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武汉鹦鹉洲长江大桥1#边塔钢板桩围堰设计与施工

周小毛

(中铁大桥局集团六公司鹦鹉洲桥项目部，湖北武汉430100)

摘要：武汉鹦鹉洲长江大桥1#塔位于长江汉阳岸边坡坡脚，墩位处长江水位季节性变化达14m，地层为砂土，夹有细砂板结层，水下取土难度大。结合现场计算设计，基础采用圆端哑铃型钢板桩围堰结构施工。围堰采用先平台后围檩再钢板桩工艺施工，成型后再进行堰内取土和封底。施工过程中，充分结合现场因素，将主体工程与临时结构结合，过程中加强监测监控，确保了工程顺利开展，并为类似基础结构工程施工积累了经验。

关键词：钢板桩围堰；设计；哑铃型；钢平台；板结；监测

1工程概况

武汉鹦鹉洲长江大桥1#塔位于长江汉阳岸边坡坡脚，基础设计为长75m的钻孔摩擦桩，桩径2m，承台为哑铃形底桩承台，平面尺寸为67.0m×28.0m，厚5.5m，顶面标高+12m，与河床基本持平，不外露水面。墩位处地表覆盖层厚70.8～78.4m，主要土层有粉砂、中砂、粉土、圆砾土和黏土，基岩为泥岩，岩石总体较完整，岩质较软。桥位处水位随长江季节性水位变化，枯水期约+12m，汛期约+26m，变化达14m。

2、围堰结构

在满足施工需要的前提下，结合地质情况及经济比较，1＃塔采取先钻孔后围堰的总体施工方案施工。围堰结构为拉森Ⅵ型钢板桩围堰。

根据承台结构，为减少封底混凝土数量，围堰与承台在平面内同为哑铃形(见图1.1-1)，在承台周圈留有1m宽施工操作空间，平面内净空尺寸为69.0m×30.0m，共320根钢板桩。

图1.1-1围堰设计结构图

3、围堰设计计算

3.1围堰设防水位确定

根据施工计划安排和长江水位资料，1#塔围堰内吸泥封底施工在6月底，正处于长江汛期时段。8月底份开始围堰内抽水并施工承台，此时长江水位已经开始并逐步进入枯水期。因此，围堰按长江9月份平均水位+22m标准设防，围堰顶标高+22.5m。

3.2封底混凝土厚度计算

根据围堰受力原理，在围堰内吸泥取土并抽水后，堰内外水头差引起的浮力由封底混凝土的自重和封底混凝土与钢护筒之间的摩擦力之和进行克服。混凝土与钢护筒之间的摩擦力按150KPa/m2计算，封底混凝土与钢板桩之间的摩擦力不作计算。同时按四边简支双向板计算封底混凝土顶部拉应力，不大于0.5MPa。

按设防水位+22m计算确定封底混凝土厚度为3.8m。

3.3钢板桩入土深度计算

围堰设置两道围檩结构，标高分别为+11.4m和+17.4m，围檩设置位置需满足钢板桩受力需要，同时需尽可能规避对承台施工的影响。

钢板桩入土深度的计算工况为：围堰的两道围檩安装到位，围堰内吸泥清淤完成，准备浇筑封底混凝土。采用等值梁法计算确定钢板桩入土深度，首先根据外侧主动土压力等于内侧被动土压力，计算确定钢板桩上土压力强度等于0的位置A。再把围檩支撑点和A点作为支点，按多跨连续梁计算出钢板桩的受力和各支点反力，最后根据钢板桩底弯矩等于0确定钢板桩的入土深度。通过计算确定钢板桩底距离围堰基底深度3.6m，总长28m。

4围堰制造与安装

1号塔基础钢板桩围堰采用先围檩后围堰的方式施工，即先施工成型钢平台，在钢平台上拼装围檩内撑构件并整体下放安装到位，再设置插打导向装置沿钢围檩外侧插打钢板桩形成完整钢板桩围堰。

上下两层围檩结构分段制作，利用浮吊在墩位处钢平台上分节段整体吊装组拼成型，然后焊装钢管将上下两层围檩连接成整体。围檩拼装完成后，整体下放到水面以下的安装标高位置进行定位，并通过钢平台的支撑钢管进行限位。

3.1钢平台

利用枯水期筑岛施工成型钻孔桩基础，在灌注桩基础混凝土时，混凝土超灌1.5m厚，在超灌混凝土内插埋钢管桩作为钢平台支撑桩。丰水期通过法兰盘接高管桩施工成型钢平台结构(见图3.1-1)。

图3.1-1管桩基础图

3.2围檩施工

围檩结构采用分块加工制作，利用胎膜架进行精确定位控制尺寸。分块之间接头设置成插接“子母扣”(见图3.2-1)，对插之后再焊接。各分块在场内预拼成型后，利用浮吊将各节段在钢平台上吊装组拼(见图3.2-2)，先拼装底层围檩，再拼装顶层围檩，最后安装上下层的连接钢管。组拼成型后，利用32台50t机械千斤顶分16个吊挂点将围檩整体下放就位。吊挂点通过MIDAS有限元整体建模计算确定，对称布置。为便于人工操作，计算时每个吊挂点按受力小于35t进行控制。每个吊挂点设置2台千斤顶和2根φ32mm的精轧螺纹钢筋，每次下放一个油顶行程20cm，过程中通过监测确保每个下放点的同步，各点下放高度差不允许大于1cm。

在围檩拼装时，对应钢平台支撑钢管位置设置水平限位挡块进行水平限位，间隙10cm，同时作为围檩下放过程的限位导向(见图3.2-3)，保证位置下放过程中水平位置不会发生偏移。围檩下放到设计标高后，将限位挡块与钢管之间的间隙