桥07-围堰结构设计指南

1围堰结构设计指南1前言桥梁墩台基础大多位于地表水位以下,有时水流较大,施工时都希望在无水或静止水条件下进行，桥梁水中基础最常用的施工方法是围堰法。基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵截水流或航道，是一种施工用的临时性结构。由于各桥梁墩台处的水文、地质、气象、航道等条件不同，不可能有一种适合于所有桥梁基础修建的围堰结构形式和施工方法。目前，桥梁基础修建中采用的防水围堰大致有以下几种：土石围堰、钢板桩围堰、锁口钢管桩围堰、有无底钢套箱围堰、双壁钢围堰等，以下作简要介绍。1.1围堰工程的主要作用围堰的主要作用是在河流中构筑一个封闭的隔水区域保证施工在干地上进行，有时起着支撑施工平台和基坑坑壁的作用。1.2围堰工程的类型及适用条件围堰类型的选择应根据河道的水文、地形、地质及地方材料、施工技术和装备等因素，常见围堰类型及适用条件见表1：表1常见围堰类型及适用条件见表分类适用条件土石围堰土围堰水深小于2m，流速小于0.3m/s。河床透水性较小的土壤。坡面加固防护时，流速小于1.0m/S。草土围堰与上相同。流速小于1.0m/S。草（麻袋）围堰水深小于3m，流速小于1.5m/S，河床透水性较小。木（竹）桩编条围堰水深小于3m，流速小于2.0m/S，河床透水性较小，可以打小木桩。竹篱围堰同上竹笼片石围堰水深3～4m，流速较大，河床无法打桩。堆石围堰石块就地取材，流速小于3.0m/S。河床坚实，透水性较水。木质围堰木板围堰水深2m，流速小于0.3m/S，河床透水性较小。木笼围堰适用于深水，流速较大处。河床坚实平坦，不能打桩，或有少量流水的河流。木套箱基础埋设较浅，面积不大，流速小于2.0m/S。木板桩围堰水深3～4m，坑底至水面5m左右，河床透水性较大，但可以打桩。钢板（管）桩围堰水深为4m以上，河床为硬土、卵石层或软质岩层。适用较深基坑，防水性能较好。钢筋混凝土围堰适用于河滩浅基开挖不稳定性土壤。或在既有线旁开挖桥涵基坑，用以代替板桩，保护既有建筑物。双壁钢围堰适用于水深在5～6m以上深水基础2围堰工程的一般技术要求（1）围堰高度应高出施工期间可能出现的最高水位(包括浪高)0.5～0.7m，钻孔桩基础时，其围堰顶标高应结合护筒埋设情况，宜高出施工水位1.5m以上。（2）围堰外形应考虑河流断面被压缩后，流速增大引起水流对围堰、河床的集中冲刷及影响通2航、导流等因素，并应满足堰身强度和稳定的要求。（3）堰内平面尺寸应满足基础施工的需要。（4）围堰要求防水严密，减少渗漏。2.1围堰顶标高的控制围堰顶高应高出施工期间可能出现的最高水位（包括浪高）0.5～0.7m，钻孔桩基础时，其围堰顶标高应结合护筒埋设情况，宜高出施工水位1.5m以上，用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面0.2～0.4m2.1.1明挖基础围堰顶标高的控制一次开挖距基坑底面以上要预留20～30cm，待验槽前人工一次清除至标高，以保证基坑顶面坚实。同时保证基底应符合设计要求的嵌岩。明挖基础围堰顶标高控制在高出施工期间可能出现的最高水位0.5～1m。2.1.2钻孔桩基础围堰顶标高的控制钻孔桩基础时，其围堰顶标高应结合护筒埋设情况，宜高出施工水位1.5m以上。围堰顶的标高偏差控制在30mm。2.2围堰平面尺寸的控制围堰的外形应适应水流排泄，大小不应压缩流水断面过多，以免壅水过高危害围堰安全，以及影响通航、导流等。围堰内形应适应基础施工的要求，并留有适当的工作面积。堰身断面尺寸应保证有足够的强度和稳定性，使基坑开挖后，围堰不致发生破裂，滑动或倾覆。2.2.1明挖基础围堰平面尺寸的控制基坑下口开挖的大小应满足基础施工的要求，在基底平面尺寸应适当加宽50～100cm，便于设置集水井、排水沟和安装模板。2.2.2钻孔桩基础围堰平面尺寸的控制钻孔桩基础的钢围堰平面图尺寸根据承台的外形尺寸确定，可直接用钢围堰内壁作承台施工时的模板，围堰平面尺寸可设计比承台各面尺寸大10cm。2.3围堰防止渗漏和冲刷的技术措施对围堰外围的边坡和河床防冲刷一般是采取在围堰迎水面抛投块石，形成块石防冲体平台。当汛期水流冲刷防冲体迎水面时，可能在围堰脚形成掏刷坑，防冲体上部块石可自行塌滑覆盖冲刷坑，不致危及围堰迎水坡面稳定。围堰防渗漏措施：一是控制封底混凝土与钢围堰内壁之间粘结良好，一般是在结合段的钢围堰内壁设置剪力钉或抗剪环板。二是河床土质渗透系数小时，杂土体围堰中加填粘土芯墙；三是围堰本体无渗漏，但河床土质渗透系数大，可以采用在围堰上沿基坑四周钻孔压注水泥浆的措施。3围堰工程的结构形式及简要施工方法33.1土围堰（填土围堰、草土围堰、草麻袋围堰）3.1.1技术特性土围堰适用于水深1.5m以内、水流流速0.5m／s以内，河床土质渗水较小时。具体技术参数如下表2：表2土围堰技术参数分类填料顶宽（m）边坡内侧外侧填土围堰粘土、砂粘土≮1.51:1～2:31:2～1:3草土围堰粘性土及草≮1.51:1～2:31:2～1:3草、麻袋围堰粘性土1～２1:0.2～1:0.51:0.5～1:13.1.2结构形式土围堰主要结构形式如下:（1）土围堰结构见图1（2）草、麻袋围堰结构见图23.1.3施工方法（1）填土围堰施工方法：先清除堰底河床上的树根、石块等，自上游开始填筑至下游合龙。处于岸边的的应自岸边开始，填土时应将土倒在已出水面的堰头上再顺坡送入水中。水面以上的填土要分层夯实。（2）草土围堰施工方法：用麦秸、稻草或茎杆较长的杂草夹填粘性土，以一层土（20～30cm）夹一层草，分层铺填夯实。其他同填土围堰。（3）草、麻袋围堰施工方法：用草袋（或麻袋）盛装松散粘性土，装填量为袋容量的1/2～1/3，图1土围堰结构示意图图2草、麻袋围堰结构示意图4袋口用细麻线或铁丝缝合。用粘性土心墙时，也可用砂性土装袋。施工时要求土袋平放，上下左右互相错缝堆码整齐。流速较大处，外围草袋可改用小卵石或粗砂，以免流失，必要时也可抛片石防护或用竹篓或柳条筐装盛砂石在堰外防护。3.2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。钢板桩是从国外引进的一种制式产品，主要为德国拉森式钢板桩。钢板桩可以打入土中或连到物件上，组成承载及防水结构，工作结束后，拔出或拆下重复使用。钢板桩围堰主要由钢板桩和钢围囹组成，钢板桩起防水、挡土及水下封底混凝土模板的作用；钢围囹作为下沉导管柱的悬挂和导向结构，同时用作钢板桩的支撑，其顶层又作施工平台，它是一种临时辅助结构。3.2.1技术特性钢板桩围堰技术特性：（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，不宜于在流速较大的情况下使用；（2）由于其本身强度、刚度局限，在承台埋置较深时，需设置强而密的支撑，对后续的承台及墩身施工干扰很大，因此，不宜于在水位较高的情况下使用；（3）其三，因为要重复使用，不宜灌注封底混凝土，因此，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。3.2.2结构形式（1）钢板桩围堰平面形式：有矩形、圆形、多边形、圆端形。矩形及多边形围堰在转角处使用特制的同类型角桩，圆形及圆端形围堰，在板桩锁口联结时能转一定的角度，使板桩联结成圆形。（2）钢板桩类型规格按断面形状分四类：平型、槽形、Z形、工字钢或槽钢。（3）按钢板桩锁口分为三类：阴阳锁口、环形锁口、套形锁口。3.2.3施工方法（1）钢板桩运到工地后，应进行检查、分类、编号及登记。锁口检查：用一块长1.5～2m符合类型规格的钢板桩作标准将所有同类型的钢板桩作锁口通过检，凡钢板桩有弯曲、破损、锁口不合、长度不够的均应进行整修、接长直至合格。（2）插打钢板桩应用固定的临时导向架插打钢板桩，在稳定的条件下安置桩锤。一般宜插桩到全部合龙，然后再分段、分次打到标高。插桩顺序，在无潮汐河流一般是从上游中间开始分两侧对称插打至下游合龙，在潮汐河流，有两个流向的关系，为减少水流阻力，可采取从侧面开始，向上、下游插打，在另一侧合龙。桩锤一般采用振动桩锤。（3）堵漏钢板桩插打到位后，可在其外侧围一圈彩条布，在布的下端绑扎钢管沉入河床，并用砂袋压住，堰内抽水时，外侧水压可将彩条布紧贴板桩，起到一定的防水作用；在板桩侧锁口不密的漏水处用棉砂嵌塞，堵漏效果明显。（4）吸泥、硬化基层5在水抽干后，即可人工挖泥，或不抽水采用高压水枪配合泥浆泵吸泥至设计标高，之后回填片石，浇注30cm的混凝土硬化基底，，进行承台施工。见图3板桩及内支撑对构示意图。图3板桩及内支撑对构示意图。（5）拔桩施工完成后需要拔桩，在拔除钢板桩前，应先将围堰内的支撑，从上到下陆续拆除，并陆续灌水使内外水压平稳，使板桩挤压力消失，并与部分混凝土脱离（指有水下混凝土部分）。拔桩设备可用吊船、吊机、拔桩机、千斤顶等。3.3锁口钢管桩围堰锁口钢管桩（日本叫钢管板桩）是以带锁口的钢管桩代替钢板桩，通过导向桩下沉到位，并可视作将钢围堰“化整为零”，由各根钢管桩来穿过片石等地下障碍物。锁口钢管桩的新技术广泛应用在岸墙、护岸、防波堤、围堰、挡土墙基础等工程中。3.3.1技术特性（1）钢管桩截面大，具有很强的抗弯能力，可大大简化围堰的内支撑体系，方便施工；（2）钢管桩的刚度和稳定性好，可采用强制下沉式，因此它更适用于有地下障碍物，密集孤石，片石堆积的地方使用；（3）锁口钢管桩围堰综合了钢板桩围堰和双壁钢围堰的结构受力特点；（4）施工速度快。制作、加工、运输、吊插、下沉等方便灵活，工艺简单，所需设备少。（5）可根据需要，组装成各种形式的围堰。3.3.2结构形式钢管桩结构示意图见图4桥中心线墩中心线41050205,5641050/2φ750钢管柱φ980钢管柱φ980钢管柱9010085φ750134□100×10×136P38钢轨钢管桩围堰1/2平面图锁口钢管桩断面图图4锁口钢管结构示意图63.3.3施工方法（1）锁口钢管桩的插打及围堰合龙1）在钻孔灌注桩施工平台周边安装导向框。设上、下两层，控制桩的倾斜。2）为了控制锁口缝隙，在导向框上分别标出每根钢管桩锁口的中心位。3）在桩下插前于锁口槽口下端先焊坡度1:6的挡板，阻止碎石和硬土进入锁口。4）插打从围堰上游中部上游中部开始，顺次逐根向两侧插至角桩，再逐次从上游向下游插，最后在下游中部合龙。5）整个钢管桩围堰合龙并插打到位后，将导向平台拆除，在管管桩上焊牛腿，按设计要求安装内支撑。完成从单桩受力到形成整体围堰的内支撑体系转换。（2）钢管桩内除土和围堰内除土主要除工具是吸泥机、抓泥土和高压射水设施等。若有沉船部分的管桩内采取冲击和汲泥交替的方法进行，围堰内开挖：泥土用抓斗冲抓或射水吸泥。沉船用冲击钻机和旋转钻机破碎，船梆的大方木由潜水工人水下切割。孤石由潜水工水下作业消除。片石因堆砌整齐，且用砂浆钩缝，故在于挖时用钢纤凿开或用撬棍撬松，人工清除。围堰内吸泥应注意采用边吸边补水的方法。（3）锁口钢管桩围堰的排水与止水锁口钢管桩的止水是此种围堰成功的关键，钢管桩的止水主要依靠精密加工的锁口来实现的，并在锁口加设填料或压浆，具体根据施工决定。（4）灌注封底混凝，施工承台、墩身（5）钢管桩的拔除在用震动打桩机震松锁口的浆体后，用液压千斤顶顶出。3.4有（无）底钢套箱围堰3.4.1技术特性有底钢套箱又名钢吊箱，是深水高桩承台施工的临时隔水结构，其作用是通过套箱侧板和底板上的封底混凝土围水，为高桩承台施工提供无水的施工环境。同双壁钢围堰比较，钢套箱具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、不需沉入河床、施工难度小、材料用量少、经济合理等特点，因而在大跨深水大型桥梁中得到广泛的应用。无底钢套箱下沉施工干扰小，不受桩基影响。其结构构造简单，封底混凝土直接与河床接触，套箱承受荷载小，壁板重复利用率高。较之双壁钢围堰，钢套箱具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、施工难度小、材料用量少、经济合理等特点。但是，无底钢套箱下沉定位难度大，套箱围堰需着床，对河床表面的地质情况及大面平整要求较高。3.4.2结构形式钢套箱围堰按形状可分为矩形（圆端形），其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合式钢围堰。单、双壁的构