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104国道改建工程旄儿港大桥钢板桩围堰施工方案_secret104国道湖州杨家埠至鹿山段改建工程第一合同段
（K1+797.3旄儿港大桥）
杭州市交通工程集团有限公司
旄儿港大桥中心里程为K1+797.3,桥跨布置为左幅(55+90+55)+3*30+(30+31+30)+(30+31+30)m，右幅(55+90+55)+（26.5+30+30）+(30+31+30)+(30+31+30)m，主跨采用3跨变高度预应力砼连续箱梁，两侧引桥采用55m先简支后连续部分预应力砼组合箱梁。下部结构为柱式墩台，基础为桩基础。
凯晨广场工程施工组织设计中（五）二、施工方案的总体设计
根据工地现场的实际情况、施工组织设计的总体工期安排，结合我单位技术装备水平和现有设备、人员情况，我单位在旄儿港大桥施工中拟采用如下施工方案：
主桥墩的水中钻孔灌注桩采用搭设水中固定平台施工方案，平台与岸边通过栈桥连接，最后类似于陆上钻孔作业。
主桥墩水下承台、墩柱（身）采用钢板桩围堰施工方案。主桥的1、2号主墩各打设一个水中钢板桩围堰，钢板桩围堰尺寸定为：单个主墩为55m×32m。两个围堰的内侧距离河岸约18m，钢板桩选用德国拉森Ⅳ型，1#墩采用长度为18m的钢板桩，同时考虑到2#墩地质因素，故2#墩采用长度为18m和部分24m的两种钢板桩。高压线下范围内采用2根12m的，其余部分采用18m的。
根据此桥的水深、水文、地质等相关情况，我们对各类施工方案进行综合比选后认为：采用钢管桩围堰施工方案与其它方案相比，具有工艺简单、施工期间临时占用水面较小、安全、施工风险易于控制等诸多优势。
跨旄儿港主桥采用悬浇挂篮施工，以保证河道的正常过水和通航。
大桥的引桥施工位于陆地上，施工工艺较为简单，在此不作详细介绍。
三、旄儿港大桥围堰施工进度安排
1、大桥总体工期目标为：
（1）、主墩钻孔桩施工：2012年4月25日开始；
（2）、主墩承台及薄璧墩施工：2012年12月15结束；
（3）、主桥边跨合拢段施工：2013年2月5日结束；
（4）、主桥中跨合拢段施工：2013年4月15日结束
（5）、全桥施工：2013年8月25日结束
2、详细的工序进度安排
钻孔平台拆除：2#墩、4.20日—4.25日1#墩、4.26日—4.30日
钢管桩围堰施工：2#墩、4.26日—5.10日；1#墩、5.1日—5.15日
水下吸泥、砼封底：2#墩、5.11日—5.20日；1#墩、5.16日—5.25日
围堰支撑： 2#墩、5.21日—5.31日；1#墩、5.26日—6.10日
桩头破除、桩基检测：2#墩、6.1日—6.5日；1#墩、6.10日—6.15日
承台施工：2#墩、6.6日—6.20日；1#墩、6.16日—6.30日
主墩墩身施工：2#墩、6.15日—6.25日；1#墩、6.25日—7.10日
主墩围堰拆除：：2#墩、7.10日—7.25日；1#墩、7.25日—8.15日
水中钻孔灌注桩采用搭设水中固定平台施工方案，平台与岸边通过栈桥连接，最后类似于陆上钻孔作业。
1、水中钻孔平台及栈桥施工：
2、单根钢管桩单桩承载力计算
b、选用的钢管桩为φ=600mm，壁厚δ=8mm的敞口钢管桩，钢管桩材质为A3钢。
c、考虑到旄儿港为通航通道，河床底部淤泥层较深，钢管桩打入土层的深度按h=4m来控制。
e、根据人民交通出版社出版的高等学校教材《基础工程》中有关桩基计算的公式来进行验算。
f、钢板桩因考虑到桩底闭塞效应及挤土效应的特点，按单桩轴向承载力计算公式计算。
Pj——钢板桩单桩轴向极限承载力
λs——侧阻挤土效应系数，对于闭口钢管桩λs=1,对于敞口钢管桩，λs值参考教材中的取值，钢管桩内直径φ=600mm，取λs=1
hb——桩底端进入持力层的深度（m）取hb=4m
ds——钢管桩内直径（m）内直径φ=0.6m
A——桩底投影面积（㎡）A=r2=0.283㎡
U——桩的周长（m）U=2r=1.885m
σR——桩底处土的极限承载力（kPa）本次计算取σR=100kPa
Li——桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i层土层中的长度（m）
本次计算，取Li=3m
τi——与Li相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力（kPa）。本次计算中，通过参考地质资料及相关的数据，保守计算，取τi=25kPa
因hb/ds=4/0.6=6.67，所以取λP=0.8×λs=0.8×1=0.8
将上述各项参数代入公式可以计算得出：
Pj=λsUΣτiLi+λPAσR
=1×1.885m×3m×25kPa+0.8×0.283㎡×100kPa
=1×1.885×3×25×103N+0.8×0.283×90×103N
=161.7×103N
在搭设水中平台时，每个平台打设28根钢管桩，理论合计平台承载力为：
P=161KN×28=4508KN≈450吨。承载力满足施工要求。
五、钢管桩围堰的设计与施工：
水下承台、墩柱（身）采用钢管桩围堰施工方案。围堰尺寸定为：单个主墩为13m×28m，钢管桩选用德国拉森Ⅳ型，7#墩采用长度为18m的钢管桩，8#墩采用长度为18m和部分24m的钢管桩。
1、桥梁桩基、承台的相关参数：
设计最高通航水位为+2.66m，最低通航水位为+0.69m，07年8月份实测水位为+2.1m。施工常水位按+2.1m，最高水位按+2.6m考虑。水的正常流速按1.0m/s考虑。
因1#墩和2墩围堰尺寸相同，钢管桩顶标高一样，承台标高相差仅4cm，而内支撑材料形式一样，受力情况基本一致，由于2#墩地质为粉细纱，极易发生管涌，由于均采用封底，故可只分析验算其中受力复杂的2#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10.3m×10.3m，左右幅承台间距为3.2m，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13m×28m。这样，围堰距离承台砼边的距离为1.5m，满足施工需要。
（2）、钢管桩长度、入土深度确定
6、钢管桩围堰的计算及验算
为确保大桥主墩钢管桩围堰的安全，在围堰设计时，采用不同的方法对围堰的稳定性、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。（见施组）
2#主墩钢管桩围堰受力计算，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。
钢管桩围堰的稳定性验算
通过分析施工过程的工艺流程，结合理论知识，可以确定2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延米长的钢管桩为计算单元体，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管桩的最小入土深度及围堰的受力状况、稳定性等。
被动土压力：Ep=γz+2c
γ土的自重（KN/m3）
C土的粘聚力（kPa）
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
砂性土：自重γ=19kN/m、内摩擦角φ==24°、粘聚力C=4kPa
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：
粘性土:γ=19kN/m、内摩擦角φ==30°、粘聚力C=11kPa
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
砂性土:γ=19kN/m、内摩擦角φ==24°、粘聚力C=4kPa
主动土压力相关系数：m==0.649，m2=0.422
被动土压力相关系数：==1.540，=2.371
xx的正常水流速度v=1m/s，河水的深度按8m计算
第2到围檩距离河床底的距离为5.0m，钢管桩封底砼底有效入土深度4.2m
（4）、计算受力模型及工况示意图
外侧水及主动土压力内侧静水及被动土压力
按土质为粘性土，γ=19kN/m、内摩擦角φ==30°、粘聚力C=11kPa、桩长采用长度为18m来计算围堰的稳定性。
①、围堰外迎水面钢管桩水压力计算
P—每延米板桩壁河床处水的压强（kpa）。
P1=ρWh=108=80kpa。
迎水面钢管桩水压力合力Ea1
Ea1=808m=320KN
②、围堰外侧钢管桩桩尖标高至河床顶9m厚主动土压力合力Ea2
根据朗金土压力计算公式：
同时考虑到8m水深在自身压力作用下对土体的压力，相当于在河床顶部的土体上外作用一个均布荷载q=γh=80kpa,因顶部承受水的压力，上部土体将出现部分拉应力区,顶部土体的主动土压力为Pa2
钢管桩桩尖标处9m厚主动土压力Pa3
钢管桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2
Ea2=(Pa2+Pa3)h=(13.946kpa+70.889kpa)×9=381.756kN
Ea2作用点距离土层底的距离为1/3土层厚
③、围堰内水面钢管桩静水压力计算
P1/=ρWh=10（8+4.8）=128kpa。
围堰内钢管桩静水压力合力Ea1
Eb1=12812.8m=819.2KN
Eb1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/
④、钢管桩有效入土深度4.2m厚被动土压力合力Eb2
根据朗金被动土压力公式得：
承受水的压力，上部土体在水压作用下得顶部被动土压力为Pb2/
=（128+04.2）.0+2111.732
=422.104kpa
h2/=4.2m厚土层地的主动土压力Pb3/
Pb3/=γh2/+2c
=（q+γh2/）+2c=（128+194.2）.0+2111.732
=661.504kpa
被动土压力合力Eb2=(Pb2/+Pb3/)h2/
Eb2=0.5（422.104kpa+661.504kpa）4.2=2275.577KN
Eb2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/
（6）、围堰整体稳定性验算：
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
=Eb1L1+Eb2L2
=320KN2.333m+381.756kN11m
=4945.876KN
③、围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为
=Eb1L1/+Eb2L2/
=819.2KN5.533m+2275.577KN12.6m
=33204.904KN
安全系数K=33204.904÷4945.876=6.714＞2。
通过验算，钢管桩封底砼底有效入土深度4.2m，安全。
按照上面的计算方法，考虑到地质情况的复杂性，针对不同的桩长和地质参数，得出不得同的计算结果来加以进行对比，主要体现在安全系数上的比较。
按土质为砂性土，γ=19kN/m、内摩擦角φ==24°、粘聚力C=4kPa、桩长仍采用长度为18m来计算围堰的稳定性。
主动土压力相关系数：m==0.649，m2=0.422
被动土压力相关系数：==1.540，=2.371
①、围堰外侧钢管桩桩尖标高至河床顶9m厚主动土压力合力Ea1，上部土体将出现部分拉应力区,顶部土体的主动土压力为Pa1
②、钢管桩桩尖标处9m厚主动土压力Pa1
钢管桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2
Ea1=(Pa1+Pa2)h=(28.568kpa+100.73kpa)×9=581.841kN
③、围堰内水面钢管桩静水压力P1/=ρWh=128kpa。
围堰内钢管桩静水压力合力Eb1=P1/h1/=819.2KN
④、钢管桩有效入土深度4.2m厚被动土压力合力Eb2
上部土体在水压作用下得顶部被动土压力为Pb4/
Pb4/=γh+2c=（q+γh）+2c
=（128+04.2）+241.54
=315.808kpa
h2/=4.2m厚土层地的主动土压力Pb5/
Pb5/=γh2/+2c=（q+γh2/）+2c
=（128+194.2）+241.54=505.014kpa
被动土压力合力Eb2=(Pb2/+Pb3/)h2/
Eb2=0.5（315.808kpa+505.014kpa）4.2=1723.726KN
（6）、围堰整体稳定性验算：
围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为
=Eb1L1+Eb2L2
=320KN2.333m+581.841kN11m
=7146.811KN
围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为
=Eb1L1/+Eb2L2/
=819.2KN5.533m+1723.726KN12.6m
=26251.581KN
安全系数K=26251.581÷7146.811=3.673＞2。安全
按土质为粘性土，γ=19kN/m、内摩擦角φ==30°、粘聚力C=11kPa、桩长采用长度为24m来计算围堰的稳定性。
②、钢管桩桩尖标处15m厚主动土压力Pa5
钢管桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2
Ea2=(Pa2+Pa3)h=(13.946kpa+108.851kpa)×15=920.978kN
③、围堰内水面钢管桩静水压力P4/=ρWh=128kpa。
围堰内钢管桩静水压力合力Ea4=P1/h1/=819.2KN
④、钢管桩有效入土深度10.2m厚被动土压力合力Eb4
上部土体在水压作用下得顶部被动土压力为Pb4/
Pb4/=γh+2c=（q+γh）+2c
=（128+010.2）+2111.732
=422.104kpa
h2/=10.2m厚土层地的主动土压力Pb3/
Pb3/=γh2/+2c=（q+γh2/）+2c
=（128+1910.2）+2111.732=1003.504kpa
被动土压力合力Eb2=(Pb2/+Pb3/)h2/
Eb2=0.5（422.104kpa+1003.504kpa）10.2=7270.601KN
围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为
=Eb1L1+Eb2L2
=320KN2.333m+920.978kN15m
=14561.23KN
围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为
=Eb1L1/+Eb2L2/
=819.2KN5.533m+7270.601KN16.6m
=125224.610KN
安全系数K=125224.610÷14561.23=8.607＞2。安全
按土质为砂性土，γ=19kN/m、内摩擦角φ==24°、粘聚力C=4kPa、桩长采用长度为24m来计算围堰的稳定性。
①、围堰外侧钢管桩桩尖标高至河床顶15m厚主动土压力合力Ea4，上部土体将出现部分拉应力区,顶部土体的主动土压力为Pa4
②、钢管桩桩尖标处9m厚主动土压力Pa5
钢管桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2
Ea2=(Pa2+Pa3)h=(28.568kpa+148.838kpa)×15=1330.545kN
③、围堰内水面钢管桩静水压力P4/=ρWh=128kpa。
围堰内钢管桩静水压力合力Ea4=P1/h1/=819.2KN
④、钢管桩有效入土深度10.2m厚被动土压力合力Eb4
上部土体在水压作用下得顶部被动土压力为Pb4/
Pb4/=γh+2c=（q+γh）+2c
=（128+010.2）+241.54
=315.808kpa
h2/=10.2m厚土层地的主动土压力Pb3/
Pb3/=γh2/+2c=（q+γh2/）+2c
=（128+1910.2）+241.54=775.308kpa
被动土压力合力Eb2=(Pb2/+Pb3/)h2/
DB51／T 2693-2020 地理空间政务数据资源目录规范Eb2=0.5（315.808kpa+775.308kpa）10.2=5564.691KN
（6）、围堰整体稳定性验算：
围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为
=Eb1L1+Eb2L2
=320KN2.333m+1330.545kN15m
=20704.735KN
T／CECS 541-2018标准下载围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为
=Eb1L1/+Eb2L2/
=819.2KN5.533m+5564.691KN16.6m