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京沪高铁某河钢板桩围堰计算和施工方案

xx河水中墩围堰施工方案

京沪高速铁路xx桥段跨xx河为（48＋80＋80＋48）米预应力混凝土连续箱梁。其中x＃、y＃主墩位于xx河中。主墩承台平面尺寸为10.4×，高度为，其上为6.6×，厚度的加台。主墩桩基为15根Φ钻孔桩。

T／CBMF 73-2019、T／CCPA 11-2019 城市综合管廊用预制混凝土箱涵钢模.pdf承台、墩身具体布置如下：

x＃、y＃墩具体参数如下：

x＃、y＃主墩拟采用钢板桩围堰进行承台、墩身的施工。钢板桩采用拉森Ⅵ型，其长度为。在考虑承台埋深、河床标高等因素基础上，本方案以x＃墩为例，对钢板桩围堰的施工进行详细叙述。钢板桩的具体布置如下图：

三、钢板桩围堰施工方案

（一）、插打钢板桩前的准备工作

1、每个墩的钻孔桩完成后，移走钻机，清理钻孔平台，钻孔平台留作水下浇注封底砼的工作平台使用；

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 380－420 V，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：钢板桩插打之前，在钻孔桩外侧的钢护筒上焊接牛腿，安装第一道支撑圈梁,作为钢板桩插打时的导向架，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，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－标高处，安装第二道支撑；

2、继续抽水、吸泥至－标高，安装第三道支撑；

3、第三道支撑安装完成后，向围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至－标高。

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C25，封底厚度为。

（1）、封底砼导管的选择及布置

导管采用Φ钢管，每根长约。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－。

导管的布置、固定利用原先的钻孔平台，每根导管的作业半径按考虑，则每个墩需布置5套导管。

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－。砼浇注前，在每个导管处布置一小型门架，在门架上挂上倒链。砼浇注过程中，导管应随砼面的上升而提升，导管的提升由倒链控制。

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左右，待砼达到强度，围堰内抽水后，再补浇砼垫层。

5、待水下封底砼达到设计强度后，抽除围堰内的水，浇注砼垫层，并在围堰四周作积水坑。在钢围堰抽水过程中，设置专人观察钢围堰变形情况。

（四）、承台、墩柱施工

1、抽出围堰内的水后， 切割护筒、凿除桩头、绑扎钢筋、安装承台模板、浇注高承台砼；

2、高承台施工完成后，在承台与钢板桩间填注砂、土混合物并夯实，并在其顶部浇注30cmC30砼，然后拆除第三道支撑，进行高加台及墩柱的施工。

1、围堰拆除时，向围堰内注水至－标高处，拆除第二道支撑；

2、继续向围堰内注水至围堰外水位标高，依次拔除钢板桩；

3、钢板桩全部拔除后，拆除第一道支撑；

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。

四、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－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，待围堰内水抽干后，在承台范围内在补浇垫层，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。

五、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。

七、施工周期安排（以一个墩施工周期为例）

xx河水中墩钢板桩围堰计算书

京沪高速铁路xx西桥段跨xx河为（48＋80＋80＋48）米一联四跨连续梁形式。x＃、y＃主墩位于zz河中。主墩承台平面尺寸为10.4×，高度为，其上为6.6×，厚度的加台。主墩桩基为15根Φ钻孔桩。

x＃、y＃主墩承台结构尺寸如下：

二、围堰的布置及计算假设

1、围堰的布置

在比较2个墩的承台底标高及河床标高后，拟以x＃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＋考虑。

本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。

以水位标高＋2.0以基准，计算各高度点的水压力、有效土压力。

（1）、主、被动土压力系数

Kp＝tg2(45+)＝2.04， ＝1.428

Kp＝tg2(45+)＝2.417， ＝1.555

（2）、有效主动土压力的计算

a、h＝6.5m时， Pa’=0

b、h＝（上）时，

=0.49×9.5×2.3－2×10.5×0.7＝－3.99KN/m2，取Pa’=0

h＝（下）时，

=0.414×（9.5×2.3＋10×11.7）－2×10×0.643＝44.6 KN/m2

（3）、孔隙水压力的计算

a、h＝时， Pw＝=65 KN/m2

b、h＝时， Pw＝88 KN/m2

c、h＝时，Pw＝205 KN/m2

（4）、土压力合力

a、h＝时， Pa＝=65 KN/m2

b、h＝时， Pa＝88 KN/m2

c、h＝时， Pa＝44.6＋205＝249.6 KN/m2

2、各施工工况及内力计算

本围堰施工时，按上层支撑已安装，并抽水（吸泥）至待安装支撑下 处，计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。

根据施工工序，分为四个工况；

工况一、围堰第一道支撑加好后，抽水到－标高时；

工况二、围堰第二道支撑加好后，抽水、吸泥到－标高时；

工况三、围堰第三道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，围堰内吸泥、清淤到－标高时；

工况四、围堰封底砼浇注并达到设计强度后，围堰内抽水完成后。

在计算时，各阶段钢板桩计算长度按等值梁法确定，从主动土压力与被动土压力相等的反弯矩截面（即净土压力为零或弯矩为零）截断形成等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩。

工况一：围堰第一道支撑加好后，抽水到－标高时；

=2×10.5×1.428＝30 KN/m2

=2.04×2.3×9.5＋30＝74.6 KN/m2

考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高K＝1.6，则：

h＝时，Pp’＝48KN/m2，Pw＝5 KN/m2

h＝（上）时，Pp’＝119.4 KN/m2，Pw＝28 KN/m2

则，h＝时，Pp＝53 KN/m2

h＝（上）时，Pp＝119.4＋28＝147.4 KN/m2

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：

工况二：围堰第二道支撑加好后，抽水、吸泥到－标高时；

h＝时，Pp’＝2×10×1.555＝31.1 KN/m2

Pp’＝2.417×10.5×10＋31.1＝284.9 KN/m2

考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高K＝1.62，则：

h＝时，Pp’＝50.4 KN/m2，Pw＝0 KN/m2

h＝时，Pp’＝461.5 KN/m2，Pw＝105 KN/m2

则，h＝时，Pp＝50.4 KN/m2

h＝时，Pp＝461.5＋105＝566.5 KN/m2

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：

工况三：围堰第三道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，围堰内吸泥、清淤到－标高时；

h＝时，Pp’＝2×10×1.555＝31.1 KN/m2

Pp’＝2.417×4.543×10＋31.1＝141 KN/m2

考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高K＝1.62，则：

h＝时，Pp＝50.4 KN/m2

h＝时，Pp＝228.42 KN/m2

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：

工况四：围堰封底砼浇注并达到设计强度后，围堰内抽水完成后。

各道支撑在四个工况下的最大反力作为圈梁的设计依据，则第一至第三道支撑的支撑反力依次为：

R1＝78.9 KN/m R2＝305.4 KN/m R3＝486.7 KN/m

钢板桩在各工况下所受的最大弯矩：Mmax＝210.7 KN.m，钢板桩拟采用拉森Ⅵ型，其惯性矩为4/m, 截面弹性模量为3/m,钢材材质为 SY295。

σ=＝＝78.04 Mpa ＜0.6×295＝177 Mpa，符合要求。

围堰在水下清淤到－标高处，须验算坑底的承载力，如承载力不足，将导致坑底土的隆起，所以必须要求钢板桩有足够的入土深度。

本工程坑底抗隆起验算采用滑动圆滑分析法，以坑底O为圆心，以钢板桩入土深度OB为半径作圆交坑底水平线于E、F，再由E作垂直平方线交河床面于D。

则，抗滑力矩＝C1H＋

＝（10.5×2.3＋10×7.157）×4.543＋3.14×4.5432×10＝1082.9

滑动力矩＝＝×(9.5×2.3+10×7.157) ×4.5432

=964

K＝＝1.12 ＞ 1.1，可满足坑底抗隆起验算！

封底砼达到设计强度后,抽干围堰内的水。此时封底砼受到由于内外水土压力差形成的向上的水的浮力P，封底砼必须在自重G、与钢护筒的粘聚力N1及与钢板桩的粘聚力N2作用下抵抗水的浮力P。

本工程拟定封底砼标号为C25，取其设计值ftd=1.23MPa，考虑施工阶段混凝土的允许弯拉应力取1.5倍安全系数，则[σ]=0.82MPa，钢护筒与封底混凝土间握裹力τ=0.12Mpa。砼封底厚度为, 考虑到封底砼顶面浮浆的存在，则封底砼在计算时取有效厚度为。

封底砼与钢护筒的粘聚力

N1＝2×3.14×0.75×2.0×15×12＝1695.6t

封底砼与钢板桩的粘聚力

N2＝（13.2＋20.4）×2×2×12＝1612.8t

G＋N1＋N2＝1116.8＋1695.6＋1612.8＝4425.2 t ＞ P，满足要求！

(2)、封底混凝土拉应力计算

由于承台封底混凝土与钢护筒及钢板桩形成握裹支撑，其力的传递较为复杂，根据本承台桩基布置情况，将封底砼看成承受均布荷载的三边固定、一边简支的面板结构。

则，作用在砼梁上的荷载p＝15.957×10－2.0×23＝113.6 KN/m2

Mx＝0.06＝0.06×113.6×3.92＝103.7 KN.m

My＝0.055＝0.055×113.6×3.92＝95.03KN.m

＜ ［σ］

本工程中支撑圈梁采用H588型钢，支撑钢管采用Φ530（壁厚10mm）和Φ630（壁厚12mm）。

H588型钢的截面特性如下：

A=18576mm2

I=113283.85cm4

W=3853.2cm3

Φ530（壁厚10mm），其截面特征如下：

A=16336.3mm2 W=4.17×106mm3

I＝5.52×108mm4; i==183.88mm

单位重量：q=128.24kg/m

Φ630（壁厚12mm），其截面特征如下：

A=23298.1mm2 W=7.064×106mm3

I＝11.13×108mm4; i==218.5mm

单位重量：q=182.9kg/m

第一道支撑经SAP2000计算结果如下：

a、由计算可知，圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，

Mmax＝153.51 KN·M， Nmax=497.5 KN

则，σ＝±＝+=26.8+37.9=64.7 MPa≤, 强度符合要求！

b、支撑钢管所受最大轴力N＝591.5KN，计算长度L＝4.2 m,

DB21／T 3134-2019 辽宁省燃煤电厂大气污染物排放标准由=＝＝22.8 ; 查表得：＝0.963

σ＝＝＝37.6 MPa≤,整体稳定性符合要求！

第二道、第三道支撑布置、材料规格均相同，取受力较大的第三道支撑验算。第三道支撑经SAP2000计算结果如下：

a、由计算可知，圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，

Mmax＝994 KN·M， Nmax=3069.1 KN

则，σ＝±＝+=82.6+122.8=205.4MPa≤, 强度符合要求！

b、支撑钢管所受最大轴力N＝3775.3 KN，计算长度L＝4.2 m,

由=＝＝22.8 ; 查表得：＝0.963

JGJ-T72-2017标准下载σ＝＝ ＝195.1 MPa≤,整体稳定性符合要求！