围堰结构设计指南

1、围堰结构设计指南1前言桥梁墩台基础大多位于地表水位以下,有时水流较大，施工时都希望在无水或静止水条件下进行， 桥梁水中基础最常用的施工方法是围堰法。基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵截水流 或航道，是一种施工用的临时性结构。由于各桥梁墩台处的水文、地质、气象、航道等条件不同， 不可能有一种适合于所有桥梁基础修建的围堰结构形式和施工方法。目前，桥梁基础修建中采用的 防水围堰大致有以下几种：土石围堰、钢板桩围堰、锁口钢管桩围堰、有无底钢套箱围堰、双壁钢 围堰等，以下作简要介绍。1.1围堰工程的主要作用围堰的主要作用是在河流中构筑一个封闭的隔水区域保证施工在干地上进行，有时起着支撑施 工平台

2、和基坑坑壁的作用。1.2围堰工程的类型及适用条件围堰类型的选择应根据河道的水文、地形、地质及地方材料、施工技术和装备等因素，常见围 堰类型及适用条件见表1：表1常见围堰类型及适用条件见表分类适用条件土 土围堰水深小于2m，流速小于0.3m/s。河床透水性较小的土壤。坡面加固防护时，流速小于1.0m/S。石n 草土围堰与上相同。流速小于1.0m/S。围y 草（麻袋）围堰水深小于3m，流速小于1.5m/S，河床透水性较小。堰木（竹）桩编条围堰水深小于3m，流速小于2.0m/S，河床透水性较小，可以打小木桩。竹篱围堰同上竹笼片石围堰水深34m，流速较大，河床无法打桩。堆石围堰石块就地取材，流速小于3

3、.0m/S。河床坚实，透水性较水。木木板围堰水深2m，流速小于0.3m/S，河床透水性较小。质木笼围堰适用于深水，流速较大处。河床坚实平坦，不能打桩，或有少量流水的河流。围木套箱基础埋设较浅，面积不大，流速小于2.0m/S。堰木板桩围堰水深34m，坑底至水面5m左右，河床透水性较大，但可以打桩。钢板（管）桩围堰水深为4m以上，河床为硬土、卵石层或软质岩层。适用较深基坑，防水性能较好。钢筋混凝土围堰适用于河滩浅基开挖不稳定性土壤。或在既有线旁开挖桥涵基坑，用以代替板桩，保护既有建筑物。双壁钢围堰适用于水深在56m以上深水基础2围堰工程的一般技术要求（1）围堰高度应高出施工期间可能出现的最高水位（

4、包括浪高）0.50.7m，钻孔桩基础时，其围 堰顶标高应结合护筒埋设情况，宜高出施工水位1.5m以上。（2）围堰外形应考虑河流断面被压缩后，流速增大引起水流对围堰、河床的集中冲刷及影响通 航、导流等因素，并应满足堰身强度和稳定的要求。（3）堰内平面尺寸应满足基础施工的需要。（4）围堰要求防水严密，减少渗漏。2.1围堰顶标高的控制围堰顶高应高出施工期间可能出现的最高水位（包括浪高）0.50.7m,钻孔桩基础时，其围堰 顶标高应结合护筒埋设情况，宜高出施工水位1.5m以上，用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面 0.2 0.4m2.1.1明挖基础围堰顶标高的控制一次开挖距基坑底面以上要预留2030c

5、m，待验槽前人工一次清除至标高，以保证基坑顶面坚 实。同时保证基底应符合设计要求的嵌岩。明挖基础围堰顶标高控制在高出施工期间可能出现的最 高水位0.51m。2.1.2钻孔桩基础围堰顶标高的控制钻孔桩基础时，其围堰顶标高应结合护筒埋设情况，宜高出施工水位1.5m以上。围堰顶的标高 偏差控制在30mm。2.2围堰平面尺寸的控制围堰的外形应适应水流排泄，大小不应压缩流水断面过多，以免壅水过高危害围堰安全，以及 影响通航、导流等。围堰内形应适应基础施工的要求，并留有适当的工作面积。堰身断面尺寸应保 证有足够的强度和稳定性，使基坑开挖后，围堰不致发生破裂，滑动或倾覆。2.2.1明挖基础围堰平面尺寸的控制

6、基坑下口开挖的大小应满足基础施工的要求，在基底平面尺寸应适当加宽50100cm，便于设 置集水井、排水沟和安装模板。2.2.2钻孔桩基础围堰平面尺寸的控制钻孔桩基础的钢围堰平面图尺寸根据承台的外形尺寸确定，可直接用钢围堰内壁作承台施工时 的模板，围堰平面尺寸可设计比承台各面尺寸大10cm。2.3围堰防止渗漏和冲刷的技术措施对围堰外围的边坡和河床防冲刷一般是采取在围堰迎水面抛投块石，形成块石防冲体平台。当 汛期水流冲刷防冲体迎水面时，可能在围堰脚形成掏刷坑，防冲体上部块石可自行塌滑覆盖冲刷坑， 不致危及围堰迎水坡面稳定。围堰防渗漏措施：一是控制封底混凝土与钢围堰内壁之间粘结良好，一般是在结合段的

7、钢围堰内壁设置剪力钉或 抗剪环板。二是河床土质渗透系数小时，杂土体围堰中加填粘土芯墙；三是围堰本体无渗漏，但河床土质渗透系数大，可以采用在围堰上沿基坑四周钻孔压注水泥浆 的措施。3围堰工程的结构形式及简要施工方法3.1 土围堰(填土围堰、草土围堰、草麻袋围堰)3.1.1技术特性土围堰适用于水深1.5m以内、水流流速0.5m / s以内，河床土质渗水较小时。具体技术参数 如下表2：表2 土围堰技术参数分类填料顶宽(m)边坡内侧外侧填土围堰粘土、砂粘土木1.51:12:31:21:3草土围堰粘性土及草木1.51:12:31:21:3草、麻袋围堰粘性土1 21:0.21:0.51:0.51:13.1

8、.2结构形式土围堰主要结构形式如下:土围堰结构见图1图1土围堰结构示意图图2草、麻袋围堰结构示意图草、麻袋围堰结构见图23.1.3施工方法填土围堰施工方法：先清除堰底河床上的树根、石块等，自上游开始填筑至下游合龙。处 于岸边的的应自岸边开始，填土时应将土倒在已出水面的堰头上再顺坡送入水中。水面以上的填土 要分层夯实。草土围堰施工方法：用麦秸、稻草或茎杆较长的杂草夹填粘性土，以一层土(2030cm) 夹一层草，分层铺填夯实。其他同填土围堰。草、麻袋围堰施工方法：用草袋(或麻袋)盛装松散粘性土，装填量为袋容量的/21/3, 袋口用细麻线或铁丝缝合。用粘性土心墙时，也可用砂性土装袋。施工时要求土袋平

9、放，上下左右 互相错缝堆码整齐。流速较大处，外围草袋可改用小卵石或粗砂，以免流失，必要时也可抛片石防 护或用竹篓或柳条筐装盛砂石在堰外防护。3.2钢板桩围堰钢板桩围堰是一种比较传统的深水基础施工方法。钢板桩是从国外引进的一种制式产品，主要 为德国拉森式钢板桩。钢板桩可以打入土中或连到物件上，组成承载及防水结构，工作结束后，拔 出或拆下重复使用。钢板桩围堰主要由钢板桩和钢围囹组成，钢板桩起防水、挡土及水下封底混凝 土模板的作用；钢围囹作为下沉导管柱的悬挂和导向结构，同时用作钢板桩的支撑，其顶层又作施 工平台，它是一种临时辅助结构。3.2.1技术特性钢板桩围堰技术特性：（1）由于是组拼式结构，整体

10、刚度较小，因此其抗水流及冲刷能力差，不宜于在流速较大的情 况下使用；（2）由于其本身强度、刚度局限，在承台埋置较深时，需设置强而密的支撑，对后续的承台及 墩身施工干扰很大，因此，不宜于在水位较高的情况下使用；（3）其三，因为要重复使用，不宜灌注封底混凝土，因此，在既要满足底部支撑力，又要满足 较小渗流的情况下，对河床提出了较高的要求，因此，不宜在透水性强，承载力小的地层条件下使 用。3.2.2结构形式（1）钢板桩围堰平面形式：有矩形、圆形、多边形、圆端形。矩形及多边形围堰在转角处使用 特制的同类型角桩，圆形及圆端形围堰，在板桩锁口联结时能转一定的角度，使板桩联结成圆形。（2）钢板桩类型规格按断

11、面形状分四类：平型、槽形、Z形、工字钢或槽钢。（3）按钢板桩锁口分为三类：阴阳锁口、环形锁口、套形锁口。3.2.3施工方法（1）钢板桩运到工地后，应进行检查、分类、编号及登记。锁口检查：用一块长1.52m符合类型规格的钢板桩作标准将所有同类型的钢板桩作锁口通过 检，凡钢板桩有弯曲、破损、锁口不合、长度不够的均应进行整修、接长直至合格。（2）插打钢板桩应用固定的临时导向架插打钢板桩，在稳定的条件下安置桩锤。一般宜插桩到全部合龙，然后 再分段、分次打到标高。插桩顺序，在无潮汐河流一般是从上游中间开始分两侧对称插打至下游合 龙，在潮汐河流，有两个流向的关系，为减少水流阻力，可采取从侧面开始，向上、下

12、游插打，在 另一侧合龙。桩锤一般采用振动桩锤。（3）堵漏钢板桩插打到位后，可在其外侧围一圈彩条布，在布的下端绑扎钢管沉入河床，并用砂袋压住， 堰内抽水时，外侧水压可将彩条布紧贴板桩，起到一定的防水作用；在板桩侧锁口不密的漏水处用 棉砂嵌塞，堵漏效果明显。（4）吸泥、硬化基层在水抽干后，即可人工挖泥，或不抽水采用高压水枪配合泥浆泵吸泥至设计标高，之后回填片 石，浇注30cm的混凝土硬化基底，进行承台施工。见图3板桩及内支撑对构示意图。图3板桩及内支撑对构示意图。（5）拔桩施工完成后需要拔桩，在拔除钢板桩前，应先将围堰内的支撑，从上到下陆续拆除，并陆续灌 水使内外水压平稳，使板桩挤压力消失，并与部

13、分混凝土脱离（指有水下混凝土部分）拔桩设备可 用吊船、吊机、拔桩机、千斤顶等。3.3锁口钢管桩围堰锁口钢管桩（日本叫钢管板桩）是以带锁口的钢管桩代替钢板桩，通过导向桩下沉到位，并可 视作将钢围堰“化整为零”，由各根钢管桩来穿过片石等地下障碍物。锁口钢管桩的新技术广泛应用 在岸墙、护岸、防波堤、围堰、挡土墙基础等工程中。3.3.1技术特性（1）钢管桩截面大，具有很强的抗弯能力，可大大简化围堰的内支撑体系，方便施工；（2）钢管桩的刚度和稳定性好，可采用强制下沉式，因此它更适用于有地下障碍物，密集孤石， 片石堆积的地方使用；（3）锁口钢管桩围堰综合了钢板桩围堰和双壁钢围堰的结构受力特点；（4）施工速

14、度快。制作、加工、运输、吊插、下沉等方便灵活，工艺简单，所需设备少。（5）可根据需要，组装成各种形式的围堰。3.3.2结构形式钢管桩结构示意图见图4图4锁口钢管结构示意图3.3.3施工方法（1）锁口钢管桩的插打及围堰合龙1）在钻孔灌注桩施工平台周边安装导向框。设上、下两层，控制桩的倾斜。2）为了控制锁口缝隙，在导向框上分别标出每根钢管桩锁口的中心位。3）在桩下插前于锁口槽口下端先焊坡度1:6的挡板，阻止碎石和硬土进入锁口。4）插打从围堰上游中部上游中部开始，顺次逐根向两侧插至角桩，再逐次从上游向下游插，最 后在下游中部合龙。5）整个钢管桩围堰合龙并插打到位后，将导向平台拆除，在管管桩上焊牛腿，

15、按设计要求安装 内支撑。完成从单桩受力到形成整体围堰的内支撑体系转换。（2）钢管桩内除土和围堰内除土主要除工具是吸泥机、抓泥土和高压射水设施等。若有沉船部分的管桩内采取冲击和汲泥交替的方法进行，围堰内开挖：泥土用抓斗冲抓或射水 吸泥。沉船用冲击钻机和旋转钻机破碎，船梆的大方木由潜水工人水下切割。孤石由潜水工水下作 业消除。片石因堆砌整齐，且用砂浆钩缝，故在于挖时用钢纤凿开或用撬棍撬松，人工清除。围堰 内吸泥应注意采用边吸边补水的方法。（3）锁口钢管桩围堰的排水与止水锁口钢管桩的止水是此种围堰成功的关键，钢管桩的止水主要依靠精密加工的锁口来实现的， 并在锁口加设填料或压浆，具体根据施工决定。（4

16、）灌注封底混凝，施工承台、墩身（5）钢管桩的拔除在用震动打桩机震松锁口的浆体后，用液压千斤顶顶出。3.4有（无）底钢套箱围堰3.4.1技术特性有底钢套箱又名钢吊箱，是深水高桩承台施工的临时隔水结构，其作用是通过套箱侧板和底板 上的封底混凝土围水，为高桩承台施工提供无水的施工环境。同双壁钢围堰比较，钢套箱具有施工 工期短、水流阻力小、利于通航、不需沉入河床、施工难度小、材料用量少、经济合理等特点，因 而在大跨深水大型桥梁中得到广泛的应用。无底钢套箱下沉施工干扰小，不受桩基影响。其结构构造简单，封底混凝土直接与河床接触， 套箱承受荷载小，壁板重复利用率高。较之双壁钢围堰，钢套箱具有施工工期短、水流

17、阻力小、利 于通航、施工难度小、材料用量少、经济合理等特点。但是，无底钢套箱下沉定位难度大，套箱围 堰需着床，对河床表面的地质情况及大面平整要求较高。3.4.2结构形式钢套箱围堰按形状可分为矩形（圆端形），其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合式钢围 堰。单、双壁的构造主要是考虑钢围堰下沉的需要而设计，由于钢围堰重量轻，在需要人土较深的 情况下仅靠自重难以下沉，需灌注配重混凝土，因此必须设置双壁结构；如果下沉较浅，借自重可 以下沉，可设计为单壁结构；如在满足下沉需要的前提下，又要节省材料，可设计成单、双壁组合 式结构。钢围堰结构形式的确定受多种因素的制约，如水文、地质、起重设备等。平面形状的

18、确定主要 受承台平面尺寸的影响以及水深的影响。3.4.3施工方法（1）套箱的加工为运输方便，一般选择船运比较方便的工厂进行加工。为减少墩位处拼装工作量，一般根据现 场起吊能力分节在工厂加工。其加工顺序为，先分单元在胎具上加工成型，然后在浮体上组拼。矩 形围堰由于较轻，一般是分块加工，一次拼装成型。（2）套箱的浮运围堰的浮运根据下沉的设备情况而定，如果采用大型浮吊下沉，可用平驳进行浮运；如果采用 组拼的龙门浮吊下沉，可直接用浮吊进行浮运。（3）套箱的下沉矩形套箱围堰由于重量较轻，可一次拼装到位，因此，精确定位后，可一次放置于河床上。而 双壁或单、双壁组合式围堰由于体积大，需在水中边下沉边接高。其

19、作业步骤为：将第一节放入水 中定位，利用双壁所产生的浮力自浮于水中，然后接高第二节，灌水或混凝土下沉，再继续接高下 一节，直至围堰全高。在围堰上搭设吸泥平台，布置吸泥机进行下沉。围堰设计时，双壁间应设隔 仓，灌注时应分仓对称进行，以防钢围堰的偏移。（4）封底混凝土的施工钢围堰沉至设计标高，灌注封底混凝土之前，要求潜水员用高压水枪进行清理，整平河床面， 同时，为了保证封底混凝土与桩身、箱壁的良好结合，达到止水效果，潜水员应用高压水枪将桩身 和箱壁上附着的泥浆冲洗干净。封底混凝土的施工采用垂直导管法。水下混凝土靠自身流动性向四周摊开。导管一般采用 300mm无缝管，顶部设漏斗，导管数量根据钢围堰内

20、净空面积确定。对于矩形钢围堰由于封底混 凝土数量巨大，可分成几个仓，分次灌注封底混凝土。混凝土一般由岸上拌合站或大型拌合船供应， 泵送至浇注位置。3.5双壁钢围堰3.5.1技术特性双壁钢围堰即是钻孔桩平台的基础，又是承台施工的挡水结构。因为有强度很高的双壁钢壳， 可承受更大的围堰内、外水头差。双壁钢围堰的上部均能重复使用，可充分发挥材料的利用率。3.5.2结构形式双壁钢围堰根据承台的结构形式不同，外形也不同，一般有圆形、圆端形、矩形及其它形式。圆形围堰：由于在水压力作用下，只产生环向轴力，可不设内支撑，因此能够提供足够的施工 空间，另外，由于其截面可以导流，因此抗水流能力强，它适用于流速较大的

21、深水河流的低桩承台 的施工中。但是，由于承台尺寸一般为矩形，因此，其封底的截面积较大，封底混凝土的量较大。 当承台的平面尺寸长宽比小于1.5时，采用圆形围堰更为合理，但水深大于15m的情况下，若采用 矩形围堰，需加设多层内支撑，施工空间难以保证，同时也大大增加了钢材的用量，此时采用圆形 围堰更为合理。3.5.3施工方法（1）双壁钢围堰加工制作及运输双壁钢围堰按设计在岸上加工，加工完成并经试拼质量检验合格后，再进行每节组装焊接或缆 索吊至墩身拼装现场。在围堰钢块件加工场组装工作平台，杆件集中下料，在平台上放大样后焊接块件骨架，安装隔 舱板、焊接内外壁板检查节间、块间接缝及隔仓板是否渗水、漏水并及

22、时处理渗水部位，确保钢围 堰的水密性。组拼工序为：外壁板、竖向加劲角钢、水平桁架、水平撑、隔舱板、内壁加劲角钢、内壁板、 脱胎模翻身、焊接成件。拼装时要求：上下隔舱板对齐，各相邻水平桁架弦板对齐，上、下竖向加劲角钢允许不对准， 但必须和水平桁架弦板焊牢。内外壁钢板拼缝不能对接焊时，允许采用搭接焊或贴板焊接，但必须 满焊，并保证全焊水密结构的可靠性。（2）钢围堰的组拼及下放水钢围堰根据起吊能力不同可在就近施工场所或在钻孔平台上组拼。若在就近拼装成围堰整体可 采用缆索或浮吊整体运至墩位处入水就位。在墩位个作业平台拼装，应先在作业平台上放出钢围堰 底层的安装线，做好组拼前的准备工作，底节围堰组拼完成

23、后下放入水步骤如下：（3）钢围堰的接高在首节钢围堰锁定后，向其隔仓内灌注混凝土和向夹壁内加抽水等措施以调平围堰，并预留一 定的干舷高度，使其处于待拼次节围堰的状态。以后每一节段船运到围堰旁，由起吊设备起吊与首 节或上一节进行焊接，每接高一节既均匀下沉，并予留相应的干舷高度，以便接高下一节时施焊作 业。（4）钢围堰的下沉和着床稳定双壁钢围堰在水中是以在隔仓内灌水下沉。在切入覆盖层时应在刃角内灌壁仓砼，起到加重又 可增加刃脚强度作用。（5）钢围堰的竖向定位钢围堰下沉时的竖向定位是通过在作业平台上设辅助措施实施。钢围堰着床是钢围堰施工中的 一道重要关键工序，钢围堰着床后的位置和倾斜率对钢围堰以后的下

24、沉，乃至钢围堰落到设计高程 时的质量都有重要影响。一般应选择在平潮时，基本没有多大流速的条件下着床。通过在钢围堰的 隔舱内灌水以调平围堰这样可以反复几次。当围堰接高下沉至刃尖距河床0.5米左右即停灌水下沉， 通过反复纠偏以实现围堰的精确定位。然后均匀灌水，快速实现围堰刃脚的着床，继之以均匀吸泥 下沉使围堰下沉到位。若围堰着床后发现偏位较大，可排除隔舱内的水使围堰上浮再进行第二次准确着床，直到精度 符合设计要求。（6）围堰内清基钢围堰下沉确认合格后，既可进行清基工作。围堰内清基采用抓泥斗、或空气吸泥机高压射水 龙头清除，清基到位后，则可进行水下混凝土封底。（7）围堰内灌注水下封底混凝土采用泵送多

25、点用导管浇筑封底混凝土，因封底混凝土数量大，为提高混凝土流动性和延长混凝 土的初凝时间，混凝土中掺加适量的缓凝型减水剂(30小时缓凝时间)和粉煤灰。水下混凝土浇筑过程中应注意的事项：用测深锤每隔一段时间，测出混凝土表面标高，将原始 资料记录下来，随时告诉现场值班技术员，用以指导各导管提升及下料，要求混凝土均匀上升，以 免造成混凝土面高低偏差过大，同时，也避免导管埋置过浅而使导管悬空，混凝土浇筑终结时，尽 量调平混凝土表面平整度。灌注水下混凝土时，准备多套导管提升装置，防止混凝土堵管。封底混凝土达到设计强度后，进行围堰抽水，边抽水边完成剩余支撑。在承台底设计标高以上 钢护筒割除，将封底混凝土表面

26、找平。4常见围堰施工方案比选深水桥梁墩台的围堰形式是多种多样的，每种围堰都有其各自的特点和适用条件，施工中应根 据各自桥梁不同的水文、地质、材料以及设备等条件，综合考虑各种因素进行比选。钢板桩围堰：钢板桩插打和吊装不需大型起吊和下沉设备。但由于其截面特性，限制了应用。 钢板桩围堰内支撑间距密集到1.52.0m。由于其截面是敞口，在孤石和片石地层中插打，下端极 易出卷边或被撕裂，造成围堰不能止水。双壁钢围堰：它自70年代九江长江大桥首次采用在钻孔桩基础施工后，由于其整体性。刚度和 强度大、围堰内无支撑、止水效果、抽水水头、抗水流冲击力和波浪袭击都较其他围堰优越。所以 广泛应用于深水钻孔灌注桩基础

27、施工中。但它体积庞大，需大型起吊设备。在覆盖层下沉亦需较多 设备，且下沉速度比桩要慢，若遇土层中障碍物，必须水中在刃脚下清除，势必影响工期。双壁钢 壳在墩身出水后，承台顶以上部分可切割回收或倒用，以下部分不能取出。钻孔桩围堰：它是在深水基础施工中钢板桩和钻孔桩并举的围堰。它在复杂地层中做围堰穿透 能力强，围堰内无支撑、止水效果好。但须先做钢板桩围堰，在板桩围堰内填土筑岛，在岛上板桩 内缘做深基坑护壁钻孔桩，桩顶设圈梁，再开挖基坑等；工序多，设备多，时间长，造价高。锁口式钢管桩围堰由于综合了钢板桩围堰和双壁钢围堰的结构受力特点，该项新技术广泛应用 在岸墙、护岸、防波堤、围堰、挡土墙基础等工程中，

28、钢管桩能穿过水下地层中的障碍物、孤石和 片石。4.1结合工程项目的特点我公司近几年围堰施工广泛用于桥梁深水基础施工中：广深准高速铁路石龙特大桥，横跨东江南、北干流。24、25号墩位施工处水深约68m， 流速2m/s，且受潮汐影响，水位落差2m。河床面以下地质情况为57m的细砂层，以下为2m左右 的中粗砂，下为泥质砂岩承台底面位于河床面以上11.8m。经过方案比选选用单壁无底钢套箱围 堰施工水中基础。由于该墩位处无水上施工设备，选用钢管桩栈桥和作业平台，施工期不受涨落潮 影响。套箱围堰分块吊装施工，从而避免使用大型运输车和吊车。围堰全高6.5m，分两节(4.5m+4m) 平面尺寸为12.05X7

29、.85m。下放靠在吊箱周边布置10个5t的链条滑车，将套箱放入水中就位。套 箱封底成功后采用边抽水边加内支撑。湘黔线渠江大桥、高桥2号墩为低桩承台，库区内水深流速小，浅覆盖层。南昆线左江大 桥等均在方案比选选定为缆索吊装双壁钢围堰深水基础施工，浮箱施工作业平台。渝怀铁路溪门口大桥选用单壁钢吊箱围堰基础施工，缆索吊装，万能杆件钻机作业平台。 浮箱作业平台。泸纳铁路沱江大桥6号墩由于承台位置的特殊性，不可能采用全封底，同时由于河床高低 差达2m，在方案比选中选定为双壁钢围堰高低刃脚环形封底技术，缆索吊装、导向船浮式作业平台。广珠城际轨道西江大桥主桥73、74#墩水深31.1227.42m，高桩承台

30、，承台尺寸22.6X 16.6方形。施工水位+4.164m，承台底标高-10.064m，经过多次方案比选，最后选定为双壁钢吊箱 围堰(即有底钢套箱)，钢管桩固定式作业平台基础施工方案。吊箱分块在工厂加工，驳壳船运至平 台，墩位现场拼装，分节整体用千斤顶下放再临时固结后拼装第二节，至整体拼装完成。4.2结合本单位施工技术特点由于本单位缆索设备成套，吊装施工经验较为丰富，因此在深水基础施工的吊装中若地形条件 许可，将优先选用缆索整体吊装。同时在围堰的施工中双壁钢围堰施工经验较其它围堰经验成熟。但近几年来钢板桩围堰由于施 工快捷、经济已得到了大量使用，如广州凫洲大桥、太澳容南特大桥、广珠西江大桥40

31、#墩。下一 步将在公司基础施工中重点推广。围堰工程设计5.1概述围堰工程设计一般应结合工程所处的水文、地质情况，对围堰本体的强度、稳定性、抗浮能力 等进行必要的验算，满足相应规范和规定的要求，并应有一定的安全储备。5.2 土围堰设计5.2.1 土围堰设计原则及标准围堰要求安全可靠、能满足稳定、抗渗及抗冲要求；结构要求简单，施工方便，宜于拆除并能 充分利用当地材料及开挖料碴，同时能满足工期要求。图5抗滑稳定计算5.2.3主要检算项目及方法围堰土体强度、稳定性验算土体抗滑稳定性验算见图5：1 -水压力：p = - H2y渗透压力：P= 2 H00水抗滑稳定安全系数：K0 = f (GP P)式中f

32、 一坝体与河床摩擦系数，取0.4；G0一坝体重量KK 0一般可取1.151.30局部冲刷验算基坑渗水量计算当基坑底为一般碎石土、砂类土，并处于干河床时，其总涌水量Q (m3/d)可按下式计算:K渗透系数(m/d)八1.366KH 2Q =lg(R + r0) - lg r0H稳定水位至基坑底的深度(m)，当基底以下为深厚透水层时，H值可酌加34m，以保安全。R影响半径(m)当为不均匀的粗粒、中粒和细粒砂，K = 56m / d R = 80150 m ；当为碎石、卵石类地层，混有大量细颗粒，K = 2060m / d R =100 - 200m ；当为碎石、卵石类地层，无细颗粒混杂，均匀的粗砂

33、和中砂，K = 2060m / dR = 150 250m。L + Br0 引用基坑半径(m)矩形：r 0=侃一-形状不规则时：r 0= FL、B、F一分别为基坑的长、宽(m)和面积(m2)u 一系数，当-=0.10.2 u = 1.0 ； - = 0.3 u = 1.12 ； - = 0.4 u = 1.16 ；LLL-=0.6-1 u = 1.18L基坑底涌砂、基坑底板隆起验算基坑底涌砂验算基坑底板隆起验算如基坑为一厚度不大的不透水层，其下层是承压水层，则应考虑坑底是否会被承压水顶坏的图6基坑底板隆起验算危险，其安全条件可用公式验算见图6：y y (h +1)式中：y 坑底不透水的容重。y

34、卬一水的容重5.3钢板桩围堰、锁口钢管桩围堰设计(1)钢管桩围堰总的设计原则：计算围堰内挖土和抽水时钢管桩和支撑的是否安全;确定围堰内封底混凝土的强度和厚度以确定锁口的形式，使其能注浆止水。确保锁口在复 杂受力状态下不被破坏；围堰在水流、风力、波浪作用下抗倾覆性检算。(2)钢板桩围堰总的设计原则：设计板桩围堰需要求算板桩的横断面、最小入土深度、支撑间距及尺寸等。板桩受力除土压、水 压等外力外，还与支撑有关。5.3.1水文地质技术参数的选择钢板桩围堰整体刚度大防水性能好，适用于在粘性土层深水河床基础施工。钢管桩适用于水深020m，流速03m/s，适用于各种复杂地质、地层，特别是有障碍物的地层。5

35、.3.2桩体、围囹、内外导环、支撑系统技术参数的选择锁口管的尺寸通常采用中165.2mm，壁厚11mm。在实际施工中可根据需要自行选用管桩，设计锁口，以适用施工需要。锁口钢管桩主要尺寸截面见下表3：表3锁口钢管桩主要尺寸截面外径mm厚度mm截面积cm2单位重量Kg/m参考值截面惯性矩cm4截面模量cm3截面回转半径cm外表面积m2/m80012297. 1233230X103576X1027.92.5114345. 7271267X103667X1027.82.5116394. 1309302X103757X1027.72.5190012334.8263330X103733X1031.42.8

36、314389.7306382X103849X1031.32.8316444.3349434X103964X1031.32.8319525.9413510X103113X10231.22.83100012372.5292454X103909X1034.93.1414433.7340527X103105X10234.93.1416494.6388598X103119X10234.83.1419585.6460704X103140X10234.732322606X103110X10238.53.4614477.6375704X103128X10238.43.4616544.

37、9428800X103145X10238.33.4619645.3506942X103171X10238.23.46120014521.6409917X103152X10241.93.7716595.1467104X104173X10241.93.7719704.9553122X104204X10241.83.7722814.2639141X104135X10241.73.77（2）钢板桩都是按支承在各层导环上的连续梁计算，其下端则按钢板桩打入土中的深度或封底 混凝土的情况分别视作铰或固端，最常用的方法是力矩分配法。钢板桩围堰设计时，平面尺寸多按上部结构及其基础的尺寸拟定，以不妨碍施工和安装模

38、板为 原则，但至少应大于基础轮廓尺寸1.5m，另外还需考虑抽水设备和其汇水井安装所需之尺寸；立面 尺寸主要考虑施工阶段的最高水位、抽水最高水位、洪峰最高水位等计算。（3）支撑系统选择；支撑间距布置原则是：当板桩强度已定，可按支撑之间最大弯矩值相等的 原则进行布置；当把支撑作为常备构件使用时，可按支撑各层的断面都相等时可把各层支撑设计成 相等。当计算得导环支点反力R.后，支撑可按在轴向力R.作用下的压杆设计。（4）内、外导环：钢板桩围堰内导环可用方木或型钢制作其作用是插打钢板桩时起导向作用， 顶层导框可兼作施工平台；最主要作用是作为钢板桩围堰的内部立体支撑，直接承受钢板桩传来的 水、土压力，因此

39、断面尺寸应能满足结构内力设计要求。外导环则只起导向作用。内导环可视作一支承在支撑上的连续梁或框架，简化成铰支在支撑上的简支梁用设计也是安全 的。通常圆形导环设计很强可考虑支撑。钢管桩围堰设计时，因钢管桩钢度大，为了考虑围堰的经济性，一般应按浅埋桩围堰设计，可近似按刚性基础计算，由此确定钢管桩的最佳入土深度。5.3.3主要检算项目及方法桩身入土深度确定、强度及稳定性验算桩身入土计算分以下几种情况:悬壁式板桩计算悬壁式板桩指顶端不设支撑，完全依靠打入足够的入土深度保证其稳定性，见图7。试算确定埋入深度t先假定埋入深度t然后将净主动土压力acd和净被动土压力def对e点 取力矩，要求由def产生的抵

40、抗力矩大于由acd所产生的倾覆力 矩的2倍，即防倾覆的安全系数不小于2。将通过试算求得的t1 增加15%，即得桩身的入土深度，确保桩的稳定。求出桩身剪力为零点，再求出该点的弯矩为最大弯矩，根据弯 矩选择板桩的截面和型号。单锚浅埋板桩计算图7悬壁式板桩计算简图(b)叠加后的土压力分布图(C)弯矩图(a) 土压力分布图(d)板桩变形图计算模式按上端简支，下端为自由支承模式，这种板桩相当 于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土 压力，见图8。图8单锚浅埋板桩计算图最小入土深度t：式中Ep 一被动土压力Ea 主动土压力A点的支撑力为:(3E - 2Ea)H2(E -E )E = -

41、y 12 K p 2 pE = 2y (H +1)2 KKp 一被动土压力系数K a 主动土压力系数，=tg 2(45。+ ?)K= tg 2(45 o-?2)Ra= Ea - Ep求出该点最大弯矩来选用根据求得之入土深度t的支撑力R，并依此可求得剪力为零的点板桩截面。被动土压力（三角形BCD） 一般只取其一部分，即安全系数取2。3）单锚深埋板桩计算计算模式简化为上端简支，下端为固定支承，其计算常用等值梁法，见图9。（a）等值梁法（b）板桩上土压力分布图（C）板桩弯矩图（d）板桩变形图图9用等值梁法计算单锚埋板桩简图等值梁法计算板桩，为简化计算，常用土压力等于零的位置来代替正负弯矩转折点的位置

42、，其 计算方法如下：最小入土深度将t = y + xPx = ：6P。Y （K - K - K ） （K - K - K ）板桩实际埋深t: t = (1.11.2)t式中：P 一挖土面处板桩墙后的主动土压力强度值。 bP 一支反力0K一被动土压力修正系数见表4表4被动土压力修正系数土的内摩擦角中40353025201510K2.32.001.801.701.601.401.20K，0.350.400.470.550.640.751.00按简支梁计算等值梁的最大弯矩M响和两个支反点（R和p）4）多支撑等弯矩布置式板桩计算根据施工条件，选定一种类型的板桩，查得截面模量W,计算出悬壁部分的最大允许

43、跨度h,见图10：a6fW式中：f 一板桩的抗弯强度设计Y 一板桩墙后的土的重度K a 主动土压力系数再计算下部各层支撑的跨度，即支撑的间距。把板桩视作一个承受三角形荷载的连续梁，各支点近似的假定为不动，图10多支撑的等弯矩布置As =0.61*=0.51 A即把每跨都视作两端固定，可按一般力学计算算出各支点最大弯矩都等于悬壁端弯矩时的跨度，确定支撑层数，复核板桩截面。5）多跨支撑等反力布置板桩计算这种布置是使各层横梁和支撑所受的力都相等，计算支撑间距时，把板桩视作承受三角荷载的 连续梁，除顶部压力为0.15P，其它支撑承受反力均为p，见图11。其值计算见下式：P =Kah22( n - 0.

44、85)通常按第一跨的最大弯矩进行 板桩截面的选择。实际施工中则将板桩视作承受 三角形荷载的连续梁，用力矩分配 法计算板桩的弯矩和反力，用来验 算板桩截面和选择支撑规格。6）多层支撑板桩入土深度计 算入土深度有两种计算方式法盾恩计算法先绘出板桩上土压力分布图经 简化后土压力公布如图：假定作用在板桩FB段上的荷0.15 P图11多支撑的等反力布置图载FGN B，一半传至F点上，另一半由坑底土压力MBR承受，得：2 y K H (L5 + x) = 2 y (K - K ) x 2(Kp - Ka)x2 - KHx - K HL5 = 0 ,解之即得入土深度 x。等值梁法计算5其计算步骤及方法同单锚

45、板桩。围囹、内外导框、支撑系统验算板桩围囹验算可根据公路桥涵上册(四)板桩围堰计算进行。内、外导框当导梁做成框架形式时，导梁除承受板桩传来的均布荷载外，并承受轴向力，此时导梁的最 大弯矩：M = M + NY式中：麟一均布荷载作用下的最大弯矩。N 一轴向力Y均布荷载与轴向力共同作用下产生的挠度一般情况下可取M max = M当为圆导框是轴向力N：N = pR式中：N 一轴向力p 一板桩墙单位长度(每米)上的水平压力；R一围堰的半径，由圆心算至钢板桩锁口轴线圆导框支撑系统局部冲刷验算基坑渗水量计算图12基坑涌沙计算简图基坑底涌砂、基坑底板验算1)基坑底涌砂验算当坑底土为粉砂、细砂等，在基坑内抽水

46、时，可能引起涌砂的 危险，因此要避免产生涌砂现象出现，则要求(基坑涌砂计算简图见 图 12)：y K j 或 K = 1- 1.5j式中：K 一抗涌沙的安全系数，一般取1.52.0y -土的浮容重，y=yywy 土的容重yw地下水的容重j一最大渗流力（动水压力）i 水头梯度，i=h/（h +2t）；h地下水至坑底的距离2）基坑底板隆起验算图13刚度较小浅桩基坑隆起计算图开挖基坑时，在坑壁土体自重及外荷载作用下，坑底软 土可能受挤压坑底发生隆起现象，则抗隆起安全系数见下式 （刚度较小浅桩基坑隆起计算见图13）：K =（兀 + 2a ）t /（y h+q）式中： K 一安全系数，K 1.25.4有

47、底钢套箱围堰设计本章节主要介绍有底方形钢套箱围堰。该种套箱围堰一般 由底板、壁板、内支撑、悬吊及定位系统组成。5.4.1水文地质技术参数的选择当承台底面距河床面较高，或承台以下为较厚的软弱土层、且水深流急时，目前多采用有底钢 套箱作为防水措施来进行深水基础施工。5.4.2钢套箱壁板及加劲肋、底板、支撑系统技术参数的选择钢套箱壁板结构技术参数按最不利受力状态计算选取，壁板计算荷载为静水压力和动水压力及 风力。沿围堰高度将侧板取出单位水平环体进行受力分析，壁板可以看作是由加劲肋支撑的多跨连 续梁。一般壁板选取56mm厚。根据壁板的计算，可确定竖向加劲肋间距。底板主要承受恒载灌注封底砼重量，底板由底

48、板、底板吊梁、底板加劲肋构成，底板一般为10mm 钢板，吊梁和加劲肋根据计算布设。内支撑系统计算与围堰壁板计算相关，所以在侧板验算的同时完成内支撑的计算。5.4.3锚碇系统的选择由于有底钢套箱是在钻孔灌注桩完成后的后续工序、只是承台施工的挡水结构、它的定位、导 向和施工期的稳定都依托于已成群桩。在套箱下沉就位时的导向、定位依靠围堰自身的结构设计。 只在水流较急的施工水域下沉时设置纠偏缆，但仅用于少量的调整。5.4.4封底混凝土选择封底砼的选择条件为吊箱抽水后在高潮位时的抗浮稳定性验算。5.4.5主要检算项目及方法单壁钢吊箱结构构造尺寸拟定后，根据施工时段分析进行结构设计验算。下面主要介绍计算思

49、 路：计算内容为：吊箱拼装（包括滑移入水、浮运）下沉计算；吊箱结构设计计算；封底混凝土施 工阶段计算；抽水后吊箱抗浮计算（1）钢套箱壁板及加劲肋、底板、支撑及悬吊系统验算1）钢套箱壁板及加劲肋验算壁板承受水平荷载。其最不利工况为抽水施工承段，取此工况受力荷载组合进行壁板计算。其所受荷载组合为：风力+静水压力+动水压力+波浪力荷载壁板计算时可看作由加劲肋角钢支撑的多跨连续梁，荷载为均布水压力q,按塑性结构分析，则计算弯矩取M = -1 ql 2。选定钢板厚度，按公式即可确定竖向加劲肋间距。壁板水平大肋的间距16布置用以确定加劲肋规格。2）底板主要承受灌注封底混凝土恒载和吊箱静载，最不利受力工况为

50、封底混凝土灌注阶段。底板荷载：P =混凝土荷载+底板荷载=H + G浮式中：Y浮一混凝土浮容重H-混凝土灌注高度G一单位面积底板重量底板结构布置为格构形式，底板根据格构布置，可按双向板两端简支，两端固定计算。底板梁计算按底板吊杆的设计进行验算。3）支撑及悬吊系统计算内支撑系统与套箱侧板计算相关，计算思路为作用在两水平横肋之间的力按简支计算，得出支座反力即为两层之间的力作用在竖向大肋的力。根据拟定的内支撑的布置进行验算。悬吊系统以承受竖向荷载为主，分两种工况进行验算。起吊下放是悬吊系统构件计算，计算方法同常规钢结构计算。承担灌注的封底混凝土重量。利用有限元分析各吊杆的受力，确定吊杆规格。（2）封

51、底混凝土验算1）封底砼强度计算：荷载取值：q =水-y混% + p式中：y水一水的容重h一计算水深y混一混凝土的容重 h2 一封底混凝土容重P一考虑波浪力作用将封底砼按连续梁模式用有限元分析方法计算封底混凝土拉、剪应力符合要求。拉应力验算：M = f W M计式中：M 一封底混凝土容许弯矩f 一封底混凝土容许拉应力M 一封底混凝土计算弯矩Q剪应力验算：匚=KA式中：Q 一封底混凝土剪力A一封底混凝土剪切面积t 一容许剪应力2）吊箱在最低水位条件下沿桩身下滑的检算K= F / G式中：G一钢套箱自重、内支撑自重、封底混凝土重、承台自重F一钢吊箱所受浮力（浮力计算扣出钢护筒排开水的体积产生的浮力）

52、、封底混凝土握裹力（握裹系数取10 m2）K 一安全系数，取1.11.2（3）钢套箱抗浮计算计算抗浮稳定性应考虑在最高水位条件下的浮力式中：G 一钢套箱自重、内支撑自重、封底混凝土重、封底混凝土握裹力（握裹系数取10t/m2）F一钢吊箱所受浮力（浮力计算扣出钢护筒排开水的体积产生的浮力）K 一安全系数，取1.11.2（4）锚碇系统验算5.5无底钢套箱围堰设计无底钢套箱围堰设计与有底钢套箱区别是无底钢套箱底部直接落在河床上。无底钢套箱主要结 构由壁板、外圈梁、内支撑、导向架组成。无底钢套箱施工工艺流程图：结构设计一进料一套箱加工试拼一检查套箱加工质量一准备起吊设备一套箱吊装就位一套箱下 沉就位一

53、潜水员入水码袋堵漏一灌注封底混凝土一抽水查堵漏一清理桩头凿平封底混凝土至设计标 高一作灌注承台混凝土前的准备工作。5.5.1水文地质技术参数的选择5.5.2钢套箱壁板及加劲肋、支撑系统技术参数的选择广深准高速铁路石龙特大桥采用单壁无底钢套箱。设计时按照抽水作承台时最不利工况计算。围堰考虑在墩位拼装，受起吊限制，考虑分节分块拼装。钢套箱设计高度为8.5m，平面尺寸为12.05X7.85m。高度方向分二节施工(4.5+4m),栓接拼 装加橡胶垫封水。侧板是肋板式结构，采用5mm钢板作围水壁板，壁板支撑竖肋用14a槽钢，横肋用Z75X50X 8,壁板围肋用75X75X8。水平内支撑采用边抽水边加内支

54、撑的方法。5.5.3锚碇系统的选择一般单壁钢套箱施工时，钻孔桩钢管平台均为固定时，且一般工序均为先下钢护筒再下钢套箱， 因此钢护筒的定位均依靠钢管工作桩或钢护筒，锚碇较为简单，有以下两种定位方式：水流流速较小时的简易定位措施根据水流速度，计算水流冲击力，在钻孔平台每边钢管支撑桩上设置倒链葫芦，钢套箱边下沉， 边用倒链葫芦调整，以调整好套箱水平位置。水流流速较大时的定位措施当水流流速较大时，水面以上的水平定位可以用设置于钻孔平台钢管支撑桩上的倒链葫芦，对 钢套箱进行水平纠偏。水面以下钢套箱底部的定位则通过设置于其下部1/3处的锚缆调整。5.5.4封底混凝土选择无底钢套箱封底混凝土选择也是当围堰位

55、于施工最高水位时，围堰抽水后封底混凝土在浮力作 用不被破坏。5.5.5主要检算项目及方法钢套箱壁板及加劲、支撑系统验算无底钢套箱壁板、支撑计算同有底钢套箱。无底钢套箱壁板入土深度确定及验算无底钢套箱壁板为单壁结构刚度较小，靠自身入土较为困难，而且入土过程要确保均匀下沉， 保证平面高差不超过20cm。围堰入土一般均要求围堰穿过覆盖层，切入河床岩层。围堰入土深度的 计算以围堰加重大于围堰壁板与覆盖层间摩阻力，实际施工时入土主要靠在套箱外部采用长臂挖掘 机进行挖砂，套箱内部采用抓斗进行水下捞砂，再配合高压水泵冲砂入土下沉。入土深度计算：取决于围堰下沉力与摩阻力比值。围堰下沉系数R：R=摩阻力1封底混

56、凝土混凝土验算封底砼强度计算：荷载取值：q = y水-hi y混%式中：y水一水的容重q计算水深y混一混凝土的容重 七一封底混凝土容重封底混凝土计算可取1单元(宽取1m，高度取封底砼计算厚度)计算，将该单元砼按连续梁模 式用有限元分析方法得出封底混凝土最大弯矩M。根据弯矩验算封底混凝土拉、剪应力应符合要求。拉应力验算：M = f W M计式中：M 一封底混凝土容许弯矩f 一封底混凝土容许拉应力M 一封底混凝土计算弯矩Q剪应力验算：匚= KF式中：G 一钢套箱自重、内支撑自重、封底混凝土重、封底混凝土与钢护筒握裹力(握裹系 数取 10t/ m 2)F一钢套箱所受浮力K 一安全系数，取1.11.2浮力计算时应注意：浮力计算若扣出钢护筒排开水的体积产生的浮力，这时G不计算桩重和钢护筒重，只计算封 底混凝土与钢护筒握裹力，若封底混凝土按全底面积计算，G计算入，不计算封底混凝土与钢护筒握裹力。但应对握 裹力和桩重和钢护筒重进行比较，取其小值。锚碇系统验算锚碇计算详见：7双壁钢围堰施工工艺5.6双壁钢围堰设计双壁钢围堰结构设计外径应满足承台施工要求，高度应满足施工最高水位要求。壁厚除了考虑 适宜加工制造外，更主要考虑是应有足够的重量使钢壳能在覆盖层内顺利下沉。5.6.1水文地质技术参数的选择当水深很深、厚覆盖层的条件下，应优先选用