水中钢板桩围堰计算及施工应用

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1、水中钢板桩围堰计算及施工应用　　摘要：介绍临海大桥主塔横系梁钢板桩围堰设计计算和应用，供同类型桥梁施工借鉴。　　关键词：潮汐地区；水中钢板桩围堰；设计计算；应用　　工程概况　　临海大桥位于浙江省临海市区中心，横跨灵江，是临海市江南分区与老城区的交通要道。桥梁总长度746m，其中主桥306m，北引桥216m，南引桥224m。主桥采用m预应力砼独塔单索面斜拉桥，桥面宽。　　主塔基础位于灵江江心，采用分离式承台钻孔桩基础，两承台之间设横系梁连接。横系梁按预应力构件设计，施加预应力用以平衡倾斜塔柱的水平推力，系梁为矩形

2、截面，宽度为，高度为，长。　　水文地质情况　　桥址段灵江为典型半日潮，既受洪水控制，又受潮水控制。5年一遇最高水位为+。横系梁顶面标高+，河床顶面标高-，地质报告中河床顶面以下约11m为淤泥质粘土。　　钢板桩围堰沿横系梁两侧设置，两端与承台钢套箱连接，围堰长，宽，钢板桩长15m。钢板桩围堰顶面标高设置为+，高出最高施工水位。钢板桩施工完成并抛填片石挤淤至-左右后，然后浇筑50cm封底混凝土。围堰内设置一层水平支撑梁和支撑柱，支撑梁采用2I40，支撑柱采用直径、壁厚5mm的钢管。考虑到横系梁施工和施工后支撑拆除方

3、便，支撑尽量设置在横系梁顶面以上。　　设计说明　　计算水位取+；钢板桩采用IV型拉森桩，重量75kg/m，每1米宽截面模量W=2037cm3,允许应力为[σ]=180Mpa。　　土质按地质报告提供参数。　　钢板桩入土深度验算　　钢板桩围堰结构如图所示，围堰内抽水后水头差为，由此引起的水渗流，其最短流程为紧靠板桩的2h，故在此流程中，水对土粒渗透的力，其方向应是垂直向上。对于较薄且面积较大的封底混凝土，按不考虑封底混凝土作用时的涌流问题近似进行计算比较偏于安全。现近似地以此流程的渗流来检算坑底的涌流问题，要求垂直

4、向上的渗透力不超过土在水中的密度，故安全条件如公式所示：　　　　式中：-安全系数；-水力梯度；　　-分别为水的密度及土在水中的密度，；　　，其中G为土粒的比重;n为土的孔隙率以小数计。　　土层按淤泥质粘土，查地质报告中G=、n=，h=7m，安全系数取。　　　　钢板桩内外侧的土层基本水平，无土压力计算。　　钢板桩计算　　钢板桩顶标高+，入土深度，设置一道支撑，计算水位为+。围堰抽水后钢板桩承受水压力，钢板桩所受的水压力是一个线型变化的关系，计算按等弯距布置确定支撑的位置。把钢板桩当成一个匀质的钢梁，其E和I相等，

5、这样板桩受力就是一根均质悬臂简支梁，把板桩上支撑梁作为简支点，而围堰底部封底混凝土作为简支点计算。取1m宽钢板桩作力学分析，采用Midas/Civil软件经过反复计算，当h1=、h2=时，支撑处及封底混凝土处的弯矩较合适且便于横系梁施工。　　经计算钢板桩在支撑点处弯矩最大为-*m。　　，满足要求。　　支撑计算　　根据上述计算，支撑梁可简化为承受均布荷载q的简支梁或连续梁。考虑到施工现场钢板桩施打完成后很难在一个直面上，所以按简支梁进行简化计算。支撑梁选用2I40，W=，q=。　　则支撑梁的最大跨径，取l=，横系

6、梁围堰共设9到水平支撑。　　每道支撑承受的压力为。　　支撑柱采用直径、壁厚5mm的钢管，A=。支撑柱最大自由长度为，参照路桥施工计算手册，，。根据欧拉公式，支撑柱的稳定临界应力为:　　安全系数，其承载力满足要求。　　钢板桩的堵漏　　一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝；或者在钢板桩全部插打完毕开始抽水安装围囹时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的。由于受潮汐水的影响，在抽水前用棉絮填塞接缝后很容易在退潮时被冲走，经现场实施，在钢板

7、桩施打完成后，退潮后抓紧时间将大的漏洞封堵好，涨潮时采用四台大的污水泵连续抽水，同时用塞棉絮和溜砂的办法堵漏，效果很好。　　钢板桩施打和支撑安装　　钢板桩采用汽车吊配合液压震动锤进行施打，施打过程中需采用型钢制作的导向梁架进行导向，以保证钢板桩施打到位后位置以及竖直度和顺直度较好。钢板桩施打完成后，抛填一定卵石挤淤，使围堰底部基本密实，随后浇筑封底混凝土。实际施工中封底混凝土能有效进入抛填的卵石中，能增强其稳定。支撑安装在退潮后或抽水过程中实施，安装过程中要密切注意河床水位的变化，并安排专人负责施工期间的抽水工

8、作。值得注意的是工字钢与钢板桩的连接，由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响，整个围堰的侧面顺直度较差，工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止围堰的变形，将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接，支撑柱和支撑梁也相互焊接，围堰的四个角重点加强。　　采用钢板桩围堰进行水中基础施工，具用施工速度快，安全可靠性较高的特点。运用设计计算软件Midas进行设计优化，提高了计算的效率和