技術方案
徐州市路橋工程總公司
二0一0年元月三十日
目錄一、工程概況
二、鋼板樁圍堰結構設計
1、結構形式的選擇
2、圍囹結構
3、圍堰的平面尺寸
4、圍堰高
5、封底混凝土
三、結構驗算
1、封底混凝土的驗算
2、鋼板樁的強度驗算
3、圍囹的強度驗算
四、施工方法
1、圍堰施工流程
2、導向架的施工
3、鋼板樁的施工
4、圍囹的安裝
5、圍堰內多餘土方的開挖
6、封底混凝土的施工
7、鋼板樁拔除
一、工程概況
本工程為新沂市撤渡建橋工程毛林特大橋專案,該橋跨越新沂市棋盤鎮毛林村和草橋鎮堰頭村之間,連線新沂駱馬湖東西兩大堤，先後跨越新戴運河、沂河及老沂河。橋位處新戴運河、沂河均為通航河道，兩河在橋位處下游200公尺處匯合，在橋位處兩航道合併，因此主橋主跨按四級航道標準實施，淨空標準為60*7.0m，本工程橋梁樁號範圍為k16+449.
9~k17+932.1，橋梁全長為1482.2公尺，橋跨布置為2×（6×30）+（42+72+42）+4×（5×30）+2×（6×30）。
主橋上部採用變截面預應力混凝土現澆連續箱梁，下部為實體墩、灌注樁群樁基礎。引橋上部採用裝配式預應力混凝土組合箱梁，下部為柱式墩、灌注樁基礎。
主橋主墩承臺尺寸為10.3*6.4*2.
8m，承臺頂標高為16.197（13#墩）和16.337(14#墩)，過渡墩承臺尺寸為６.
5*6.5*2.5 m，承臺頂標高為17.
496(12#墩)和17.841(15#墩)，河床頂標高約15.3~16.
2，施工時常水位高程為22.2。
主墩和過渡墩位置河床上層土層為採砂而引起的坍塌物質及採砂船選礦的混合物，岩性主要為粘性土，灰黃色，可塑，層厚為10.10~12.6m。
二、鋼板樁圍堰結構設計
1、結構型式的選擇
由上述工程特點可知，主墩和過渡墩承臺頂標高基本與河床頂持平，承臺位置挖掘深度約4~4.5公尺，非開挖位置施工水深約7公尺左右。承臺均為矩形，外形規整。
根據現有條件，決定選用德國拉森ⅳ鋼板樁作為圍堰側壁，用水下封底混凝土作為圍堰的底板，以保證承臺和墩身的正常施工。鋼板樁圍堰具有製作快捷，插打拆除方便和周轉靈活、通用性強的特點，密封效果可滿足施工要求。
2、圍囹結構
由於墩身相對承臺較大，且墩身側面主筋較密，為保證墩身結構不被破壞，圍囹採用平面桁架結構形式，在墩身內無圍囹桿件穿過，以保證結構的耐久性。
圍堰內共設七道圍囹，第一道圍囹位於圍堰頂，在鋼板樁插打前安裝完成，兼作下導向架，第七道圍囹位於承臺頂向上20㎝左右，其它轉囹按一定間距布置其間，具體見附圖。
3、圍堰的平面尺寸
考慮到承臺施工的需要和不可避免的圍堰施工誤差，圍堰與承臺側面間的淨距按100㎝左右控制，具體見附圖。
4、圍堰高
由於承臺計畫施工期為2023年6月底前全部結束，該期間降雨量較小，施工水位較穩定，因此圍堰頂標高按高出常水位1公尺控制，即23.2。由於封底混凝土有約1.
7m的施工厚度，同時保證圍堰有4~5m的埋深，故主墩鋼板樁的最小長度為1+7+2.8+1.7+5=17.
5，因此選擇圍堰鋼板樁長為18公尺。過渡墩圍堰用鋼板樁長為15公尺。
5、封底混凝土
由於承檯底的常水位施工水頭高約10公尺，水壓較大，為此根據以往成功經驗，選擇封底混凝土厚度為1.2公尺，混凝土為c25水下灌注混凝土。同時為保證封底混凝土的效果，在封底混凝土下設40~50㎝的粗碎石墊層。
封底混凝土採用水下導管澆築方式澆築。
三、結構驗算
1、封底混凝土的驗算
1.1封底混凝土的浮力平衡性
其力模型如下：
圖中f為封底混凝土的底部水壓壓強，f=γh=10*10.8=108kpa。（10.8m為封底混凝土底的水頭高度。）
f1為封底混凝土與鋼板樁間的摩擦阻力，按握裹強度15t/㎡計算（參見《鋼套箱封底混凝土與鋼管樁間的握裹力分析》.《公路》2006.9）
f1=12.8*8.8*1.2*15*9.8=19869.7kn。
實際上每個承臺鋼板樁總重約1428.84 kn (見材料表)
鋼板樁與土之間的摩擦阻力為（12.8+8.8）*2*6*20=5184，式中拉森ⅳ鋼板單位重為75kg/m，鋼板樁長為18公尺，鋼板樁入土深度取6公尺，鋼板樁與土間的側摩擦阻力取20kpa（流塑狀粘性土的低限）。
由於鋼板樁自重與鋼板樁與土層間側摩擦阻力之和遠小於鋼板樁與封底混凝土間的握裹力，f1應取它們間的較小值，即取f1=1428.84 +5184=6612.84kn。
f2為封底混凝土與鋼護筒間的握裹力，f2=6*3.14*1.8*1.2*15*9.8=5982 kn
式中鋼護筒直徑為φ1800㎜。
w1為封底混凝土自重。
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壓力為
p=af=（12.8*8.8-6*π*0.92）*108=10517 kn
則浮力平衡性驗算為（f1+f2+w1）/p=1.45＞1
上述計算中未計入圍囹自重，故封底混凝土浮力平衡性滿足要求。
1.2封底混凝土的區域性強度驗算
由於封底混凝土主要利用與鋼護筒和鋼板樁間的握裹力獲得平衡，故按最不利工況-單向懸臂板建立力學模型，懸臂長按1.5m計（實際兩鋼護筒間的理論間距為210㎝，鋼護筒與鋼板樁間的間距為120㎝），懸臂板寬按1m計，則懸臂板所受均布荷載為q=108-1.2*2.
5*9.8=78.6kn/m，最大彎矩為m=1/2ql2=
截面w=1/12bh2=0.12m3，σ=m/w=0.75mpa<σ0=1.23 mpa，滿足要求。
2、鋼板樁的強度驗算
2.1計算工況及力學模型
取水的密度為10kn/m3，素填土的密度為17.5/m3，素填土的內摩擦角取
φ=15°,則主動土壓力係數為tg2(45-φ/2)=0.589，被動土壓力係數為tg2(45+15/2)=1.698。
以承臺底面高程點作為鋼板樁的轉點，選擇多點支承梁作為鋼板樁的力學模型（實際因鋼板樁有一定埋深，其端部能承受一定彎矩，固按支承梁偏保守）。在封底混凝土施工前,由於被動土壓力的存在，選擇上述點作為鋼板樁的力學模型轉點更偏安全，而且與封底混凝土完成後的力學轉點相同，便於比較分析。由於支點以上鋼板樁長度較大，整體剛度較小，需分階段、多層進行抽水及安裝圍囹施工。
經過反覆比較，共安裝七道圍囹，分別按八種工況分別進行計算。
工況一：抽水到第二道圍囹位置，安裝第二道圍囹，圍堰內土不開挖。（第一道圍囹在鋼板樁插打之前施工完成）。
工況二：抽水到第三道圍囹位置，安裝第三道圍囹，圍堰內土不開挖。
工況三：抽水到第四道圍囹位置，安裝第四道圍囹，圍堰內土不開挖。
工況四：抽水到第五道圍囹位置，安裝第五道圍囹，圍堰內土不開挖。
工況五：抽水到第六道圍囹位置，安裝第六道圍囹，圍堰內土不開挖。
工況六：回水到內外水壓平衡，開挖圍堰內土方，至封底混凝土墊層底標高。
工況七：封底混凝土強度達到90%設計強度後，抽水到第七道圍囹位置，安裝第七道圍囹。
工況八：抽乾圍堰內的水，進行承臺施工。
其中工況一~五在圍堰內土方開挖前完成，七~八工況在開挖後施工。
各工況力學模型如上圖。
2．2鋼板樁內力計算
根據上述工況及力學模型，分別計算各工況鋼板樁內彎矩和圍囹支反力，結果見表一。
表一：鋼板樁內力計算結果(單位
2.3鋼板樁的強度校核
鋼板樁截面如下圖所示，其截面特性為面積:106.23㎝2，慣性矩ix:
3290.31㎝4 iy: 21667.
77㎝4，wx=3290.31/7.8=421.
8㎝3由於鋼板樁之間為滑槽鎖扣聯結,正反扣槽型截面不能完全固結,且兩截面與中性軸不對稱，故鋼板樁按單板進行強度校核。單板受力寬為40㎝，所受荷載為上表中計算荷載的2/5。
由上述計算可知，鋼板樁在工況四所受彎矩最大，單根鋼板樁所受彎矩為m=152.8/2.5=61.12 則鋼板樁所受彎曲正應力為
σ=m/w=145mpa<215 mpa，符合要求。本工況雖然彎應力較大，但鋼板樁支承跨度已經很小，故彎形較小，強度和剛度能滿足施工要求。
3、圍囹計算
3.1圍囹的力學模型
根據圍囹受力特點，圍囹邊梁採用多支點梁模型，邊梁之間相互絞結，中間用撐、拉桿加強。總體為一超靜定框架。
3.2內力計算
用電算程式計算的圍囹六（由表一可知，圍囹六荷載最大）的內力圖如下，
其它圍囹計算結果見表二。
表二：圍囹內力表(
3.3圍囹強度校核
根據圍囹內力,第一道圍囹內力較小,其它圍囹內力雖有彎化,但相差不大,從便於施工角度考慮,除第一道圍囹選用不同材料外,其它圍囹選用相同材料。在上述內力計算中,圍囹內最大彎矩發生在短邊圍囹的跨中,最大軸力發生在長邊圍囹的跨中(由於撐桿形成),其中短邊圍囹跨中的軸力為長邊跨中軸力的0.623倍。
而長邊跨中彎矩僅為短邊跨中彎矩的0.15倍，故取短邊邊梁跨中複核彎壓組合應力。
第一道圍囹四周邊梁採用雙拼40b槽鋼，撐拉桿選用雙拼36b槽鋼。
第二~七道圍囹四周邊梁採用雙拼56b工字鋼，撐拉桿選用雙拼40b槽鋼。
則第一道圍囹強度校核如下:
四周邊梁組合σ=m/w+0.623n/a=142.86mpa<215 mpa符合要求。
撐桿σ=n/（γa）=53 mpa<215 mpa符合要求。式中穩定係數γ=0.92
拉桿σ=n/ a=30.5 mpa<215 mpa符合要求
其它圍囹按內力最大的第六道圍囹計算如下:
邊梁σ=m/w+0.623n/a=150.1mpa<215 mpa符合要求。
鋼板樁圍堰施工方案
目錄第一章 工程概述 1 一 工程概況 1 二 工程地質 1 三 水文氣象 2 第二章圍堰施工方案 3 一 圍堰平面布置 3 二 圍堰設計及結構形式 3 1 施工準備 4 2 圍堰土方填築 5 3 鋼板樁施工 5 4 圍堰抽水 6 5 圍堰維護及拆除 6 第三章圍堰施工進度計畫 6 第四章資源配置計...
鋼板樁圍堰施工方案
某工程 二 一四年三月 目錄一 工程概況 二 水文 地質狀況介紹 三 施工方案總體設計 四 施工計畫 五 施工工藝 六 質量控制及注意事項 七 安全技術保障及措施 八 環保措施 九 安全度汛措施 第一章 工程概況 一 工程概況 工程施工為全封閉施工，施工過程中為連線兩岸交通，考慮在東西圍堰頂設5公尺...
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