第１０卷第２期 ２０１１年６月 石家庄铁路职业技术学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＲＡＩＬＷＡＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＯＬ．１０ Ｎｏ．２ Ｊｔｉｌ１．２０Ｉ １ 永定新河特大桥钢板桩围堰设计与施工 郭建东 （中铁二十二局集团有限公司 北京１０００８０） 摘要：介绍津秦客专宁车沽永定新河特大桥深水基础钢板桩围堰的设计与施工。根据该桥实际 情况，通过多种工况的受力分析与计算，从施工安全、成本、工期等多方面进行比较，得出合理的 结构方案，并对关键施工工艺作具体叙述。 关键词：深水基础 钢板桩围堰 设计 施工 中图分类号：Ｕ４４５．４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１８１６（２０１１）０２—００３３—０４ １工程概况 宁车沽永定新河特大桥是津秦客运专线一标段上的一座超长特大桥，全桥总长１５ ｋｍ。该桥跨永 定新河段，共ｌ５个墩。其中２ｌ９ 墩～２２５ 墩７个墩位于水中，其余桥墩位于河道浅滩处，全段采用钻 孔桩群桩、双层承台基础；双线流线形实体桥墩；２２２ 墩一２２５ 墩为（４０＋６４＋４０）ｍ连续箱梁，跨 越永定新河主河道。其他孔跨采用３２ ｍ预制简支箱梁。 ２水文地质情况 永定新河为季节性河流与渤海相通，并受潮汐影响，水位变化较大。两侧大堤间距离５７ １．４ ｉｎ， 河面宽约１５０ ｍ，常水位高程２．８ ｍ，平均水深６．６ ｍ，流速１．７１ ｍ／ｓ。近五年来最大水位高程３．６０ ｍ。 ２２３ 、２２４＃￣是连续梁主墩且位于深水区，河床高程分别为一４．８８ ｍ和一３．６７ ｍ，河床以下０ １．０ ｍ 为淤泥，１．０～４．５ ＩＴｔ为淤泥质粉土，４．５～８．０ ｍ为粉土，８．０～９．９ ｍ为粉质粘土。 ３钢板桩围堰设计 ３．１方案确定 根据该工程工期紧、施工图设计与初步设计变化较大等实际情况，经过技术比选确定采用拉森 Ⅳ型钢板桩通过局部补强，先安装圈梁及内支撑再插打钢板桩的施工方案，进行深水基础施工。 ３．２围堰整体构造及工作原理 钢板桩围堰由定位桩、拉森Ⅳ型钢板桩、补强工字钢、补强钢板、圈梁及内支撑体系组成。定 位桩是围堰定位、圈梁下沉的导向和承重构件，拉森Ⅳ型钢板桩、补强工字钢、补强钢板组成的补 强钢板桩通过咬口插打构成一个四周闭合的阻水挡土结构，为承台和墩身施工提供作业环境，圈梁 及内支撑体系是围堰抵抗水平力的主要组成部分。 ３．３设计参数 收稿日期：２０１１—０４—２５ 作者简介：郭建东（１９６２一），男，汉，河南兰考人，学士，高级工程师，研究方向桥梁工程。 ３３ 互窒生丛堕 些茎查兰堕兰堡 兰笙 塑 ３．３．１设计荷载取值 水流速度１．７１ ｍ／ｓ，封底混凝土容重２４ １（Ｎ，ｍ。，水的浮力１０ ｋＮ／ｍ￣，根据设计勘察单位提供的地 质情况及各层土的土力学参数在１２ ｍ范围内进行加权平均计算得出土的平均容重ｌ９．４５ ｋＮ／ｍ ，内摩 擦角８．５３。，粘聚力２５．５ ｋＰａ。 ３．３．２结构参数取值 因钢板桩插打就位后的实际位置与设计尺寸会存在一定的偏差，考虑１０ ｃｍ的误差后取钢板桩锁 口系统线的尺寸为１５．５６６ ｍ。围堰顶设计高程４．０ ｍ，设防水位３．６０ ｍ，承台底设计高程～１１．０４６ ｍ， 封底混凝土厚度２．３ ｍ，封底底高程一１３．３４６，设防水位至基坑底深１６．９４６ ｍ。 ３．４设计及计算工况 工况一：围堰内吸泥至封底底，围堰外水位＋３．０ ｍ，支撑数量２道； 工况二：围堰封底完成，抽水至一５．５ ｍ，围堰外水位＋３．０ ｍ，支撑数量２道； 工况三：围堰封底完成，抽水完成，围堰外水位＋３．６ ｍ，支撑数量３道。 ３．５计算过程及结果 首先利用手工对围堰封底混凝土厚度、钢板桩入土深度进行计算，然后采用ＭＩＤＡＳ２００６建立模 型，荷载考虑静水压力及土压力。取１ ｍ宽钢板桩建模计算，在圈梁处建立弹性支座，根据工况不同， 分别假定钢板桩在开挖面以下０．５ ｍ或承台底以下０．５ ｍ处铰结或固结，建立两种模型考虑最不利状 态。根据实际情况，分阶段安装内支撑，在ＭＩＤＡＳ中采用施工阶段模拟计算，后一个工况考虑前一 个工况变形对钢板桩及内支撑的受力影响，钢板桩考虑锁口Ｏ．７５的折减系数，钢板桩应力安全系数 按１．２控制，得出围堰最大应力控制值为１８４．３７ ｈ伊ａ。 ． 表１各工况钢板桩计算结果统计表 ４钢板桩围堰构造 钢板桩围堰由定位桩、拉森Ⅳ型钢板桩、补强工字钢、补强钢板、圈粱及内支撑体系组成。定 位桩是整个围堰定位、导梁下沉的导向和承重构件，通过在定位桩上焊接牛腿、吊环等还兼做第一、 第二道圈梁组装、焊接的平台。定位桩采用２６ ｍ长Ｑ２３５Ｂ材质的￣６３０ｘ １２ ｍｍ钢管，每个围堰设８ 根，分别设置于围堰内侧两排内支撑钢管间。 ４．１拉森ｉｒｍＡ／钢板桩 围堰的主体围护结构采用补强后的拉森Ⅳ型钢板桩，桩长２６ ｍ，钢板桩设计桩顶高程４．０ ｍ，桩 底高程为一２２ ｍ，人土深度８．６５ ｍ，封底采用Ｃ２５混凝土，封底厚度２－３ ｍ。通过计算确定具体补强 方式及位置见图１、图２，补强后的钢板桩各项力学参数均有提高（详见表２），能够满足本工程围堰 的强度要求。 表２钢板桩参数对比表 ３４ 互窒 丛堕 些垫 兰堕兰塑 堡笙 塑 采用７Ｏ ｔ履带吊和ＤＧ一６０型振动锤逐根插打施工。插打顺序为：从上游开始，每边由一角插至另 一角，在下游合拢，合拢处选择在围堰一边的中点位置。插打钢板桩时要严格控制好桩的垂直度， 特别是第一根桩要从两个相互垂直方向同时控制，确保垂直不偏。插打一块或几块桩稳定后即与导 向架进行联系，避免跟桩现象出现。插打钢板桩的过程中施工作业人员要对插打桩位置、垂直度进 行符合，偏差超限的应及时纠正。直至所有钢板桩插打完毕。 ５．４抽水、清淤 抽水过程中随时注意围堰变化，并在第二道支撑露出水面后及时进行检查，将钢板桩与圈梁间 的缝隙用木方进行抄垫，保证钢板桩与圈梁紧密接触后，开始围堰内的清淤工作，清淤采用机械配 合人工进行清淤，先用２２ ｍ加长臂挖掘机在围堰中心进行取土，围堰四角挖掘机够不到的地方采用 自制的挖泥斗及人工配合进行清淤，清淤至第三道支撑下０．５ ｍ时进行安装第三道圈梁及内支撑。第 三道圈梁及支撑安装妥当后，根据地质情况继续进行清淤。 由于在本方案设计时设计勘察单位提供的两份地质勘查资料存在很大差异，对于基底土层是否 透水无法确定。因此在方案设计及检算时，分别按照基底透水和不透水进行支撑位置的设计和计算， 经过反复比较选择较为合理的位置来设置支撑，同时满足带水开挖和抽水开挖的受力要求。当基底 土层为透水性土且渗水较快时，在安装完第三道支撑后向围堰内注水，带水清淤至封底底高程一 １３．３５ ｍ，用Ｃ２５混凝土进行水下封底，封底厚度２．３ ｍ，待封底混凝土强度达到１００％后将围堰内的 水全部抽出，施工承台；当基底土层为不透水土或渗水较慢时，在安装完第三道支撑后，进行抽水 清淤，挖至承台底高程下０．４０ ｍ时进行浇注０．３０ ｍ的Ｃ４０混凝土垫层。待垫层混凝土强度达到８Ｏ％后 进行桩头凿除，施工承台。 ６结语 宁车沽永定新河特大桥，２２３ 、２２４ 墩位于深水区，且河水受潮汐影响，水位变化较大，承台施 工难度大。经技术、成本、工期等多面进行比选，确定采用补强后的拉森Ⅳ型钢板桩围堰进行深水 基础施工，并打破了以往钢板桩围堰先插打钢板桩再安装圈梁及内支撑的施工顺序，减少了围堰圈 梁及内支撑的数量，在确保安全、节约成本的同时降低了施工难度，大大缩短工期。 参考文献： 【１】铁路桥涵地基和基础设计规范【Ｓ】．ＴＢ１０００２．５—２００５ 【２】钢结构设计规范【ｓ】．ＧＢ５００１７—２００３ 【３】简明施工计算手册【Ｍ】．（第三版）（汪正荣主编）中国建筑工业出版社，２００５．７ ｆ４】建筑地基基础设计规范ＩＳ］．ＧＢ ５０００７－２００２ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔ Ｐｉｌｅ Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｆｏｒ Ｙｏｎｇｄｉｎｇｘｉｎ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ＧＵＯ Ｊｉａｎ—ｄｏｔａｇ （Ｃｈｉｎａ Ｒｍｌｗａｙ ２２ｎｄ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８０ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｌ１ｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｆｏｒ ｄｅｅｐ ｗａｔｅｒ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎｉｎｇｃｈｅｇｕ Ｙｏｎｇｄｉｎｇｘｉｎ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉａｎｊｉｎ—Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ Ｒａｉｌｗａｙ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｌｉｎｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｏｆｆｅｒｓ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ， ｃｏｓｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅ印ｗａｔｅｒ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ３６
