施 工 技 术 方 案
徐州市路桥工程总公司
二0一0年元月三十日
目 录
一、工程概况
二、钢板桩围堰结构设计 1、结构形式的选择 2、围囹结构 3、围堰的平面尺寸 4、围堰高
5、封底混凝土
三、结构验算 1、封底混凝土的验算 2、钢板桩的强度验算 3、围囹的强度验算 四、施工方法 1、围堰施工流程 2、导向架的施工 3、钢板桩的施工 4、围囹的安装
5、围堰内多余土方的开挖 6、封底混凝土的施工 7、钢板桩拔除
1
一、工程概况
本工程为新沂市撤渡建桥工程毛林特大桥项目,该桥跨越新沂市棋盘镇毛林村和草桥镇堰头村之间,连接新沂骆马湖东西两大堤，先后跨越新戴运河、沂河及老沂河。桥位处新戴运河、沂河均为通航河道，两河在桥位处下游200米处汇合，在桥位处两航道合并，因此主桥主跨按四级航道标准实施，净空标准为60*7.0m，本工程桥梁桩号范围为K16+449.9~K17+932.1，桥梁全长为1482.2米，桥跨布置为2×（6×30）+（42+72+42）+4×（5×30）+2×（6×30）。主桥上部采用变截面预应力混凝土现浇连续箱梁，下部为实体墩、灌注桩群桩基础。引桥上部采用装配式预应力混凝土组合箱梁，下部为柱式墩、灌注桩基础。
主桥主墩承台尺寸为10.3*6.4*2.8m，承台顶标高为16.197（13#墩）和16.337(14#墩)，过渡墩承台尺寸为６.5*6.5*2.5 m，承台顶标高为17.496(12#墩)和17.841(15#墩)，河床顶标高约15.3~16.2，施工时常水位高程为22.2。
主墩和过渡墩位置河床上层土层为采砂而引起的坍塌物质及采砂船选矿的混合物，岩性主要为粘性土，灰黄色，可塑，层厚为10.10~12.6m。
二、钢板桩围堰结构设计 1、结构型式的选择
由上述工程特点可知，主墩和过渡墩承台顶标高基本与河床顶持平，承台位置挖掘深度约4~4.5米，非开挖位置施工水深约7米左右。承台均为矩形，外形规整。根据现有条件，决定选用德国拉森Ⅳ钢板桩作为围堰侧壁，用水下封底混凝土作为围堰的底板，以保证承台和墩身的正常施工。钢板桩围堰具有制作快捷，插打拆除方便和周转灵活、通用性强的特点，密封效果可满足施工要求。 2、围囹结构
由于墩身相对承台较大，且墩身侧面主筋较密，为保证墩身结构不被破坏，围囹采用平面桁架结构形式，在墩身内无围囹杆件穿过，以保证结构的耐久性。 围堰内共设七道围囹，第一道围囹位于围堰顶，在钢板桩插打前安装完成，兼作下导向架，第七道围囹位于承台顶向上20㎝左右，其它转囹按一定间距布置其间，具体见附图。 3、围堰的平面尺寸
2
考虑到承台施工的需要和不可避免的围堰施工误差，围堰与承台侧面间的净距按100㎝左右控制，具体见附图。 4、围堰高
由于承台计划施工期为2010年6月底前全部结束，该期间降雨量较小，施工水位较稳定，因此围堰顶标高按高出常水位1米控制，即23.2。由于封底混凝土有约1.7m的施工厚度，同时保证围堰有4~5m的埋深，故主墩钢板桩的最小长度为1+7+2.8+1.7+5=17.5，因此选择围堰钢板桩长为18米。过渡墩围堰用钢板桩长为15米。 5、封底混凝土
由于承台底的常水位施工水头高约10米，水压较大，为此根据以往成功经验，选择封底混凝土厚度为1.2米，混凝土为C25水下灌注混凝土。同时为保证封底混凝土的效果，在封底混凝土下设40~50㎝的粗碎石垫层。封底混凝土采用水下导管浇筑方式浇筑。
三、结构验算 1、封底混凝土的验算 1.1封底混凝土的浮力平衡性
其力模型如下：
图中f为封底混凝土的底部水压压强，f=γh=10*10.8=108kPa。（10.8m为封底混凝土底的水头高度。）
F1为封底混凝土与钢板桩间的摩擦阻力，按握裹强度15t/㎡计算（参见《钢套箱封底混凝土与钢管桩间的握裹力分析》.<公路>2006.9）
F1=12.8*8.8*1.2*15*9.8=19869.7kN。
实际上每个承台钢板桩总重约1428.84 kN (见材料表)
3
钢板桩与土之间的摩擦阻力为（12.8+8.8）*2*6*20=5184，式中拉森Ⅳ钢板单位重为75kg/m，钢板桩长为18米，钢板桩入土深度取6米，钢板桩与土间的侧摩擦阻力取20kPa（流塑状粘性土的低限）。由于钢板桩自重与钢板桩与土层间侧摩擦阻力之和远小于钢板桩与封底混凝土间的握裹力，F1应取它们间的较小值，即取F1=1428.84 +5184=6612.84kN。
F2为封底混凝土与钢护筒间的握裹力，F2=6*3.14*1.8*1.2*15*9.8=5982 kN 式中钢护筒直径为φ1800㎜。 W1为封底混凝土自重。
W1=(12.8*8.8-6*3.14*.9*0.9)*1.2*2.5*9.8=2862.96 kN。
封底混凝土底板承受的水压力为
P=Af=（12.8*8.8-6*π*0.92）*108=10517 kN 则浮力平衡性验算为（F1+F2+W1）/P=1.45＞1
上述计算中未计入围囹自重，故封底混凝土浮力平衡性满足要求。 1.2封底混凝土的局部强度验算
由于封底混凝土主要利用与钢护筒和钢板桩间的握裹力获得平衡，故按最不利工况-单向悬臂板建立力学模型，悬臂长按1.5m计（实际两钢护筒间的理论间距为210㎝，钢护筒与钢板桩间的间距为120㎝），悬臂板宽按1m计，则悬臂板所受均布荷载为q=108-1.2*2.5*9.8=78.6kN/m，最大弯矩为M=1/2ql2=88.4kN.m,
截面W=1/12bh2=0.12m3，σ=M/W=0.75MPa<σ0=1.23 MPa，满足要求。 2、钢板桩的强度验算 2.1计算工况及力学模型
取水的密度为10kN/m3，素填土的密度为17.5/m3，素填土的内摩擦角取 φ=15°,则主动土压力系数为tg2(45-φ/2)=0.589，被动土压力系数为tg(45+15/2)=1.698。以承台底面高程点作为钢板桩的转点，选择多点支承梁作为钢板桩的力学模型（实际因钢板桩有一定埋深，其端部能承受一定弯矩，固按支承梁偏保守）。在封底混凝土施工前,由于被动土压力的存在，选择上述点作为钢板桩的力学模型转点更偏安全，而且与封底混凝土完成后的力学转点相同，便于比较分析。由于支点以上钢板桩长度较大，整体刚度较小，需分阶段、多层进行抽水及安装围囹施工。经过反复比较，共安装七道围囹，分别按八种工况分别
2
4
进行计算。
工况一：抽水到第二道围囹位置，安装第二道围囹，围堰内土不开挖。（第一道围囹在钢板桩插打之前施工完成）。
工况二：抽水到第三道围囹位置，安装第三道围囹，围堰内土不开挖。 工况三：抽水到第四道围囹位置，安装第四道围囹，围堰内土不开挖。 工况四：抽水到第五道围囹位置，安装第五道围囹，围堰内土不开挖。 工况五：抽水到第六道围囹位置，安装第六道围囹，围堰内土不开挖。 工况六：回水到内外水压平衡，开挖围堰内土方，至封底混凝土垫层底标高。 工况七：封底混凝土强度达到90%设计强度后，抽水到第七道围囹位置，安装第七道围囹。
工况八：抽干围堰内的水，进行承台施工。
其中工况一~五在围堰内土方开挖前完成，七~八工况在开挖后施工。
5
各工况力学模型如上图。 2．2钢板桩内力计算
根据上述工况及力学模型，分别计算各工况钢板桩内弯矩和围囹支反力，结果见表一。
表一：钢板桩内力计算结果(单位:kN.m)
板桩弯矩 工况一 80.37 围囹一 支反力 31.56 围囹二 支反力 围囹三 支反力 围囹四 支反力 围囹五 支反力 围囹六 支反力 围囹七 支反力 工况二 工况三 工况四 工况五 工况七 工况八 124.87 144.76 152.8 139.39 130.73 77.72 124.02 76.63 49.91 20.53 6.54 24.15 205.19 0 0 0 0 196.27 0 0 0 213.45 0 0 231.85 0 270.21 111.78 205.87
2.3钢板桩的强度校核
钢板桩截面如下图所示，其截面特性为面积:106.23㎝Ix: 3290.31㎝4 IY: 21667.77㎝4，Wx=3290.31/7.8=421.8㎝3
2
，惯性矩:
6
由于钢板桩之间为滑槽锁扣联结,正反扣槽型截面不能完全固结,且两截面与中性轴不对称，故钢板桩按单板进行强度校核。单板受力宽为40㎝，所受荷载为上表中计算荷载的2/5。
由上述计算可知，钢板桩在工况四所受弯矩最大，单根钢板桩所受弯矩为M=152.8/2.5=61.12 kN.m，则钢板桩所受弯曲正应力为
σ=M/W=145MPa<215 MPa，符合要求。本工况虽然弯应力较大，但钢板桩支承跨度已经很小，故弯形较小，强度和刚度能满足施工要求。 3、围囹计算 3.1围囹的力学模型
根据围囹受力特点，围囹边梁采用多支点梁模型，边梁之间相互绞结，中间用撑、拉杆加强。总体为一超静定框架。 3.2内力计算
用电算程序计算的围囹六（由表一可知，围囹六荷载最大）的内力图如下，
-187.89-187.8910( 10 )299.3911-32.92-32.92( 11 )53.4712-186.04-186.04-25.43-25.43( 12 )-49.31-49.6549.3149.6563.5065.63-62.0664.95-62.4613( 13 )62.8914( 14 )300.1315199.21( 9 )( 20 )( 32 )( 36 )( 21 )-196.78( 18 )-57.89-57.89-56.099( 8 )( 26 )63.5051.7720( 27 )-62.0648.9122( 28 )62.7462.7460.0218( 17 )429.16429.16-610.08-755.61-617.36-763.29737.08905.04737.44-1449.79-1441.40-1308.67-404.28-1304.21-403.74-326.87-1478.52-2093.04-1473.72-328.74( 31 )( 35 )-433.58-433.588( 30 )65.63-51.77( 23 )19( 24 )-62.46-48.9121( 25 )( 34 )17( 16 )60.0262.7462.7416( 7 )-56.09-57.89-57.897199.21( 6 )-299.39( 19 )( 29 )( 33 )( 22 )-300.13-196.78( 15 )1( 1 )2187.89187.89-53.47( 2 )-64.9532.9232.923-62.89( 4 )5186.04186.04( 5 )6( 3 )25.4325.434x 7 其它围囹计算结果见表二。 表二：围囹内力表(kN.m)
围囹一 围囹二 围囹三 围囹四 围囹五 围囹六 围囹七 边梁最大弯矩 边梁最大轴力 撑杆轴力 拉杆轴力
199.13 961.25 665.83 415.65 329.2 1589.16 1100.77 687.16 314.75 1519.39 1052.44 656.99 343.65 1658.93 1149.09 717.33 372.56 1798.46 1245.75 777.66 433.58 2093 1449.79 905.4 327.43 1596.91 1106.14 690.51 3.3围囹强度校核
根据围囹内力,第一道围囹内力较小,其它围囹内力虽有弯化,但相差不大,从便于施工角度考虑,除第一道围囹选用不同材料外,其它围囹选用相同材料。在上述内力计算中,围囹内最大弯矩发生在短边围囹的跨中,最大轴力发生在长边围囹的跨中(由于撑杆形成),其中短边围囹跨中的轴力为长边跨中轴力的0.623倍。而长边跨中弯矩仅为短边跨中弯矩的0.15倍，故取短边边梁跨中复核弯压组合应力。
第一道围囹四周边梁采用双拼40b槽钢，撑拉杆选用双拼36b槽钢。 第二~七道围囹四周边梁采用双拼56b工字钢，撑拉杆选用双拼40b槽钢。 则第一道围囹强度校核如下:
四周边梁组合σ=M/W+0.623N/A=142.86MPa<215 MPa符合要求。 撑杆σ=N/（γA）=53 MPa<215 MPa符合要求。式中稳定系数γ=0.92 拉杆σ=N/ A=30.5 MPa<215 MPa符合要求
其它围囹按内力最大的第六道围囹计算如下: 边梁σ=M/W+0.623N/A=150.1MPa<215 MPa符合要求。
撑杆σ=N/（γA）=94 MPa<215 MPa符合要求。式中稳定系数γ=0.927 拉杆σ=N/ A=54.5 MPa<215 MPa符合要求
上式的组合应力中,弯曲应力占有70%左右,而在实际施工过程中，杆件不可能点接触，因此弯矩峰值会大大减小，故上述应力水平是较安全的。
以上均是以主墩围堰为计算对象。过渡墩所用材料及围囹间距与主墩相同，
8
且水头比主墩围堰小2.4米，外荷载小得多。同时，过渡墩围囹为正方形，结构和荷载对称，无次内力，故过渡墩围堰无需计算。 四、施工方法 1、围堰施工流程
钢板桩围堰施工流程图
2、导向架的施工
由于钢板桩长度较大，围堰周边的密封性要求较严，因此对钢板桩的插打精度要求较高。为保证钢板桩的顺利插打，必须先安装导向架。
下层导向架利用围堰内的第一道围囹。第一道围囹设计时，就高出常水位，便于在常水位时安装。这样充分利用了原材料，加快了施工进度。第一道围囹在
9
放水、拆除围囹 墩身施工 抽水、承台施工 混凝土供应 水下混凝土封底 开挖围堰内多余土方 回水、保持内外水压平衡 抽水、制作第二~六道围囹 围囹支撑件制作 插打钢板桩 钢板桩整理、角桩制作 制作安装导向架 施工搭设 承台施工相关准备 0#块施工、回水、拆除围堰 正常使用阶段为下挂式，而在作为导向架使用，必须采用上托式。为此在钢护筒的外侧用型钢焊制托架，以安装第一道围囹。
上层导向架使用第二~七层的围囹用型钢进行焊制，位于钢护筒顶。图示与常水位间的距离可根据钢护筒的实际高度作一定调整，但不得小于1.5米，不得大于2.5米。
由于钢护筒的尺寸和位置偏差不可避免，导向架的边梁需用全站仪精密放样，确保其施工误差小于1㎝。 3、钢板桩的施工
3.1钢板桩的整理及准备工作
a、钢板桩运到工地后，应对其规格、外形、锁口进行检查，凡有弯曲、变形及锁口不合的均应整修，按情况可采用冷弯、热敲（温度不超过800～1000度）、焊补、铆补、割除或接长。
b、围堰的平面根据承台平面采用矩形布置，因此其转角处采用特制的角桩，将同类型的钢板桩纵向割开后，按下图方法焊接加工。或采用专用角桩。
c、插打钢板桩前应清除锁口内的杂物，并涂以黄油、粘土、干锯末等混合物，以减少插打时的阻力，并增强防渗能力。
为保证钢板桩的垂直度，插打时采用全站仪和吊垂球的方法控制其垂直度。 3. 2
钢板桩的插打和合拢
钢板桩的插打方法为：逐块插打至设计深度后合拢；
插打顺序：首先迎通航面中桩开始，然后按先上游后下游的原则，沿两个方向依次插打，最后在下游中间位置合拢。
具体插打方法
a、将清理好的钢板桩运至现场。
10
b、起吊第一根钢板桩就位，先利用其自重作用下沉入土，然后用DZ90型振动打拔桩锤将其打到设计位置，第一根桩要严格控制其垂直度，插打一根或几根后即将其与导向架联系牢固。
c、起吊钢板桩辅以人工插入前一根锁口中，在自重作用下下沉入土，然后用打拔桩锤振动沉桩。
d、由于锁口摩阻力的影响，可能会发生先前插入的钢板桩跟着下沉和下插困难等情况，这时可采用手拉倒链葫芦或滑车组强迫绞拉，见下图
e、插打时应严格控制垂直度，以减小合拢时的误差。到最后一边时复查边长，理论上边长应为钢板桩宽度的整数倍。当发生偏差不能用拉挤方法调整时，应拔起重打，在防止和纠正无效时可用特制楔形桩合拢。 4、围囹的安装
在围堰内土方开挖前，先安装第二~六道围囹，在封底混凝土完成后安装第七道围囹。
在围囹施工过程中要特别注意以下几点：
①围囹的杆件均为双拼型钢，在安装围囹前，除拉杆外两根型钢应先焊合，同时根据实测尺寸下料，在平台上试拼后，再安装，以减少安装时间，提高安装精度。
②型钢的结合面应精密切割，必要时用砂轮打磨，保证相互间顶紧。 ③所有结合面均采用围焊，焊缝宽≥6㎜。
11
④安装斜撑前，应先放入下拉杆。
⑤为保证正反扣钢板桩正确受力，围囹安装完成后要及时安装W7反扣顶座。正扣板桩与边梁间如有间隙，需用钢板垫实。
⑥围囹部分仰焊焊缝可在本道围囹基本完成后，再降水30~40㎝,以便补充焊接。
⑦要严格控制堰内水位高程，并定期观测，其水位高程误差控制在10㎝内，主墩各工况施工施工水位见下表： 工况号 工况一 工况二 工况三 工况四 工况五 工况六 工况七 安装围囹序号 堰外水面高程 箱内水面高程 围堰中心高程 第二道 第三道 第四道 第五道 第六道 22.2 21.1 20.3 19.5 18.5 17.3 21.4 20.6 19.8 18.8 17.6 回水，封底施工 第七道 15.6 15.9 过渡墩的抽水高程依照主墩推算。
⑧抽水过程中钢板桩锁口处难免漏水，可在漏水位置钢板桩外侧抛洒煤渣与木屑或谷糠等混合物随水流堵入锁口内。 ⑨多余钢护筒同步割除。
⑩型钢的接长位置控制在反扣板桩位置，在上下翼缘板外侧用18~25㎜钢板联结，腹板两侧用10~12㎜钢板联结，联接板长不小于40㎝。 5、围堰内多余土方的开挖
围堰内土方必须在第六道安装完成后方可开挖。开挖前先将围堰内的水位恢复到常水位，并采取措施，保证在开挖和封底、垫层施工过程中，围堰内外水位保持等高，最大高差不得大于20㎝，同时堰内水位不得高于堰外水位。 开挖采用泵吸法，必要时用高压冲搅，以提高吸泥效率。
在清基时要做到以下几点：
a、清出的泥土严禁堆放在钢板桩四周，需用船外运，以免增大堰外侧压力。 b、开挖后围堰内基底平整度应控制在±10cm左右。
12
c、在封底混凝土施工前，应用水冲洗在封底混凝土位置的钢护筒和钢板桩，以保证在抽水后该项部分不渗水。必要时由潜水员进行水下冲洗。 6、封底混凝土的施工
水下封底混凝土施工采用导管进行混凝土浇筑。在封底前，要先搭设封底施工平台，必要时在回水前，从钢护筒上接长临时支承，以保证在封底混凝土施工过程中围囹的安全。
导管直径为φ35㎝左右，导管下口距垫层高约80㎝。围堰内共布置4根导管，4根导管可共用一个储料斗，储料斗的容积以保证第一次混凝土灌入时，导管口能埋入混凝土内。按10°扩散角计算，再加120%的储备系数，则储料斗的容量为5.2m3。
在封底过程中随时用测锤测量混凝土的标高，保证封底混凝土的厚度和表面平整度，最小厚度不得小于115㎝，如高差较大，应由潜水员进行水下找平。为保证承台标高，封底混凝土的顶标高应比设计标高低10~15㎝，在抽水后用混凝土找平到承台底标高。
封底混凝土施工过程中需制备至少3组试块，进行同条件养生，在抽水安装最后一道围囹前封底混凝土的强度必须达到设计强度的90%以上。
在封底过程中，要时刻注意围堰内的水位，确保箱内水位保持在略低于箱外水位（-10㎝左右）的水平上。 7、钢板桩拔除
墩身浇筑完成后即可拔除钢板桩。拔除钢板桩前先向围堰内注水，然后按安装时的反序依次拆除围囹及各种支撑。围囹拆除后继续向围堰内注水，使围堰内水位高出堰外水位0.8～1m，利用围囹内水压外挤钢板桩使其与封底砼脱离。拔桩顺序与打桩顺序相反，自下游开始到上游拔完。
拔桩时有时阻力较大，可以采取以下措施： ①、采用振动打拔桩锤拔桩； ②、高压射水辅助拔桩等。
13
14
15
16
17
18
19
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容