水中钢板桩围堰施工专项方案

1工程简介

京杭运河泗阳四号桥110米主跨15#、16#两个主墩位于运河内，桩顶标高为▽ 8.558m, 承台尺寸为11.7*8.6米，承台高度3m,顶标高为^ 11.558m。15#、16#主墩尺寸为6*4米, 顶标高为^

23.658m。运河最高通航水位为^ 18.050m，最低通航水位为^ 15.830m。水中 施工为运河中搭建平台及桩基施工常水位为^ 16.2m，钢板桩围堰按17.20m考虑。待钻孔 桩施工完成后施工钢板桩围堰。

2水中钢板桩围堰的施工

2.1、钢板桩围堰验算

2.1.1钢板桩围堰的尺寸

钢板桩的形状及大小根据承台的形状和大小而定，同时满足承台模板安装作业人员操 作的净空要求。根据此主墩承台的特点，采用矩形钢板桩围堰，每侧各留 1m操作空间，

围堰的平面尺寸为13.7mX10.6m。围堰采用400X170的u型钢板桩，桩顶高出水面1m左 右，钢板桩入土约6.35m。结构见下图。

M2- 3D

2.1.2钢板桩围堰内支撑层数的确定及结构形式

钢板桩围堰内支撑层数的数量及其位置，根据钢板桩围堰的深度及钢板桩本身抗弯强 度而定，充分发挥钢板桩的抗弯强度，最顶层内支撑距离围堰顶 2.15米，第二道具承台

基坑底3.5米。内支撑的结构形式主要考虑结构受力合理， 同时不影响承台及墩身的施工。

根据主墩承台的埋深及承台高度，为便于施工，钢板桩围堰设 2道内支撑：每道内支 撑结构形式一致，承受钢板桩传递的水压力和土压力及施工荷载产生的土压力，围楞采用

4根I 25a工字钢拼接组合，水平内支撑采用 300*10mm钢管内支撑形式如下图

(h+h) =19* (8.95+1.05 ) *0.52=98.8KPa ,(考虑开挖基底时，多挖 30cm深度换填碎石 垫层及浇

---- ； 」 二 1「

巳

1-1

水强11. M --- '

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*

2.2、钢板桩围堰的结构验算

2.2.1基本数据

型号

(宽度X高 度) 有效宽

度w

mm 有效高

度H mm 腹板厚 度t

mm 单根材 每米板面

截面面 积

2

cm 理论重 量

kg/m 惯性矩

lx

4 cm 截面模

量Wx

3 cm 截面面 积

2

cm 理论重 量

2

kg/m 惯性距

Ix

4 cm 截面模

量Wx

3 cm

400X170 400 170 15.5 96.99 76.1 4670 362 242.5 190.4 38600 2270

(2) 土层性质

粘土、亚粘土取25°,淤泥质粘土取10° ,基地土层粘聚力c取15KN

(3)基本参数计算

地质资料土层的平均容重:

容重为19KN/ m3。 =18KN/n3，偏安全考虑，统一按水、土合力考虑

=18.4 ° ,坑底以下6.35m内侧 土层的平均内摩擦角：

主动土压力系数： Ka=tan2 (45°—© /2 ) =0.52

被动土压力系数：Kp=tan2 (45°+© /2 ) =2.25 =22.6

1.5米内基坑附近施工机械等均布荷载按 20kN/m2计，因水深较浅，填土筑岛未拆除,

不考虑动水压力的影响。

板桩外侧均布荷载换算填土高度 h1，h1=q/ 丫 =20/19=1.05m，则最大土压力 P 土 =丫 (1)钢板桩截面特性 注垫层砼,计算深度8.65+0.3=8.95m)

2.2.2钢板桩入土深度检算

根据盾恩法求入土深度，由公式丫 KaH(h+t) =Y (Kp— &)t 2,整理得到(Kp— &)t 2-K.H t —H

Kah=0,带入数值后 1.73 t 2 — 4.65t — 20.8=0 ,解得t=5.06m，实际施工一般取

1.2t=6.07m , 15m钢板桩施工时入土 6.35m,满足要求。

2.2.3基坑底管涌及隆起验算

抗管涌：根据不发生管涌条件：K= ( h+2t)丫 /h 丫水》1.5，其中h为基坑深度，t为 埋入土中深度。则 K= (8.95+2*6.35 ) *19/8.95*10=4.59>1.5 ，满足要求。

抗隆起：N=entg"tg2 (45°+© /2 ) =5.4

NF ( Nq-1 ) / tg © =10.6

K= Y t N q+ c Nc)/ [ Y (H +1)]

=(19*6.35*5.4+15*10.6)/[19*(8.95+6.35)]=2.79 > 1.6,满足要求。

2.2.4坑底渗水量计算：

Q=KHUq

根据设计地质资料，土的综合渗透系数 0.1m/d

贝U Q=0.1*8.95*48.6*0.18=7.8m 3

根据其渗水量的大小，为达到较好的降水效果利于承台施工，在承台外侧与钢板桩 之间排水通道，在基坑最低角落里设置一个排水井。

2.2.5圈梁受力计算：

内支撑计算，采用1/2分单法计算各内支撑反力，如计算图示。

. . 2 2

第一层支撑力：Q1=TKa ( ho+hi/2) 12 =19*0.52*(3.2+3/2) /2=109.12KN

第二层支撑力：

Q2=YK ((ho+hi/2)+ ( ho+hi+h2/2 ))*( h i+b)/(2*2)

=19*0.52*(3.2+3/2+3.2+3+3.8/2 )*( 3+3.8)/(2*2)=215KN

即圈梁支撑力：q=215kN/m,围囹采用四根I25a组拼布置(VX=2016cn3,I x=50390cmt), 在四角处设置斜撑，加焊后形成封闭框架结构。

13.7米和10.6米方向可以简化为五等跨等截面连续梁形式，按最不利位置圈梁验算 第二道圈梁。

q=215 kN/m

13.7 米：Mk=0.078ql 2=0.078*215*2.74 2=125.9 kN • m

(T = Mmax/W=125.9kN • m/2016cn3=62.45MPa<[c ]205 MPa

10.6 米：Mk=0.078ql 2=0.078*215*2.12 2=75.37 kN • m

(T = Mmax/W=75.37kN • m/2016cn3=37.39MPa<[c ]205 Mpa

围楞变形量按简支梁计算：f=5ql 7(384EI)=0.013*215*2.74 4/ (210*50390) =1.5mm 2.2.6支撑杆受力计算

支撑杆采用300*10mm钢管

钢管的截面积：A=91.1cm2

回转半径：i=10.26cm

长细比：入=卩l/i=654/10.26=63.74 ，查钢结构设计规范a类截面稳定系数①=0.868

支撑反力：N=QL=215*2.74=589KN 钢管所受轴向力 N=589*6.54/4.24=908.5 KN。

支撑杆钢管的稳定性：6 = N1/ ① A=908.5/(0.868*91.1)=114.9MPa<205 MPa，满足要

求。

2.2.7钢板桩受力及变形验算

钢板桩顶部悬臂段容许长度：h=(6[ (T ]w/ 丫 Ka)1/3 =(6*210*2270/19*0.52) 1/3=6.62 施工

实际为3.2m，满足要求。

第二道支撑以下钢板桩为最不利位置，作钢板桩强度验算：

q=19*8.95*0.52=88.43KN/m，按简支梁计算更安全： 5 7\

L=2.74m zs

L=2.74m

L=2.12m L=2.12m ZS

L=2.74m

L=2.12m M=0.125*98.8*3.8 2=178.3KN.m,c = Mkx/W=178.3/2270=78.56MPa<[ c ]=205 Mpa，变 形量f=5ql 7(384EI)=0.013*98.8*3.8 4/(210*38600)=3.3mm。

钢板桩的施工在钻孔桩的施工完成后实施。钢板桩采用15m长拉森W型

(400*170&15.5)钢板桩，内侧加2层围檩，围檩采用4根组拼25#工字钢，围檩内300*10mm 钢管作为支撑。每个钢板桩围堰共需15n长钢板桩124根及角桩4根, 25#工字钢372.8m,钢 管84m

水中钢板桩围堰施工所需材料如表3。

表3每个墩水中钢板桩材料

序号 材料 型号 单位 数量

1 钢板桩 拉森W型

(400*170&15.5) m 1830

2 工字钢 I 25a m 373

3 钢管 ① 300*10 m 78

2.3施工准备

2.3.1板桩准备

钢板桩施打之前，测量人员先准确在地面放线，在以距钢板桩顶 300mn位置为中心竖

向开槽，每相邻4根开一道，槽宽25mm长为100mm在钢导梁腹板中心开水平槽，槽形 状同钢板桩，每1600mm设置一道，开槽时注意相邻槽钢的开槽位置。钢板桩运至现场后， 可直接倒运到施工现场，钢板桩顺运河岸堆放整齐，严禁出现斜放现象，防止钢板桩夹弯， 桩边按要求做好安全防护，防止落桩入河或其他安全事故的发生。

2.3.2板桩导向架

为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和 提高桩的贯入能力，钢板桩沉桩前必须设置一定刚度的坚固导架。钢板桩的导架设置在履 带吊可施工范围，并且每打入土 1m测量人员测一次钢板桩垂直度。

2.4施工沉桩

钢板桩施打采用50t履带吊，履带吊臂长14m施工时履带吊停在施工便道上，能够 完成所有钢板桩的施打。

2.4.1首桩施打

打桩时，开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度，它可以起样板导向作用，一般每打入im就测量一次，由于其位置准确与否直接影响到整个桩体的倾斜 度是否符合设计要求，由于是在运河内施打钢板桩，风浪很小，可全天候施工。

242顶标高控制

为加强钢板桩施打质量，有效控制桩顶标高，在相邻的导向桩上测定标高，用油漆表 示，在夹桩器上画上刻度线，根据测定的标高及设计桩顶标高，确定沉桩结束时夹桩器上 与该标高相应的刻度线。

243后续桩施工

起始桩施工完毕后，后续桩连续进行，每三根桩焊成一组，钢板桩分为两步进行，吊 机进行定位并施打至水面以上，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击 并沉桩至设计标高；沉桩前，在锁口内涂抹黄油，减少桩间的摩阻力；钢板桩施工时要求 桩体垂直，利用前一根桩的止水口滑槽并与导向桩结合保证施工位置准确，严禁斜打、俯 打或仰打，防止破坏止水口影响钢板桩的整体性；钢板桩打桩前进方向的锁口下端用木栓 塞住，防止泥砂进入锁口内，影响以后插打；因单组钢板桩之间已经焊接，故不会发生单 根桩下降的情况。

2.5钢板桩围堰支撑钢板桩 施打方向 施打起点

施打■终点

导向梁

钢板桩施打顺序图

施打方向

:

导向梁

施打方向

导向梁 导向梁 导向梁

施打顺序 f I

I 导向梁J -钢板汐卞;|卞导向梁 2 詔 M 外导向梁 N 扣 ~k

施打方向 A

A