跨海大桥浅水区非通航孔桥基础围堰方案

设计推荐的“逐桩钢筒围堰分批转换”方案，能有效地完成预制承台的安装施工作业，但该方案具有基坑开挖工程量大、预留孔分两批盖挖法施工，周期较长；在风浪流作用下，为保证封堵混凝土的止水效果，设置了承台与复合桩间的锁定装置，该装置措施复杂，操作困难；整个施工过程有2处结构需要止水（预留孔底及钢筒围堰与承台顶连接处）。预留孔混凝土在钢筒围堰狭小空间内施工，作业环境差。原止水方案见图5.11.1-1所示。
在研究该方案的同时，寻求其他更优方案。为了减少海上基坑开挖工程量，减少波流力影响，降低承台墩身安装盖挖法施工风险，建议采取“大围堰封底止水方案”。见图5.11.1-2所示。

⑴方案介绍
“大围堰封底止水方案”采用板桩组合结构。围堰由壁板、定位锚桩、上下圈梁组成。该方案基坑开挖工程量少，施工作业周期短，在风、浪、流及潮位变化作用下，对预留孔新浇混凝土施工不会造成直接影响。
两种方案在承台安装过程中，主体结构桩基受力大小有所不同：原方案在第一批挂桩时单桩最大反力约800t，大围堰止水方案单桩最大反力约275t（考虑总体冲刷影响，计入封底混凝土的自重）。
本方案施工时，首先利用双体定位船舶进行大围堰的精确定位，插打4根锚桩，利用4台液压打桩锤整体插打围堰至设计标高，将围堰结构锚固于4根钢管桩之上，然后进行围堰内的基坑开挖。安装整体式钻孔平台和导向架，依次插打6根钢管桩后，浇筑封底混凝土。待封底混凝土强度达到要求后分批进行钻孔桩施工。围堰内抽水并清理浮浆和杂物，浇筑承台支承座。“小天鹅”浮吊安装承台并挂桩于3根钢管桩上，利用桩顶三向调整装置精确调整承台平面位置后下放承台至支承座上。切割工具桩，绑扎预留孔钢筋并浇筑混凝土，待混
凝土强度达到设计要求后，拆除围堰，继续进行后续工序施工。
⑵大围堰封底止水方案结构形式及受力机理
①大围堰结构形式
围堰采用型钢双壁结构，在围堰四角布置4根直径2m的钢管锚桩。钢管桩在施工过程中既有定位功能又作为围堰受力结构的一部分。
在围堰的顶面及围堰与河床接触面处各设置两道圈梁。上圈梁采用2HN700×300型钢截面，下圈梁采用2000×2000mm的箱型截面，截面所有钢板厚度为30mm。
②大围堰受力机理
该围堰结构，它兼顾了普通板桩围堰的套箱作用和吊箱围堰的受力机理。板桩受力通过上下圈梁的整体性能把横向的外载传递给4个角桩，通过4根锚桩保证围堰的整体稳定。壁板的稳定入土深度仅考虑内外土压力产生的基坑局部隆起产生的影响，不需要像普通板桩围堰那样入土很深，保证了围堰结构的受力要求。
因此，该桩板组合结构的锚桩体系，在满足围堰的防水、抵抗外荷载基本功能的同时，又具有自身平面定位，钢管桩的插打导向等功能。最重要的是其减少了板桩的入土深度及基坑的开挖工程量，有一定的经济效益。
⑶大围堰封底止水方案施工步骤
预制承台的施工中，综合考虑钢管桩的插打、钻孔桩的施工，预制承台的吊挂和体系转换等工序，安排施工装备和作业步骤。
施工步骤见图5.11-3所示。




图5.11.1-3 大围堰封底止水方案施工步骤图
(4)大围堰在不同作业状态下的结构安全性分析
分析围堰在施工过程中不同作业坏境下的载荷，找出最不利受力工况，按相关规范进行工况荷载组合。通过有限元分析，对结构安全性及稳定性进行验算。对基坑开挖基底进行隆起计算，同时对围堰封底进行验算，以保证围堰从整体到局部的安全性。
①大围堰入土深度的确定
根据设计文件关于本合同段的冲刷资料可知，在分析“桩板组合围堰”时，以1m的冲刷深度进行计算。见表5.11.1-1所示。

图5.11.1-3 大围堰封底止水方案施工步骤图
(4)大围堰在不同作业状态下的结构安全性分析
分析围堰在施工过程中不同作业坏境下的载荷，找出最不利受力工况，按相关规范进行工况荷载组合。通过有限元分析，对结构安全性及稳定性进行验算。对基坑开挖基底进行隆起计算，同时对围堰封底进行验算，以保证围堰从整体到局部的安全性。
①大围堰入土深度的确定
根据设计文件关于本合同段的冲刷资料可知，在分析“桩板组合围堰”时，以1m的冲刷深度进行计算。见表5.11.1-1所示。




图5.11.1-3 大围堰封底止水方案施工步骤图
(4)大围堰在不同作业状态下的结构安全性分析
分析围堰在施工过程中不同作业坏境下的载荷，找出最不利受力工况，按相关规范进行工况荷载组合。通过有限元分析，对结构安全性及稳定性进行验算。对基坑开挖基底进行隆起计算，同时对围堰封底进行验算，以保证围堰从整体到局部的安全性。
①大围堰入土深度的确定
根据设计文件关于本合同段的冲刷资料可知，在分析“桩板组合围堰”时，以1m的冲刷深度进行计算。见表5.11.1-1所示。

d.模型建立
结构计算采用有限元软件进行计算。其中主要以板单元与梁单元作为计算模型。其中围堰的内外壁板，壁板间的劲板、肋板及钢管桩都采用板单元，同时考虑2m冲刷。上下圈梁采用梁单元。见图5.11.1-5所示。








由上对比可知，在考虑基坑开挖工程量的基础上，带案方案的施工总费用相当。
结论：“大围堰封底止水方案”能更好的解决因风、浪、流等环境荷载下的预制承台预留孔混凝土的浇筑的影响，节约了施工时间。