观音沙特大桥主桥墩承台围堰设计与施工

观音沙特大桥主桥墩承台围堰设计与施工

观音沙特大桥主桥墩承台围堰设计与施工

摘要：京珠高速公路北段广州番禺观音沙大桥特主桥墩承台为深水高桩大体积混凝土承台施工，位于广州番禺市桥沥和沙湾水道两条大型河流上，均属珠江水系，采用钢板桩围堰、吊架平台方案设计与施工，速度快、安全可靠、质量优、效益好。

关键词：观音沙特大桥；主桥墩承台；钢板桩围堰；吊架平台；设计；施工。

Abstract: The special main pier pile cap, Panyu, Guangzhou, Beijing-Zhuhai Expressway northern section of Guanyin sand Bridge deepwater high pile of mass concrete pile cap construction, located in Guangzhou Panyu the Shiqiao Lek and Shawan waterway two large rivers, are the Pearl River, usingsteel sheet pile cofferdam, the the hanger platform design and construction of fast, safe, reliable, excellent quality, good benefits.

Key words: the Guanyin Saudi Bridge; main pier pile cap; steel sheet pile cofferdam; the hanger platform; design; construction.

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一、工程概况

观音沙特大桥全长2471m，分南、北两引桥和主桥三部分，主桥为65m+2×120m+65m四跨变截面预应力连续刚构，全长370m。

观音沙特大桥主桥墩基础采用10根Ф2.2m的钻孔灌注桩，左右幅各5根，布置按“品”字型排布，整体式承台，桩长（承台以下）46～47m不等。承台设计为高桩承台，承台尺寸为37.7m（长）×9.6m（宽）×3m（高），承台顶面标高+2.1m，底面标高－0.9m，河床底标高－6.5m。承台采用钢板桩围堰（详见图1）、吊架平台方案施工。

二、施工方案的比选

吊箱围堰、钢板桩围堰的比较

内容

方案 优点 缺点 选择

方案

钢板桩围堰 施工简单、快捷、钢板桩可租用、无封底砼、成本低、无需大型起吊设备，承台施工完侧模可作墩身模板 整体刚度小，内支撑设置较强

√

吊箱围堰 围堰可兼做承台模板，承台施工完侧模可作墩身模板 材料用量多，加工难度大，下沉时间长，工期长，需大型起吊设备

三、钢板桩围堰及吊架平台的设计

钢板桩围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构，其目的是通过钢板桩围水利用水泵降低钢板桩内水位，通过吊架平台浇筑承台砼，为承台施工提供无水的干处施工环境。

1、设计条件

（1）工况条件

①围堰内降水至承台底以下1m的阶段；

②吊架平台拼装完，浇筑第一层（1.2m）承台砼阶段。

（2）水位条件

广东番禺市桥沥和沙湾水道两大河流均属珠江水系，距入海口约20km。沙湾水道水流平缓，涨潮时流速较小，退潮时流速较大，平均流速为1. 12m/s，河流水位受潮汐影响大，潮差最大达2m，沙湾水道三百年一遇设计水位+3.464m。

（3）结构设计条件

根据工况条件及水位情况，确定钢板桩围堰结构设计条件：

钢板桩围堰尺寸：41.0m×11.5m

钢板桩顶标高：+4.0m

内支撑标高：顶层为+2.7m，底层为-1.9m

设计水位：+3.464m

2、设计依据

（1）《京珠高速公路北段广州番禺观音沙大桥施工设计图》

（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

（3）《公路桥涵施工技术规范》

（4）《路桥施工计算手册》

（5）《桥梁施工工程师手册》

（6）《钢结构设计手册》

3、围堰构造简介

（1）钢板桩围堰

①钢板桩：钢板桩采用德国拉森Ⅲ型槽式钢板桩，单根长15m，板桩入土深度4.5m。

②围堰内支撑系统：内支撑由内圈梁和水平支撑柱组成。

内圈梁分顶、底两层，设在围堰内侧，高程分别为+2.7m，-1.9m。分别为2 I 45a，2 I 36a工字钢，主要承受钢板桩传递的荷载，并将其传给水平支撑柱。

水平支撑柱均由双拼I 36a工钢组成，水平支撑柱与内圈梁之间采用焊接连接。

（2）吊架平台结构（详见图2）

①底梁：底梁采用С30钢筋砼梁，断面尺寸为0.4m×0.6m，梁长38.8m，采用分节安装，每节9.7m.底梁先分节在岸上预制，然后在现场湿接成整节梁段。

②底板：底板亦采用预制С25钢筋砼预制板，底板厚12cm，在岸上精确放样共分成16块分块预制编号，现场按编号拼装湿接成整板。

③砼临时承重立柱：立柱采用与承台同标号砼预制，承台内钢筋层在其相应位置处预留，施工时与承台钢筋焊接。承重立柱为保证其稳定性施工时埋入桩基内1m，桩基在浇筑时事先欠灌1m，待砼立柱安装完后浇筑剩余1m砼与桩基固结。

④吊架支吊系统：支吊系统由纵、横梁、吊杆组成。支吊系统的作用是承担底板及承台第一层（1.2m）砼重量。

横梁：横梁（顺水流方向），共计2排，设在砼立柱上，每排采用1组3片贝雷梁组成。贝雷梁的作用是支承纵梁，并将纵梁传递的荷载传递（通过立柱）给桩基。

纵梁：纵梁（顺桥向）设置在贝雷梁上，共6排，每排由2 I 45a工钢组成。纵梁是用来支承吊杆，并将吊杆荷载传递给贝雷梁。

吊杆：吊杆由Ф32精轧螺纹钢筋与之配套的连接器，螺帽等组成，共计24根吊杆穿过底板，固定在钢筋砼预制底梁上（底梁在预制时预先设置Ф40mm吊孔）。

4、设计计算

（1）荷载取值

钢板桩：水平荷载静水压力+流水压力+其他

其中静水压力按10kN/平方米计，水压随高度按线性分布

流水压力按桥址断面平均流速V设=1.12m/sP动=CPρV2/2（CP压力系数）

吊底平台：坚直荷载底梁底板自重+第一层浇筑1.2m砼重+其他

砼容重按r=25kN/立方米

（2）计算

①钢板桩主要承受围堰内外水位差而产生的水压力，其受力最大为围堰内水位降至承台底阶段，此时承受静水压力+流水压力+其他。

②围堰内圈梁承受钢板桩传递的水压力，内圈梁按连续梁进行设计计算，计算其强度和刚度。

③撑杆为一压杆，设计撑杆布置间距，根据撑杆布置间距和选择的材料对其强度和稳定性检算。

④吊架平台底梁设计为钢筋砼梁，按连续梁计算，其主要荷载为底板自重及承台第一层砼浇筑的自重荷载，进行底梁配筋设计。底板按钢筋砼双向板计算，计算板厚及布筋。

⑤吊架支吊系统计算。选择支吊系统纵、横梁及吊杆，计算其强度和刚度，对支吊系统整体稳定性检算。

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四、施工工艺程

五、钢板桩围堰及吊架平台施工

1、钢板桩围堰施工

①底内圈梁制作安装

钢板桩围堰结构构造以钢板桩、内支撑系统为主要组成部分，施工先拆除平台上型钢，在钢护筒上焊接临时牛腿，将先制作加工好的底内圈梁型钢（底内圈梁为2I45a）吊装安放在牛腿上，拼装成围堰形状，以做钢板桩施工的临时导向装置。

②钢板桩插打

用安装成形的底内圈梁作为固定临时导向架插打钢板桩，插打顺序因存在潮沙影响，有两个流向的关系，为减少流水阻力，采取从侧面开始，向上、下游插打，在另一侧合拢。桩锤采用60t振动桩锤。

③内圈梁及撑杆安装定位

钢板桩插打合扰后，将安装好的底内圈梁及撑杆通过6个10t导链葫芦整体下放至设计标高（-1.9m）。同理安装顶层内撑系统，顶内圈梁条及撑杆均采用2工36a型钢，设计中心标高为+2.7m。

④堵漏抽水

待内撑系统安装完成后，采用3台600m3/h的水泵抽水，钢板桩侧锁口不密的漏水处用土工布与黄土条嵌塞，施工过程中堵漏效果明显。围堰内水位降至底内圈梁后加固底层内撑系统，割除护筒，清理桩头。

2、吊架平台施工

①在护筒外侧焊接牛腿，安装底梁，底梁共四根，每根在岸上分四节预制，现场湿接拼装成整体。底梁施工同时安装砼临时承重立柱，立柱为C30钢筋砼柱，立柱预埋入桩基1m。

②底板拼装：将岸上分块预制好的16块预制底板按编号吊至底梁上，焊接好连接钢筋，湿浇成整体。

③吊挂平台：立柱安放后在立柱间设置钢横梁以形成稳定结构，承重横梁采用2组3片贝雷梁结构，分节拼装于立柱上且与立柱固结。2I45a钢工钢纵梁根据底梁吊孔位置摆放在贝雷横梁上，挂好Ф32精轧螺纹钢即完成吊架平台安装。

④吊杆吊挂底梁受力后，整个吊架平台系统就安装完成，调整吊底标高即可进行承台钢筋绑扎浇筑砼。

3、承台施工

主墩承台高3m，总体积952m3，分两层浇筑，第一层厚1.2m，第二层1.8m。吊底平台形成后即可在平台上绑扎钢筋及冷却系统。即按正常工艺进行承台施工。

结束语：

京珠高速公路广东北段观音沙大桥主桥墩基础承台为深水高桩大体积承台，施工难度大，结合实际情况，施工采用单壁钢板桩围堰进行设计施工，取得了显著效果。

①速度快：钢板桩围堰及吊架平台施工自2003年4月10日起，2003年5月17日完成，仅用45天。

②安全可靠：钢板桩插入河床与内撑系统形成一个整体，吊架平台受力明确，结构安全可靠。

③效益好：设计为钢板桩围堰，钢板桩可以租用，施工投入低。吊架平台系统均采用钢筋砼预制件，节约了施工成本。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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