1、1水中墩深基坑钢板桩围堰设计与施工摘要：结合宁杭客运专线徐舍特大桥跨钟张运河连续梁 415#、416#主墩钢板桩围堰施工，介绍水中钢板桩围堰设计、围囹安装、钢板桩打设、堵漏、挖泥、封堵等关键施工技术。 关键词： 水中 钢板桩围堰 施工 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 1.1 设计概况 宁杭客运专线 NHZQ-II标徐舍特大桥跨钟张运河连续梁（60+100+60）m，正线里程为 DK111+911.320DK112+133.020。线路采用无砟轨道，设计时速 350km/h，其中 415#、416#主墩基础采用11200cm 钻孔桩，承台设计尺寸为 18.8m12
2、.4m4m，均为低桩承台，埋于河床以下。挡水围堰均采用钢板桩围堰，钢板桩长度 15m，封底混凝土厚度 1.0m。 1.2 水文资料 徐舍特大桥与钟张运河斜交 60，钟张运河为 v级航道。主要流量、流速等要素如下： Q1/100=655m/s, H1/100=3.0m，V1/100=0.89m/s。 1.3 地质情况 415、416 号墩处水深约 3m，河床地质从上向下为 3.3m,粉土，5.2m2淤泥质粉质粘土，6.1m 粉土，18m 粉质粘土，1.6m 粉砂，4.3m 细圆砾石，7.1m泥质砂岩（全风化） ，8.9m 泥质砂岩（强风化） ，8.8m 泥质砂岩（弱风化） 2 钢板桩围堰设计 2
3、.1 方案选择 以 415#墩为例，一边靠岸，一边靠河，土质为淤泥质粉质黏土，呈流塑状，且固结时间长，抗剪力低，针对以上特点，考虑采用钢板桩围堰施工，此方案具有施工成本低、工艺简单、安全等优点。 2.2 结构设计 根据水文资料确定围堰标高为+3.162m，预留出 2.0m工作空间，围堰平面尺寸为 20.8m14.4m矩形 ，如图 1所示： 图 1钢板桩围堰平面图 以 415#墩承台钢板桩围堰为例, 水中钻孔桩成孔后，选用拉森型钢板桩，单根长度 15m，套型锁口，防渗性能较好。拆除钻机平台后，在钢护筒上搭设施工平台，进行定位测量。安装三道围囹，第一道设在标高+1.235m 处，第二道设在标高-1
4、.965m 处，第三道设在标高-5.165m 处。四周支撑采用 H型钢（400*400*16*21） ，内部支撑采用钢管，外径D=600mm，厚度 =16mm。为了在基坑开挖时围囹与桩头错开，以及有效抵抗钢板桩的整体变形，所以内部支撑设计为“井”字型，钢管交叉处用传力架连接（如图 2所示） 。基坑进行有水开挖，灌注 1.0m厚封底混3凝土，钢板桩围堰受力按静水压力和主、被动土压力计算。 图 2 钢板桩围堰立面图 2.3 钢板桩围堰的计算 主要施工程序为：搭设钢板桩，有水开挖，边开挖边下放第二道围囹，抽水至第一道围囹下 50cm，安装第一道围囹，有水开挖至第二道围囹设计标高之下 50cm，按照设
5、计标高安装第二道围囹，重复以上工序一次，有水开挖至基坑底，浇注 1.0m的封底混凝土 ，拆除第三道围囹，承台施工，施工完毕后，基坑回填至承台顶面，拆除第一、第二道围囹。以上工序中较危险，经过计算此工序能安全通过。 2.3.1 土压力计算 q5=sattan2(450-)h2+ 土tan2(450-)h3+ 土 h tan2(450-) = 219.310.406+201.160.406+200.406 =97916N/m2 q4=sattan2(450-)h2+ 土tan2(450-)h3+ 土 h tan2(450-) =218.010.406+201.160.406+200.406 =85
6、832N/m2 q3=sattan2(450-)h2+ 土tan2(450-)h3+ 土 h tan2(450-) =2140.406+200.4061.16+200.406 4=51643N/m2 q2=sattan2(450-)h2+ 土tan2(450-)h3+ 土 h tan2(450-) =210.4061+200.4061.16+200.406 =26065KN/m2 q1=sattan2(450-)h2+ 土tan2(450-)h3+ 土 h tan2(450-) =0+0+0+200.406 =8120N/m2 2.3.2 支撑结构线荷载计算 支撑结构计算采用结构力学求解器，计
7、算模型如下： 图 3 支撑结构计算模型 计算结果如下： 图 4四周围囹每延米受力图（单位：N） 计算结果汇总： 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩 1 0.00000000113614.880 -56062.86980.00000000 -97695.3199 -43082.4057 2 0.00000000116634.187 -43082.40570.00000000 -103325.812 -550963.6176 3 0.0000000078033.7244 -50963.61760.00000000 -46299.0755 -22014.7393 4 0.00000
8、00030202.4475 -22014.73930.000000000.000000000.00000000 5-76501.52300.000000000.00000000 -76501.52300.000000000.00000000 6 0.000000000.000000000.000000000.00000000 -30202.4475 -22014.7393 7 0.0000000046299.0755 -22014.73930.00000000 -78033.7244 -50963.6176 8 0.00000000103325.812 -50963.61760.0000000
9、0 -116634.187 -43082.4057 9 0.0000000097695.3199 -43082.40570.00000000 -113614.880 -56062.8698 10-181359.5360.000000000.00000000 -181359.5360.000000000.00000000 11-214329.5070.000000000.00000000 -214329.5070.000000000.00000000 由计算结果知，支撑结构最大线荷载为 214329N。 2.3.3 支撑结构内力计算： 计算模型如下： 6图 5支撑结构内力计算模型 计算结果如下：
10、 图 6 围囹、支撑轴力图 图 7 围囹剪力图 图 8 围囹弯矩图 现将计算结果汇总如下： 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩 1-489419.548624811.5030.00000000 -489419.548 -414684.146509558.842 2-489419.548 -3944.38002509558.842 -489419.548 -861260.380 -1220850.67 3-1543168.79324207.528 -1220850.67 -1543168.79 -297346.571 -1181902.29 4-484332.764837120
11、.609 -1181902.29 -484332.764 -63061.1908443622.487 5-484332.764428279.270443622.487 -484332.764 -611216.3790.00000000 76-611216.379484332.7640.00000000 -611216.379 -480147.7359416.31476 7-611216.379578688.3009416.31476 -611216.379 -578688.3009416.31476 8-611216.379480147.7359416.31476 -611216.379 -4
12、84332.7640.00000000 9-484332.764611216.3790.00000000 -484332.764 -428279.270443622.487 10-484332.76463061.1908443622.487 -484332.764 -837120.609 -1181902.29 11-1543168.80297346.571 -1181902.29 -1543168.80 -324207.528 -1220850.67 12-489419.548861260.380 -1220850.67 -489419.5483944.38002509558.842 13-
13、489419.548414684.146509558.842 -489419.548 -624811.5030.00000000 14-624811.503489419.5480.00000000 -624811.503 -475060.95132306.8423 15-624811.503578688.30032306.8423 -624811.503 -578688.30032306.8423 16-624811.503475060.95132306.8423 -624811.503 -489419.5480.00000000 817-1053749.250.000000000.00000
14、000 -1053749.250.000000000.00000000 18-1586102.650.000000000.00000000 -1586102.650.000000000.00000000 19-1551821.360.000000000.00000000 -1551821.360.000000000.00000000 20-1058836.030.000000000.00000000 -1058836.030.000000000.00000000 21-1058836.030.000000000.00000000 -1058836.030.000000000.00000000
15、22-1551821.360.000000000.00000000 -1551821.360.000000000.00000000 23-1586102.650.000000000.00000000 -1586102.650.000000000.00000000 24-1053749.250.000000000.00000000 -1053749.250.000000000.00000000 25-491340.4610.000000000.00000000 -491340.4610.000000000.00000000 26-1625807.640.000000000.00000000 -1
16、625807.640.000000000.00000000 27-491340.4610.000000000.00000000 -491340.4610.000000000.00000000 928-410739.7660.000000000.00000000 -410739.7660.000000000.00000000 29-1596207.670.000000000.00000000 -1596207.670.000000000.00000000 30-410739.7660.000000000.00000000 -410739.7660.000000000.00000000 支撑杆件内
17、力验算： A、截面正应力验算： =M/W=1220850/2/3325.43=180Mpa 符合要求 B、截面剪应力验算： = 符合要求 C、支撑杆件截面验算： =N/A=1586102/293.55=54Mpa 符合要求 2.4 封底混凝土厚度、强度计算 2.4.1 封底混凝土厚度计算 以 415#为例，最高水位取+3.0m,钢板桩围堰顶标高+3.162m，底标高-11.838m,承台底标高为-6.465m。封底混凝土厚度为 h，则封底混凝土底标高为（-6.465-h）,水深为（3+6.465+h） 。11 个 200cm 桩基钢护筒部分按不受力计算。钢板桩与土之间的摩擦阻力取 12Kpa，
18、钢护筒与封底混10凝土之间的摩阻力取 100Kpa。 （1）围堰整体浮力： （2）钢板桩围堰自重： 3962KN （3）封底混凝土重量： (20.814.4-3.141211)h26=(6889h)KN （4）桩基钢护筒抗拔力： 113.142h100=(6908h)KN （5）钢板桩抗拔力： (20.8+14.4)2(4.55+11.7)12=13728KN （6）封底混凝土厚度计算： 建立方程：1.05F 浮=G1+G2+F1+F2 解得：h=0.78m(取 h=1.0m)。 2.4.2 封底混凝土强度验算 1m 厚 C20封底混凝土被桩基分切成若干块，可以按照简支双向板计算，最大跨径为 3.9（取相邻桩间距）米，取 1m宽一条作为研究对象，来验算封底混凝土的弯曲应力。 式中 封底混凝土最大计算长度（m） ； q封底底面静压力（kPa） ； W封底混凝土每 1m宽截面的抗弯模量（m3） ；
