钢板桩围堰工程施工设计方案.docx
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钢板桩围堰工程施工设计方案
第一章编制依据
一、《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）
二、《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）
三、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）
四、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
五、《简明深基坑工程设计施工手册》
六、《建筑桩基础规范》（JGJ94-2008）
七、《简明施工计算手册》
八、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
九、《站南路索河桥定位规划》
十、荥阳市站南路西延道路工程招标文件、设计图纸，工程地质勘察报告
十一、《兴华路索河桥定位规划》
十二、《荥阳市兴华路索河桥工程地质报告》
十三、兴华路北延道路工程招标文件、设计图纸，工程地质勘察报告
十四、施工现场的自然地理、地形、地貌、水文、气候及地质等
第二章工程概况
一、主要工程概况
站南路和兴华路是荥阳市区域路网中的重要组成部分，是疏通城市交通的重要通道。
站南路西延工程东接站南西路，向西跨索河，与S232省道相接，是站南西路的一部分；兴华路向北工程南接兴华路，向北跨索河，与科学大道相交。
该项目的建设对加快荥阳市城区的建设与发展有着重要意义。
本项目建设内容包括：
两座索河桥及引道工程。
站南路西延全长1.134公里，兴华路向北全长1.22公里。
荥阳市站南路西延索河桥桥梁起点桩号为K0+221.4，终点桩号为K0+498.6，桥梁跨径组成为5*30m+2*30m+5*30m，桥长277.2m。
桥梁上部结构采用预应力混凝土预制箱梁，先简支后连续，下部结构为桩柱式结构，钢筋混凝土盖梁；桥台为桩接盖梁式桥台。
桩基直径1.5m，立柱直径1.4m。
其中2#墩—6#墩位水中墩，需进行水上作业。
荥阳市兴华路向北索河桥桥梁起点桩号为K0+241.4终点桩号为K0+608.6，桥梁跨径组成为5*30m+2*30m+5*30m，桥长367.2m。
桥梁上部结构采用5孔预应力混凝土预制箱梁+2孔现浇预应力混凝土箱梁+5孔预应力混凝土预制箱梁。
下部结构为桩柱式结构，钢筋混凝土盖梁；桥台为桩接盖梁式桥台。
桩基直径1.5m和2.0m两种，立柱直径1.4m和1.8m两种。
其中5#墩、6#墩为水中墩，需进行水上作业。
二、气象、水文条件
荥阳市春夏秋冬四季分明，属温带季风性干旱气候，，多年平均年降水量608.2米，降水量时空分部不均，夏季多雨，汛期集中在7-9三个月，占降水量的65%左右。
索河为贾鲁河的主要支流，淮河的三级支流，枯水期水流极缓，水面平稳无明显高差和暗流。
第三章钢板桩围堰方案设计
本工程水深约3m，根据地质、水文条件、河床高程以及承台设计高程情况，经过对水中承台施工的几种常用施工方法进行比选，因需要进行基坑开挖，采用套箱施工方法难以实现；沉井和钢板桩围堰方法的比较：
沉井方案虽然可行，但不环保，制作下放周期太长，无法满足工期要求；支撑支护的拉森
型钢板桩围堰方案（以下简称围堰）在施工方便性、节省工期等方面具有较大的优势，亦能做到安全可靠。
因此选用拉森钢板桩围堰方案。
一、钢板桩尺寸的确定
根据经验，钢板桩入土深度与桩长比值一般不宜低于0.5，施工水位122.361m，河床底标高119.5左右，考虑钻孔平台结构钢管桩顶面高程为124.2米，拟设计钢板桩顶面标高124.5，钢板桩桩长=（124.5-119.6）*2=9.8m，取12m。
二、钢板桩数量的确定
站南路围堰尺寸36米×4米，单根拉森钢板桩标准尺寸宽度为0.4米，角桩采用0.2米×0.2米，则一个围堰钢板桩数量为：
角桩4根，标准桩（36×2+4×2-0.4×4）÷0.4=196根。
兴华路6#墩围堰尺寸为41.6米×4.8米，一个围堰需角桩4根，标准桩（41.6×2+4.8×2-0.4×4）÷0.4=228根。
兴华路5#墩围堰尺寸为20米×4.0米，一个围堰需角桩4根，标准桩（20×2+4×2-0.4×4）÷0.4=116根。
三、围檩支撑设置
桥位处水深约3米，水的侧向压力较小，拟设置一道围檩，围檩设置在高程124.00处，采用双肢I36b型工字钢围檩，平撑采用Ф529钢管，按图示间距布置。
围檩拐角处用同型号双肢工字钢做斜撑。
四、封底混凝土厚度
封底混凝土采用C25水下混凝土灌注，厚度需能够满足抵抗围堰底水的上浮力要求，经计算围堰封底混凝土厚1.0m。
第四章钢板桩围堰施工方案
一、工艺流程
拆除桩基础钢平台--钢板桩施打--安装支撑及围檩--水下抽砂挖泥至封底混凝土底标高--水下浇注封底混凝土--抽水至封底混凝土面--承台施工--墩柱施工—盖梁施工--围堰拆除。
二、施工工艺
1、将钢板桩运到工地后，详细对其检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，采用卷扬机拖拉。
锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷的，返还厂家整修，不得直接投入使用。
2、钢板桩的存放
钢板桩检查合格后，按插桩顺序堆码最多允许堆放四层，每层用垫木隔开高差不得大于10mm，上下层垫木中线要在同一垂直线上，允许误差不得大于20mm。
起吊前，在钢板桩锁口内，涂以黄油混合物油膏（重量配合比为：
黄油：
沥青：
干锯末：
干粘土=2：
2：
2：
1，以减少插打时的摩阻力，并加强防渗性能。
3、钢板桩的插打顺序、定位、导向及合拢
首先拆除钻孔平台钢管桩基础以上的型钢和贝雷梁等结构，利用钢管桩作为钢板桩围堰施打的定位系统。
先在平台管桩基础上测量放出设计围檩底面标高并用红油漆标记，按照标记在管桩上焊接围檩支撑牛腿，油漆标记作为牛腿顶面标高。
牛腿焊接完毕，将I36a工字钢围檩吊装至牛腿上，并与钢管桩和牛腿焊连，围檩工字钢直接作为钢板桩插打时的定位导向。
钢板桩的打入总体施工顺序，首先插打角上的钢板桩，施打过程中及完成后及时测量检测平面位置和垂直度，满足要求后利用锁扣导向和定位导向依次施打其余钢板桩。
插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插直、打正，以免影响后面的钢板桩。
整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一根钢板桩插打到设计位置，到剩下最后20根左右时，要先插后打，待全部合龙后，再逐根打到设计深度。
围堰合拢后，为保证围堰内外水压力的平衡，在围堰四周略高于最低水位标高的位置上预留4个过水孔洞，预留孔洞在围堰封底砼浇筑完毕后进行支撑安装时，用钢板焊接封堵，防止漏水。
4、浇注水下封底混凝土
钢板桩插打完毕后，在钢板桩上焊接牛腿，牛腿位置在原管桩基础牛腿旁边，牛腿顶面与原牛腿顶面平；将围檩与新设牛腿焊连。
拆除原牛腿，拔除钢管桩。
采用水下吹砂挖泥法或吸泥法，将围堰内淤泥层面降低到封底混凝土的底面，由潜水工将封底混凝土范围内护筒壁上泥沙清理干净，使封底混凝土与护筒结合紧密。
封底混凝土厚度需计算确定，能满足内外水土压力差造成的底面上涌力。
安装钢管平撑和斜撑，并与围檩焊接牢固，利用围檩和钻孔桩钢护筒作为支撑系统，布置封底混凝土浇筑平台。
平台采用型钢搭设，并与围檩焊接（见平台示意图），平台及导管位置根据混凝土流动性及延展性做具体调整。
封底混凝土浇注采用灌桩导管及料斗进行，由围堰一侧向另外一侧顺序推进。
导管布置需根据围堰面积、混凝土流动性等计算确定，一次性布置到位。
封底混凝土配合比按水下浇注砼的配合比选用，严格按照水下混凝土浇注程序进行，浇注混凝土时使用测绳探测混凝土面高度，达到设计要求后起吊料斗至下一导管位置，继续浇筑砼。
混凝土浇筑完毕，拆除漏斗、导管和平台，准备围堰内抽水工作。
5、围堰抽水及止水措施
封底混凝土达到设计强度后，进行围堰内降水。
围堰降水采用水泵排水的方法，单个围堰内布置2台200m3/h水泵抽水，抽水速度不能过快，抽水过程中要随时观察围堰的变化情况。
围堰内抽水过程中如发生渗漏时，由专门人员进行堵漏，堵漏在围堰内外同时进行。
施打钢板桩整个过程必须做好定位导向，严格控制双向垂直度，使其桩与桩之间有良好的咬合，保证钢板桩墙面垂直，且紧贴围檩周边，这是止水防渗的关键。
基坑抽水时，对于锁口不密尔产生漏水现象时，采用富纤维棉絮进行塞缝。
对桩缝较宽的可采取麻丝根掺黄油塞缝止水，还可以采取用粉煤灰、锯木沫、膨胀水泥于围堰外沿桩面顺水流方向撒放的综合处理方法，以达到止水的目的。
围堰处于水中，施工期间不同程度肯定存在渗水现象，因此在围堰内施工平台四周布置排水沟，使用水泵抽水将渗水排出围堰。
6、围堰的拆除
围堰内墩柱盖梁全部完成后，即可进行钢板桩围堰拆除。
首先向围堰内注水至和围堰外水面相同标高，使板桩内外水压力差消失，然后逐步拆除钢管支撑、斜撑和围檩。
支撑拆除完毕后，在下游选择一组或一块较易拔除的钢板桩，先用振动锤夹住钢板桩顶部振动1min～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对钢板桩的摩阻力，然后慢慢地往上拔高1～2m，然后挨次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再从下游开始分两侧向上游依次拔除。
拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应暂停拔桩，先振动1min～2min后往下振动0.5米～1米后再往上拔桩，如此反复可将桩拔出，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出，必要时进行水下切割。
第五章施工组织安排
一、人员组织
按2个工作面组织施工，每个工作面具体如下：
现场管理人员：
2人
技术人员：
1人
测量人员：
2人
吊机司机：
2个
汽车司机：
1个
装吊工：
2人
电焊工：
4人
杂工人员：
10人
二、设备组织
投入围堰施工的主要机械设备表
序号
机械或设备名称
型号规格
数量
备注
1
履带吊
QUY50
1
2
振动打桩锤
DZ60
1
2
汽车吊
QY25
1
3
平板运输车
中国一汽
1
4
电焊机
ZX7-400
2
第六章进度计划安排
根据总工期目标要求及钻孔桩和下部结构施工进度计划安排，钢板桩围堰拟从2017年10月12日开始施工，至2018年2月28日全部施工完毕，至2018年5月31日完成围堰拆除工作。
整个围堰施工及使用期处于索河枯水期内，避免汛期河水对围堰的冲刷影响。
第七章施工安全保证措施
一、安全保证体系及组织机构设置
1、建立安全生产保证体系
“安全生产”是一切施工的前提条件，因此，在整个施工过程中，我们将始终贯彻“安全第一，预防为主”的方针，建立项目安全生产保证体系。
2、建立健全安全组织，强化安全检查机构
设置以项目经理为第一安全责任人的安全生产保障机构，成立以项目副经理为组长的安全生产领导小组并配备专职安全员；各作业队配备责任心强的兼职安全员，随时随地在现场检查，充分发挥监督作用，把事故苗头消灭在萌芽状态。
3、贯彻有关职业健康安全管理标准的管理体系文件，实施标准化管理，建立安全管理手册。
二、围堰施工过程中安全管理措施
在常规安全技术保证措施的基础上，制定适合本工程的特殊安全措施，做好施工安全、施工区域安全警戒、伤病人员急救、工程应急抢救等工作，使整个工程的施工处于安全受控状态，在确保安全的前提下，顺利完成工程的施工任务。
1、作业时，必须戴安全帽，高空作业人员必须系安全带；及时获取大风及雷雨天气预报，提前做好安全防护措施。
2、在附近联系好医院，定期对职工进行体检，并建立协作关系、急救网络，形成一个救护防疫体系，以便伤病员及时得到抢救以及传染病的预防。
3、要经常检查焊缝是否脱落，发现脱焊部位及时进行补焊加固，以确保安全。
4、围堰施工监测
在施工过程中，由于围堰内外水压力作用，围堰处于不断的位移及挠度变形之中，对围堰平面位置及安全影响很大。
因此及时监控测量施工过程中围堰的位移和挠度变形的大小，对保证围堰施工安全是至关重要的。
（1）监测方法
围堰的位移及挠度变形监测，主要是以全站仪和精密水准仪，采用精密测量的方法，周期性地对布置在围堰上的监测点进行监测，特别是在围堰抽水过程中做好围堰的变形监测，是保证围堰施工安全的一个重要措施。
结合本工程围堰尺寸为长条形这一特点，监测点主要布置在围堰长边方向，每边布置3个测点，跨中一个点，1/4断面处各布置一个点。
（2）观测周期
围堰施打完成后，从吹砂吸淤至围堰的拆除，整个施工过程中均要进行位移及挠度变形监测，主要观测安排：
围堰吹砂吸淤前、吹砂吸淤后、降水前、降水后、支撑前、支撑后。
同时，保证每天对围堰观测不少于2次。
三、常规安全管理措施
1、遵守《安全手册》、《安全技术操作规程》，认真执行安全生产“五同时”和“三要”规定，进行现场管理体制，杜绝“三违”现象。
2、坚持经常性安全教育，坚持“三级安全教育”，坚持上岗前安全教育和特种作业人员培（复）训教育。
3、定期召开安全例会、生产协调会、班组工前安全交底会。
4、定期进行安全检查，根据安全管理工作需要进行经常性、专业性、季节性、节假日、班组岗前等安全教育，对不安全因素严格整改，认真建立安全管理台帐。
5、制订和执行安全生产奖惩条例，认真建立安全管理台帐。
四、特殊安全管理措施
1、用电安全管理
①施工现场制订电气安全操作规程、电气安装规程、电气运行管理规程和电气维修检查制度，做好交接班、电气维修作业、接地电阻、手持电动工具绝缘电阻、漏电开关测试记录。
②变配电室符合“四防一通”要求，建立相应的管理制度，配置好必要的安全防护用品。
③电工作业时必须戴好个人防护用品，并严格执行电气安全操作规程，做到持证上岗。
电工作业必须严格贯彻“装得正确，用得安全，修得及时，拆得彻底”的十六字方针。
2、设备安全管理
①各大、中型机具设备、机动车辆（包括外借设备）的进场，均进行认真检查验收，填写验收记录。
进场的设备要有安全操作规程。
②机械操作人员必须严格执行安全操作规程，佩戴个人防护用品，做到持证上岗，每天要填写运转记录和例行保养记录。
③机具设备及车辆在使用过程中，定期维修和保养，不准带病作业，凡已维修保养的设备，车辆均应在设备台帐中如实记载。
④机操员、驾驶员不得随意加班加点，要认真做好季节性的劳动保护和做好交接手续。
3、防火安全管理
①项目副经理全面负责施工现场的防火工作，成立防火领导小组和消防队，建立各级领导责任制和消防检查制度，签订消防保卫协议，定期进行检查和培训，同时还建立消防档案。
②建立健全危险品、氧气、乙炔气瓶等储运和使用的防火管理制度。
③施工现场消防器材设有专人负责保养，定期检查，并记录检查日期和责任人。
油库及危险品库重点配置。
五、安全管理其他措施
1、安全教育管理
①项目特殊工种人员均持证上岗，现场作业人员均经过安全培训教育和岗前教育。
②主管安全生产的项目副经理负责编制月度教育培训计划，结合施工特点合理安排职工进行教育培训和特殊工种的审证工作。
2、特殊工种管理
①特殊工种人员（电工、焊工、起重工等）必须经培训合格持证上岗，无证或证书过期人员严禁上岗。
②对特种作业人员进行登记汇总，正确填写已审日期及下次复审日期，并且附上每位特种作业人员的证件复印件。
3、安全检查制度
①本项目建设过程中的安全检查采取项目部组织定期检查、不定期检查和作业队自查、安全员日常巡查等方式。
②项目部根据工程需要及现场巡视员的安排，不定期抽查，抽查结果列入安全施工竞赛评比之范围。
③专职安全员坚持日常的安全巡视制度，重点抓好对危险源的控制，了解现场第一手安全资料，杜绝事故隐患，确保施工安全。
④做好内业资料的整理归档工作。
第八章计算书
一、钢板桩验算
（一）基本参数
1、钢板柱截面特性
钢板桩截面参数特性值表
钢板桩
型号
单根钢板桩
每米钢板桩
SP-
宽mm
高mm
厚mm
截面积cm2
惯性矩cm4
截面模量cm3
400
170
15.5
242.5
38600
2270
2、计算假设
（1）假设计算时取1m宽单位宽度钢板桩。
（2）假设钢板桩在封底砼面以下0.5m处固结，钢板桩简化为简支梁计算。
（3）水压力简化为近似均布荷载，假设按跨中点水压力取值。
（二）验算
1、强度验算
荷载q=1.2×10×3.5/2=21KN/m
Mmax=ql2/8＝21×5.072/8=67.5KN.m
σ=Mmax/Wmin=67.5/1000/（2270×10-6）=29.7MPa＜[σ]=215Mpa
安全
2、刚度验算
f=5qL4/384EI=5×21×5.074/384×2.0×105×38600
=2.34mm＜L/400=12.7mm
安全
二、I36b型工字钢围檩验算
（一）基本参数
W=9.19×105mm3，I=16500cm4，[σ]＝215MPa,E=2.0×105Gpa
（二）验算
围檩最大跨径5.0m，按简支梁考虑，承受侧向水压力按近似均布荷载计算。
1、荷载
q=1.2×10×5×3.5/2/2=52.5KN/m
2、强度验算
Mmax=ql2/8＝52.5×52/8=164KN.m
σ=Mmax/Wmin=136.7/1000/（9.19×105×10-9）
=178.4MPa＜[σ]=215Mpa
安全
3、刚度验算
f=5qL4/384EI=5×52.5×54/384×2.0×105×16500
=1.3mm＜L/400=12.5mm
安全
三、Ф529钢管平撑验算
（一）基本参数
直径D=529，壁厚8mm，截面积A=13094mm2,容许轴向应力[σ]=140Mpa
（二）验算
最大轴向力：
N=43.75×2×5=437.5KN
钢管桩自由长度3.28米，自由长度系数取2.0，则计算长度为L=2*3.28=6.56米。
钢管桩的长细比λ=L/ix=6.56/0.18=36.44
查《钢结构设计手册》得φ=0.949
则：
N/ΦA=437.5×103/（0.949×13094×10-6）=35.2Mpa＜[σ]=140Mpa
稳定性满足要求
四、封底混凝土厚度计算
（一）站南路西延围堰
站南路桩基钢护筒直径1.8米，每个围堰内共5根，钢与混凝土的粘结力一般取100—200KN/m2，这里取120KN/m2。
混凝土容重取23KN/m3。
水深按3.5米计，封底混凝土底面受水浮力为：
P=3.5×（36×4-3.14×0.92×5）×10=4595KN。
封底混凝土厚设为t，则：
混凝土自重：
G=（36×4-3.14×0.92×5）×t×23=3020×t（KN）
混凝土与钢护筒的粘结力：
F1=3.14×1.8×5×t×120=3391×t（KN）
钢板桩与封底混凝土的粘结力：
F2=（36+4）×2×t×120=9600×t（KN）
抗浮安全系数取1.2，则有：
（G+F1+F2）/P=（3020t+3391t+9600t）/4595≥1.2
t≥0.34m
考虑施工时淤泥层及河床底不平整度影响，以及水下浇筑混凝土时表面高程差，为确保施工安全，封底厚度取1.0米。
（二）兴华路北延围堰
兴华路桩基钢护筒直径2.3米，每个围堰内共6根，水深按3.5米计。
封底混凝土底面受水浮力为：
P=3.5×（41.6×4.8-3.14×1.152×6）×10=6117.4KN。
封底混凝土厚设为t，则：
混凝土自重：
G=（41.6×4.8-3.14×1.152×6）×t×23=4020×t（KN）
混凝土与钢护筒的粘结力：
F1=3.14×2.3×6×t×120=5200×t（KN）
钢板桩与封底混凝土的粘结力：
F2=（41.6+4.8）×2×t×120=11136×t（KN）
抗浮安全系数取1.2，则有：
（G+F1+F2）/P=（4020t+5200t+11136t）/8739.2≥1.2
t≥0.36m
考虑施工时淤泥层及河床底不平整度影响，以及水下浇筑混凝土时表面高程差，为确保施工安全，封底厚度取1.0米。
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