天津海河吉兆桥水中围堰设计方案
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摘要：本文针对天津海河吉兆桥工程的水中墩柱的施工，采用了拉森板桩的方案，根据不同工况下围堰的受力状况，对围堰的整体性能做出合理分析，保证水中施工时围堰的安全性。
关键词：拉森板桩，围堰，内支撑
中图分类号： TU473.5文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
吉兆桥是天津市一座跨海河桥梁，桥梁全长365m，其中跨河段为主桥，采用连续钢砼组合桁架桥的结构形式，跨径布置55m+90m+55m，全长200m。
主桥中墩位于海河内，距两侧堤岸约65m。其中承台设计尺寸为：长41.1m，宽7.7m，厚3m。承台顶标高为-7.0m，埋深约4.5m，顶面距施工期间的最高水位距离为8.5m，距地质层约为1.5m。
结合工程结构自身特点及以往类似工况的施工经验，为确保施工安全，保证水中深基坑结构施工质量，设计采用拉森板桩式围堰进行水中主墩承台及墩台的施工。
2 设计施工方案
钢板桩围堰采用拉森Ⅵ型钢板桩，单根长度为22m，围堰平面尺寸为43.2×9.6m，共设置三道内支撑，采用Φ530mm钢管。围檩圈梁第1道采用双拼45c工字钢、第2道及第3道采用双拼63b型工字钢。
围堰顶高程为+2.5m，围堰底高程为-19.5m，承台底高程为-10m，封底混凝土厚3m。
围堰封底采用300cm厚C25封底混凝土。
图2-1钢围堰立面布置示意图
钢板桩围堰施工分步流程：
1、钻孔桩施工结束后拆除钻孔平台，在靠近承台侧定位桩上焊接牛腿，安装第一道内支撑作为钢板桩插打导向围檩；
2、依次插打钢板桩至合拢；
3、围堰内抽水至-3.4m，在-2.4m处安装第二道内支撑；
4、第二道内支撑安装后围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至-13.0m；
5、搭设封底施工平台、布置封底砼导管,水下浇筑封底砼；
6、待封底砼达到设计强度后，围堰内抽水至-7.3m，在-6.3m处安装第三道内支撑；
7、抽光围堰内水后凿除桩头，施工承台；
8、承台模板拆除后，向钢板桩与承台间间回填细砂并在顶部浇注40cm厚C30砼圈梁，拆除第三道内支撑；
9、施工第一节墩身至第一道内支撑下方（顶标高不低于+0.5m）；
10、向围堰内注水至-3.0m，拆除第二道内支撑；
11、继续向围堰内注水至+0.0m，拆除第一道内支撑；
12、继续施工余下墩身；
13、依次拔出钢板桩。
3 钢围堰计算
3.1主、被动土压力计算
本工程钢板桩施工范围内土层为粉土、粉质粘土，均为强透水性土层，水压力计算时均考虑采用水土分算法（即土压力为按土的浮容重计算的有效土压力与土体间孔隙水的水压力之和）。
主、被动土压力系数及被动土修正系数如下表：
表3-1
3.2钢板桩计算
钢板桩及内支撑计算根据上述施工工况，计算各支撑在各工况可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。
在计算时，各工况下钢板桩计算长度按等值梁法确定，从主动土压力与被动土压力相等的反弯矩截面（即净土压力为零或弯矩为零）截断形成等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩。
钢板桩计算工况按照施工工序分为五个工况。
工况一：第一道内支撑安装后，围堰内抽水至-3.4m；
工况二 第二道内支撑安装后围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至-13.0m；
图3-1工况二
工况三 封底砼达到强度后，围堰内抽水至-7.3m；
工况四 第三道内支撑安装后围堰内抽光水；
工况五 承台施工后向钢板桩与承台间回填细砂并在顶部浇注40cm厚C30砼圈梁，拆除第三道内支撑。
图3-2工况五
根据上述工况计算，钢板桩内力及内支撑支撑反力计算结果汇总如下表：
表3-2
钢板桩最大弯矩发生在工况三：Mmax=462.7 kNm
σmax= Mmax/W=462.7/2700×103
＝171.4MPa＜[σ]/1.5＝295/1.5=196.7MPa，满足要求。
4 内支撑计算
取上述工况计算下最大支撑反力作为内支撑设计依据：第一道内支撑支撑反力为89kN/m，第二道内支撑支撑反力为476.4kN/m，第三道内支撑支撑反力为 416.7 kN/m。
第一道内支撑支撑反力较小，支撑布置刚度较大主要为满足钢板桩插打导向架功能，这里不予计算，第二、三道支撑结构形式相同，取受力较大的第二道内支撑计算。
取第二道内支撑采用midas整体建模：
图4-1内撑计算结果示意图
由以上计算结果可知，圈梁、钢管最大组合应力均满足要求。
5 结论
（1）经过计算，吉兆桥水中墩钢围堰各计算结果合理可靠，施工工序安排合理。
（2）通过实际施工过程中对钢围堰的监测，与理论计算数值吻合。
参考文献
[1]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62―2004 北京：人民交通出版社 2004
[2]混凝土结构设计规范GB50012―2002北京：中国建筑工业出版社 2002
[3]铁路桥涵施工规范（TB10203-2002）中国铁道出版社2002
[4]钢结构设计规范（GB50017-2003）中国计划出版社 2003