新梅江大桥主墩钢板桩围堰的设计与施工

       摘要： 钢板桩围堰作为支护结构，具有防水性能好，整体刚度较强的特点，在基础工程施工中应用较多。通过对新梅江大桥主墩承台基础施工围堰支护系统比选，整体稳定性、抗倾覆及渗透稳定等设计，制订了合理和安全的施工方案，从而缩短围堰施工时间和节约造价，保证了工程质量。 
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　　关键词： 钢板桩围堰；支护系统设计；施工 
　
　　 引言 
　　钢板桩围堰作为基础工程施工常用的一种方案。应根据工程实际条件，实施多系统比选，整体稳定性及渗透稳定等各项安全评价，制订了合理和安全的施工方案，能够缩短围堰施工时间和造价。 
　　1 工程概况 
　　新梅江大桥是连接畲南大道与206国道的一座跨梅江的桥梁，全长558m。其中主桥为48+72+48=168mV形连续刚构，11号墩、12号墩位于深水区，下部墩台采用钻孔灌注桩基础，桩径1.5m，每个墩台有6根桩基。承台尺寸为12m×7m×3m，半椭圆形结构，承台下设50cm厚C20封底砼，桩顶埋入承台20cm深，承台顶标高为89.2m，承台底标高为86.2m。河床底标高在80.092m至81.84m之间。水库常水位为89.244m，且水位稳定，水流缓慢。 
　　根据地质情况，河床表层为5m厚的中粗砂层，其下为全风化岩层和强风岩层等。极限承载力[σ]=250kPa，为了简化计算设计时可按不透水层考虑。 
　　2 方案拟选 
　　由于施工段水深只有6m左右，水流速度缓慢，且砾石层较厚，同时，在施工期间仍需满足船舶的通航要求，通过比选吹填土围堰和钢板桩围堰的特点后，经施工单位、建设单位与监理单位、设计单位共同研究，一致同意采用钢板桩筑岛围堰作为桥梁下部结构施工中的挡土和挡水结构，然后在围堰内吹填中粗砂筑岛构筑成工作平台，按照陆上桩基的施工准备进行桩基施工。 
　　因为钢板桩围堰具有钢板原材料回收率高、损耗小，结构防水性能好，整体刚度大，施工工艺简单且施工进度快，对有船舶通航要求的影响小，而具有良好的经济效益。因此，钢板桩围堰广泛地应用于桥梁水中基础的施工围护结构[1]。本工程结合河床地质情况及施工条件，拟采用拉森Ⅳ型钢板桩，长度为12m，宽度为40cm，厚度为15.5cm，断面模量为749cm3/m，容许抗弯强度为[σ]=180MPa。 
　　3 钢板桩围堰设计 
　　3.1 钢板桩长的确定 钢板桩长的确定主要是考虑在桩打设完成后，当坑底内抽水时不会出现流砂的危险，所以，桩长的确定采用简化计算方法进行安全验算，计算模式如图1所示，要求板桩有足够的入土深度以（增大抗倾覆的能力）增大渗流长度，减小向上动水力[2]。最大水头差（h3）是基坑内抽完水和轮船通航涌浪，其最短渗流途径为涌浪高h0、正常水深h1、回填厚h2三者之和，要求动水力不超过土的浮重γs，则不产生流砂的安全条件为： 
　　因此，方案比选中拟采用钢板桩的长度为12m能满足不涌沙要求。 
　　3.2 钢板桩围堰结构形式 
　　3.2.1 平面形式 钢板桩围堰平面设计上需满足模板安装和各项施工工作为原则，同时还要满足井内排水设备安装的各项要求。按照承台及基础的轮廓尺寸，四周各增加1.5m的操作工作面，所以钢板桩围护的平面内尺寸为30m×10m。 
　　3.2.2 立面形式 钢板桩立面设计时主要考虑水位高度、冲刷深度以及基底稳定（拱起、涌水、翻砂）等因素的影响。按可能发生的施工阶段最高水位、抽水最高水位、洪峰最高水位等计算[3]。由于工程所处河段的水流缓慢而且水深小于10m，所以钢板桩内撑设在水面位置处，钢板桩的四周用10#槽钢设置一道联系梁，采用焊接方式与钢板桩连接，并设内撑梁作加强。11#、12#主墩钢板桩围堰结构形式如图2所示。 
　　3.2.3 钢板桩围堰受力验算 抗倾覆验算时，钢板桩下端按铰接于承台底，钢板桩按b=1m计算，γw取10kN/m3，γs取20.6kN/m3。钢板桩稳定性分析图如图3所示。 
　　按最不利条件，由图3对钢板桩迎水面进行抗倾覆稳定性分析： 
　　综上所述，采用12m拉森钢板桩作为主墩承台施工操作平台，围堰整体变形很小，能维持稳定，保证安全要求，满足施工的基本要求。 
　　4 钢板桩围堰施工工艺 
　　施工准备→测量定位→打钢板桩→钢板桩内支撑→吹填砂→表面封层→桩基施工→排水→堵漏→清底→封底→承台钢筋绑扎→承台模板安装→承台混凝土浇筑→灌水→拆除内支撑→钢板桩围堰拆除。 
　　4.1 围堰钢板桩打设 本方案所选用的钢板桩为拉森Ⅳ钢板桩型，打设时利用汽车吊配合振动锤。机械、材料及场地准备包括以下内容：事先组织用于钢板桩起吊和锤打的机具设备等进场；钢板桩应符合现行施工规范，强度等指标应能得到保证，在钢板桩材料进场后，仔细进行外观和尺寸检查，谨防钢板桩变形，如果钢板桩存在薄弱面，应进行补强或弃用；利用旁边13号墩侧的围堰平台区堆放钢板桩，施工过程中，避免集中堆放。 
　　钢板桩围堰施工注意事项：钢板桩打设时严格控制垂直度，前后左右的倾斜度以1%为宜；钢板桩顶面标高控制在+90.24m，即高出常水位1.3m，以利于承台的钢筋施工；围堰施工的关键是止水防渗，打设施工过程中出现锁口不密以及卷口等现象而导致渗水时，在围堰内、外两侧进行处理，安排潜水工查清渗漏位置，在围堰外侧洒锯木屑等或在围堰内利用麻绒、棉絮甚至板条堵塞，如果还出现漏水情况，则停止施工，重新制订处理方案后再施打；钢板桩打设时，由于本工程桥位区河床覆盖层厚，每施打完毕一根钢板桩，应与前一根相邻桩临时焊接，避免下一根施打时导致前一根被动跟进；内撑拼接、安装好以后，认真检查拼接缝，加强对钢板桩变形量的观察，使钢板桩受力均匀，处于合理工况。 
　　4.2 围堰吹填砂筑岛 钢板桩打设完毕，经检查符合施工条件后及时吹填中粗砂进行围堰内筑岛施工。利用抽砂船从距离承台边50m以外水库底抽取中粗砂吹填筑岛构筑施工平台。 
　　筑岛完成后，主墩桩基础的施工按照陆地桩基础施工工艺和施工方法施工。 
　　5 结语 
　　实施钢板桩围堰方案能在保证筑岛面积较小的情况下，满足施工进度和安全的要求。新梅江大桥主墩承台基础施工围堰支护系统的方案设计包括围堰稳定、抗倾、板桩刚度以及渗透稳定等内容。该方案实施后取得了良好的经济效益，单个承台的施工工期缩短了约15天，还获得了一定的社会效益，得到了主管部门和监理单位的一致 
　　好评。 
　　参考文献： 
　　[1]张琨，钟启凯，戴小松等.超厚砂卵石层钢板桩围堰设计与施工[J].施工技术，2011（3）：31-34. 
　　[2]杨立财.某特大桥深水钢板桩围堰设计探讨[J].铁道建筑技术，2012（6）：22-25. 
　　[3]王君堂，郜满珍.钢板桩围堰的设计与施工[J].山西建筑，2007（4）：129-130. 
　　[4]JTG T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

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