围堰工程

围堰工程施工介绍主讲：崔守远一、概述围堰是指在桥梁、港口及水利工程建设中，为建造永久性设施，在基坑周围修建的临时性挡水结构，其作用是防止水和土进入建筑物修建位置，以便在围堰内排水、排土，使基坑开挖、建筑物修建在干涸的条件下进行。围堰是在修建地下和水中构筑物时，所做的临时围护结构，一般在墩台露出水面以后即予以拆除，以免妨碍水流通畅，加剧河床的局部冲刷。围堰一般根据地形、地质条件，因地制宜地进行修建，因此，围堰的种类较多，结构也比较复杂。桥梁基础施工中一般采用土石围堰、木质围堰、钢板桩围堰、钢筋混凝土围堰、钢套箱围堰及钢吊箱围堰。水中墩基础施工前应先完成围堰施工，围堰施工按设计或下表选用。围堰分类及适用条件分类适用条件土石围堰土围堰水深小于2米，流速小于0.3m/s。河床透水性较小的土壤,河边浅滩处。草土围堰与上同。流速小于1.0m/s。草（麻）袋围堰水深小于3m，流速小于1.5m/s，河床透水性较小。木（竹）桩编条围堰水深小于3m，流速小于2.0m/s。河床透水性较小，可以打小木桩。竹篱围堰同上。竹笼片石围堰水深3～4m，较大流速，河床无法打桩。堆石围堰石块就地取材，流速小于3.0m/s，河床坚实、透水性较小。木质围堰木板围堰水深2m左右，流速小于0.3m/s，河床透水性较小。木笼围堰适用于深水，流速较大处。河床坚实平坦，不能打桩，或有少量流水的河流。木套箱基础埋设较浅，面积不大，流速小于2.0m/s。木板桩围堰水深3～4m，坑底至水面5m左右，河床透水性较大，但可以打桩。钢板桩围堰水深为4m以上，河床为硬土、卵石层或软质岩层。适用较深基坑，防水性能较好。钢筋砼套箱围堰适用于河滩浅基开挖不稳定性土壤。或在既有线旁开挖桥涵基坑，用以代替板桩，保护既有建筑物的安全。钢套箱（沉箱）围堰适用于水深大于5m、流速大于2.0m/s的深水基础。尤其适用于水深、水底覆盖层薄、下卧层为密实的大漂石或岩层，钢板桩围堰无法施工的条件。钢吊箱（浮箱）围堰适用于大江、大河、湖泊或跨海等大型桥梁的深水基础，承台为高桩承台。草(麻)袋围堰的主要填料为粘性土，堰顶宽取1～2米，内侧边坡坡率取1:0.2～1:0.5，外侧边坡取1:0.5～1:1,施工方法如下：用草(麻)袋盛装松散粘性土，装填量为袋容量的1/2～2/3，袋口用细麻线或铁丝缝合，施工时将土袋平放，上下左右互相错缝堆码整齐，水中土袋用带钩的木杆钩送就位。截面取双层草(麻)袋，中间设粘土心墙时，可用砂性土装袋。水流流速较大时，外围草(麻)袋可用小卵石或粗砂装袋，或增加抛片石堰外防护。•其结构示意图见下页图。二、草（麻）袋围堰透水河床上草（麻）袋围堰结构示意图外侧内侧河床表面透水层不透水层1～2m填粘性土•草(麻)袋围堰施工工艺流程图草(麻)袋围堰施工工艺流程图施工准备测量定位堆码外圈围堰围堰内抽水掏挖围堰内侧河床透水层堆码内圈围堰填筑内、外圈围堰间粘土心墙围堰内抽水基础施工检查合格木板桩围堰由定位桩、导框及木板组成，根据需要分成单层及双层。木板的厚度一般为5～15cm，具体视长度而定，厚度在8cm以下者多用人字榫，厚度8cm以上者用凹凸榫，桩材要选用质地良好抗锤击的木材，板桩制造采用机械加工，以确保榫口质量，定位桩一般用圆木制作。围堰填料为粘性土，堰顶宽取1～2米，当采用单层木板桩时，填土外侧边坡坡率取1:1.5。•木板桩围堰结构示意图如下：三、木板桩围堰填粘性土木板桩定位桩定位桩木板桩填粘性土基坑基坑1～2m0.7m0.7m1～2m拉杆（a）单层木板桩围堰（b）双层木板桩围堰•木板桩围堰的施工方法如下：先打好定位桩，在定位桩上安装内外导框，导框间安置短垫木，保持插桩的间距，待板桩插到垫木处即拆除短垫木。打桩时，桩头应安装桩箍，如遇在硬土或夹有卵石的土层时，桩尖上应安装桩靴。插桩一般先插角桩，从角桩向二侧进行，插桩时应将榫舌朝前方向安放，桩尖部分应自榫舌向后做成斜面，使桩体借桩尖处土壤及力向后紧贴已打成的板桩榫舌。•木板桩围堰施工工艺流程见下图木板桩围堰施工工艺流程图施工准备定位桩、导框、木板桩制备测量定位打入定位桩安装导框打入木板桩板桩外侧／板桩之间粘性土填筑围堰内抽水基础施工检查合格钢板桩是指在工厂进行热轧等处理后加工成两端有锁口形状的构件，常用的钢板桩截面形式有U型和帽型，其他还有直线型板式、组合型、变异型等。作为支护结构的一种类型，它具有高强、轻质、隔水性好、使用寿命长、安全性高、对空间要求低、环保效果显著等优点，还具有救灾抢险的功能，再加上施工简单、工期短、可重复使用、建设费用低，因此钢板桩的用途相当广泛。在永久性构筑物方面，它可用于码头、挡土墙、防洪堤等；在临时性构筑物方面，它可用于防洪断流、建桥围堰以及市政基础设施工程中的挡水、挡土墙等；在抗洪抢险方面，它可用于防洪和防止塌方、塌陷、流砂等用途。四、钢板桩围堰（一）、钢板桩的类型1、常规类型（U型、帽型、直线板式）2、组合型组合型钢板桩主要是利用钢板桩与钢板桩、钢板、型钢或钢管组成组合体，共同作用，主要增强围堰抗弯刚度及整体稳定性。钢板桩与H型钢组合体钢板桩与钢管组合体钢板桩与钢板桩组合体钢板桩与钢板组合体3、变异型变异型钢板桩围堰有多种，其中锁扣钢管桩围堰就是其中一种，下面做一下简单介绍。锁扣钢管桩围堰是以带锁口的钢管代替钢板桩，结构上可视作双壁钢围堰“化整为零”。钢管桩截面模量大，抗弯能力强，简化围堰内支撑体系，方便施工；钢管桩的刚度和稳定性好，可采用强制下沉方式。综合了钢板桩围堰和双壁钢围堰的结构特点，更适合在深基坑及有地下障碍物处使用。•形状4、国内常用的钢板桩为拉森式槽型•截面性能在国内桥梁届的常用钢板桩类型为FSP-Ⅳ拉森Ⅳ型5、接头及锁口•常用的接头角桩有c型、z型、r型、m型，特殊形状应现场加工•锁口的基本形式有三种（阴阳锁口、环形锁口、套型锁口），还有由这三种锁口演变而成的其他形式的锁口打钢板桩通常采用的桩锤包括柴油锤、蒸汽锤、落锤和振动锤。但在人口密集的城市中，为避免噪音和对其周围建筑的损害，往往采用低噪音、低振动的方法如液压锤和静压法。在施工过程中，应采用型钢导向架来控制钢板桩的位置。（二）、钢板桩施工机械和附属设备1、打桩的分类和应用打桩方法的分类和应用锤击法振动法静压法柴油锤蒸汽锤液压锤落锤振动锤液压静压机液压静压机配合钻土机工作原理蒸汽带动活塞循环运转造成桩锤强制下落蒸汽带动活塞循环运转造成桩锤强制下落液压带动活塞循环运转造成桩锤强制或自由下落通过卷扬机使桩锤因自重而自由下落桩锤的上下振动力通过液压装置将相连的桩压入液压产生压紧力适用的钢板桩类型所有类型所有类型所有类型所有类型所有类型所有类型所有类型各种打桩方法的特点锤击法振动法静压法柴油锤蒸汽锤液压锤落锤振动锤液压静压机液压静压机配合钻土机地质条件软粘土不合适不合适不合适合适合适合适合适粘土合适合适合适合适合适合适合适砂土合适合适合适不合适合适合适合适硬粘土可以可以可以不合适可以不合适可以施工条件设施规模大大大小大中大噪声大大中中中小小振动大大大中大小小耗能大大大小大中中施工速度快快快慢慢中中优点工作效率高打桩力可调打桩力可调打桩力可调；打桩设备简单打桩和拔桩均可低噪音、低振动；打桩和拔桩均可低噪音、低振动；打桩和拔桩均可缺点噪音和振动较大；润滑油飞散噪音和振动较大振动较大工作效率低噪音和振动较大工作效率低工作效率低2、锤击法锤击法由于效率高、振动噪音大，多用于野外及港口3、振动法•振动法概述振动锤产生振动力，带动钢板桩上下振动打入土层。因为没有冲击力，桩头不会受到损害，打桩效率很高，打桩和拔桩均适用。振动法分电动型和液压型两种。由于需要较大的瞬时电流，电动型需要大型的设备。液压型需要专用装置。现已研制出低噪音、低振动型的机具并已投入实际应用。当土质较硬，采用振动锤很难打入时，可与高压喷水装置一起配合使用。振动锤功率的选择•电动型振动锤•液压型振动锤4、静压法•静压法概述液压装置通过固定已打入钢板桩而受到反力作用，同时抓握住钢板桩的中部将钢板桩压入土中（见照片）。打桩机体型小，而且不需要起重机，但吊运钢板桩时需单独使用起重机。可以实现打桩时的低噪音、低振动。当土质较硬，仅用压桩机很难打入时，可与高压喷水装置一起配合使用。静压桩适用于人口密集的城市及临近保护性建筑物的作业场所，静压法有位置准确、垂直度好、不扭转、无噪音、无污染、安全性高等优点，缺点是工作效率低。•与高压喷水装置配合使用的静压法配合使用高压喷水装置使打桩效率更高。在施工现场，需要采用空气压缩机来产生高压水力。高压喷水装置的布置如下所示。高压喷水装置的标准布置由于土方回填产生的土压力可能导致钢板桩前斜，因此在有些情况下，打桩定位轴线应向陆地一侧偏移5～10cm。打桩定位轴线确定后，可在现场设置打桩的起始点和终点，而定位轴线的观察点设置在其延长线上。当打桩定位轴线设置在水上时，有必要安装临时脚手架或看台用来观测。（三）、安装与打桩方法1、打桩定位轴线的设置2、导向架•陆上打桩作业常用夹紧式导向架（即双面围檩支架）。在平行于钢板桩墙定位轴线的两边，每隔2～4m打入一个导桩，并在导桩与钢板桩之间附上导梁。除此之外，还可以使用制成框架结构的整体式导向架。导向架和导梁常用H型钢，其尺寸（截面高）为250～350mm。根据现场条件，可以采用单边式导向架（即单面围檩支架）。但当打入的钢板桩截面较大、桩长较长时，原则上将采用夹紧式导向架。如采用夹紧式导向架时，两侧导梁之间的间距应为钢板桩墙的截面高度再加2～5cm。根据钢板桩打入的设计深度，导梁设置的位置比钢板桩顶低30～50cm，因而确保桩锤不会碰到导梁。陆上打桩作业的导向架•水上打桩作业水上打桩作业的导向架平面示意图立面示意图临时导向钢板桩临时导向框架临时导向框架3、钢板桩安装•安装准备通常情况下，为了吊运钢板桩，需要在钢板桩顶以下10cm处的中心位置用气割等方法割开一个洞，洞的直径约为5cm。当吊运钢板桩时，需将吊线和钢板桩用钩环牢固地连接起来。钢板桩的下部要束上足够的绳子，以确保其在吊装时不会剧烈晃动。钢板桩安装准备•安装因第一根桩为后续桩的基准桩，所以需要仔细安装，并用经纬仪等确定其正确的位置且没有倾斜。钢板桩不应斜着拖拉，以免安装作业过程中节点发生扭转和损坏。通常采用卡板来防止钢板桩安装作业过程中的移动和转动。应确认钢板桩已打入土中一定深度而不倒塌。当钢板桩之间的锁扣连接作业需要在高处完成时，应确保工人的安全。钢板桩的安装•打钢板桩钢板桩打入方法分为单桩打入法和复式打入法，复式打入法又称屏风式打入法。单桩打入法是指将1或2根桩插打至正确位置，然后打至最终深度，如此重复直至最后一根桩打完。此法的优点是所需桩锤的功率较小，缺点是钢板桩可能容易发生倾斜、扭转或曲折。屏风式打入法是指首先将20～30根桩打入足够的深度，使它们不需要导向架也能立稳，然后先在桩墙两端打入1～2根桩，再将中间的桩也打入相同深度。重复以上操作，将整个打桩工作分几次完成，最后将全部钢板桩打至最终深度。每次打桩的入土深度应限在2～3m内。屏风式打入法的缺点是需要使用大型机具，且需要多次移动打桩机，因此作业任务繁重。但此法适用于打桩精度要求较高的工程，因它可以阻止钢板桩的倾斜、扭转和曲折。屏风式打入法钢板桩围堰的形状应符合实际施工需要，一般有矩形，多边形及圆型，分单层围堰与双层围堰。当钢板桩围堰内土方开挖或排水深度较大时，应随着土方开挖或排水深度的增加逐层安装围囹和支撑。围囹多采用工字钢、槽钢或H型钢，支撑多采用钢管。围囹和支撑的层数、间距、位置以及钢材的选用应通过力学计算确定。若采用圆形钢板桩围堰，围堰直径较小的情况下，围堰内部可只安装围囹，不安装支撑，相应围囹截面尺寸应满足受力要求。矩形或多边形围堰，围堰尺寸较小或排土排水深度较小的情况下可只安装围囹和角撑，但在围堰尺寸较大或排水排土深度较大的情况下应严格按结构受力要求安装围囹、角撑和中部支撑。4、围囹及支撑的安装圆形围堰仅设围囹矩形围堰设围囹和角撑深基坑围堰排水前第一道围囹安装深基坑围堰切除护筒后支撑安装深基坑围堰围囹及