沮漳河特大桥99#水中墩钢板桩围堰施工关键技术研究与实践文档格式.doc
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由于工期及基础施工进度的原因，99#墩的承台墩身将不得不在主汛初期（实际是在4～6月，墩位最大河床水深约12m）高水位时施工。
墩身施工能否安全抢出洪水位以上，直接关系到本桥总工期目标的实现。
2水中墩施工方案比选
99#墩承台深埋，施工期间水深变化大，工期紧迫。
工程前期研究了明渠导流、无底钢套箱围堰、沉井、单层钢板桩围堰等常规的水中墩施工工艺，经反复比选后认为：
明渠开挖、恢复量太大，且两岸钢栈桥各单跨跨度仅9m～12m，无法保证过流，加上93#～98#各墩承台浅埋，抗冲防护量大；
无底钢套箱一般也适宜水深10m以下砂卵石及砂层河床，符合本墩地质情况，工艺成熟，但施工内容多，周期太长，且钢围堰在墩身浇筑完后需进行水下切割，成本高；
沉井方案工期长、成本高；
采用钢板桩围堰具有插打快、成本低、工艺相对简单等诸多优势，但缺点是入土较深、需要做好水下堵漏、须在汛期拔出，若租用浮吊，受航道和水位影响太大，需要认真研究拔出方案。
经过多次方案讨论，决定采用单层超长钢板桩围堰施工工艺，先桩后围堰方案施工，即抢抓冬期低水位筑岛至34.5m，宝峨BG25旋挖钻机成桩，再施打钢板桩围堰，在围堰保护下分2层完成承台及首节10m墩身施工，6月份搭设墩顶钢平台，吊车上墩顶拔出钢板桩。
总工期3个月。
399＃水中墩钢板桩围堰设计施工
3.1设计概述
通过综合相关水文资料和实地调查，拟定6月中旬最高施工水位▽+38.80m，洪水水头13.9m。
该围堰水头高、入土深，选用SKAP-Ⅳ型拉森桩（日标），截面刚度大，小锁口，止水能力强。
设计桩长21m。
（实际施工中，底部卵石土地层浅于地勘报告，核算后减小了嵌固深度，采用18m桩长，桩底高程▽+21.6m）
采用16.8m×
13.6m矩形围堰，因上游侧距钢栈桥仅1.5m，扣除振动锤作业空间后板桩距承台边沿0.7m，其余三边各留1.5m的作业空间。
共设6层围囹，底层位于承台内，顶层距围堰顶1.6m，层间间距2m。
第一～三层围囹为角隅支撑型，第四～六层为格构式（井字形）。
围囹分别采用HN588×
300、HN700×
300型钢，斜撑和内撑采用φ426mm～φ800mm螺旋焊接钢管。
图2：
钢板桩围堰立面结构示意图。
图3钢板桩围堰平面结构示意图
3.2围堰计算概述
（1）、板桩嵌固点计算：
=1.93m（见港口工程桩基规范附录C）嵌固深度：
（）取=4.5m
（2）主动土压力及静水压力计算，考虑水位为▽+38.80m，土层顶标高▽+34.50m，土层参数取加权平均后（水位以下）：
=409kpa
（3）、被动土压力计算考虑围堰内水位为▽+25.10m，土层顶标高▽+25.10m，土层参数取加权平均后（水位以下）：
=294kpa
（4）工况设定
工况一：
抽水至▽+37.00m标高位置，第二层围囹未安装；
工况二：
抽水至▽+34.00m标高位置，第三层围囹未安装；
工况三：
吸泥至▽+31.50m标高位置，第四层围囹未安装；
工况四：
吸泥至▽+29.00m标高位置，第五层围囹未安装；
工况五：
吸泥至▽+27.00m标高位置，第六层围囹未安装；
工况六：
吸泥至▽+25.10m标高位置，所有围囹安装完成；
（5）、钢板桩、内支撑设计及受力验算：
a、边界条件：
钢板桩在嵌固点固接，围囹支撑处铰接。
计算考虑1m长度的钢板桩。
依照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，临时工程Q235-B钢材的容许应力：
弯应力、综合应力剪应力。
计算结果如下：
工况
支座反力
（kN）
最大位移
（mm）
钢板桩应力
（MPa）
1
36kN
11
52
2
98kN
4
36
3
184kN
48
360kN
9
100
5
563kN
8
118
6
761kN
152
b、示例一：
第四、五层围囹结构验算
用ANSYS软件建立计算模型，分析后发现，在工况五时，围囹从上至下的第四、五层结构应力最大，围囹的最大荷载为563kN/m。
图-4第四、五层结构计算模型及应力计算结果
c、示例二：
第五层围囹φ630mm×
δ8mm支撑稳定性验算
最大轴应力150MPa，最大弯应力3MPa。
最大轴力N=2349kN
计算长度lo=μl=4m，，属于b类截面；
查表得:
φ=0.973，=158MPa≤[δ]=188MPa,稳定性满足设计要求。
γx——截面塑性发展系数，取1.0；
N’EX——欧拉临界力
βmx——等效弯矩系数，取1.0
d、抗浮及围堰坑底涌砂等检算略。
3.3总体施工流程
因内撑多达6层，围囹安拆、堰内开挖和墩台分层的交错施工，是本围堰工况设计的首要问题。
总体施工流程（钻孔桩、围堰、承台、墩柱）如下：
施工准备→水中筑岛→桩位放样→旋挖钻就位→钢护筒埋设→钻孔完成→下钢筋笼→灌筑→围堰施工准备→测量定位→导向框施工（钢板桩内支撑1）→打钢板桩→钢板桩内支撑2→水下开挖→浇筑水下封底混凝土→逐层抽水、焊接第三~六层内撑→清基堵漏→破桩桩检→浇筑第一层承台砼2m→第一次回填（中粗砂），拆除第六层内撑→浇筑第二层承台砼1.5m→第二次回填，拆除第五层内撑，安装连续梁临时墩→浇筑第一段10m墩身砼→第三次回填，拆除第四层内撑→浇筑第二段10.5m墩身砼→焊接临时墩附墙支撑→浇筑临时墩砼（按水下砼工艺）→逐层充水、拆除第一~三层内撑→拔桩、撤场。
3.4单层超深钢板桩打入施工要点
采用履-50吊车、DZ90振动锤、配250kW发电机。
3.4.1定位桩及内外导向框
φ630×
8mm定位桩8根，内侧4根均打入封底混凝土以下，作为围堰抽水时的抗浮连通管。
上层内导向框利用第一层围囹，下层内外导向框设置在定位桩露出水（地）面50cm处，架设在定位桩的钢牛腿上。
实际施工时，两层导向框间距加大至4m，有效地保证了超深板桩的入土顺直度。
3.4.2插打与合拢施工
⑴钢板桩打入总体施工流程
打桩前先在上下导向框上均分钢板并划线定位。
从河西（宜昌）侧围堰中心开始插打，在河下游（短边）合拢。
首桩以导梁为定位，反复校正打设位置和方向，以起到样板的作用。
每进尺3m测量校正1次，确保垂直度。
首桩插打到设计标高后，即用加劲板与导梁焊接牢固。
图5钢板桩插打及合拢总体施工流程示意图
逐片起吊各片钢板桩，人工扶持插入前一片钢板桩锁口，然后用振动锤振动贴紧导梁下沉。
插打一片或几片后，将已插好的钢板桩点焊固定于导梁上。
整个施工过程中，要用锤球始终控制每片桩的垂直度，发现倾斜，及时调整。
调整工具有千斤顶、木楔、导链等。
插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点。
合龙段，到剩下最后一部分时，先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉合拢，对拉时不要过猛，以防止合拢段缝隙过大。
合拢后，再逐根打到设计深度。
钢板桩合龙通过精确计算，确定龙口位置，可采用配桩法合龙。
配置相应规格的异形钢板桩，现场实测异形钢板桩的角度和尺寸，根据实际切割焊接异形钢板桩，以确保整个围堰的密封性。
本项目插打校正准确，未使用异型合拢桩。
⑶其他
①尽可能的使桩保持竖直，严防超深状态下，锁扣撕裂，确保锁口能顺利咬合，提高止水能力。
②板桩沉至设计高度前40cm时，停止振动，振动锤会因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。
③在打完钢板桩后，开始进行钢板桩围堰内的止水处理。
④钢板桩打入之前需在锁口内涂以黄油、锯末等混合物。
当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，外侧包裹一层防水彩条布，起到防水和减小水压力的双重效果。
②钢板桩施打过程中应设置观测点和仪器跟踪，避免围堰偏位，尤其超深板桩的偏位累积很难校正。
施工中曾有多片拔出重打。
499＃水中墩超深覆盖层开挖与封底混凝土施工
4.1堰内开挖施工
覆盖层以粉质粘土、砂层为主，挖深达9.4m。
原设计为水下开挖，成本偏高，效果较差。
河道中的钢板桩整体性较好，若做好预案，即使发生管涌型渗透破坏，也不会对结构造成不利影响，遂按水位变动，灵活采用干处和水下开挖相结合的方案。
第一阶段：
第1～3层围囹采用角撑式布置，可采用小反铲明挖，开元KY60-7型配自制2m3吊土斗两个，50t履带吊及1台16t汽车吊出土。
因卸土较快，台班开挖能力150m3，总开挖方量1200m3，有效作业时间约70h。
第二阶段：
第4～6层围囹采用格构式，空间狭窄，且部分桩头超高达3m，反铲开挖困难。
因此改用采用射水吸泥，总挖深4.1m。
2台水泵高压射水，2台100m3/h泥浆泵吸泥。
参考有关文献及以往施工经验，类似开挖时平均排浆浓度约15%～20%，本项目按最低值15%预计，则每小时有效开挖能力约30m3，总开挖方量936m3，理论有效作业时间32h。
施工中试验了增设泥浆罩的措施，进一步提高了吸浆浓度。
当吸泥过低出现涌砂迹象时，立即停止围堰内干施工吸泥，并向围堰内补水至适当高度，再进行水下射水吸泥，最后吸泥到设计标高▽-24.9m。
开挖后即派专人探测基底高程，做好各处的测深记录，用碎石补填整平到设计标高。
该方案有效开挖时间102小时（4.5天），3～6层围囹安装时间各约12h，合计约6.5天。
顺利实现了工期要求。
4.2抽水堵漏与围囹安装的结合施工
⑴止水堵漏
抽水时同时在外侧水中漏缝处撒大量木屑或谷糠和炉渣的混合物，由水夹带至漏水处自行堵塞，在桩脚漏水处，采用了局部砼封底措施。
漏水严重堵漏困难时，在钢板桩外侧补打木桩围堰，木桩围堰内侧铺设彩条布，在彩条布与钢板桩围堰间填筑粘土进行封堵。
⑵围囹内撑
开挖时尽量保持泥面均匀下降。
挖到每层支撑面以下lm后，及时安装围囹和内撑，以确保围堰及人员设备安全。
各层围囹在堰内接长拼成整根围囹，以∠125×
125×
10角钢短牛腿作为临时支撑，待各层安装并连接就位后，再与钢板桩焊接牢固。
4.3封底混凝土浇注
若采用水下混凝土封底，需制作大型钢平台，投入大量导管。
因开挖完成后河道水位降至33m左右，机遇难得，迅速抽干围堰，改用干处浇筑封底混凝土的方案。
浇筑前对板桩内壁及桩基泥皮快速清理，并用高压水冲洗干净。
采用C30混凝土，厚度1.0m，浇筑时底部出现2处较明显管涌，在加强排水和采取掺配速凝剂的混凝土压制后，加快天泵入仓速度。
顺利完成了封底混凝土浇筑。
钢板桩支护止水完成后，利用四角预留的集水坑
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