汉北河1#特大桥水中墩围堰施工方案

一、概述

武汉至荆门高速公路是国家规划重点干线公路的重要组成部分，是沟通甘肃、四川、重庆等西部省市与我国中东部地区的东西向公路交通运输的大动脉，也是湖北省规划的“六纵五横一环”公路主骨架的重要组成部分。武汉至荆门高速公路起于武汉市外环高速公路与京珠高速公路交叉的东西湖互通，沿途经过汉川市、应城市、天门市、京山县、钟祥市，止于荆宜高速公路与襄荆高速公路交叉的荆门互通。路线全长183.209km。

二、大桥概况

1、大桥简介：

主桥：全长210m，中心桩号K14+221。上部结构为（55m+100m+55m）预应力砼变截面连续箱梁，主墩均为空心薄壁墩，基础为承台、群桩基础。

引桥：上部结构为30米、40米预应力混凝土T梁，下部结构为盖梁、双柱式桥墩设系梁，基础为钻孔灌注桩。

2、气象气候

本合同所在地属亚热带湿热季风气候，春、夏、秋、冬四季冷暖分明，十二月至次年二月为冬季，月平均气温在19℃-6.5℃，冬季历年最低温度为零下19.6℃，无霜期233-262天，五月至十月为雨季，年平均降雨量900-1200mm，七至八月为炎热夏季，极端气温可达40℃。

3、水文概况

流域面积6299m2，发源于京山县管桥铺王家岭，流经钟祥、天门、应城、云梦、汉川、新沟流入汉江。干流全长242km。系人工河道，堤距宽500~750m。沿河两岸均为平原湖区，左侧为老观湖、龙赛湖、东西汊湖，右侧为汊湖，区域地势低洼，（最低高程22.40m）均为外洪内涝严重地区。设计防洪标准为20年一遇，泄洪流量为2000m3/s，东山头闸泄洪能力800m3/s。根据《湖北省交通厅港航局关于杭兰线武汉至荆门高速公路跨诸河流通航标准的复函》（鄂交港航函[2003]19号）的意见，本项目跨越的河段的通航等级为Ⅳ（3）级。设计最高通航水位27.15m，要求通航净宽45m，净高8m。为汉江水系之主要支流，发源于京山县管桥铺王家岭，流向自西向东，流经京山县、天门市、应城市至武汉市新沟镇汇入汉江。该河为季节性河流，冬春雨少，河水落槽，河床出露，夏秋雨季，暴涨一时，水位及流量变幅很大。

目前，水面河宽约180米，水深约5米。河床主要为粘土，局部分布有厚约0.3m的淤泥。

三、大桥主桥水中施工方案设计

通过与当地水力部门商恰，湖北省水力厅同意在不影响通航条件下主桥水中施工可以采用土围堰和钢板桩围堰，待主桥下部构造施工完毕后须恢复河道原样。当地每年5月1日至10月15日为汛期，此阶段河床内水流较大。汉北河河水常年为流动状态。综上，大桥主桥的水下施工拟定三种施工方案：方案一：U形土围堰

（一）已知相关数据：

承台尺寸：10 .5m（横桥向）*10.5m（纵桥向）*4 .5m（承台高度），

河底顶面与河床相平，河床淤泥约为30cm。正常水位5.0米，最高水位5 .5米，堰顶高度按最高水位考虑。

水流速度为1.5m/s， 河床土质良好，多为粘土，亚粘土，承载力较高。

（二）方案描述：

1、 围堰方式：

从河岸上游做起点对水中桥位承台用红粘土以U字形填成临时施工围堰，堰体围好后，将堰内围起部分水抽干，清除里面淤泥， 设置防渗层，回填红粘土，并压碾密实，移入钻机进行桩基施工，桩基施工完，在堰内直接进行承台开挖，进行承台施工。

2、围堰尺寸设计：

水中土围堰，拟定围堰填土高度为5.5米，高出水面0.5米，上口填土宽度为4.5米，内侧（承台部分）坡度为1：1（5.5米），外侧度为1：1.5（8.5米）。一个u形坝基占地面积3272平方，占同一汇水截面积20%（压缩河道面积），围堰总长147.5米，需填土方量约为9634立方。围堰存留期为3个月。 

3、围堰平面布置如图1：

 图1 U形土围堰平面布置图

 4、轴线及高程控制：

对围堰各控制点进行坐标计算，在现场对填土围堰轴线及高程控制采用设置方向标，临时拟定点等，保证轴线及高程正确。

5、堰体稳定性验算：

因河道水为流动水，静水压计算P=ρ*h*g*L=1*5 .0*10*1 .2*147 .5=60kNm

动水压力：   pd=k*h*u^2*b*s/(2*g)

堰体重:      G=(4.5+18.25)/2*5.5*ρ2=109

P--水压力  、ρ1--水密度、ρ2--红土容重 、h--河水高度、g--取10  L--水中堰体长度、4 .5-堰体上内宽、18 .25-堰体下口设计宽、5 .5-堰体填土高度。1 .2-为安全系数。

6、堰体的抗渗性计算：

Q=1.366*k(H^2-h^2)/(log(2D)-logr)

三、施工准备：

1、测量放样：通过放样确定围堰范围，占地面积。

2、清除岸边杂物，整平现场

3、绘出平面图，计算出围堰控制点坐标报监理工程师核准。

4、修筑便道：便道设在桥梁桩位中间，宽5m。

5、选定围堰取填料土场，结合当地材料情况，选择当地施工大都采用的红粘土做施工坝基围堰，红粘土有一定的粘度，渗水量小，碾压密实有具有一定的抗冲刷性，饱水效果好，是土石围堰填料的良好材料，避免了坝好和坝基二次重做渗水处理和工作。

四、施工方法：

1、围堰填筑不要直接向水中倾倒土，应出水面和土倒在已堰头，用机械顺坡送入水中，以免直接倒入水中土体发生离析或被水冲走，造成堰体填好渗水或当浪费，水面以上土分层填筑，每层厚度不超过30cm，并采用压路碾压密实，达到堰体整体稳固，承受一定的抗冲刷，合拢后不下沉，不塌陷满足施工要求。

2、清除围堰内淤泥，先采用抽水机将被围起部分水抽干，然后组织挖机及运输车将水中淤泥运离现场。

3、对清好的围内设积水坑，定时将积水抽出，然后再对堰内填入防渗好的土，填土厚度视堰内渗水大小及满足要求来定。

4、因筑引起河水流速增大使堰外坡面有受冲刷的危险时，可在外坡面用草皮、柴排、片石、草袋或土工织物等加以防护。

5、清除堰底河床上杂物、树根、石块等，减少渗漏发生，填筑应从上游开始至下游合拢。

6、施工中严格设计要求放出坐标控制点，保证施工过程没有多于设计的土落入河道挤压河道造成汇水面积减少，水流量增大给堰体造成压力。

五、施工进度及措施

1 .计划于11月中旬开始，20天完成填土，12月中旬钻机就位，以5天完成一根桩计算，4 0天完成主墩桩基的施工；一个承台考虑用10~15天。施工工期为90天，即围堰存留期为3个月。

2 .详细的实施性工程进度计划，采用流水作业与平行交叉作业施工，使总体计划得到实现。总体计划的控制由项目经理负责监督实施，并检查落实，同时与工资挂钩，促使各项工序紧密连接，统筹兼顾。

3、调动全体员工的工作积极性，因事定岗，因岗定人，做到事事有人管，人人有任务。具体事宜由分部制定落实。

4、合理调配材料、施工机具的使用，协调好各部门、各施工队及外部设备关系。创造一个良好的施工环境。

5、保证全体职工的日常生产、生活需要，由物资供应部门与行政管理部负责实施。

六、施工主要机械设备：

序号 机械名称 台数 备注

1 挖机 1台 

2 推土机 1台 

3 压路机 1台 

4 运土车 10台 

5 抽水机 2台 

七、成本预算：

  围堰土方量V1=(a+a+a*1.5+a*1.0)/2*h*L=9634方

围堰内土方量V2=s*h0=1933*0.5=967方

围堰填土总方量：v= V1+ V2=10601方   

土方单价（运到现场）50元/m3 

机械租用费按一个月完成计算：

推土机月租15000元、压路机月租15000元、挖机月租28000元

故围堰直接费用合计约588050元。

方案二：土围堰与钢板桩围堰接合

一、方案描述： 

1、围堰方式：

用粘土对两承台连线中点为半径进行圓形填土围堰，在以填好和围堰上进行桩基施工，桩基施工结束，移出钻机，对围堰承台部分进行二次开挖，并打入钢板桩。采用土围堰与距形钢板桩接合的方式。（土围堰部分与施工方案一，与方案一相同）。

二、围堰尺寸拟定：

土围堰部分以两承台中点连线为中心， 22.2米为堰顶半径，30.5堰底半径，对承台进行圓形围堰，围堰尺寸满足施工要求，堰顶距岸边为9米，堰顶距河道中心为20 .9米，两侧不能采取同一种围堰方案进行，河道不能满足通航要求。

钢板桩部分围堰为正方形，边长为14 .5米，以每个承台为中心。

三、绘制平面布置图

 图2 圆形筑岛围堰平面布置图 

四、钢板桩围堰计算

1．钢板桩打入深度计算：

坑深10米，按中间设支撑形式，按钢板桩第3种情况计算，

坑沿活载为34kn/m^2   Ф=25

固定荷载：h=a*h=0.34*10=3.4m   

m=ρ*h^3=0.17*1000=170kn

      r=2.7*h^2=270kn

活动荷载：△h=m=0.09m     

△m=β*h^2=1.95*100=195kn

△r=μ*h=15.1*10=151kn

入土深度:   H=h+△h=3.49m    

M= m+△m=365kn   

R=r+△r=421kn

2．支撑间距：s1=0.475*h+0.16*H=5.31m    

s2=10-5.31=4.69m

板桩断面  w=M/[σ]/1.5=1352cm^3

导梁计算  Md=M+Ry

        y=y0/(1-n/p)

        y0=5qb^4/(384*EI)

五、钢板桩围堰施工准备（土堰部分施工同方案一）

1、场土平整，移出钻机，清除场内杂物，将存留在桩基内的泥浆抽走。

2、测量放样，放出钢板桩打入控制点位，绘出新的平面图。

3、检查机械设备，钢板桩，打桩机、吊装设备进入现场。

六、施工方案： 

1、施工工艺框图

场地平整 ---  测量放样----承台开挖---打入钢板桩-----二次放样----

基坑平整----渗水处理

2、施工方案

（如水流速较大可以在土围堰外侧打入木桩，防止水流冲刷，对堰体造成破坏）

1)、先对钢板桩经过装卸、运输、会出现撞伤、弯扭及锁口变形，钢板桩在拼组前必须进行检查。

2)、插打钢板桩的导向设备，测量放样后，按照施工方法，一般先打定位桩，在定位桩上安置导梁，组成框架式的围笼作为插桩时导向设备，因此在施打前必须制作导向架。

3)、钢板桩在插打钢板桩之前，为保证钢板桩顺利合拢，应先打下检验导向架是否正确。在插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插正、打正，以免影响后面的钢板桩。在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后20片时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉使之合拢，合拢后，再逐根打到设计深度。

七、机械设备：

序号 机械名称 台数 备注

1 挖机 1台 

2 推土机 1台 

3 压路机 1台 

4 运土车 10台 

5 抽水机 1台 

6 打桩机 1台 

7 钢板桩 40米 

八、施工进度计划： （因此方案与方案一不能同时施工进度不考虑）

九、人员：

十、施工安全工作

十一、环境保护措施

十二、成本合算：

1、围堰土方量：V1=Л*h/3*(R^2+r^2+R*r)

=3.14*5.5/3*(30.488^2+22.238^2+30.488*22.238)

=12100方

2、施工便道填土方量：V2=(2a+2a*1.5)/2*h*l=2.5*4.5*5.5*19

=1176方

土方单价：（运到现场）50元/m3

3、钢板桩数量:     Lq=a*8/b*h=14.5*8/0.4 *16=40m 

钢板桩单价：钢材每米77 .27kg，5？元/吨

4、机械租用费按一个月完成计算：

推土机月租15000元、

压路机月租15000元

挖机月租28000元。

故一侧围堰直接费用合计约824339元（没计入支撑数量）。

围堰存方案三：双护壁钢板桩围堰

一．平面布置图如下示：

二.方案描述： 

对承台采用圆形双护壁钢板桩围堰，围堰分内外两层，两层中间部分填入粘土，围堰围成后，利用围堰及承台内设置和施工平台进行桩基施工。

三、围堰尺寸拟定：

对承台采用圆形钢板桩进行围堰，钢板分两层设置，外层半径为21。4米，外层半径为20米，两层围间距为1。5米，圓形钢板桩围堰中心点为两承台中线中点，内层钢板桩大于承台桩桩基施工平台1米。其它设计尺寸见上图。

四、钢板桩受力计算略

1．钢板桩打入深度计算：

坑深10米，按中间设支撑形式，按钢板桩第3种情况计算，

坑沿活载为34kn/m^2   Ф=22.5

固定荷载：h=a*h  

          m=ρ*h^3       

          r=2.7*h^2

活动荷载：△h=m   

          △m=β*h^2

△r=μ*h

入土深度:  H=h+△h    

M= m+△m 

R=r+△r

2．支撑间距：s1=0.475*h+0.16*H    

3板桩断面： w=M/[σ]/1.5=1352cm^3

4.导梁计算.  Md=M+Ry

           y=y0/(1-n/p)

           y0=5qb^4/(384*EI)

五、渗水量计算

     Q=ksUq      

u---围堰周长  

s---地下水面到基坑底面距离   

q---单位渗水量（亚粘土为0 .16----0 .32m^3/h）   

k---k=各土层渗透系数的加权平均值， 

k=(k1     h 1+ k2    h 2…kn     h n)/(   h 1 +  h 2 … hn)

五、钢板桩围堰施工准备（土堰部分施工同方案一）

1、测量放样，放出钢板桩打入控制点位，绘出新的平面图。

2、先对钢板桩经过装卸、运输、会出现撞伤、弯扭及锁口变形，钢板桩在拼组前必须进行检查。

3、插打钢板桩的导向设备，测量放样后，按照施工方法，一般先打定位桩，在定位桩上安置导梁，组成框架式的围笼作为插桩时导向设备，因此在施打前必须制作导向架。

4、检查机械设备，钢板桩，打桩机、吊装设备进入现场。

六、施工方案： 

1、施工工艺框图

上报施工方案---------- 材料准备----设置河道交通标志----------- 打入钢板桩

2、施工方案

1)、钢板桩在插打钢板桩之前，为保证钢板桩顺利合拢，应先打下检验导向架是否正确。在插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插正、打正，以免影响后面的钢板桩。在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后20片时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉使之合拢，合拢后，再逐根打到设计深度。

2)、拟定钢板桩打入位置宽于承台设计2m，保证机械及施工放便。

3)、插打钢板桩的导向设备，测量放样后，按照施工方法，一般先打定位桩，在定位桩上安置导梁，组成框架式的围笼作为插桩时导向设备， 因此在施打前必须制作导向架。

4)、钢板桩在插打钢板桩之前，为保证钢板桩顺利合拢，应先打下检验导向架是否正确。在插打钢板桩时，第一根钢板桩必须插正、打正，以免影响后面的钢板桩。在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后20片时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉使之合拢，合拢后，再逐根打到设计深度。

5)、钢板桩轴线及标高控制

a、轴线控制：

①、绘制平面图，在图上计算出导向架坐标，经确放出个导向架桩位，并用打桩机打入个导向架，打到一半时二次进行复核，导向架定位有无片偏位，将各导向架进行编号，计算出方位角，施打钢板桩时用两台全站仪进行角度交汇法对钢板桩中心进行定位。

②、在对吊起钢板桩中心线定位好后，打桩船才可利用导向架对钢板桩进行施打作业，在施打钢板桩开始时，要采用两台全站仪对其轴线实行全过程监测，发现有偏移，马上纠正，确保打入的钢板桩处于竖直插打状态，到施工完毕后，钢管桩倾斜率能够满足在1%以内及平面位置偏差在100mm以内的要求。

b、标高控制：

①、设计钢板桩出水高度定为0.5m。

②、在施打前4快钢板桩至接近设计标高时，打桩船采取减震措施，放慢钢管桩进尺速度，控制高程误差在30mm以内，确保施打完毕后的钢板桩顶部处于同一水平面， 

c、其他钢板桩位置控制：

其他水中钢板桩的定位以及高程控制均以已施打好的前4快钢板桩为基准进行拉线控制。

d、做好围堰钢板桩打入按施打顺序编号。

六、施工计划：

计划2006年12月上旬开始施工，2007年4月中旬完工。

七、施工注意事项：

1、在水中钻孔平平台、围堰施工之前，施工方案必须是业方和驻地监理组审批同意后方可进行施工。

2、在水中平台、围堰施工之前，组织人员对整个水上施工作业向对全体职工进行一次全面的安全技术交底。确保完成水中钻孔平台、围堰施工任务。

3、在水中钻孔平台过程中吊装工字钢时，注意不要磕碰已打设好的钢板桩，工字钢在焊接牢固后，在现场施工人员的指挥下方可脱钩。

4、在水上施工作业整个过程中各施工人员一定要集中精力、服从指挥，避免发生任何事故。

5、对于设立好的河道交通标识安排专人每天进行检查、维护，确保在整个施工期间不受任何破损、丢失。

八、机械设备：

序号 机械名称 台数 备注

1 挖机 1台 

2 推土机 1台 

3 压路机 1台 

4 运土车 2台 

5 抽水机 1台 

6 打桩机 1台 

7 钢板桩 9452米 

九、人员：

十、施工安全工作

十一、环境保护措施：

十二、施工组织机构及分工

十三、成本合算

按图上设计计算：

L=(2R*3.14/b*h)+(2r*3.14/b*h)= 47+4555=9452m

1、40b号工字钢：  Lg= d*8=116m

2、直径60cm厚8mm钢管桩：  

16根每根13m   （钢板桩及钢管桩租用为 1元/米/天）

3、便道用土方量：v=（2a+2a*1.5）/2*l= 98方（便道上口宽a=7m）

4、机械租用费：推土机、压路机、挖机、用量较小，

打桩机每月70000元。   

合计：q=L*m*30*3+ Lg*g*m0*30*3+70000=949520元

留期按3个月计算。