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主墩钢板桩围堰施工方案

相关数据如下：粉质粘土τ=40Kpa,粘土τ=55Kpa,相关高程数据如下：

1、北岸坝顶高程20.10m，南岸坝顶高程20.57m，百年一遇水位18.18m，重现期十年的洪水位16.59m，设计通航最低水位13.00m，测时水位14.50m（2月15日）。

河床以下：粉质粘土3.6m厚，粘土5.4m厚，粉质粘土20.2m，细砂6.4m，粘土34.7m厚。

主墩钢板桩围堰采用18米拉森Ⅳ型钢板桩，单片宽0.4米钢板桩，内径尺寸为15.2mx24.8m,内设四层内支撑，第一、二层框架梁采用双拼Ⅰ40工字钢，第三、四层框架梁采用双拼Ⅰ45工字钢；内支撑采用φ630钢管桩。围堰顶高程为+16.26m，设计水位高程为+14.50m，承台底高程为+3.76m，基坑底高程为+1.76m，河床底高程+8.26m。围堰采取抽水至第一层内支撑下50cm，安装第一层支撑，第二层支撑如同第一层支撑施工方法进行施工。第二层支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，堰内进行水下吸泥开挖，达到开挖基坑底标高1.76m后，抛50cm厚不大于20cm片石节能产品采购清单，然后进行围堰内水下砼封底施工，封底砼标号为C30，封底砼强度满足要求后，抽水至第三层内支撑下50cm，安装第三层内支撑，第四层支撑如同第三层支撑施工方法进行施工。钢板桩围堰结构如下图：

（一）、插打钢板桩前的准备工作

1、主墩的钻孔桩完成后，移走钻机，清理钻孔平台，拔除钻孔平台钢管桩；

2、对河床进行清理：在桩基施工完成后,对围堰范围内河床进行清理,避免在钢板桩插打位置遇到障碍物；

3、钢板桩变形检查：因钢板桩在装卸、运输过程会出现撞伤、弯扭及锁口变形等现象，因此，钢板桩在插打前有必要对其进行变形检查。对变形严重的钢板桩进行校正并做销口通过检查。锁口检查方法：用一块长约2米的同类型、同规格的钢板桩作标准，采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查，对于检查通过的投入使用，不合格的再进行校正或淘汰不用。钢板桩的其它检查：剔除钢板桩前期使用后表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤；

4、振动锤检查：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，振动锤的端电压要达到380－420V，而夹板牙齿不能有太多磨损；

5、涂刷黄油混合物油膏：为了减少插打时锁口间的摩擦和减少钢板桩围堰的渗漏，在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏（重量配合比为沥青：黄油：滑石粉：锯末=4：6：10：1）。

（二）、钢板桩围堰的插打

钢板桩插打利用50t浮吊车作为起吊设备，配合DZ90型振动锤的施工方法逐片插打。1、安装钢板桩插打导向：准确测量后，打设两根钢板桩，并焊接牛腿，其上放置两根钢板桩并与牛腿焊接牢固，形成框架作为导向（此钢板桩在围堰一边打设完成后拔除，之后重新安装导向）以控制钢板桩的平面尺寸和垂直度；

2、为了确保每一片钢板桩插打准确，第一片钢板桩是插打的关键，第一片钢板桩位置选择在上游或下游中心位置，插打前在导向架上设置限位装装制，大小比钢板桩每边放大1cm，插打时，钢板桩桩背紧靠导向架，边插边将吊钩缓慢下放，这时在相互垂直的两个方向用锤球进行观测，以确保钢板桩插正、插直；

3、通过检测，确定第一片钢板桩插打合格后，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打每一根钢板桩到设计位置。整个施工过程中，要用锤球始终控制每片桩的垂直度，及时调整；

4、每一片钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，才进行加压。

5、钢板桩插打至设计标高后，立即与导向架进行焊接，以抵抗水流冲击；

6、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。（三）、围堰内抽水、吸泥、安装内支撑及水下封底

1、钢板桩插打完毕后，抽水至+14.0m标高处，安装第二层支撑如同第一层支撑施工方法进行施工；

2、第二层支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，堰内进行水下吸泥开挖，到基底高程1.76m后，人工整平，抛50cm厚不大于20cm片石，然后进行围堰内水下砼封底施工，封底砼标号为C30；

3、封底砼强度满足要求后，抽水至第三层内支撑下50cm，安装第三层内支撑，第四层支撑如同第三层支撑施工方法进行施工。

水下吸泥、清淤到设计标高后，即可进行水下封底砼施工，封底砼标号为C30，封底厚度为1.5m。

（1）、封底砼导管的选择及布置

导管采用Φ325mm钢管，导管在使用前须进行水密试验，导管安装时，每个接头须预紧检查，下放固定时，导管下口悬空15－20cm。导管的布置、固定利用搭设的平台，每根导管的作业半径按3m考虑，

封底砼须一次性浇注完成。砼采用拌合站集中拌制，由砼罐车运至现场并通过汽车泵泵送。

首批砼灌注时，先用一6m3的集料斗储料，待储料斗满后，拔球浇注首批砼，首批砼浇注后，导管埋深应不小于0.6－0.8m。砼浇注前，在每个导管处封底砼的浇注顺序：先低处，后高处（先将低处砼灌高，避免高处灌注的砼往低处流，使导管底口脱空而进水或导管埋深过浅）。砼的浇注应先四周后中间，并确保砼的表面大致水平。

在砼的浇注过程中，由技术人员负责测量砼的浇注高度和砼扩展情况，正确指挥施工人员调整导管的埋深，并及时与实验室联系控制砼的坍落度。

砼浇注将近结束时，重点对导管与导管的中心处、护筒四周及钢板桩壁等部位进行高程的测量，确保砼面的标高达到设计要求。

由于浇注水下封底时，砼表面无法达到比较平整的要求，所以在砼浇注时，将砼顶面标高控制在设计标高下20cm左右，待砼达到强度，围堰内抽水后，再补浇20cm砼垫层。

5、在钢围堰抽水过程中，设置专人观察钢围堰变形情况。

1、抽出围堰内的水后，切割护筒、凿除桩头、清除砼杂物，进行桩基检测，然后进行承台测量放样，调整桩顶钢筋。承台分一次浇筑，钢筋的制作严格按技术规范及设计图纸的要求进行，保证钢筋搭接长度及焊缝质量满足施工规范要求，监理检查验收合格后，布设冷却水管，浇筑砼，养护。

1、围堰拆除时，向围堰内注水至+6.76m标高处，拆除第四道支撑；

2、继续向围堰内注水至围堰外水位标高，依次拆除支撑；

3、钢板桩拔除方法：先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化” ，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔，拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。

 （六）、质量控制及注意事项     1、在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm，断面上的错位不大于2mm，使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。     2、对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm，全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。     3、为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，为保证桩身垂直，于第一组钢板桩设固定于围堰支撑上的导向钢管桩，顺导向钢管桩下插，使第一组钢板桩桩身垂直，由于钢板桩桩组上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致，桩身仍有可能倾斜，在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰。     4、在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m，所以，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺利堆码，插桩时按规定的顺序吊插。     5、在进行钢板桩的插打时，当钢板桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再第二次打到要求的深度。     6、打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免桩顶破坏，切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。     7、同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口，按设计尺寸计算出使用钢板桩的数量，以确保够用；     8、剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩；     9、剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤；     10、在接长焊接时，相邻焊缝高度差不得小于1m

五、钢板桩围堰施工中的防漏水措施

钢板桩锁口之间连接是否紧密是钢板桩围堰施工中的难点，是关系到围堰是否能成功抽水进行下道工序的关键因素。为此，须从钢板桩施工前、插打时、抽水后等每道工序加以控制.

1、钢板桩在运到现场后，派专人仔细清理索口间杂物、观察索口是否变形，对于索口变形的钢板桩，应调正后使用；

2、在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏（重量配合比为沥青：黄油：滑石粉：锯末=4：6：10：1）以防止钢板桩的漏水；

3、钢板桩在插打时应保证其垂直，防止相互倾斜的钢板桩之间索口无法密贴；

4、钢板桩围堰在抽水后若存在较小的漏水现象，在抽水时，可以看到哪条缝出现漏水，利用漏水处水压差降产生吸力的原理，在漏水处钢板桩上迅速溜下一袋干细砂或锯木屑、粉煤灰（煤碴）等填充物，在吸力的作用下，填充物会被吸入接缝的漏水处，将漏水通道堵塞，有效的减少漏水量。若抽水后漏水现象较为严重，则将旧棉被或土工布裁剪成3－5cm的长条状，派潜水员将漏水处用棉条从水面堵塞至河床面；

5、在水下浇注封底砼时，将砼顶面标高降低0.2m，待围堰内水抽干后，在承台范围内在补浇0.2m垫层，而在钢板桩内侧做积水坑，防止钢板桩间轻微的渗水对承台施工的影响。

六、钢板桩围堰施工中的安全措施

为确保施工中的安全，在进行钢板桩围堰施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主，在施工过程中应注意如下几点：

1、对操作人员进行安全思想教育，提高操作人员安全意识，实行培训持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作；

2、建立好钢板桩安全管理制度，完善好安全管理体制，编制好钢板桩安全施工应急方案；

3、用吊车进行水平和垂直起吊时，对吊车起吊能力和吊起后是否稳定进行实测，保证在起吊时安全可靠，防止发生意外安全事故；

4、在钢板桩插打过程中，要设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现意外安全事故；

5、在钢板桩围堰开始抽水时，要派人定时进行观检，时刻注意并记录钢围堰变化情况；

6、钢板桩围堰内支撑一定要按设计进行施工，施工焊缝一定要牢固，断面尺寸和数量要符合设计要求；

7、对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查，特别是要注意滑轮的轴和钢丝绳摩损情况，危及安全的要及时维修、更换；

8、六级以上大风应停止打桩、吊装等施工作业并做好防风措施；

9、水上施工作业人员须严格遵守水上施工安全防护相关规定，所有进入作业区人员均须戴好安全帽，穿好救生衣，必要时拴挂好安全带；

10、由围堰外至围堰内须设置临时出入通道，并焊好栏杆、踏步板；

11、夜间施工时必须保持良好的照明；

12、每个墩旁应备用救生船一艘。

项目施工采用集中管理，流水作业。现场设一个工点来配备劳动力，现场设管理人员2名，技术人员2名，负责包括施工管理、技术等方面的工作。其余工种人员数量配备按能满足两个墩同时施工考虑，主要有装吊工15人、铆焊工15人、砼工10人及普工20人等。

八、施工周期安排（以一个承台施工周期为例）

吸泥封底（砼达到强度）

水中墩钢板桩围堰计算书

主墩承台平面尺寸为12.2×21.4米，高度为3米。主墩桩基为15根Φ1.8米钻孔桩。

29＃、30＃主墩承台结构尺寸如下：

二、围堰的布置及计算假设

在比较2个墩的承台底标高及河床标高后，拟以29＃墩为例，进行钢板桩围堰的设计、计算。钢板桩的具体布置如下图：

本计算中土层参数根据设计图提供的土层资料，按经验取值如下：

围堰设计时计算水位按＋1.5m考虑。

考虑到三层土的参数比较接近，为了简化计算过程，保证计算结果安全，取第一层土体参数作为计算依据。

Kp＝tg2(45+
)＝1.47，
＝1.21

施工荷载不考虑。土压力和水压力按水土合算原则计算(砂性土为水土分算)，因土体特征性依据规范估取，故不考虑粘聚力影响，以抵消估取数值的不准确性。

2、结构参数(现场提供)

围堰钢板桩采用18米拉森Ⅳ型钢板桩，截面模量为2037cm3/m进行检算。

钢板桩围堰位于怀洪新河河道内，由于河水流动，受动水压力作用，动水压力采用公式
计算

K—1.8～2.0，此取1.8；

H—水深（m），此处为6.5m；

ν—流速（m/s），此处为0.5m/s；

B—阻水宽度（m），此处取1m计算；

γ—水的容重（KN/m3）；

g—重力加速度（m/s2）

1m宽度范围的动水压力：

将动水压力考虑成均布荷载作用于钢板桩围堰，则均布荷载大小为：

工况1：第一层支撑安装完成后，第一支撑中心标高+14.76m，围堰内抽水至+11.56m处（抽水3.2m，第二层支撑下50cm），此时第一层支撑受力处于最不利状态，受力情况分析如下。

(1)计算反弯点位置，即利用钢板桩上土压力等于零的点作为反弯点位置，计算其离基坑底面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度：

式中
－基坑底面处钢板桩墙后的主动土压力强度值；

K－被动土压力修正系数取1.2；

荷载(kN/m)及弯矩图

荷载(kN/m)及支撑反力图

F1=76.9kN，Mmax＝202kN·m

工况2：安装好第二层支撑，支撑中心标高+11.56m，围堰内抽水至+9.06m处（抽水5.7m，第三层支撑下50cm），此时第二层支撑受力处于最不利状态。

(1)计算反弯点位置：

荷载(kN/m)及弯矩图

荷载(kN/m)及支撑反力图

工况3：安装好第三层支撑，支撑中心标高+9.56m，围堰内围堰内水下吸泥封底后抽水至标高+6.76m处(第四层支撑底0.5米)，此时第三层支撑受力处于最不利状态，受力情况分析如下：

(1)计算反弯点位置：

荷载(kN/m)及弯矩图

荷载(kN/m)及支撑反力图

工况4：安装好第四层支撑，支撑中心标高+7.26m，围堰内抽水至标高+3.76m处(封底上底面)，此时第四层支撑受力处于最不利状态，受力情况分析如下：

(1)计算反弯点位置：

荷载(kN/m)及弯矩图

荷载(kN/m)及支撑反力图

(3)钢板桩零点以下入土深度
的确定：

采用等值梁法计算原理，土压力零点处的支撑反力与该点以下钢板桩土压力对桩底的力矩平衡，假设土压力零点以下钢板桩埋深为x，建平衡方程：

(4)钢板桩入土深度计算：

t0＝x＋y＝2.93＋3.81＝6.74m，t＝1.1t0＝1.1×6.74＝7.41m，

钢板桩长度l＝8+7.41＝15.41m，采用18米长板桩，必须采取水下封底。

综上：F1max＝76.9kN，F2max＝305.1kN，F3max＝329.1kN，F4max=238.1kN，

2、钢板桩抗弯强度检算：

3、边梁及内支撑受力计算：

第一，二层内支撑采用2I40b，取第二层最大值F2max＝305.1kN。

I40b：腹板厚度：tw=12.5mm；毛截面面积：A=94.07cm2；半截面面积矩：Sx=671.2cm3；截面惯性矩：Ix=22781cm4；回转半径：ix=15.56cm，iy=2.71cm；截面模量：Wx=1139cm3，f=205.00N/mm2，fv=120.00N/mm2。

将边梁及内支撑看做中心加有刚性约束的整体平面刚架结构，利用迈达斯进行受力分析，计算受力图如下：

边梁及内支撑最大组合应力值：
支撑被破坏。

故：在设计水位为20.0米时，第二层内支撑应采用3拼I40b工字钢，或2拼I45a型工字钢。现采用3拼I40b对支撑强度重新检算：

边梁及内支撑最大组合应力值：

(2)第三，四层内支撑：

第三，四层内支撑采用2I500X300，采用F3max＝308.06kN。

I50：腹板厚度：tw=13mm；毛截面面积：A=307.94cm2；截面惯性矩：Ix=74621cm4.。

将边梁及内支撑看做中心加有刚性约束的整体平面刚架结构，利用迈达斯进行受力分析，计算受力图如下：

GBT 19410-2003; 螺杆式制冷剂压缩机.pdf边梁及内支撑最大组合应力值：

边梁及内支撑最大剪力值：

支撑结构满足施工要求.。

4、围堰抗浮稳定性计算

将整个为看看做箱体，比较围堰封底混凝土受力和箱底浮力，验算其抗浮系数K。

封底混凝土受力G=混凝土自重+混凝土与围堰及桩头间的粘结力

现假定抗浮系数等于1，计算封底混凝土与钻孔桩桩头间的剪切应力（护筒已拔除T／CSTE 0012-2019 加氢站站控系统技术要求，为封底混凝土与桩头混凝土间的剪切应力）：

将封底混凝土假设成无腹筋连续梁，根据规范，剪力小于
时，结构不会发生剪切破坏，采用C25混凝土时，
，安全系数=
（假设
），故围堰抗浮性合格。

综上所述：结构设计满足施工要求。