钢板桩围堰设计与施工

钢板桩围堰设计与施工

〔提要〕该文叙述了水中承台施工中采用钢板庄围堰进行维护挡水的设计情况与施工方法以及施工中易出现的问题和解决措施。

〔关键词〕钢板桩设计施工方法控制措施

1、工程概况

南京市高淳县丹湖撤渡建桥工程小花大桥Q1标位于江苏省高淳

县境内，该桥全长605.3米。跨径组合为（4-25）+（3-25+20）+

（42+75+42）+（20+4-25）+（5-25）m，其中主桥上部为（42+75+42）m三跨预应力混凝土变截面单箱单室连续箱梁，下部承台几何尺寸为

5.4米*5.4米，墩身几何尺寸为4.4米*2.0米。主墩9#、10#位于运粮河中，运粮河属于国家二级河道，不能断航。平时水深保持在3米左右，雨季时水深在6米以上，地质情况自上而下依次为素填土、亚

粘土、淤泥质亚粘土、粘土等。地质-4～0.4米为淤泥质亚粘土，正

好处于承台下部和桩基顶部。

2、水中墩施工情况回顾

2004年11月，我单位中标小花大桥Q1标，当时运粮河处于枯

水期，水位比较浅，水流速度较小。根据当时情况，采用围堰筑岛。

堰顶高出水面0.5米，筑岛面积为10米*10米。后来由于建设单位

配套施工服务设施迟迟不能解决，开工日期一再延期。到2005年3月，我项目部施工完10#墩第一根桩后，运粮河河水提前上涨，将围

堰及没来得及撤回的钻机淹没，施工被迫停止。根据现实情况，重新

选择施工方案。

根据以上情况及小花大桥总体工期安排，结合我项目部技术水平

以及我单位以前施工类似情况，拟采用以下施工方案：

2.1水中墩桩基采用钢管桩型钢支架固定平台施工。

2.2 水中承台和墩身采用钢板桩围堰施工。

3、水中墩施工方案选定

水中承台和墩柱的施工拟采用钢板桩围堰的施工方案。根据此桥

的水深、水文、地质等相关情况和我单位多年进行水中施工的经验，

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

与钢套箱围堰相比具有工期短、施工成本低、工艺简单、较少占用水

面、安全、施工风险易于控制等诸多优势。

4、钢板桩围堰设计

一、钢板桩围堰示意图

水中钻孔桩成桩后，选用12m拉森?a型钢板桩进行围堰施工，围堰尺寸定为：7.2m×7.2m。方形围堰钢板桩采用方形导向架，在围

堰的内侧打4根定位桩，焊接牛腿，再安装导向框。该工程由于在施

工水中钻孔桩时，固定平台4根管桩可兼作定位桩用，故水中钻孔桩

完成后，利用钻孔用固定平台（8.0m×8.0m）作钢板桩插打导向架装置。

二、钢板桩围堰尺寸为7.2m×7.2m。

设置两层相同内支撑，边梁用2I40工字钢，斜撑（45度）用2I40工字钢。第一道设在水面7.5米标高处，第二道设在承台顶面2.5米标高处。桩底标高-4.5米，桩顶标高7.5米。开挖清泥后，一般不

进行砼封底（视情况而定，施工承台时需打20~30cm砼垫层）。如果涌沙，采用水下混凝土封底，封底厚度为50厘米。围堰受力按静水

压力和土压力计算。

三、钢板桩围堰受力计算：

1、资料数据：

河床标高为+2.0米，根据?水碧桥1995～2004年5月最高水位?资料，水位标高暂定为+7.0米，水深5.0米，承台顶标高+2.0米，承台尺寸5.4m*5.4m*2.5m。围堰拟采用拉森IIa型钢板桩，截面抗

弯模量W=849cm3,长度为12米，顶标高+7.5底标高-4.5米。根据地质钻探资料（ ZK06）,土的物理性质指标为：

Gs=2.71,e=0.868,ρ=18.3KN/m3,c=8.6,ф=21.6。

2、荷载计算：

取1米宽板桩计算其侧面荷载，计算至超开挖-0.8米处。

-0.8米处水压力为：ρw(h1+h2)=(5.0+2.8)*10=78KN/m2,

-0.8米处土压力为：ρ’=(Gs-1)*ρw

/(1+e)=(2.71-1)*10/(1+0.868)=9.15,

22。22ρ*htg(45-ф/2)=9.15*2.8*tg(45-28/2)=9.25KN/m(为偏于安全，按不考虑土层粘着力c影响计算)。

故-0.8米处总侧面荷载为：p=78+9.25=87.25KN/m2

3、第一层受力：第一层内支撑设在标高为7.0米处，其受力最不利情况在开挖清泥抽水至第二道内支撑下0.5米时，即便于施工第

二道内支撑时受力最大，围堰内水位2.0米，简化成如下图示：

F 合

F2

F 砼

F1

F 合

5.1米

2σ=5.0 t/m F1 F 砼

F砼

则F合=5.0×5.0×8.7/2+5.0×2.8×8.7=230.6吨，

经计算，F1=79.8吨，F砼=151吨。（F砼为假定围堰内土层总

受力，不考虑土层受力的不稳定性，按固端受力考虑）

4、第二层受力：其最不利情况为开挖清泥抽水至比设计承台底

低20~30cm时，即超开挖20~30cm。此时水、淤泥全部清完，受力图

示简化为：

F1

4.5 0.7 2.6

F1 F2 F砼

2σ=7.8t/m

偏于安全考虑，水中土压力取ρw=0.915 g/cm3?1.0g/cm3,假设此时受力全由第二层内支撑承受，经计算可得：

F合=7.8*7.8/2*8.7+2.8*2.8/2*8.7=298.7吨， F2=235.3吨， F砼=63.4吨。

四、钢板桩抗弯计算：

查?桥涵?施工手册图5-45板桩计算图（四）曲线5-5

33最大弯矩Mmax=βH=0.21*7.8=99.6KN.m,

3σ=Mmax/W=99.6*10/849=117MPa<180MPa.

故钢板桩满足抗弯要求。

五、钢板桩围堰坑底涌砂检算：

当坑底为粉沙、细沙时，基坑内抽水时，如果桩入土深度不足有

可能引起涌沙的危险。根据钻探地质资料知基底为亚粘土层，不会出