特大桥库区深水围堰方案比选

李锟

（中铁二十三局集团第四工程公司，成都 610000）

摘要：一般小型水电站库区水深为15m左右，水流速度较慢，水流对围堰的冲击力较小，但洪水在雨季随时可能来临，流速成倍增加，且大量漂浮物加大了对围堰的冲击力，在围堰方案制定时必须考虑在动水压力作用下的抗倾覆及抗滑移能力。龙溪洛清江双线特大桥位于广西桂林永福县龙溪洛清江水电站大坝上游700m远处，桥址处水深7.5m左右，通过论述该桥水中墩围堰的设计及施工，从施工安全、可行性、进度、投资等各方面进行分析对比，选择了最优的围堰方案。

关键字：库区 深水围堰 钢板桩围堰 钢围堰 比选 1、工程概况

龙溪洛清江双线特大桥是广西湘桂铁路扩改工程的控制性工程之一，桥梁全长1279.559m，上跨洛清江和桂柳高速公路，受立交、水文控制，桥位于曲线上。跨洛清江的（48+2×80+48）m连续梁主墩17#～21#墩均位于江中，墩位处水深约7.5m，承台底位于水下约8m。18#、19#、20#承台为圆形，直径为15m，17#、21#墩承台为矩形，洛清江河床上覆卵石土，粒径较大，大部分为30～60cm，层厚2～4m，下覆强风化泥灰岩夹页岩，属Ⅳ级软石。设计图纸中水中墩围堰型式为钢围堰。 2、方案选择

设计为普通单壁钢围堰，是否为最佳方案？下面将对围堰从安全、技术、投资、进度等各方面进行分析，并提出钢板桩围堰方案进行比对，以确定最优方案。 2.1钢围堰 2.1.1设计要点

水中墩承台属于底桩承台，承台底深入河床50cm左右，采用钢套箱围堰。

单壁钢围堰采用加工方便的16×16m方形无底围堰，侧板每块尺寸为4.4×9.5m，L型倒角侧板尺寸为L1.4×1.4×9.5m。侧板采用6mm厚面板；竖向加劲条采用8mm厚钢板条，高度为10cm，间距为55cm；横向加劲采用[12.6槽钢，顶部0～2m间距为60cm，2～4.5m间距为50cm，4.5～6.5m间距为40cm，6.5～9.5m间距为30cm；侧板竖向龙骨采用I25工字钢，间距为110cm，在2～9.5m范围内每列右侧加设一列I25工字钢。底部骨架采用I28工字钢，将侧板一一固定在底部骨架周边并连接成一体。水平支撑采用φ529螺旋管及I28工字钢，共设置两层，最下面一层位于承台顶部以上，层间距2.5m。

2.1.2施工要点：

1、用长臂挖掘机清理基坑至承台底以下1.5m处，以浇筑封底混凝土，防止管涌出现。 2、底部骨架用吊车或葫芦下放至护筒以下，然后安装I45工字钢承重架，横放在护筒顶的槽口里，在每根横担的两边各挂一个15T手拉葫芦，作为调平和下沉钢套箱使用。 3、利用吊车辅助安装侧板，侧板安装按顺序对称安放，尽量保持平衡。安装时利用外侧φ529钢管桩支承桩与侧模进行临时连接，防止侧模倾倒，使侧模分块安装就位，安装时利用防水泡沫做好密封，拧紧连接螺栓，把侧模连成整体。

4、侧板安装完成后，及时施作围囹、三角支撑斜杆加固，通过葫芦缓慢下放钢围堰至基坑底部，一定要确保围堰侧板竖直。

5、浇筑封底混凝土，5天后进行抽水作业，抽水时应根据水位下降情况施作上下两层φ529螺旋管水平对撑加固，保证围堰不变形漏水。将水排出后施工承台。

2.1.3钢围堰检算要点：

1、封底后抽干水为最不利荷载，要进行水平支撑、侧板的压弯强度、稳定性计算。 2、虽然地处库区且是枯水季节施工，也要考虑洪水带来的水平冲击荷载，按50年一遇洪水流速计算。计算钢围堰的整体结构安全、抗滑移检算。

3、因采用无底板钢围堰，进行管涌验算，不考虑钢围堰抗浮。 2.1.4钢套箱围堰的优点：

1、有封底混凝土，钢围堰抗滑移、倾覆能力较强。

2、技术娴熟，经检算结构符合使用要求，安全性较好。 3、材料充足，侧板仅需改装即可投入使用。 2.1.5钢套箱围堰的缺点：

1、用钢量大，单个围堰包括所有支撑连接体系重达154t。

2、围堰周转性较差，底板骨架将全部埋在封底混凝土中，侧板部分可以切割改装。 3、施工工期较长，从挖基坑至围堰抽水需耗时45天。 4、单个围堰投资约102万元。

5、封底混凝土质量控制较难，堵水效果有待验证 2.2钢板桩围堰 2.2.1设计要点

钢板桩围堰采用矩形围堰，平面尺寸16.8×16.8m，采用单根12m长的拉森Ⅳ型钢板桩。规格如下： 型号 拉森Ⅳ 截面尺寸 b 400 155 h 15.5 t1 11.0 t2 q（kg/m） 74.0 A(cm2/m) 236.00 W(cm/m) 2037 32.2.2施工要点

1、首先用长臂挖掘机清理河床，将大块卵石清出基坑，开挖至承台以下50cm为宜。 2、钢板桩插打采用DZ-45A振动液压锤施工。钢板桩施打前，应将桩尖处的凹槽底口封闭，锁口涂油脂。

3、采用单桩打入法，以一块或两块钢板为一组，从一角开始逐块(组)打入，直至工程结束，这种打入方式施工简便，可不停顿地打，桩机行走路线短，速度快。

4、为保证钢板桩的垂直度，安排专人进行线性控制、测量，必要时采用经纬仪量测。 5、在钢板桩插打之前一定要插打试桩，探测钢板桩插打深度，根据嵌入强风化岩层深度，确定施工方案是否可行。

6、插打钢板桩时要根据围堰尺寸，制作导向架，控制钢板桩围堰线形。钢板桩施打好，钢板桩顶面标高至少高出水面+0.5m，如出现短板，采用焊接封堵钢板处理。

7、围堰插打闭合后对围堰进行堵漏处理，由潜水员在水下将棉布（或再生棉切条）塞进钢板桩缝隙。

8、抽水时，及时施作内支撑，第一道内支撑安设于水面上，第二道内支撑支于承台底标高以上4-5m，并在上游侧挨着围囹竖向插打两根钢管桩。

2.1.3钢板桩检算要点：

1、抽干水时为最不利荷载，要进行水平支撑、侧板的压弯强度、稳定性计算。

2、虽然地处库区且是枯水季节施工，也要考虑洪水带来的水平冲击荷载，按50年一遇洪水流速计算。计算钢板桩围堰的整体结构安全、抗滑移检算。 2.1.5钢板桩围堰的优点：

1、施工工艺简单，操作方便。

2、经检算结构符合使用要求，具有安全保障。

3、卵石土覆盖层2～5m，可以清除至承台以下100cm，即卵石土层还剩下70cm以上，大多数为3.5m左右，对钢板桩生根有保障。

4、下覆强风化炭质页岩夹泥质灰岩属于Ⅳ级软石，根据以往施工栈桥钢管桩基础的经验，可以深入岩层约100cm左右，保证了钢板桩围堰的防水效果；

5、钢板桩在做好钢板桩咬缝的堵水条件下，渗水量有限，在抽水机的配合下可以确保承台的正常施工；

6、钢板桩用钢量约155吨，加上支撑总的用钢量约202吨，因钢板桩可以重复利用，投资较钢围堰节约20余万元。

7、钢板桩开始施工至封堵咬缝完成后施工封底混凝土需耗间约1周，抽水加固至清淤完成需耗时6天，加上前期基坑开挖时间约10天，共计25天可以完成，节约工期23天。 2.1.6钢板桩围堰的缺点：

1、钢板桩围堰抗滑移、洪水冲击力较钢围堰差，需在上游内侧插打钢管桩加固。 2、下覆强风化泥灰岩夹页岩，属Ⅳ级软石，钢板桩应能深入岩层1m左右，依据经验堵水效果应该较好，不用施作封底混凝土，但有待实践检验。 3.方案选定

通过方案比选，可以得出钢板桩围堰方案更适合于上覆砂卵石土，下覆软岩层的河床，技术可行、经济环保、减少了钢材的消耗、减少了投资节约了工期，因此本工程决定采用钢板桩围堰。 4.结语

通过实施钢板桩围堰发现，钢板桩围堰不用浇筑封底混凝土，也达到了较好的堵水效果，仅需要在边角处挖个积水坑用一台水泵抽水即可解决施工围堰内地面积水问题。承台钢筋制安前，浇筑一层混凝土垫层即可。

通过方案实施后，发现围堰施工时未全面考虑塔吊安装位置，导致塔吊只能安装在墩身的一个偏角位置，对悬灌梁0#段挂蓝上挂有一定影响，宜将围堰旋转45º。 拉森钢板桩施工在库区深水围堰施工中有一定的推广及实用价值，但施工前期一定要对河床地质条件进行详细的调查，根据实际河床地质选择合适的围堰方案。

参考文献：

【1】韩跃国.永修大桥主墩钢板桩围堰设计与施工.铁道标准设计.2008.5 【2】崔浩.钢板桩围堰的设计与施工.公路.2008.2

【3】林耀洪. 无底钢套箱围堰设计与施工.中国港湾建设.2007.6