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XX大桥钢板桩围堰专项施工方案因工期需要，本项目主墩承台采用钢板桩围堰，现7#、8#右幅钢板桩围堰已施工完成，左幅采用右幅方式，9#采用左右幅一起围堰，中间分隔。原设计采用钢套箱，其从制作到安装施工周期单个为1个月以上，并且封底较困难，而钢板桩施工周期单个为1周左右，其封底较简单，施工安全保障。围堰尺寸定为：单个主墩为10.5m×10.5m，钢板桩选用德国拉森Ⅳ型，采用长度为12m的钢板桩。1、桥梁桩基、承台的相关参数：7#、8#、9#墩共计设计有24根直径为1.8m、桩长为58m的钻孔灌注桩。桩基标高参数为：7#主墩桩顶56.178m、桩底-1.822m，8#主墩桩顶55.905m、-2.095m，9#主墩桩顶56.295m、桩底-1.705m。7#、8#、9#墩设计承台6个、每个承台基础为4根桩。左右幅承台尺寸为均为7.5m×7.5m×3m。2、地质资料情况介绍经勘察查明，桥位区未见威胁桥梁安全的不良地质现象，地势开阔、平坦，地层分布简单，工程地质条件较好（详见地质勘察报告）。3、钢板桩围堰简介根据河床地质和水文情况及施工要求，初步确定围堰尺寸为10.5m×10.5m。钢板桩为宽0.4m的拉森IV型。钢板桩入土部分为粉质粘土层，入土深度为承台设计标高底下5m。其内支撑7#墩-9#墩均设置2道（详见另附图），第1层围囹斜撑均采用2I40a型钢，第2层围囹斜撑均采用2Hw400×400H型钢支撑，节点采用焊接（施工中严格执行钢结构施工规范）。4、钢板桩的设计7#墩-9#墩围堰尺寸相同，且内支撑材料形式一样，受力情况基本一致，均采用砼封底，因8#墩水位较深，故可只分析验算其中受力复杂的8#墩围堰受力情况即可。（1）、平面几何尺寸的确定主墩承台的几何尺寸为7.5m×7.5m，左右幅承台间距为4.5m，考虑到施工需要，主要体现在围堰打设方便、承台模板安装的作业空间，以及施工期间围堰内的抽水、集水井设置等因素，最后确定围堰的打设平面几何尺寸为10m×10m。这样，围堰距离承台砼边的距离为1.25m，满足施工需要。（2）、钢板桩长度、入土深度确定根据望虞河现场的施工条件，结合水深、水流速度、桥位处地质情况、钢板桩的施工工艺等因素综合考虑、均采用长度为12m的钢板桩。5、钢板桩围堰的计算及验算为确保大桥主墩钢板桩围堰的安全，在围堰设计时，采用不同的方法队围堰的稳定性、安全性进行验算，确保施工过程安全。第一种方法，建立近似的计算模型，采用计算机程序进行计算。8#主墩钢板桩围堰受力计算，详细的计算过程附后。第二种方法，采用传统的手工计算方式，通过参考相关的专业书籍、规范、及计算手册，通过计算，来确定围堰的稳定性、安全性，是否满足施工需求。钢板桩围堰的稳定性验算（1）、计算工况选定通过分析施工过程的工艺流程，结合理论知识，可以确定8号主墩的最不利情况下的工作状况为，水下吸泥工序已经完成，还未进行封底砼的施工。此时，围堰内的土面比围堰外河床面要低4.8m，土压力达到最大，易失稳。（2）、计算的理论依据及计算模型取1延米长的钢板桩为计算单元体，按板桩墙计算。通过参考相关计算手册、专业理论教材，确定按悬臂板桩的土压力计算模型来模拟计算，土压力理论采用朗金土压力。计算时，考虑到此时围堰的第1、2到围檩已经安装，对围堰的安全性有帮助，但在计算过程中，不参与计算，相对保险系数加大。按悬臂板桩的土压力计算公式来计算钢板桩的最小入土深度及围堰的受力状况、稳定性等。主动土压力：Ea=γzm2-2cm被动土压力：Ep=γz+2c公式中：γ土的自重（KN/m3）C土的粘聚力（kPa）φ土的内摩擦角Z计算点距离土面的距离（m）5（3）、计算参数的确定根据设计图纸提供的地质资料得知、主墩附近的详细地质参数取定如下：粘性土：自重γ=19kN/m、内摩擦角φ==30°、粘聚力C=11kPa按照朗金土压力理论，查相关计算手册及通过公式计算可得：主动土压力相关系数：m==0.577，m2=0.333被动土压力相关系数：==1.732，=3.000唐白河的正常水流速度v=1m/s，河水的深度按3m计算8#墩承台底标高-3.303m，封底砼厚度取1.5m计算，则封底砼的底标高为-4.8m。钢板桩长度为12m，顶标高为+3.0m，底低标高为-9m，主墩位置处河床底标高约为-6.0m左右，推算出围堰内外侧基坑高差为4.8m。第1道围檩距离河床底的距离为5.0m，钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m（4）、计算过程①、围堰外迎水面钢板桩水压力计算P1=ρWhP—每延米板桩壁河床处水的压强（kpa）。ρW——水的密度。P1=ρWh=108=80kpa。h—水深（m）迎水面钢板桩水压力合力Ea1Ea1=P1hEa1=808m=320KN相对于第2道围檩的力臂L1=5-（8）=2.333m②、围堰外侧封底砼标高至河床顶4.8m厚主动土压力合力Ea2根据朗金土压力计算公式：h2=4.8m厚土层地的主动土压力Pa2Pa2=γh2m2=19×4.8×0.333=30.37kpa。主动土压力合力Ea2Ea2=γh22m2=×19×4.82×0.333=72.887kNEa2作用点距离土层底的距离为1/3土层厚相对于第2道围檩的力臂L2=5+4.8-（4.8）=8.2m③、钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m厚主动土压力合力Ea3h3=4.8m厚土层地的主动土压力Pa3拉应力与压应力得临界高度h0=,计算可得h0===2m,可求得h3=4.2-2=2.2mPa3=γh3m2+Pa2=19(4.2-2)0.333+30.37=44.29kpa主动土压力合力Ea3Ea3=h3Pa3=2.244.29=48.719kNEa3作用点距离土层底的距离为1/3土层厚h3/=2.2=0.733m相对于第2道围檩的力臂L3=5+4.8+2+(2.2-0.733)=13.627m④、围堰内水面钢板桩静水压力计算P1/=ρWhP1/=ρWh=10（8+4.8）=128kpa。围堰内钢板桩静水压力合力Ea1Eb1=P1/h1/Eb1=12812.8m=819.2KNEb1作用点距离水面以下2/3水，则有合力点相对于第2道围檩的力臂L2/L1/=5+（4.8-1/312.8）=10.333m⑤、钢板桩有效入土深度4.2m厚被动土压力合力Eb2根据朗金被动土压力公式得：h2/=4.2m厚土层地的主动土压力Pb2/Pb2/=γh+2c=γh2/2+2c=194.2.0+2111.732=277.504kpa被动土压力合力Eb2=Pb2/h2/Eb2=0.5277.5044.2=582.758KNEb2作用点距离土层底的距离为1/3土层厚,则有合力点相对于第2道围檩的力臂L3/L2/=5+4.8+（4.2-1/34.2）=12.6m（5）、稳定性判断①、在保持围堰内外侧水头差一致时，对第2道围檩支撑处取力矩来判断稳定性。②、围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为=MC1+MC2+MC2=Eb1L1+Eb2L2+Ea3L3=320KN2.333m+72.887KN8.2m+48.719KN13.627m=2008.127KN③、围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为=MC1+MC2=Eb1L1/+Eb2L2/=819.2KN10.333m+582.758KN12.6m=15807.55KN安全系数K=15807.55÷2008.127=7.81＞2。通过验算，钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m，安全。④、当内外水头差3m时：围堰内水面钢板桩静水压力计算P1/=ρWhP1/=ρWh=10（5+4.8）=98kpa。围堰内钢板桩静水压力合力Ea1Eb1=P1/h1/Eb1=989.8m=480.2KNEb1作用点距离水面以下2/3水，则有合力点相对于第2道围檩的力臂L2/L1/=5+（4.8-1/39.8）=5.733m围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为/=MC1+MC2=Eb1L1/+Eb2L2/=480.2KN5.733m+582.758KN12.6m=10095.74KN安全系数K=10095.74÷2008.127=5.03＞2。安全6、钢板桩围堰施工钢板桩围堰施工流程：测量放线→清理钢板桩→设置导桩框架→插打定位钢板桩→插打钢板桩→抽水→设置第1、2道内支撑→水下吸泥→水下砼封底→等砼封底强度→继续抽水→设置第3、4道内支撑→堵漏→承台和墩身施工→拆除内支撑→拔除钢板桩。完成设备进场，检查振动锤。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常。（1）、钢板桩的整理钢板桩船运到场后，用一块长1.5～2.0m类型规格均相同、锁口标准的钢板桩对所有同类型的钢板桩做锁口通过检查，检查用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾进行。若发现钢板桩有弯曲、破损、锁口不合的均需要修整，桩身扭曲及弯曲用油压千斤顶顶压校正。在施打钢板桩前，在顶层内导环上用红线划分桩位，为不使钢板桩在插打和搬运过程中弄错顺序，根据锁口套联情况，将钢板桩分为甲、乙两组，再用红线标出。钢板桩两侧锁口均在插打前涂满黄油以减少插打时的摩阻力，同时在不插套的锁口下端打入硬木楔，防止沉入时泥砂堵塞锁口，钢板桩插打时发生跑位现象。夹板在板桩插打过程中逐副拆除。钢板桩的准备工作完成以后，从运输船上用25t汽吊转运上钻孔平台，按插桩顺序堆码。堆码层数最多不超过四层，每层用垫木搁置，垫木高差不得大于10mm，上、下层垫木中线应在同一垂直线上，允许偏差不得大于20mm。（2）、导桩打设导桩选用Ф630mm、壁厚8mm的钢管桩，长度拟为12m，钢管采用履带吊D60振动锤沉设，原钻孔平台的钢护筒作为部分导向桩。（3）、安装导梁在导桩上焊接2[10水平支撑，各水平支撑的顶标高相同。在水平撑上安装导梁，导梁选用边线顺直的钢板桩。安装及调整导梁的轴线及内边净距，将导梁与水平支撑临时焊接固定。（4）、插打第一根边桩施工时可选岸侧水浅、流速小的地方开始，第一根边桩的定位及双向垂直度是控制钢板桩围堰位置及后期钢板桩施工的关键，施工时须从严控制。精确测设第一根边桩的方位，以此指挥打桩履带吊车的移位，定位后，打桩锤的锤心必须与第一根桩的中心重合。起吊钢板桩呈垂直状态下完成插桩，考虑到水流的影响，第一根桩插设时需留置一定的预留量。插桩稳定后，精确复测桩的位置与双向垂直度，不符合要求时需重新插桩，直至合格为止。第一根桩插桩稳定后，用挡块等顶塞调整后的空隙使钢桩稳固，间歇启动振动锤，对第一根桩实施小位移量沉设，并跟踪复核桩体的垂直度，直至桩体下沉入土超过3m后，方可连续沉设至设定的桩顶的标高。（5）、其它钢板桩的插打顺着事先固定好的导梁依次插打其它钢板桩，钢板桩顺前一根钢板桩的锁口插入，插桩到位后加塞固定，启动振动锤分次沉设至设计标高。钢板桩吊起后用人工扶持顺着前一块的锁口下插，当下插困难时，可采用强迫插桩法，即桩吊起插入锁口后快速放松桩绳，借桩自重急下插入。项目部采用带有液压夹桩装置的D60振拔锤，能与钢桩作钢性联接，可克服对桩的摩阻力，下沉较快且桩尖不致上卷，提高钢板桩的防水性能和完好率。钢板桩沉设时，采用全站仪跟踪测量，随时检查钢板桩的偏位情况，当钢板桩发生偏斜时及时用倒链校正，以利及时纠偏，当偏斜过大不能用拉挤的方法调整时，应拔起重插。钢板桩插打过程中，可能遇到另外的问题有共连、扭转及水平伸长等，在此将相应的预防措施及处理方法列举如下表：常见问题预防及纠正措施共连（施打时和已打入的邻桩一起下沉）发生桩体倾斜及时纠正；先预留50cm，合拢后再打至设计标高。桩体扭转安装好桩帽，尽量保证桩体全截面受力均匀；将两块板桩锁口搭扣两边固定牢靠。水平伸长（沿打桩行进方向长度增加）不可能避免；施打时提前考虑伸长值，在轴线修正时纠正。（6）、钢板桩的合拢钢板桩围堰在合拢时，两侧锁口很难保证在一条直线上。此时采取的措施为：在钢板桩合拢而剩下几组还未插打时，提前考虑合拢情况，可将围堰短边的钢板桩全部插入导梁内，然后再逐次打设钢桩，由于水流影响或其它原因，采取上述措施仍无法合拢时，