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摘 要：结合工程实际案例主要对填海区钢板桩围堰施工的土层及各种工况受力分析、内部支撑体系的布置、各层补强措施的选择、钢板桩的施工方案等方面进行研究，分析各个影响因素，制定的措施方案，从而得出了填海区深基坑钢板桩围堰施工的技术控制要点。
关键词：钢板桩 受力分析 补强措施 施工方案
一、工程概况
大连普湾新区十六号路跨海桥工程主桥为50m+170m+200m+170m+50m=640m的五跨连续钢箱提篮拱桥。根据设计图纸要求，在主桥正下方设置了群桩基础及大型承台基础（单个承台最大结构尺寸：23.25m×17.0m×5.5m），单个墩位处设置两个大型承台，承台之间通过系梁连接，左右幅对称布置。承台顶面标高为+0.79m，底面标高为-4.71m，海平面平均水位标高为+1.0m。
二、钢板桩围堰总体施工方案
大桥位于填海区，承台整体位于海平面以下。根据现场实际情况，承台施工采用钢板桩围堰施工方案。经方案比选及方案合理优化后，围堰型采用哑铃型钢板桩围堰，初步估算需钢板桩3430t，钢围檩及支撑1461t，封底混凝土0.4万方，土方开挖3.5万方。
三、关键施工技术
大型水下承台等大体积结构物的施工主要采用钢板桩围堰施工技术，以下将说明哑铃型钢板桩围堰钢板桩的选择、围堰的设计及针对不同工况下的围檩补强的设计与说明。
1.钢板桩围堰的总体设计。根据设计图纸要求，钢板桩围堰平面尺寸设计为25.2m×20.4m。比结构物尺寸扩大1-2米。钢板桩采用单根18m长的拉森Ⅵ钢板桩；围堰内部支撑共分三层，各层围檩形式根据受力不同均不相同，第一层围檩采用双拼HN500×200“H”型钢，第二、三层围檩均采用三拼HN500×200“H”型钢，由于第二、三层受力大小不一致，故均对其采取补强措施，钢支撑均采用φ609×16mm钢管支撑。
2.钢板桩围堰设计验算。
2.1钢板桩的选择及其相关技术参数计算。初步选择型号为单根长18m的拉森Ⅵ钢板桩，该钢板桩的技术参数见下表：
根据规范估取土体的物理特征值（依据《公路桥涵地基基础与基础设计规范》）如下：素填土：γ1=18 c=5 φ=10°；淤泥质粉质粘土：γ2 =18 c=6 φ=1.6° ；Q4粉质粘土：γ3=19.2 c=22.9 φ=12.5°。依据以上物理特征值及相關计算公式可得出各土层在施工过程中对钢板桩施加的荷载：
2.2钢板桩围堰施工各种工况的受力分析及各层补强措施。
2.2.1钢板桩围堰施工工况及其受力分析：工况一：安装第一道支撑，开挖至第二道支撑下50cm，开挖深度为3.6m，未安装第二道支撑；工况二：安装第二道支撑，开挖至第三道支撑下50cm，开挖深度为6.1m，未安装第三道支撑；工况三：安装第三道支撑，开挖至基坑底-5.71m，开挖深度为8.21m，未浇筑封底砼；工况四：浇筑完成承台封底砼，拆除承台第三道支撑。之后开始系梁开挖：工况五：安装系梁第一道支撑，开挖至系梁第二道支撑下50cm，开挖深度为3.6m，未安装第二道支撑；工况六：安装系梁第二道支撑，开挖至系梁第三道支撑下50cm，开挖深度为6.1m，未安装第三道支撑；工况七：安装系梁第三道支撑，开挖至基坑底-4.49m，开挖深度为6.99m，安装完成系梁第三道支撑，未浇筑封底混凝土；工况八：浇筑系梁封底混凝土，拆除系梁第二、三道支撑。工况九：完成承台第一次砼浇筑（浇筑完成后，承台砼顶标高为-1.71m），将第三道围檩上调至承台砼顶标高处固定，同时在第三道围檩与承台砼之间加钢管支撑，钢管支撑安装位置为原支撑管位置处（安装标高为-1.71m）。安装完成后，拆除第二道支撑。工况十：完成承台第二次混凝土浇筑后，拆除后安装的钢管支撑，只保留第一道支撑，回填土方至承台砼顶面（顶标高为+0.79m）。
对以上钢板桩施工的十个工况进行受力计算，经midas软件计算结果见表3-3。
2.2.2钢板桩最不利受力状态验算。钢板桩在第三工况时受力最为不利，最大弯矩为456.5KN.M，剪力最大为385.1KN，挠度最大为18mm。经计算：抗弯强度σmax=140.9MPA<310×0.8=248MPA；抗剪强度τmax=17.1MPA<180×0.8=144MPA。得出单根18米长拉森Ⅵ钢板桩抗弯及抗剪强度均满足要求。
2.2.3各层钢围檩及钢支撑最不利受力状态验算。从上表的计算结果中得出：第一道支撑受力最大为167.3KN/M，工况十；第二道支撑受力最大为468.1KN/M，工况二、六；第三道支撑受力最大为684.3KN/M，工况三。①承台第三层钢围檩及钢支撑检算。基坑开挖过程中工况三时，第三层支撑受力最大为684.3KN/M，故取684.3KN/M荷载进行计算。经midas软件计算得出结果见表3-4。
根据以上数据计算得出围檩最大组合应力为352.4MPA>205MPA，无法满足受力要求，故应对该部位采取补强措施。针对以上情况，可在围檩顶、底板上加焊宽800mm、厚16mm的补强钢板。补强后，计算其组合应力为186.4MPA<205MPA，满足结构受力要求。
②承台第二层钢围檩及钢支撑检算。同理，计算围堰第二层钢围檩的受力，计算结果也需要对该部位进行补强，补强措施为在单根H型钢围檩与内支撑管的接触面板上加焊厚14mm的加强钢板，经补强计算结果满足结构受力要求。
3.钢板桩施工。首根定位桩施工：对于钢板桩而言，由于桩间锁口相连，下根桩的平面位置及垂直度将受制于上根桩，故必须严格控制首根定位桩的平面位置及垂直度。为控制定位桩的垂直方向偏位，施工时设置导架，在导架上焊接厚20mm钢板进行轴线方向限位，确保首根桩定位一次成功。闭合桩施工：闭合桩施打时必须同时把两侧锁口都套住，因而增加了沉桩难度。沉闭合桩前必须做好以下工作：①闭合桩应选择在地下障碍物较少，较容易沉桩的地方。②闭合桩两侧的钢板桩应尽量保持垂直，并在同一轴线上，两桩的距离正好为钢板桩的宽度。倾斜桩的处理：钢板桩施工时因两侧锁扣下沉阻力不同，施工时会造成钢板桩向施工前方倾斜的趋势。插入钢板桩时应注意向后倾斜1-5%，同时用手拉葫芦将钢板桩向后拉进。当钢板桩出现前倾现象时，将钢板桩往上拔1-2m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。
4.钢板桩围堰基坑开挖、支护及封底混凝土施工。钢板桩沉桩完成后开始围堰基坑开挖，第一层开挖深度为1.1米，基坑土方开挖主要采用挖掘机开挖形式，弃土应及时排出施工现场，不允许在基坑周边堆积。开挖至第一层底标高后，开始安装围檩及内支撑。完成第一层围檩及内支撑安装后，开挖基坑第二层土方，开挖深度为3.6米。依次开挖至第四层土方，开挖深度为8.21米。至基坑底标高后立即进行封底砼施工，封底砼厚度设计为1.0m。在砼的浇注过程中，依据测量放线控制浇筑高程，并形成一定的排水坡度，基坑周边设置集水坑，采用污水泵排除基坑内积水。承台封底砼浇筑完成后，开始开挖系梁部分基坑土方，开挖方案与承台一致，此处不再叙述。
四、结语
综上，根据工程实际情况，水下大型钢板桩围堰施工方案采取哑铃型布置形式，在结构稳定性、施工简易性等方面均具有一定的优越性。根据钢板桩围堰的结构特点，有针对性的对受力薄弱部位采取有效措施进行补强。无论从经济性、安全性、可操作性等方面来看，该类施工工艺有很高的借鉴参考价值。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011.
[2]《路桥施工计算手册》 周水兴、何兆益、邹毅松.
关键词：钢板桩 受力分析 补强措施 施工方案
一、工程概况
大连普湾新区十六号路跨海桥工程主桥为50m+170m+200m+170m+50m=640m的五跨连续钢箱提篮拱桥。根据设计图纸要求，在主桥正下方设置了群桩基础及大型承台基础（单个承台最大结构尺寸：23.25m×17.0m×5.5m），单个墩位处设置两个大型承台，承台之间通过系梁连接，左右幅对称布置。承台顶面标高为+0.79m，底面标高为-4.71m，海平面平均水位标高为+1.0m。
二、钢板桩围堰总体施工方案
大桥位于填海区，承台整体位于海平面以下。根据现场实际情况，承台施工采用钢板桩围堰施工方案。经方案比选及方案合理优化后，围堰型采用哑铃型钢板桩围堰，初步估算需钢板桩3430t，钢围檩及支撑1461t，封底混凝土0.4万方，土方开挖3.5万方。
三、关键施工技术
大型水下承台等大体积结构物的施工主要采用钢板桩围堰施工技术，以下将说明哑铃型钢板桩围堰钢板桩的选择、围堰的设计及针对不同工况下的围檩补强的设计与说明。
1.钢板桩围堰的总体设计。根据设计图纸要求，钢板桩围堰平面尺寸设计为25.2m×20.4m。比结构物尺寸扩大1-2米。钢板桩采用单根18m长的拉森Ⅵ钢板桩；围堰内部支撑共分三层，各层围檩形式根据受力不同均不相同，第一层围檩采用双拼HN500×200“H”型钢，第二、三层围檩均采用三拼HN500×200“H”型钢，由于第二、三层受力大小不一致，故均对其采取补强措施，钢支撑均采用φ609×16mm钢管支撑。
2.钢板桩围堰设计验算。
2.1钢板桩的选择及其相关技术参数计算。初步选择型号为单根长18m的拉森Ⅵ钢板桩，该钢板桩的技术参数见下表：
根据规范估取土体的物理特征值（依据《公路桥涵地基基础与基础设计规范》）如下：素填土：γ1=18 c=5 φ=10°；淤泥质粉质粘土：γ2 =18 c=6 φ=1.6° ；Q4粉质粘土：γ3=19.2 c=22.9 φ=12.5°。依据以上物理特征值及相關计算公式可得出各土层在施工过程中对钢板桩施加的荷载：
2.2钢板桩围堰施工各种工况的受力分析及各层补强措施。
2.2.1钢板桩围堰施工工况及其受力分析：工况一：安装第一道支撑，开挖至第二道支撑下50cm，开挖深度为3.6m，未安装第二道支撑；工况二：安装第二道支撑，开挖至第三道支撑下50cm，开挖深度为6.1m，未安装第三道支撑；工况三：安装第三道支撑，开挖至基坑底-5.71m，开挖深度为8.21m，未浇筑封底砼；工况四：浇筑完成承台封底砼，拆除承台第三道支撑。之后开始系梁开挖：工况五：安装系梁第一道支撑，开挖至系梁第二道支撑下50cm，开挖深度为3.6m，未安装第二道支撑；工况六：安装系梁第二道支撑，开挖至系梁第三道支撑下50cm，开挖深度为6.1m，未安装第三道支撑；工况七：安装系梁第三道支撑，开挖至基坑底-4.49m，开挖深度为6.99m，安装完成系梁第三道支撑，未浇筑封底混凝土；工况八：浇筑系梁封底混凝土，拆除系梁第二、三道支撑。工况九：完成承台第一次砼浇筑（浇筑完成后，承台砼顶标高为-1.71m），将第三道围檩上调至承台砼顶标高处固定，同时在第三道围檩与承台砼之间加钢管支撑，钢管支撑安装位置为原支撑管位置处（安装标高为-1.71m）。安装完成后，拆除第二道支撑。工况十：完成承台第二次混凝土浇筑后，拆除后安装的钢管支撑，只保留第一道支撑，回填土方至承台砼顶面（顶标高为+0.79m）。
对以上钢板桩施工的十个工况进行受力计算，经midas软件计算结果见表3-3。
2.2.2钢板桩最不利受力状态验算。钢板桩在第三工况时受力最为不利，最大弯矩为456.5KN.M，剪力最大为385.1KN，挠度最大为18mm。经计算：抗弯强度σmax=140.9MPA<310×0.8=248MPA；抗剪强度τmax=17.1MPA<180×0.8=144MPA。得出单根18米长拉森Ⅵ钢板桩抗弯及抗剪强度均满足要求。
2.2.3各层钢围檩及钢支撑最不利受力状态验算。从上表的计算结果中得出：第一道支撑受力最大为167.3KN/M，工况十；第二道支撑受力最大为468.1KN/M，工况二、六；第三道支撑受力最大为684.3KN/M，工况三。①承台第三层钢围檩及钢支撑检算。基坑开挖过程中工况三时，第三层支撑受力最大为684.3KN/M，故取684.3KN/M荷载进行计算。经midas软件计算得出结果见表3-4。
根据以上数据计算得出围檩最大组合应力为352.4MPA>205MPA，无法满足受力要求，故应对该部位采取补强措施。针对以上情况，可在围檩顶、底板上加焊宽800mm、厚16mm的补强钢板。补强后，计算其组合应力为186.4MPA<205MPA，满足结构受力要求。
②承台第二层钢围檩及钢支撑检算。同理，计算围堰第二层钢围檩的受力，计算结果也需要对该部位进行补强，补强措施为在单根H型钢围檩与内支撑管的接触面板上加焊厚14mm的加强钢板，经补强计算结果满足结构受力要求。
3.钢板桩施工。首根定位桩施工：对于钢板桩而言，由于桩间锁口相连，下根桩的平面位置及垂直度将受制于上根桩，故必须严格控制首根定位桩的平面位置及垂直度。为控制定位桩的垂直方向偏位，施工时设置导架，在导架上焊接厚20mm钢板进行轴线方向限位，确保首根桩定位一次成功。闭合桩施工：闭合桩施打时必须同时把两侧锁口都套住，因而增加了沉桩难度。沉闭合桩前必须做好以下工作：①闭合桩应选择在地下障碍物较少，较容易沉桩的地方。②闭合桩两侧的钢板桩应尽量保持垂直，并在同一轴线上，两桩的距离正好为钢板桩的宽度。倾斜桩的处理：钢板桩施工时因两侧锁扣下沉阻力不同，施工时会造成钢板桩向施工前方倾斜的趋势。插入钢板桩时应注意向后倾斜1-5%，同时用手拉葫芦将钢板桩向后拉进。当钢板桩出现前倾现象时，将钢板桩往上拔1-2m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。
4.钢板桩围堰基坑开挖、支护及封底混凝土施工。钢板桩沉桩完成后开始围堰基坑开挖，第一层开挖深度为1.1米，基坑土方开挖主要采用挖掘机开挖形式，弃土应及时排出施工现场，不允许在基坑周边堆积。开挖至第一层底标高后，开始安装围檩及内支撑。完成第一层围檩及内支撑安装后，开挖基坑第二层土方，开挖深度为3.6米。依次开挖至第四层土方，开挖深度为8.21米。至基坑底标高后立即进行封底砼施工，封底砼厚度设计为1.0m。在砼的浇注过程中，依据测量放线控制浇筑高程，并形成一定的排水坡度，基坑周边设置集水坑，采用污水泵排除基坑内积水。承台封底砼浇筑完成后，开始开挖系梁部分基坑土方，开挖方案与承台一致，此处不再叙述。
四、结语
综上，根据工程实际情况，水下大型钢板桩围堰施工方案采取哑铃型布置形式，在结构稳定性、施工简易性等方面均具有一定的优越性。根据钢板桩围堰的结构特点，有针对性的对受力薄弱部位采取有效措施进行补强。无论从经济性、安全性、可操作性等方面来看，该类施工工艺有很高的借鉴参考价值。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011.
[2]《路桥施工计算手册》 周水兴、何兆益、邹毅松.