淤泥层下3.5m，而且淤泥质亚粘土层深为10.3m水深4.0m。
因此设钢板桩穿过淤泥，进入亚砂土4.2m进行验算，内支撑按堰体等弯矩并结合承台施工的实际情况分布。
水流及行船浪击堰体按动水压力考虑。
封底砼用1.2m厚C20。
1．根据地理、地质情况，对围堰的受力情况进行分析：
（1）动水压力，取安全系数2。
A、围堰受力分析
（1）围堰施工时，捶打钢板桩，内外压力相等。
当围堰合拢后，围堰将水体分成内外两部分，外侧水为流动水，内侧为静水，围堰受外侧动水压力和浪击压。
（2）当围堰施工完成后，进行清淤到封底砼底标高，这时围堰除受外侧动水浪击压力外，还我内外淤泥压力差。
而且堰体存在由内外压力形成的倾翻力矩作用，为施工安全起见考虑围堰合拢后第一道支撑。
（3）当水位到第二道支撑标高时，围堰反支撑受力稳定情况。
（4）清淤、抽水到第三道支撑标高时，围堰及支撑受力稳定情况验证。
（5）封底砼施工完成后，等强度达到要求后，进行堰内抽水时，堰体的受力情况与支撑结构的验算。
（6）封底稳定包括：
水的浮力、动水压力与护筒围堰内侧的粘结情况，砼形成板的稳定。
B、动水压力计算：
根据设计资料提供的水流速度V=1.5m/s验算每米钢板村承受的力：
P=K·
H·
V2/2g×
B×
D
K为安全系数取2.0
H为水深
V=1.5m/s
g为重力加速度9.8m/s2
B桩板宽1.0m
D水的密度
P=2×
4×
1.52/（9.8×
2）×
1×
1=0.918t
根据围堰设计资料及桥涵2-2-60资料，确定动水作用集中点为水面下水深1/3计算。
Hc=1/3×
4.0=1.33m，即：
P作用于堰体标高为-0.1m位置处,根据结构在P作用下，围堰平衡只能由打入桩一定深度的被动土压力完成。
为了施工安全起见，施工时采用先由平台基础钢管桩加一层横梁作为临时内支撑。
C、围堰板桩插打完成后，及时支顶最上一层内支撑，内支撑的材料采用Φ80的钢管成425×
425方格形式布置，然后再进行清淤，清淤结束后，验算由内外形成的压差及动水压力作用时围堰的受力情况。
计算外侧主动土村力及其作用点亚粘土的粘聚力5Kpa
容重=17KN/m3
内摩擦角：
粘土、亚砂土φ=20°
淤泥质亚粘土：
φ=5°
容重：
γ1=17KN/m3
淤泥质亚粘土:
C=2Kpa
将外侧淤泥层上的水视为当量厚度的淤泥质亚粘土厚
h1′=hw·
γ2/γ水=4×
10/17=2.35m
承台的底标高按-5.8米计，清淤底标高按-7.3米计。
内外土层高差4.5米。
淤泥的强度压力
Pp=γ1·
h·
tg2（45°
-φ/2）-2·
C·
tg（45°
-φ/2）
=γ1·
-5°
/2）-2·
/2）
=17×
（2.35+4.5）×
0.84-2×
2×
0.916
=94.15KN/m2
Pa=γ1·
h1·
Ka-2×
Ka1/2=29.894KN/m2
全部主动土压力
Ea=1/2（29.894+94.15）×
4.5=279.1KN/m
水压力Ea=1/2×
10×
8.5=361.2KN/m
主动土压力点离P点距离
yc=h/3·
（a+2b）/（a+b）
=4.5/3×
（94.15+2×
29.89）/（94.15+29.89）
=1.86m
若将以上土压力计算时按粘土、亚砂土透水成饱和状态考虑，主动土压力应计算其
γ′=γ-γw浮容重：
h′1·
c×
Ka1/2
=（17-10）×
2.35×
=10.15KN/m2
Pb=γ′1·
（h′1+h1）·
2·
=（17-10）×
6.85×
=36.614KN/m
作用点距底:
（36.614+2×
10.15）/（36.314+10.15）
=1.827m
计算内侧被动土压力及其作用点:
将么层的淤泥层视为亚砂土上的均布荷载,计算亚砂土的被动土压力:
q=（9.1-7.3）×
17=30.6KN/m2
将其换算为当量亚砂土层厚:
h′=q/=30.6/25=1.224mγ:
亚砂土取17KN/m3
被动土村力强度:
Pa′=2×
Kp1/2=2×
5×
+20°
=10×
1.428
=14.428KN/m
Pb=γ·
Kp1/2
（h1+h11′）·
Kp+2cKp1/2
（4.2+1.224）×
tg2（45+20/2）+2×
tg（45+20/2）=202.4KN/m
被动土压力为:
Ep=1/2γ·
h2·
Kp+2c·
=1/2×
17×
5.424×
2.04+2×
=171.5KN
被动土压力作用点位置:
=5.4/3×
｛202+2×
14.428｝/（202+14）=1.92m
根据主动土压力及位置，被动土压力及位置、动水压力及位置，验算钢板桩的入土深度，选择钢板桩截面。
∑Mo=E动×
1.33+E主×
6.7-E被×
10.8
=0.918×
1.33+105.219×
6.7-215.7×
=-1612.38KN·
m
要求B支点为顶撑:
L=11.4+1.2=12.6m
L1=1.33m
L2=5.34m
L3=4.1m
求支反力RA、RB
根据计算的主动土压力与被动土压力，主动土压力及其作用位置，简化受力模式如下:
RA=（l1+l2）/（l1+l2+l3）×
Ea+（l3+l2）/（l1+l2+l3）×
E水
=55.6KN/m
RB=63KN/m
M=RAl3=22.79t·
钢板桩型号的选定:
δ=Mmax/w
w=22.79t·
m/140Mpa=1627.8cm3
查钢板桩规格、型号，可选用德国位森II型，t=15mmb=40mm槽型结构。
D、计算封底砼施工时，围堰的受力计算
根据变更后的地质情况和变更后的图纸，确定如右图标的情况。
D、封底砼结束后，抽水深3.2m时，即加焊第二道支撑时，围堰的受力分析：
围堰内侧抽水深为3.2米时到标高-2.0m，存在内外水压力差，与外侧主动土压力和封底混凝土承受的压力。
水压力：
与以上的动水压力相等。
土压力：
外侧土对围堰产生的主动土压力：
Pa=（γ·
Z+q）·
tg2（45-φ/2）-2c·
tg（45-φ/2）
=（7×
Z+0）·
=7×
Z×
当Z=0时，Pa=-3.664t/m2
当Z=4.5时，Pb=22.796t/m2
求粘着力高度：
hc=（2c/γ）·
=4/17×
=2.155m
内侧封底砼所受的压力：
根据上述水压力与主动土压力：
取1/2封底混凝土厚度做为支点。
E水1作用高度：
标高为-0.93m
E水2作用高度：
标高为-3.52m
Ea作用用高度：
标高为-5.03m
R混凝土=（2.13+2.59+1.51）/7.75×
E水2+2.13/7.75×
E水1
=0.8038×
1/2×
22.796×
2.155+0.609×
3.2×
0.2748×
3.2=24.85t/m
δ=R/A=24.85t/1m2＜C20
满足要求。
验算嵌入土层深度
对顶支撑处取矩，水产生的力矩与主动土压力产生的力矩
Mw+M主=E水1×
2.13+E水2×
（2.59+2.13）+Ea
×
（1.51+2.59+2.13）
2.13+1/2×
3.8×
4.72+1/2×
0.116×
0.13×
6.23=10.91+28.7+0.05=39.66t/m
封底混凝土产生的力矩：
M砼=5.117×
7.75=39.656t·
由于封底混凝土产生的力矩完全是由主动土压力与外侧水压力作用而产生，因此“+”“-”力矩相同。
当封底砼结束后，第一道支撑完成时，抽水到-2.0m时，钢板桩的受力验算：
由以上水压力、主动土压力计算可知，钢板桩受力如下情况：
钢板桩型号、规格选择：
按对B点取矩求支反力Ra
Ra=[E动水×
1.33+E水1×
3.46+E水2×
6.05+Ea×
7.57]/9.08=25.57t
Rb=9.86t
Mmax=25.57×
1.51+2.262×
1.52=42.05tm
Mmax=[δ]·
W
W=42.05tm/160Mpa
=2628cm3＜2962cm3
德国拉森V型满足要求。
E、抽水到封底砼时，即标高为-5.8m时，堰体在外侧水及淤泥的作用下，计算堰体与支撑受力情况：
水压力
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