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204国道扩建工程xx段A2标

（K8+577.4xx大桥）

xx市204国道扩建工程项目经理部

xx

xx大桥中心里程为K8+577.4,桥跨布置为6x+(53+85+53)m+4x，主桥采用3跨变高度预应力砼连续箱梁，两侧引桥采用先简支后连续部分预应力砼组合箱梁。下部结构为大体积承台铝合金复合板建筑幕墙及装饰构造--BHOWA西蒙瓦楞复合板（2017版 17CJ80-1），柱式薄壁墩。基础为桩基础。

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xx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7、8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×。两个围堰的内侧距离河岸约，钢板桩选用德国拉森Ⅳ型，7#墩采用长度为的钢板桩，8#墩附近因有高压线，净空限制，同时考虑到8#墩地质因素，故8#墩采用长度为和部分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：采用钢板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xx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、xx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： 2008年4月25日结束；

（2）、主墩承台及薄璧墩施工： 2008年7月10结束；

（3）、主桥边跨合拢段施工： 结束；

（4）、主桥中跨合拢段施工： 结束

（5）、全桥施工：结束

2、详细的工序进度安排

钻孔平台拆除：8#墩、4.20日—4.25日7#墩、4.26日—4.30日

钢板桩围堰施工：8#墩、4.26日—5.10日； 7#墩、5.1日—5.15日

水下吸泥、砼封底：8#墩、5.11日—5.20日；7#墩、5.16日—5.25日

围堰支撑： 8#墩、5.21日—5.31日； 7#墩、5.26日—6.10日

桩头破除、桩基检测：8#墩、6.1日—6.5日；7#墩、6.10日—6.15日

承台施工：8#墩、6.6日—6.20日； 7#墩、6.16日—6.30日

主墩墩身施工：8#墩、6.15日—6.25日； 7#墩、6.25日—7.10日

主墩围堰拆除：：8#墩、7.10日—7.25日； 7#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：

(1)、栈桥基础采用Ф钢管桩，入土深度控制在4，视栈桥位置地质情况而定。上部采用贝雷梁、工字钢及方木组合，顶面铺设钢板。根据现场调查和施工要求，栈桥设置为1跨,桥面宽度。

(2)、水中钻孔平台采用Ф钢管桩、入土深度同样控制在4。钢管桩利用振动锤打桩，结束后，在每个管桩顶横放（方向顺主桥方向）双排I36工字钢或I40工字钢，上层放置贝雷梁。再利用角钢、U形卡等将贝雷梁与横梁工字钢、钢管桩连成一个整体。贝雷梁顶层铺设I25工字钢、最后在工字钢上铺设钢板、及焊接施工栏杆等，形成一个大的施工平台。此后便可利用吊车配合振动锤在平台上进行桩基的护筒埋设，进行钻孔作业。Ф钻孔灌注桩采用Ф钢护筒，利用振动锤完成护筒的埋设、拔除工作。桩基钢筋笼可在岸上钢筋加工厂加工制作完成后，运至平台上，利用平台上的吊车，下放钢筋笼。待主桥所有钻孔桩完成后，即可拆除固定平台，保留栈桥，施工钢板桩围堰。

2、单根钢管桩单桩承载力计算

b、选用的钢管桩为φ=，壁厚δ=的敞口钢管桩，钢管桩材质为A3钢。

c、考虑到xx为人工开挖的新河道，河床底部淤泥层较浅，钢管桩打入土层的深度按h=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、钢管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—— 钢管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=，取λs=1

hb —— 桩底端进入持力层的深度（m） 取hb=

ds—— 钢管桩内直径（m） 内直径φ=

A —— 桩底投影面积（㎡） A=r2=0.283㎡

U —— 桩的周长（m） U =2r=

σR—— 桩底处土的极限承载力（kPa） 本次计算取σR=100 kPa

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=

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=25 kPa

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×× ×25 kPa+0.8×0.283㎡×100 kPa

=1×1.885×3×25×103 N+0.8×0.283×90×103 N

=161.7×103N

=161KN≈16吨

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、钢板桩围堰的设计与施工：

水下承台、墩柱（身）采用钢板桩围堰施工方案。围堰尺寸定为：单个主墩为13m×，钢板桩选用德国拉森Ⅳ型，7#墩采用长度为的钢板桩，8#墩采用长度为和部分24m的钢板桩。

1、桥梁桩基、承台的相关参数：

7#和8#墩共计设计有36根直径为、桩长为的钻孔灌注桩。桩基标高参数为：7#主墩桩顶、桩底，8#主墩桩顶、。

7#和8#墩设计承台4个、每个承台基础为9根桩。 左右幅承台尺寸为均为××。承台底面高程依次为：7#墩承台顶标高 、承台底标高；8#墩承台顶标高 、承台底标高。

07年8月份实测水位标高为+，河床实测水深约为。08年3月份实测水位标高为+，河床实测水深约为，推测主墩位置处河床底标高约为左右。

根据设计院提供的地质资料，结合主桥钻孔桩施工的钻进记录情况，桥位附近靠7#墩一侧，自上而下为亚粘土层（—），粉细砂层（—）。靠8#墩附近的依次为淤泥、亚粘土（—）、粉砂（—）、亚粘土（—）、亚砂土（—）、亚粘土（—）及粉细纱层（—）等。

设计最高通航水位为+，最低通航水位为+，07年8月份实测水位为+。施工常水位按+，最高水位按+考虑。水的正常流速按/s考虑。

4、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×。7#墩采用长度为的钢板桩，8#墩采用长度为和部分24m的钢板桩。钢板桩为宽的拉森IV型。钢板桩顶标高为+，底低标高为。7#墩钢板桩入土部分为亚粘土层，8#墩钢板桩入土部分为粉细纱砂层。其内支撑7#墩和8#墩均设置4道（详见另附图），第1层围囹斜撑均采用2I40aH型钢，第2、3、4层围囹均采用2I工字钢，斜撑均采用钢管支撑，节点采用焊接（施工中严格执行钢结构施工规范）。

因7#墩和8墩围堰尺寸相同，钢板桩顶标高一样，承台标高相差仅，而内支撑材料形式一样，受力情况基本一致，由于8#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×，左右幅承台间距为，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×。这样，围堰距离承台砼边的距离为，满足施工需要。

（2）、钢板桩长度、入土深度确定

根据xx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、7#墩采用长度为的钢板桩，8#墩采用长度为和部分24m的钢板桩。钢板桩顶标高为+，底低标高为。

6、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）

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

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。

被动土压力：Ep= γz +2c

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

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=/s，河水的深度按计算

8#墩承台底标高，封底砼厚度取计算，则封底砼的底标高为。钢板桩长度为，顶标高为+，底标高为，主墩位置处河床底标高约为左右，推算出围堰内外侧基坑高差为。

第2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、桩长采用长度为来计算围堰的稳定性。

①、 围堰外迎水面钢板桩水压力计算

P1= ρWh

P —每延米板桩壁河床处水的压强（kpa）。

ρW——水的密度。

P1= ρWh=108= 80kpa。

迎水面钢板桩水压力合力Ea1

Ea1 = P1h

Ea1 = 80 =320KN

②、围堰外侧钢板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Pa 2

=13.946 kpa

钢板桩桩尖标处9m厚主动土压力Pa 3

Pa 3=（q+γh ）m2

钢板桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2

Ea2 = (Pa 2+ Pa 3)h = (13.946 kpa+70.889 kpa)×9=381.756 kN

Ea2作用点距离土层底的距离 为

③、围堰内水面钢板桩静水压力计算

P1/= ρWh

P1/= ρWh=10（8+4.8）= 128kpa。

围堰内钢板桩静水压力合力Ea1

Eb1 = P1/h1/

Eb1= 128 =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、钢板桩有效入土深度厚被动土压力合力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/

=（q+γh ）+

=（128+04.2）.0+2111.732

=422.104 kpa

h2/ =厚土层地的主动土压力Pb3/

=（q+γh2/ ） + =（128+194.2）.0+2111.732

=661.504 kpa

被动土压力合力Eb2 =(Pb2/+ Pb3/) h2/

Eb2 =0.5（422.104 kpa+661.504 kpa）4.2=2275.577 KN

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

= MC1+ MC2

= Eb1L1+ Eb2L2

=320KN+381.756 kN

=4945.876 KN

③、围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为

= MC1+ MC2

= Eb1L1/+ Eb2L2/

=819.2KN +2275.577 KN

=33204.904KN

安全系数K=33204.904÷4945.876 =6.714＞2。

通过验算，钢板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、围堰外侧钢板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

=28.568kpa

②、钢板桩桩尖标处9m厚主动土压力Pa 1

=（80+19×9）×0

钢板桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2

Ea1 = (Pa1+ Pa 2)h = (28.568 kpa+100.73 kpa)×9=581.841 kN

③、围堰内水面钢板桩静水压力 P1/= ρWh= 128kpa。

围堰内钢板桩静水压力合力Eb1= P1/h1/=819.2KN

④、钢板桩有效入土深度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

=315.808 kpa

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（315.808 kpa+505.014 kpa）4.2=1723.726 KN

（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

= MC1+ MC2

= Eb1L1+ Eb2L2

=320KN2.333 m+581.841 kN11 m

=7146.811 KN

围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为

= MC1+ MC2

= Eb1L1/+ Eb2L2/

=819.2KN 5.533 m +1723.726 KN12.6 m

=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。

=13.946kpa

②、钢板桩桩尖标处15m厚主动土压力Pa 5

钢板桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2

Ea2 = (Pa 2+ Pa 3)h = (13.946 kpa+108.851 kpa)×15=920.978 kN

③、围堰内水面钢板桩静水压力 P4/= ρWh= 128kpa。

围堰内钢板桩静水压力合力Ea4 = P1/h1/=819.2KN

④、钢板桩有效入土深度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

=422.104 kpa

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（422.104 kpa+1003.504 kpa）10.2=7270.601 KN

围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为

= MC1+ MC2

= Eb1L1+ Eb2L2

=320KN2.333 m+920.978 kN15 m

=14561.23 KN

围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为

= MC1+ MC2

= Eb1L1/+ Eb2L2/

=819.2KN 5.533 m +7270.601 KN16.6 m

=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、围堰外侧钢板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

=28.568kpa

②、钢板桩桩尖标处9m厚主动土压力Pa 5

钢板桩桩尖标处9m厚主动土压力合力Ea2

Ea2 = (Pa 2+ Pa 3)h = (28.568 kpa+148.838 kpa)×15=1330.545 kN

③、围堰内水面钢板桩静水压力 P4/= ρWh= 128kpa。

围堰内钢板桩静水压力合力Ea4 = P1/h1/=819.2KN

④、钢板桩有效入土深度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

=315.808 kpa

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/

Eb2 =0.5（315.808 kpa+775.308 kpa）10.2=5564.691 KN

（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

= MC1+ MC2

= Eb1L1+ Eb2L2

=320KN2.333 m+1330.545 kN15 m

=20704.735KN

围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为

= MC1+ MC2

= Eb1L1/+ Eb2L2/

=819.2KN 5.533 m +5564.691 KN16.6 m

=96906.504KN

安全系数K=96906.504÷20704.735 =4.68＞2。安全

各种地质、桩长情况下安全系数对比表

按照内支撑得安装顺序，安装第2道内支撑时，需对围堰内抽水，但第2道支撑安装完毕后，将水回灌，以保持围堰内外得水头一致。此工序完成后，方可进行下步的水下吸泥、封底砼的施工。

当内外水头差3m时，对此工况加以验算，以确定围堰是否安全。

当内外水头差3m时：（按最不利的砂性土来计算）

围堰内水面钢板桩静水压力计算

P1/= ρWh

P1/= ρWh=10（5+4.8）= 98kpa

围堰内钢板桩静水压力合力Ea1

Eb1 = P1/h1/

Eb1= 98 9.8 m=480.2KN

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/

钢板桩有效入土深度4.2m厚被动土压力合力Eb2

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/

=（q+γh ）+2c

=（98+04.2）+241.540

=244.678 kpa

h2/ =4.2m厚土层地的主动土压力Pb3/

Pb3/=γh2/+2c

=（q+γh2/ ） +2c =（98+194.2）+241.540

=433.884 kpa

被动土压力合力Eb2 =(Pb2/+ Pb3/) h2/

Eb2 =0.5（480.2 kpa+433.884kpa）4.2=1919.576 KN

Eb2作用点距离第2道围檩的力臂L3/

围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为

= MC1+ MC2

= Eb1L1+ Eb2L2

=320KN2.333 m+381.756 kN11 m

=4945.876 KN

围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为

= MC1+ MC2

= Eb1L1/+ Eb2L2/

=480.2KN 6.533 m +1919.576KN12.6 m

=27323.804KN

安全系数K=27323.804÷4945.876 =5.525＞2。

经计算，在安装第2到内支撑时，即围堰内抽干3m深的水后，在最不利的砂性土情况下，采用18m的钢板桩，此工况下围堰的稳定安全系数为K=5.525。此工况安全，18m的钢板桩满足要求。

通过对各种地质情况下、采用不同桩长的围堰稳定性分析和计算，项目部认为采用18 m的钢板桩打设xx大桥的主墩水中围堰，是可行的，满足施工及安全要求。

（7）、围堰封底砼厚度验算

将围堰看作近似密封体，在抽干围堰内水时，则有整个围堰将在水的浮压力作用下，有可能封底砼连同钢板桩向上位移，出现失稳现象。因此，以来计算围堰的抗浮稳定性。

围堰封底厚度取1.5m，采用近似计算的方法来验算。

①、封底砼自重G1=ρv=2.451013m28mx1.5m=13377KN

②、封底砼与钻孔桩之间的摩擦力F1计算

取砼与钻孔桩之间的摩擦应力K1=180Kpa

砼与钻孔桩之间的接触面积S1：

S1=2rh18

=20.75m1.5=127.235m2

摩擦力F1= S1K=180 Kpa127.235m2

=22902 KN

③、钢板桩迎水面与围堰外侧9m厚土体之间的摩擦力F2

取钢板桩与土体之间的摩擦应力K2=25Kpa

钢板桩与9m厚土体之间的接触面积S2

S2=(13+28)29=738m2

摩擦力F2= S2K2=25 Kpa738m2

=18450 KN

DLT 5802-2019 管廊工程1000kV气体绝缘金属封闭输电线路施工及验收规范.pdf④、钢板桩和围堰内支撑等材料自重：F3

拉森Ⅳ钢板桩每延米自重：57kg/m,单个围堰总延米数为了L

L=（（13+28）2）/0.4）18=3690m

总自重G2=36900.059=2177 KN

内支撑自重G3=3500 KN

DBJ51／T 107-2018 四川省城市综合管廊管线工程技术标准 F3=2177 KN+3500 KN=5677 KN