浅谈深水基坑单壁钢板桩围堰设计与施工
时间：2020-12-05 08:00:26 来源：达达文档网 本文已影响 人 
张钰
摘要：深基坑工程涉及岩土力学、结构力学、材料力学、工程地质和施工技术等专业知识，是一项很强的学科。由于影响基坑工程不确定因素很多，基坑工程又是一项风险性很大的工程，稍有不慎就会酿成巨大的工程事故。因此，确保基坑工程的安全是总体方案设计的目标，也是施工的目标。本文对深水基坑单壁钢板桩围堰设计与施工进行了阐述。
关键词：
深水基坑 单壁钢板桩围堰设计施工
中图分类号：TU74文献标识码：
A
一、工艺特点
1、“单壁钢板桩+钢支撑”的结构体系，采用标准和质量轻的钢构件组成，无需大型的水上起重及插打设备，便于安装及施工控制，降低了施工难度；
钢支撑采用“角撑+对撑”结合，为承台施工预留了很大的空间，方便了施工。
2、通过设置封底混凝土有效地解决了围堰抗渗、抗浮托等技术难题，环保效益显著。
3、从上至下分层加支撑—分层抽水的“逆作法”施工工序，工序简明，便于施工管理。
4、 钢板桩100%的回收率，提高了材料周转率；
减少了用钢量及封底混凝土数量，节约了成本；
便于施工，缩短工期。
5、围堰施工的一般要求
1）堰顶高度：宜高出施工期间可能出现的最高水位（包括浪高）50cm~70cm,用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面20cm~40cm；
2）围堰外形：应考虑围堰期间客流断面被压缩后，流速增大引起水流对围堰、河床的集中冲刷及对航道、倒流、农用排灌等的影响；
3）围堰面积：应能满足基础施工的需要；
4）围堰断面：应能满足堰身强度和稳定（防止滑动、倾覆）的要求。
二、工程概况
某大桥跨度组成为5x25m+(48.5m+75m+48.5m)+6x25m，全长454. 4m，设计荷载:汽车一超20级，挂车一120，桥梁净宽:2x净一11. 25m，主桥采用挂兰悬浇施工，6#,7#主墩位于水中，承台尺寸为10. 3m x 6. 4m x 2. 5m，低桩承台，左右幅共计4个，埋深在水下12m，河床下5一6m，采用4个围堰单独施工。主墩高度12. 6m，出水 3. 6m。望虞河为V级航道，连通太湖与长江，兼有泄洪和引水功能，河面宽130m，水深6一7m，泄洪和引水时涨落较大，水流较急，河床地质分布主要为亚砂土、粉沙、软粘土和粘土，硬粘土埋藏较深，给钢板桩人土部分的受力及计算带来了一定的问题和困难(参见图1)
圈1水中墩钢板桩围堰地质剖面圈
三、总体方案选择
原定采用双壁钢围堰施工，但考虑到堰体将高达16m以上，投入大、成本高、施工周期长，且在施工中涉及到加工、浮运、装吊、定位下沉、对接、纠偏、封底、水下切割等一系列工序难题，而钢板桩围堰具有成本低、周期短、止水效果好、打拔容易，与内部支撑结合后整体刚度大，入土深度满足后无需封底等优点，故选用钢板桩围堰施工。如图2所示，堰体平面尺寸为11.6x8.4m，板桩长度22m，基坑深度达12m，设置4道支撑，其中第四道为双排。如此长的单壁板桩作围堰用于如此深的水中基坑较为少见，要求在技术论证、设计和施工中均要严密谨懊，加强控制和监测。
图2钢板桩围堰平面示，单位:cm
四、围堰设计及施工工艺
1、围堰设计
1）围堰材料
考虑钢板桩长度较长，选用截面刚度较大的拉森Ⅲ型钢板桩。
2）围堰边线
由于左右幅承台不在一条直线上，钢板桩沿单个承台布置，围堰边距离承台轮廓线最小距离为120cm。
3）标高
根据潮汐表，钢板桩围堰顶标高设为＋4m，高出最高潮水位80cm；
钢板桩长度为18m，底标高－14m。
4）支撑
由于承台高度不大，仅为4m，为节约工期起见，缩短承台基坑开挖后的暴露时间，承台混凝土施工考虑一次完成。
围堰内土方开挖共设置三层内支撑。由于19＃、20＃墩承台标高不一致，支撑标高也有差别。其中19＃墩第一层支撑设在围堰钢板桩顶标高以下100cm标高＋3m位置，第三层支撑设在承台面标高以上60cm即标高－1.7m位置，第二层支撑设在标高＋1.0m位置；
20＃墩第一层支撑设在围堰钢板桩顶标高以下100cm标高＋3m位置，第三层支撑设在承台面标高以上60cm即标高－3.0m位置，第二层支撑设在标高＋0.0m位置；
为结合使用钻孔灌注桩平台材料，支撑采用直径600mm，壁厚8mm的钢管；
为保证钢管支撑的稳定性，三层钢管间用[16槽钢做剪刀撑连接。内支撑平面之间使用I36工字钢作为系杆连接，另外，在围堰转角位置每层围檩设与围囹材料一致的工字钢斜支撑，支撑与钢板桩直线边的角度为1：1。
围堰内降水时边抽水边支顶，抽水到支撑标高位置做好支撑后才开始继续抽水直先在桩基护筒上如图焊接钢板牛腿，在牛腿上架设I36工字钢做支撑梁，然后按照围堰设计边线放样，架设间距为40cm的两根I36工字钢分别作为内外导向杆，中间预留钢板桩施工轨道。即完成钢板桩的定位及导向系统。钢板桩的施打如图施打始点位置开始，顺着轨道施打，在两端合拢点合拢。当钢板桩施打到支撑梁位置时，要调整支撑梁位置，在已施打钢板桩位置处加焊联系杆，使内外导向杆连接牢固，钢板桩插打时，单桩逐根打入法施打钢板桩，先行插打单根钢板桩，待全部合拢以后再进行加接钢板桩，相邻的钢板桩的焊接借口不宜在同一断面，相错1米左右。钢板桩围堰施打时，委派专门人员跟踪，记录每根钢板桩的入土深度，确保钢板桩都能达到预定设计底标高。
在围堰转角位置,将一条钢板桩竖向剖成2条,并按照围堰转角的角度900重新等强度焊接后使用；
围囹在该位置分别将长边和短边的材料切割成450角度后焊接。
2、水下吹砂及、抓斗船挖泥
采用水下吹砂挖泥结合抓斗船，将砂层底面降低到封底混凝土的底面，由潜水工在封底混凝土高度范围内的钢板桩表面人工布置沥青油毛毡用于隔离钢板桩与封底混凝土，同时将封底混凝土范围护筒壁上泥沙要清理干净，使封底混凝土与护筒结合紧密。
3、浇注水下封底混凝土
1）混凝土供应系统
水下混凝土质量及灌注顺利与否，很大程度取决于混凝土的供应量。根据20#墩右幅承台钢板桩围堰的面积计算，该围堰封底混凝土的灌注方量大约为：17.6*10.6*1.2=223（m3），封底混凝土供应由南岸1台150m3/h搅拌站完成，6台10m3混凝土运输车运送至围堰边，用1台37m混凝土汽封底混凝土施工图每根导管长约12.5m，利用吊机控制以便在封底过程中控制导管移动位置，并在导管底节焊接两个卡环，灌注时穿上细钢丝绳，便于准确调整导管口位置及拖动导管控制位移。砼灌注前将灌注用导管准确测量并做好标记以便控制标高。
2）封底混凝土强度验算
封底混凝土在上浮力作用下的内力，可近似简化为简支单向板计算，封底混凝土抗拉强度：
ƒ =1/8 × Qι2/W=3ι2［rw(h+d)－rc×d］/4×2d。
其中，ƒ为封底混凝土抗弯曲强度；
ι为基坑底小边尺寸；
Q为 封底底面静水压力；
W 为封底混凝土每1m 宽截面的抗弯模量；
h 为封底顶面处水头；
d为假定的封底混凝土最小厚度；
rw为水的容 重；
rc为混凝土的重度。
