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XX大桥钢板护筒式围堰设计与施工工艺

XX大桥钢板护筒式围堰设计与施工

[摘要]本文主要介绍XX大桥引桥钢板护筒式围堰设计与施工过程，对类似工程具有一定借鉴意义。

根据设计单位提供的资料，XX大桥引桥桥址位置工程地质情况较好，以亚粘土为主，湖底较平整。据钻探资料显示，地质情况见图1。

2引桥围堰施工方案比选

在确定XX大桥引桥基础围堰施工方案过程中某改扩建工程雨蓬区幕墙工程施工方案(椭圆建筑造型).doc，先后对填土筑岛、钢板桩围堰、钢

套箱围堰、钢板护筒围堰等方案进行了充分的比较。

考虑在湖中引桥范围内全断面填土筑岛，四周按1m间距打设800cm×φ20cm圆木围护，填土宽35m，总长约350m，共约需土方6万m3，每方土成本约35元（包括购土、挖运、填土、清除等）。但工程所在地周围10km范围内基本无土源可取，同时XX刚刚清淤整治完毕，填土筑岛施工对环境影响较大，难以满足环保要求，并且影响XX的通航和防汛。此外，填土筑岛围堰的防渗性能较差，承台、墩柱及盖梁施工需要进行二次开挖、支护和防水处理，对施工围堰内建造物的施工影响较大。

钢板桩围堰工程造价相对较高，每延米钢板桩围堰造价约0.85万元（包括钢板桩租金、运费、打桩、拆除及支撑等费用，租期按50天计。周转时间：安装5天，抽水清淤2天，桩基施工15天，开挖基坑、桩检4天，承台施工7天，墩柱施工7天，盖梁施工7天，雨天影响3天，共计50天。），单个承台的钢板桩围堰（平面尺寸9.6m×8.0m）造价达到30万元，同时钢板桩围堰防渗性能也较差。

钢套箱围堰一般用于高桩承台施工，XX大桥引桥水中承台均为低桩承台，故有底钢套箱围堰不宜用于本工程施工。

采用钢板护筒围堰方案，有以下优点：

采用钢板护筒式围堰，造价比较低，包括制作、安装、拆除的费用，单个围堰工程造价仅需10万元，周转使用二次时造价可以更低。

钢板护筒式围堰结构型式相对简单，易于加工制作，拼装、拆卸方便，有利于加快施工进度，现场1～2天可完成一个围堰安装。

钢板护筒式围堰片与片之间采用橡胶板密封止水，同时钢围堰插入亚粘土层中不小于1.2m，能有效地防止渗水。

在本工程中，施工围堰采用圆形钢板围堰，围堰直径为11.5m，围堰中间不用撑径，围堰内施工操作空间较大，打桩机可在围堰内直接施工。

由于本工程为市政工程，工期紧（合同工期为8个月），施工任务重。综合考虑工期、经济、环保、安全等因素，引桥水中围堰决定采用钢板护筒式围堰进行施工。

3钢板护筒围堰设计计算

3.1钢板护筒式围堰设计

钢板护筒式围堰设计详见后构造图。

3.2钢板护筒式围堰稳定性计算

3.2.1结构计算简图

3.2.2．结构稳定计算

围堰外侧仅承受水平方向的水压力。

根据《结构力学》（下册，李廉锟主编）圆环及拱的稳定最小临界值计算公式：

qc＝3EI/R3（1）

式中：qc为最小临界值，qc＝（30000+20000）/2=25000N/m=25.0N/mm；

E为弹性模量，E＝2.06*105N/mm2；

R为围堰半径，R=5750mm；

由公式（1）可求得：：

I=7690000mm4

经查表16号槽钢I=9600000mm4

本工程选择16#槽钢，同时边框10#角钢及底部加强5#角钢不参与计算，钢板围堰能满足稳定要求。

图2.钢板护筒式围堰结构计算简图

3.3面板强度及竖向加劲肋强度验算

面板按四周固定的弹性双向板计算，板厚5mm，对底节取1.0m宽板条验算，查《建筑结构静力计算手册》（第二版，中国建筑工业出版社）：

Lx/Ly＝500/1004≈0.5

Mx＝k1ql2=0.04×25000×0.52＝250N·m

σmax＝Mxo/W＝124MPa<[σ]＝145Mpa

竖向加劲肋按简支梁计算，采用10号槽钢，间距为1.004m，跨径0.5m。

q＝25000×1.004=25100N/m

M＝1/8ql2=0.125×25100×0.52＝784.4N·m

σmax＝M/W＝19.8MPa<[σ]＝145Mpa

显然，面板强度及竖向加劲肋强度能满足要求

围堰抽水后，如围堰后背土桩及水压力重量超过基坑底面下地基承载力时，地基平衡受破坏而发生隆起。承台平面尺寸为6.3m×5.45m，最大开挖深度1.7m（承台最大埋深1.6m），假定基坑底平面开挖尺寸为7.3m×6.45m，按0.46的坡比放坡。开挖后，基坑对角线方向的土体最为破弱。为简化计算，假设土体沿可能的滑动面BC绕O点滑动（《土质学与土力学》，粘性土的土坡稳定分析）。取1m宽单位土体进行计算。土体重量G1、水重量G2是促使土体滑动的力；沿可滑动面BC上分布的土的抗剪强度τ是抵抗土体滑动的力。对O点取矩，得滑动力矩Ms和稳定力矩Mτ为：

Ms=∑GiXi（2）

τ——坑底土的抗剪强度，查地质资料，τ=65kpa

要保证坑底不生隆起，要求

K=Mτ/Ms≥1.2（4）

G1O=2Rb/（3L）=2×1.91×3.26/（3×3.91）=1.06m

Ms=∑GiXi=RLr土X1/2+hRr水X2

=1.91×3.91×1.98×10×0.55/2+3×1.91×1×10×1.91/2

Mτ=τLR=65×3.91×1.91=485.4KN·m

K=Mτ/Ms=485.4/95.4=5.09＞1.2

在基坑底亚粘土层内渗透系数很小，渗透水量少，管涌现象往往是突然发生的流塑泥流，基坑内被涌出的泥流淹没，造成事故，要避免管涌破坏，则要求：

j=irw=hrw/（h+2t）（6）

根据现场调查资料取h=3.0m，取k=1.7，则有

实际施工时，t=1.20m＞1.10m，不会发生管涌。

4钢板护筒式围堰安装和拆除

佛山市某市政道路工程施工组织设计4.1钢板护筒式围堰加工制作

钢板护筒围堰在专业钢结构厂进行加工制作，加工完成后运输到施工现场。

钢板护筒围堰直径11.5m，高5.2m，沿高度方向分三节制作，水平方向分四块制作（为方便现场安装，可分三块制作）。底节水平加劲肋采用［16槽钢，其余两节采用［12，槽钢的槽内按34cm间距加焊5mm薄铁板；竖向加劲肋采用［10槽钢，并且底节在相邻两工字钢间采用∠50×50×4角钢进行加强。节与节、块与块之间的边框连接采用∠100×100×10角钢。面板采用5mm厚的A3钢板，边框连接采用φ16的Mn16螺栓。

钢护筒围堰结构尺寸详见钢护筒围堰构造图。

施工现场已有施工道路可直到施工地点，钢板围堰加工完成后可用汽车运输到现场。施工现场在岸边搭设一钢板围堰安装操作平台，操作平台面积为15×15m2，平台设置在一艘100t的船上，平台采用型钢搭设，上部铺设5cm厚木板，木板之间用扒钉连成整体。

4.3钢板护筒式围堰拼装

钢板护筒式围堰拼装在已搭设的操作平台上进行。钢板护筒式围堰片与片之间采用1cm厚橡胶板嵌缝，片与片之间用M16螺栓连接，M16螺栓间距为20cm，钢板围堰片与片之间连接完成后，应对各个接点逐一检查，确保片与片之间连接良好、不渗水。围堰拼装完成后在围堰直径方向上下各用6道拉杆固定，同时在顶部用20号槽钢作十字支撑，以防止在围堰吊装过程中变形。

JT／T 828-2019标准下载4.4钢板护筒式围堰就位