项目管理论文范文深埋低桩承台双壁钢围堰设计

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发布时间：2013-12-13 17:48:06  更新时间：2013-12-13 17:24:06

　　东莞市东江梨川大桥工程起点为高埗镇莞潢路，终点顺接东江大道与红川路，是联接东莞市区与东江北部地区高埗镇和石碣镇的重要通道。本项目全线主要包含三个大型互通立交，两座跨江大桥，主要有中堂大桥引桥段、高埗立交、中堂水道主桥95m+168m+95m低塔斜拉桥）、庆新路立交、东莞水道主桥（单跨138m独塔无背索钢砼混合梁斜拉桥）和东江大道立交。道路全长为2.294公里。

　　摘要：双壁钢围堰是深水基坑施工常用的支护方式，由于其隔水性能良好，受力简单明确，方便施工，得到了广泛的应用。本文以梨川大桥中堂水道主桥的双壁钢围堰为例，简要说明低桩承台双壁钢围堰的设计和施工。

　　关键词：低桩承台双壁钢围堰,方案比选与设计,电控整体下放

　　1工程概况

　　梨川大桥中堂水道大桥为95m+168m

　　+95m跨塔梁墩固结体系预应力砼矮塔斜拉桥。14#、15#墩是中堂水道主桥的两个主墩，主墩基础由12根D250cm嵌岩桩组成，桩长31～39m。承台规格为20.1m×14.9m×4.8m（横×顺×厚），承台底设有2m的C25砼封底（底标高-10.8m），考虑到增加主墩的高度和减小阻力影响，将承台沉入河床以下穿过强风化层且嵌入中风化砂岩层，承台底标高-8.8m。

　　2方案比选

　　承台施工的方案和方法很多，综合考虑方案的安全性、经济性、施工工期和施工可操作性，可以选择不同的施工方案和施工方法。目前的施工方案主要有：钢板桩围堰施工、先桩基后基坑再双壁钢围堰施工、先基坑后双壁钢围堰再桩基施工、先基坑后桩基再双壁钢围堰施工等。

　　本桥原设计图纸主墩基础施工程序：施工临时便桥，搭设水中施工平台→插打主墩钢护筒，施工主墩桩基→套箱或围堰施工→主墩承台施工。

　　上述方案存在主要问题是由于本桥主墩承台埋置太深，需要穿过整个强风化岩层，地质又是泥质砂岩，主墩桩基完成以后，再进行基底的清挖是相当困难的，且要将强风化岩以下3～4m清挖干净，必须进行微爆破清挖作业，其施工进度是相当缓慢，无法保证工期需要。

　　经方案比选，确定主桥14#、15#主墩基础采用先进行水下开挖和炸礁施工，再搭设施工平台进行水上桩基施工，最后采用双壁钢围堰法施工承台。

　　具体的施工程序如下：

　　施工前期准备→河床表层水下挖掘→强风化层水下爆破开挖→水下深基坑清底→搭设桩基施工钻孔平台→主墩桩基施工→部分拆除钻孔平台→拼装双壁钢围堰→接长桩护筒并安装吊架→安装沉降系统→利用电控系统整体下沉围堰至设计标高→水下砼封底→拆除吊架及沉降系统→抽水、切割桩护筒、破桩头→承台钢筋安装→浇筑承台砼。

　　3双壁钢围堰设计

　　3.1双壁钢围堰结构设计

　　中堂水道大桥14#、15#墩双壁钢围堰内壁尺寸为20.1m×14.9m，壁厚0.8m。钢板厚度8mm，横向加劲肋用∠50×50×5角钢，间距0.35m，竖向主龙骨采用∠70×70×6角钢加劲框，间距0.8m。

　　考虑到加工、运输和施工方便，钢围堰采用分节段方式制作。在高度方向分为3个节段，自下而上分为3m+5m+5m；平面分14块（纵向3块、横向4块），单块最大重量为6.3t，单位用钢量为240kg/m2。块与块之间采用高强螺栓连接，块间连接法兰竖向用20mm厚钢板、水平方向用10mm钢板，法兰之间垫10mm的橡胶，并双面涂刷胶水，以加强止水效果。

　　围堰内砼封底厚度2m，砼顶面高程即为承台底面高程，舱壁砼填充高度为5m。

　　3.2双壁钢围堰结构计算

　　3.2.1设计荷载取值

　　静水压力（三角形分布）最大值为：103kpa。

　　计算断面流速为2.7m/s，流水压力为：3.72kpa。

　　年平均风速为2m/s，风压力为：1.76kpa。

　　计算中，同时考虑静水压力、流水压力、风压力及其他施工荷载。

　　3.2.2设计荷载组合

　　水平荷载：静水压力+流水压力+风压力+其他。

　　垂直荷载：围堰自重+舱壁砼+封底砼+浮力+其他。

　　3.2.3设计工况

　　最不利的工况为封底砼完成后，围堰内抽干水至封底砼顶面时，围堰内外形成水位差的状态。本设计以此状态来验算钢围堰结构是否安全。

　　3.2.4结构检算

　　经钢围堰抗浮检算，抗浮安全系数为3.22；在围堰内部从封底砼顶面开始，每隔2.5米设置内撑一道，每道内撑设置为横桥向2道、顺桥向3道φ325钢管。

　　4双壁钢围堰施工

　　4.1水下基坑开挖与炸礁

　　水下基坑开挖选用反铲船一艘和开底自航运泥驳两艘，反铲船长18m，宽8m，型深2m，配备加长臂400钩机一台；每艘运泥驳仓容70m3/150×2匹马力。

　　水下炸礁为300t漂浮式炸礁船，满载排水量300t，配6台地质钻机。

　　水下钻孔孔位成梅花状布置，孔距2.5m，排距2m，孔径125mm，采用非电毫秒塑料导爆管微差起爆网路。

　　4.2钢围堰的制作与拼装

　　单个钢围堰块件在现场进行加工制作。钢围堰制作平台用钢管和型钢制作，尺寸为20×8m。

　　在制作过程中，须进行以下检验：焊前检验、焊接过程中的检验、焊缝外观检查、水密性试验。

　　双壁钢围堰的制作着重控制尺寸和焊缝质量，保证围堰的拼接侧板有良好的水密性。

　　4.3吊架与吊放系统

　　吊架采用桩护筒接长作为支撑，护筒顶架设纵横向双层贝雷片桁架作为承重构件，贝雷片上部安装14台电动卷扬机及滑轮组组成吊放系统，电动卷扬机通过电动控制开关柜进行控制。钢围堰的升降系统由14台5T电动卷扬机及32T滑轮组组成（1台JK-5电动卷扬机配备一个定滑轮、动滑轮组成一个起吊单元）。

　　一个双壁钢围堰的最大重量为280t，每个滑轮组承受的重量为280/14=20t，卷扬机承受的牵引力为2.2t。卷扬机的安全系数为5/2.2=2.27。

　　4.4整体下水

　　在正式吊装前一周，观察东江水位的涨退潮情况，确认东江水流速最低时的时间点。在拆除全部底部支撑型钢后，钢围堰通过总控制柜控制依靠自重进行整体下放，时间约20min，实际整个过程顺利，有效地保证了下放过程的安全，达到了预定目的和效果。

　　经定位测量，整体钢围堰的偏差为3cm。

　　4.5水下砼封底

　　4.5.1钢围堰堵漏和清底：钢围堰就位后，通过潜水员在水下对围堰底部的外侧进行砂包堵漏，检查基坑底的平整度和泥浆堆积等情况，保证封底的完整性。

　　4.5.2填充内舱：在钢围堰内舱里填充5米高的C25砼，将底节钢围堰及接缝填充密实，增加钢围堰的刚度和减少接缝渗水。

　　4.5.3优化水下封底砼配合比：C25水下砼配合比水泥用量增至500kg/m3，粉煤灰单方增至70kg/m3，砼初凝时间控制在10小时。由于水下砼的流动性较好，水下流动半径达到8m左右。

　　4.5.4导管布置：整个水下砼封底共设置导管14根，其中由于顶部吊装平台的阻碍，靠栈桥平台较远的7根导管顶部接口设置在吊装平台顶面，其余7根导管口设置在钢围堰顶部平台位置。

　　4.5.5水下砼灌注：整个水下砼灌注时间约16小时，总砼方量为420m3，采用一台臂长60m的砼泵车进行连续供料。在灌注过程中，技术人员及时测量砼面的高度，保证砼封底厚度及高程满足设计要求。

　　4.6钢围堰的抽水及支撑

　　在钢围堰抽水时，要随时观察变形情况，确保钢围堰的整体完好性，不变形、不大量渗水，同时根据设计图对钢围堰逐节进行加固支撑，加固支撑高度为2.5m。

　　围堰抽水完成后，检查封底砼效果（包括平整度、渗水情况）和钢围堰的接缝抗渗效果。经现场检查，封底砼无裂缝和渗水，平整度符合设计要求。钢围堰接缝抗渗效果良好。

　　结语

　　通过计算与实际施工过程的对比，双壁钢围堰的设计与施工是完全相符，满足了承台与墩身施工的需求。在吊放过程中，节省了大量的人工和施工成本，保证了施工安全。

　　参考文献

　　[1]深水基础双壁钢围堰嵌岩施工技术[J].科技资讯，2010（03）.

　　[2]梁忠科.大型双壁钢围堰施工技术[J].山西建筑，2011（13）.