徐州毛林桥钢板桩围堰施工方案.docx
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徐州毛林桥钢板桩围堰施工方案
徐州毛林桥钢板桩围堰施工方案
目 录
一、工程概况
二、钢板桩围堰结构设计1、结构形式的选择2、围囹结构3、围堰的平面尺寸4、围堰高
5、封底混凝土
三、结构验算1、封底混凝土的验算2、钢板桩的强度验算3、围囹的强度验算四、施工方法1、围堰施工流程2、导向架的施工3、钢板桩的施工4、围囹的安装
5、围堰内多余土方的开挖6、封底混凝土的施工7、钢板桩拔除
一、工程概况
本工程为新沂市撤渡建桥工程毛林特大桥项目,该桥跨越新沂市棋盘镇毛林村和草桥镇堰头村之间,连接新沂骆马湖东西两大堤，先后跨越新戴运河、沂河及老沂河。
桥位处新戴运河、沂河均为通航河道，两河在桥位处下游200米处汇合，在桥位处两航道合并，因此主桥主跨按四级航道标准实施，净空标准为60*，本工程桥梁桩号范围为K16+~K17+，桥梁全长为米，桥跨布置为2×++4×+2×。
主桥上部采用变截面预应力混凝土现浇连续箱梁，下部为实体墩、灌注桩群桩基础。
引桥上部采用装配式预应力混凝土组合箱梁，下部为柱式墩、灌注桩基础。
主桥主墩承台尺寸为**，承台顶标高为和（14#墩），过渡墩承台尺寸为６.5**m，承台顶标高为（12#墩）和（15#墩），河床顶标高约~，施工时常水位高程为。
主墩和过渡墩位置河床上层土层为采砂而引起的坍塌物质及采砂船选矿的混合物，岩性主要为粘性土，灰黄色，可塑，层厚为~。
二、钢板桩围堰结构设计1、结构型式的选择
上述工程特点可知，主墩和过渡墩承台顶标高基本与河床顶持平，承台位置挖掘深度约4~米，非开挖位置施工水深约7米左右。
承台均为矩形，外形规整。
根据现有条件，决定选用德国拉森Ⅳ钢板桩作为围堰侧壁，用水下封底混凝土作为围堰的底板，以保证承台和墩身的正常施工。
钢板桩围堰具有制作快捷，插打拆除方便和周转灵活、通用性强的特点，密封效果可满足施工要求。
2、围囹结构
于墩身相对承台较大，且墩身侧面主筋较密，为保证墩身结构不被破坏，围囹采用平面桁架结构形式，在墩身内无围囹杆件穿过，以保证结构的耐久性。
围堰内共设七道围囹，第一道围囹位于围堰顶，在钢板桩插打前安装完成，兼作下导向架，第七道围囹位于承台顶向上20㎝左右，其它转囹按一定间距布置其间，具体见附图。
3、围堰的平面尺寸
1
考虑到承台施工的需要和不可避免的围堰施工误差，围堰与承台侧面间的净距按100㎝左右控制，具体见附图。
4、围堰高
于承台计划施工期为20XX年6月底前全部结束，该期间降雨量较小，施工水位较稳定，因此围堰顶标高按高出常水位1米控制，即。
于封底混凝土有约的施工厚度，同时保证围堰有4~5m的埋深，故主墩钢板桩的最小长度为1+7+++5=，因此选择围堰钢板桩长为18米。
过渡墩围堰用钢板桩长为15米。
5、封底混凝土
于承台底的常水位施工水头高约10米，水压较大，为此根据以往成功经验，选择封底混凝土厚度为米，混凝土为C25水下灌注混凝土。
同时为保证封底混凝土的效果，在封底混凝土下设40~50㎝的粗碎石垫层。
封底混凝土采用水下导管浇筑方式浇筑。
三、结构验算1、封底混凝土的验算封底混凝土的浮力平衡性
其力模型如下：
图中f为封底混凝土的底部水压压强，f=γh=10*=108kPa。
F1为封底混凝土与钢板桩间的摩擦阻力，按握裹强度15t/㎡计算
F1=***15*=。
实际上每个承台钢板桩总重约kN（见材料表）
2
钢板桩与土之间的摩擦阻力为*2*6*20=5184，式中拉森Ⅳ钢板单位重为75kg/m，钢板桩长为18米，钢板桩入土深度取6米，钢板桩与土间的侧摩擦阻力取20kPa。
于钢板桩自重与钢板桩与土层间侧摩擦阻力之和远小于钢板桩与封底混凝土间的握裹力，F1应取它们间的较小值，即取F1=+5184=。
F2为封底混凝土与钢护筒间的握裹力，F2=6****15*=5982kN式中钢护筒直径为φ1800㎜。
W1为封底混凝土自重。
W1=（***.9*）***=kN。
封底混凝土底板承受的水压力为
P=Af=*108=10517kN则浮力平衡性验算为/P=＞1
上述计算中未计入围囹自重，故封底混凝土浮力平衡性满足要求。
封底混凝土的局部强度验算
于封底混凝土主要利用与钢护筒和钢板桩间的握裹力获得平衡，故按最不利工况-单向悬臂板建立力学模型，悬臂长按计，悬臂板宽按1m计，则悬臂板所受均布荷载为q=**=/m，最大弯矩为M=1/2ql2=,
截面W=1/12bh2=，σ=M/W=<σ0=MPa，满足要求。
2、钢板桩的强度验算计算工况及力学模型
取水的密度为10kN/m，素填土的密度为/m，素填土的内摩擦角取φ=15°,则主动土压力系数为tg2（45-φ/2）=，被动土压力系数为tg2（45+15/2）=。
以承台底面高程点作为钢板桩的转点，选择多点支承梁作为钢板桩的力学模型。
在封底混凝土施工前,于被动土压力的存在，选择上述点作为钢板桩的力学模型转点更偏安全，而且与封底混凝土完成后的力学转点相同，便于比较分析。
于支点以上钢板桩长度较大，整体刚度较小，需分阶段、多层进行抽水及安装围囹施工。
经过反复比较，共安装七道围囹，分别按八种工况分别
3
3
3
进行计算。
工况一：
抽水到第二道围囹位置，安装第二道围囹，围堰内土不开挖。
工况二：
抽水到第三道围囹位置，安装第三道围囹，围堰内土不开挖。
工况三：
抽水到第四道围囹位置，安装第四道围囹，围堰内土不开挖。
工况四：
抽水到第五道围囹位置，安装第五道围囹，围堰内土不开挖。
工况五：
抽水到第六道围囹位置，安装第六道围囹，围堰内土不开挖。
工况六：
回水到内外水压平衡，开挖围堰内土方，至封底混凝土垫层底标高。
工况七：
封底混凝土强度达到90%设计强度后，抽水到第七道围囹位置，安装第七道围囹。
工况八：
抽干围堰内的水，进行承台施工。
其中工况一~五在围堰内土方开挖前完成，七~八工况在开挖后施工。
4
各工况力学模型如上图。
2．2钢板桩内力计算
根据上述工况及力学模型，分别计算各工况钢板桩内弯矩和围囹支反力，结果见表一。
表一：
钢板桩内力计算结果（单位:
）
板桩弯矩工况一围囹一支反力围囹二支反力围囹三支反力围囹四支反力围囹五支反力围囹六支反力围囹七支反力工况二工况三工况四工况五工况七工况八 0000 000 00 0
钢板桩的强度校核
钢板桩截面如下图所示，其截面特性为面积:
㎝Ix:
㎝IY:
㎝，Wx=/=㎝
4
4
3
2
惯性矩:
5
于钢板桩之间为滑槽锁扣联结,正反扣槽型截面不能完全固结,且两截面与中性轴不对称，故钢板桩按单板进行强度校核。
单板受力宽为40㎝，所受荷载为上表中计算荷载的2/5。
上述计算可知，钢板桩在工况四所受弯矩最大，单根钢板桩所受弯矩为M=/=，则钢板桩所受弯曲正应力为
σ=M/W=145MPa<215MPa，符合要求。
本工况虽然弯应力较大，但钢板桩支承跨度已经很小，故弯形较小，强度和刚度能满足施工要求。
3、围囹计算围囹的力学模型
根据围囹受力特点，围囹边梁采用多支点梁模型，边梁之间相互绞结，中间用撑、拉杆加强。
总体为一超静定框架。
内力计算
用电算程序计算的围囹六的内力图如下。
-（10）（11）（12）-（13）（14）（9）（20）（32）（36）（21）-（18）-（8）（26）（27）-（28）（17）（31）（35）-（30）（23）19（24）-（25）（34）17（16）（7）-（6）-（19）（29）（33）（22）-（15）1
（1）
（2）-（4）（5）6（3）6
其它围囹计算结果见表二。
表二：
围囹内力表
围囹一围囹二围囹三围囹四围囹五围囹六围囹七边梁最大弯矩边梁最大轴力撑杆轴力拉杆轴力
2093 围囹强度校核
根据围囹内力,第一道围囹内力较小,其它围囹内力虽有弯化,但相差不大,从便于施工角度考虑,除第一道围囹选用不同材料外,其它围囹选用相同材料。
在上述内力计算中,围囹内最大弯矩发生在短边围囹的跨中,最大轴力发生在长边围囹的跨中（于撑杆形成）,其中短边围囹跨中的轴力为长边跨中轴力的倍。
而长边跨中弯矩仅为短边跨中弯矩的倍，故取短边边梁跨中复核弯压组合应力。
第一道围囹四周边梁采用双拼40b槽钢，撑拉杆选用双拼36b槽钢。
第二~七道围囹四周边梁采用双拼56b工字钢，撑拉杆选用双拼40b槽钢。
则第一道围囹强度校核如下:
四周边梁组合σ=M/W+/A=<215MPa符合要求。
撑杆σ=N/=53MPa<215MPa符合要求。
式中稳定系数γ=拉杆σ=N/A=MPa<215MPa符合要求
其它围囹按内力最大的第六道围囹计算如下:
边梁σ=M/W+/A=<215MPa符合要求。
撑杆σ=N/=94MPa<215MPa符合要求。
式中稳定系数γ=拉杆σ=N/A=MPa<215MPa符合要求
上式的组合应力中,弯曲应力占有70%左右,而在实际施工过程中，杆件不可能点接触，因此弯矩峰值会大大减小，故上述应力水平是较安全的。
以上均是以主墩围堰为计算对象。
过渡墩所用材料及围囹间距与主墩相同。
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且水头比主墩围堰小米，外荷载小得多。
同时，过渡墩围囹为正方形，结构和荷载对称，无次内力，故过渡墩围堰无需计算。
四、施工方法1、围堰施工流程
钢板桩围堰施工流程图
2、导向架的施工
于钢板桩长度较大，围堰周边的密封性要求较严，因此对钢板桩的插打精度要求较高。
为保证钢板桩的顺利插打，必须先安装导向架。
下层导向架利用围堰内的第一道围囹。
第一道围囹设计时，就高出常水位，便于在常水位时安装。
这样充分利用了原材料，加快了施工进度。
第一道围囹在
8
放水、拆除围囹 墩身施工抽水、承台施工混凝土供应水下混凝土封底开挖围堰内多余土方回水、保持内外水压平衡抽水、制作第二~六道围囹围囹支撑件制作插打钢板桩钢板桩整理、角桩制作制作安装导向架施工搭设承台施工相关准备0#块施工、回水、拆除围堰
正常使用阶段为下挂式，而在作为导向架使用，必须采用上托式。
为此在钢护筒的外侧用型钢焊制托架，以安装第一道围囹。
上层导向架使用第二~七层的围囹用型钢进行焊制，位于钢护筒顶。
图示与常水位间的距离可根据钢护筒的实际高度作一定调整，但不得小于米，不得大于米。
于钢护筒的尺寸和位置偏差不可避免，导向架的边梁需用全站仪精密放样，确保其施工误差小于1㎝。
3、钢板桩的施工
钢板桩的整理及准备工作
a、钢板桩运到工地后，应对其规格、外形、锁口进行检查，凡有弯曲、变形及锁口不合的均应整修，按情况可采用冷弯、热敲、焊补、铆补、割除或接长。
b、围堰的平面根据承台平面采用矩形布置，因此其转角处采用特制的角桩，将同类型的钢板桩纵向割开后，按下图方法焊接加工。
或采用专用角桩。
c、插打钢板桩前应清除锁口内的杂物，并涂以黄油、粘土、干锯末等混合物，以减少插打时的阻力，并增强防渗能力。
为保证钢板桩的垂直度，插打时采用全站仪和吊垂球的方法控制其垂直度。
3.2
钢板桩的插打和合拢
钢板桩的插打方法为：
逐块插打至设计深度后合拢；
插打顺序：
首先迎通航面中桩开始，然后按先上游后
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