05-围堰设计与施工

WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学围堰设计与施工WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学目录第一节围堰的结构形式和特点第二节钢围堰的一般构造第三节钢围堰主要施工工艺第四节某异型钢围堰设计实例WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.1围堰的作用围堰的作用就是在基础位置处，临时围出一个范围，使此范围内基桩加承台形式的基础在施工时能避免水或土体的不利影响而正常进行。围堰的关键作用之一是起施工平台的作用。围堰的另一个重要的作用是在堰内抽水后的抗水头差。基础的承台施工，一般是根据围堰内抽水的情况下进行的。基础承台混凝土的浇筑施工，也可以利用围堰壁作为承台的侧模板。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.2桥梁深水基础的特点（1）基础所受的水平力，如水流冲击力、船舶碰撞力、水压力、水撞力、波浪力等，要比陆上或浅水基础大的多。（2）深水基础的稳定性与安全性，一般常受水文条件控制，所以对桥梁深水基础来说，水文条件与地质条件具有同等重要的地位。（3）深水基础除了需考虑环境水的侵蚀外，还需要考虑潮汐、洪水以及流水所夹砂石与流冰的直接碰撞、磨损等问题。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.2桥梁深水基础的特点（4）深水基础类型的选择不仅关系到基础造价的高低，还直接影响到桥梁工程的成败。（5）深水基础应具有高抗自然灾害能力，这就要求其勘测设计时做大量、细致的勘测。（6）深水基础属于水下隐蔽工程，其设计与施工时必须将水流流速、水深深度等因素及由水深所引起的其他约束条件联系起来综合分析，并采取相应措施。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.3常用深水基础防水围堰的类型桥梁深水基础的修建，主要困难在于防水、防流沙，同时还要考虑防止冲刷、碰撞等因素。除沉井、沉箱基础本身具有防水功能外，管柱、桩基础施工常需配以防水围堰。用围堰配合施工的目的：在堰内施工和修筑基础时，使堰外和堰底的水和沙土不至大量涌进堰内，而是待基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵塞水流或航道，所以是施工临时性结构。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.3常用深水基础防水围堰的类型桥梁深水基础的防水围堰大致有以下几种：钢板桩围堰、混凝土围堰、双壁钢围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰、锁口钢管桩围堰。其中，钢板桩围堰主要为单壁结构；混凝土围堰又分为重力式钢筋混凝土围堰和双层薄壁钢筋混凝土围堰；钢套箱及钢吊箱围堰又分为单壁、双壁以及单双壁组合式钢套箱。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（1）钢板桩围堰钢板桩围堰是一种比较传统的深水基础施工方法。钢板桩围堰一般采用单壁的矩形、圆形等结构形式。特点：施工简单、快捷、成本较低的围堰形式。局限性：【1】由于是组拼式结构，整体刚度较小，因此其抗水流及冲刷能力差，不宜在流速较大的情况下使用；【2】由于其本身强度、刚度局限，在承台较深时，需设置强而密的支撑，对后续的承台及墩身施工干扰很大不宜在水位较高的情况下使用；WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点【3】因为要重复使用，不宜灌注封底混凝土，在既要满足底部支撑力，又要满足较小渗流的情况下，对河床提出了较高的要求，因此，不宜在透水性强，承载力小的地层条件下使用。但有时在透水性地层和深水中也使用该种围堰，同时设置封底混凝土，以防止底部沙、水渗进堰内，该围堰因为是重复使用，但由于其刚度和基底承载力的制约，适应的水深不大，适用于界于深水和浅水之间的桥梁基础使用，同时由于其堰内净距较承台大很多，封底混凝土使用量较大，一般在经过慎重的方案比选认为可行后使用。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（2）钢筋混凝土围堰重力式钢筋混凝土围堰钢筋混凝土围堰的分类：薄壁钢筋混凝土围堰重力式钢筋混凝土围堰结构与沉井相似，一般用于岸上或浅水能筑岛的施工区域，是一种比较传统的围堰形式，根据钢筋混凝土的受力特点，一般以圆形结构为主，其同沉井的唯一区别为沉井是桥梁结构的一部分，而混凝土围堰仅是一种临时的施工围护结构，两者的施工方法相同，本文不再赘述。下面重点介绍薄壁混凝土围堰的结构及特点。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（2）钢筋混凝土围堰薄壁混凝土围堰一般采用双壁结构，其结构形式以圆形居多，也有圆端形结构。该种结构的特点为：其一，需在岸上预制，因此在桥位附近需有码头并设有下水滑道；其二，由于其重量较轻，下沉困难，因此，仅适用于河床覆盖层较浅的水中区域；其三，由于需采用水下对接，因此其下沉需配备潜水员协助，对水流较大、较深的水域不宜实施WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（3）双壁钢围堰双壁钢围堰的特点：整体性好，刚度和强度大，围堰内无支撑，止水效果、抽水水头、抗水流冲击力和波浪袭击都较其他围堰优越。所以广泛应用于深水钻孔灌注桩基础施工中。传统的双壁钢围堰的首节围堰浮运需要大规模的船舶，定位也需借助定位船等。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（4）钢套箱围堰主要施工顺序是：钻孔施工作业平台埋设钢护筒成桩钢围堰施工。这样的好处是避免了首节钢围堰大规模的水上运输和定位工作，利用钻孔施工作业平台和钢护筒做导向，提高了钢围堰定位下沉和着床精度。另外封底混凝士和钢护筒的黏结作用提高了钢围堰抗浮能力，封底混凝土抗弯曲强度也大大提高。因为先成桩，此钢围堰常称为钢套箱（无底）或钢吊箱（有底）围堰。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（4）钢套箱围堰钢套箱围堰按形状可分为矩形、圆端形和圆形，其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合式钢套箱。钢套箱结构形式的确定受多种因素的制约，如水文、地质、起重设备等。圆形围堰在水压力作用下，只产生环向轴力，可不设内支撑，因此能够提供足够的施工空间，另外，由于其截面可以导流，因此抗水流能力强，它适用于流速较大的深水河流的低桩承台施工。但是，由于承台尺寸一般为矩形，因此，其封底的截面面积较大，封底混凝土的量较大。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（4）钢套箱围堰平面形状的确定主要受承台平面尺寸的影响以及水深的影响。当承台的平面尺寸长宽比小于1.5时，采用圆形围堰更为合理，但在水深大于15m的情况下，若采用矩形围堰，需加设多层内支撑，施工空间难以保证，同时也大大增加了钢材的用量，此时采用圆形围堰更为合理。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第一节围堰的结构形式和特点1.4深水基础围堰的结构形式和特点（5）钢吊箱围堰当承台底面距河床面较高或承台以下为较厚的软弱土层、且水深流急时，修建桥梁深水桩基及承台时可采用锢吊箱围堰。钢吊箱围堰就是悬吊在水中的有底套箱，在修建桥梁深水桩基时，可作沉桩导向定位，沉桩完成后，在吊箱内灌注水下混凝土封底，即可浇筑承台混凝土。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第二节钢围堰的一般构造钢围堰由于高度大、平面尺寸大，因而其重量大，抗扭曲变形的能力不强。因此，大型钢围堰一般采用分节接高成形，逐渐下沉的方式安装、就位。为了减少安装重量，已成形部分在水中下沉的围堰应能自浮。所以深水大型钢围堰的堰壁一般采用可自浮的双壁形式。为使围堰能在土层中下沉，围堰必须要有足够的重量，故采用双壁形式，为在堰壁内填充必要的填充物提供了可能。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第二节钢围堰的一般构造围堰结构承受水头差或土体侧压力的作用，如果采用圆形结构，则受力合理，稳定性好，用材节省。而且圆形结构的抗扭曲变形能力是在所有平面几何形状中最好的。因此，深水大型钢围堰一般采用圆形双壁钢结构形式。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第二节钢围堰的一般构造双壁钢围堰主要由刃脚、堰身构成。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第二节钢围堰的一般构造双壁钢围堰主要由刃脚、堰身构成。刃脚采用楔体形状，便于围堰在土中下沉。刃脚形成楔形形状的斜板也是双壁间的封底板。堰身由内外壁板和隔舱板构成。内外壁板、刃脚斜板使堰身形成可自浮的舱体结构。刃脚斜板、内外壁板均在其舱体内侧面设有型钢加强肋。在内外壁板间每隔一定高度设置水平桁架托架，使内外壁板形成连接。除刃脚和堰身外，一些特殊形状的钢围堰还设有水平支撑。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第三节钢围堰主要施工工艺3.1钢围堰的施工任务（1）完成钢围堰的制作（2）下沉到位（3）堰内清淤及清基（4）封底混凝土的浇注（5）堰壁混凝土的浇注（6）堰内承台施工（7）塔、墩身的施工WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第三节钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序钢围堰底节制作→钢围堰底节下水、刃脚混凝土浇筑→导向船设施的布置、锚碇系统的布置、钢围堰底节浮运及在基础位的就位→在底节制作及下水后，与钢围堰其他施工平行进行的钢围堰块件的制作→钢围堰在水中的拼装及下沉→钢围堰着床→钢围堰清淤下沉、钢围堰接高、钢围堰堰壁混凝土的浇筑→钢围堰的着、嵌岩或钢围堰下放至设计要求的高程位置→钢围堰堰内清基→钢围堰堰顶平台的搭设→钢围堰堰内钻孔护筒的下放→封底施工设施的布置→封底混凝土的浇筑→钻孔施工、堰壁混凝土全部完成浇筑→堰内抽水→基桩桩头的处理→承台施工→塔、墩施工→围堰的切割、回收。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第三节钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.1底节的制作由于底节是钢围堰拼装成形的基础节，其制作精度必须要达到较高的水准，所以双壁钢围堰的底节一般在岸上进行加工、制作。个别也有采用岸上加工、水中拼装制作成形。在制作前，要考虑到底节高度应达到的效果：围堰浮运稳定、围堰重量合适、围堰的吊装安全、围堰材料的下料尽量减少浪费等。为拼接方便，在底节围堰顶面设置了水平环板，可作为以后接高块件对接时的放置平台，并使对接有了调节偏差的余地。WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第三节钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.1底节的制作WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武汉理工大学第三节钢围堰主要施工工艺3.2钢围堰施工的一般工序3.2.1底节的制作WuhanUniversityOfTechnology土木工程与建筑学院武