中铁二十二局六公司津秦客专项目部 范铸锐
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了具体叙述。 关键词：深水基础；钢板桩围堰；设计；施工
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公里。该桥跨永定新河段，共15个墩。其中219#墩～225#墩7个墩位于水中，其余桥墩位于河道浅滩处，全段采用钻孔桩桩、双层承台基础；双线流线形实体桥墩；222#墩～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32m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571.4米，河面宽约
150米，常水位高程2.8m，平均水深6.6米，流速1.71m/s。近五年来最大水位高程3.60米。223#墩、224#墩是连续梁主墩且位于深水区，河床高程分别为-4.88m和-3.67m，河床以下0～1.0m为淤泥，1.0-4.5m为淤泥质粉土，4.5～8.0m为粉土，8.0～9.9m为粉质粘土。
制作简单机械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
普通注塑机射咀头3.3.1 设计荷载取值
水流速度1.71m/s，封底混凝土容重24KN/m3，水的浮力10 KN/m3，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12m范围内进行加权平均计算得出土的平均容重19.45 KN/m3，内摩擦角8.53°，粘聚力25.5KPa。
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10cm的误差后取钢板桩锁
口系统线的尺寸为15.566m。围堰顶设计高程4.0m，设防水位3.60m，承台底设计高程-11.046m，封底混凝土厚度2.3m，封底底高程-13.346，设防水位至基坑底深16.946m。
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+3.0m，支撑数量2道；
工况二：围堰封底完成，抽水至-5.5m，围堰外水位+3.0m，支撑数量2道；
工况三：围堰封底完成，抽水完成，围堰外水位+3.6m，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1m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0.5m或承台底以下0.5m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0.75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184.37MPa。
表1 各工况钢板桩计算结果统计表
工况 工况一 工况二 工况三 最大应力（MPa） 35.8 134.3 163.5
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、圈梁及内支撑体系组成。（详见图1、图2）
图1 钢板桩围堰立面图 图2 钢板桩围堰平面图
4.1 定位桩
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26m长Q235B材质的Φ630×12mm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。
4.2 拉森IV型钢板桩
围堰的主体围护结构采用补强后的拉森IV型钢板桩，桩长26m，钢板桩设计桩顶高程4.0m，桩底高程为-22m，入土深度8.65m，封底采用C25混凝土，封底厚度2.3米。通过计算确定具体补强方式及位置见图3、图4，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。
图3 钢板桩补强大样图 图4 钢板桩补强立面图
表2 钢板桩参数对比表
名 称 I(cm4/m) W(cm3/m) G(kg/m2) 材质 拉森IV型 38600 2270 190 SY295 补 强 后 84000 4943 344 SY295/Q235B/Q345B 比 值 2.17 2.18 1.81
4.3 支撑体系
支撑体系由圈梁和内支撑组成。第一道圈梁采用3根36b工字钢，内支撑采用Φ426×10mm钢管；第二道、第三道圈梁采用2根HN700×300型钢，内支撑采用Φ630×12mm钢管。支撑体系除HN700×300型钢材质为Q345B外，其余钢材材质均为Q235B。
定向扬声器5 钢板桩围堰施工
5.1 施工准备
利用既有钻孔平台将定位桩钢管按照设计位置打入，然后将钻孔平台拆除。在围堰两侧垂直于便桥搭设两个临时平台，吊车站位于临时平台上，进行钢板桩围堰的施工。并提前进行拉森IV型钢板桩的补强的焊接工作，以满足围堰施工进度的需要。
5.2 安装支撑体系
定位桩插打完成后在定位桩上焊接牛腿支架，牛腿采用1.2m长36b工字钢制作。将第二道圈梁及支撑在牛腿上拼装成整体，在定位桩上焊接吊环，并根据吊环与第二道圈梁及支撑的设计高程选择8根长度适当的钢丝绳将第二道圈梁悬挂在定位桩上，用两台70t的履带吊两侧对称起吊，割断牛腿支架，将第二道圈梁沉入水中按照设计位置就位。第二道圈梁及支撑下沉完成后根据第一道圈梁及支撑的设计高程重新焊接牛腿支架，在牛腿支架上将第一道圈梁及支撑拼装成整体，并在第一道圈梁外侧焊接钢板桩插打的导向架。
5.3 插打补强型钢板桩
关闭起重装置
采用70t履带吊和DG-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
集束天线
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22m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0.5m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-13.35m，用C25混凝土进行水下封底，封底厚度2.3m，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0.40m时进行浇注0.30m的C40混凝土垫层。待垫层混凝土强度达到80%后进行桩头凿除，施工承台。
pc104总线
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工艺，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》(TB10002.5－2005)；
2、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)；
3、《简明施工计算手册》（第三版）（汪正荣主编）中国建筑工业出版社 2005.7；
4、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）；
