福源路大桥主桥水中墩围堰设计方案比选

熊建国

1 工程概况

福源路大桥系广东省中山市三角镇福源路至港口镇阜港路道路工程横跨鸡鸦水道的一座特大桥，该桥中心里程为K 4+479m，主桥上部结构为(0+75+135+75+50)m刚构组合梁，两侧引桥采用30m跨简支箱梁(先简支后连续)，桥梁全长1202.6m。河道水面宽近 300m，水深12m。15号，16号，17号墩为水中墩。由于水中 3个墩情况基本相似，故取 16号墩围堰设计方案作比较。

主桥左右幅分离，单幅桥面宽度15.5m。

1.1 承台尺寸

16号、17号墩共计各 12根φ2m结构桩、14根φ1.2m防撞桩，结构桩基底高程-78.292m，桩顶高程-8.292m，左右幅承台截面尺寸均为14m×9m×3.5m，间距为2.5m。

1.2 水文地质

受大气降雨及西江支流河水和伶仃洋海水补给，鸡鸦河道在张家边和小榄水道汇合成横门水道汇入伶仃洋海域排泄，受潮汐影响较大，河道水深，水流急，冲刷作用较大。主桥水中墩墩位处自上而下地质情况为:流塑淤泥，软塑 ～流塑，淤泥质土，软塑粉质粘土，松散 ～稍密粉砂，稍密～中密中砂，稍密～中密圆砾。

1)Ⅰ类土:②-1淤泥，流塑、黑色，容重r=16.6 kN/m3。浮容重r′=6.6 kN/m3，内摩擦角φ=3.67°，粘聚力C=7.66 kPa，土的主动土压力系数Ka=0.879 7，被动土压力系数KP=1.136 8。2)Ⅰ类土:②-2淤泥质土，软塑～流塑、黑色，容重r=16.8 kN/m3。浮容重r′=6.8 kN/m3，内摩擦角φ=6.8°，粘聚力C=10.5 kPa，桩周摩擦阻力qk=25 kPa，土的主动土压力系数Ka=0.788 3，土的被动土压力系数KP=1.268 6。3)Ⅱ类土:③-1粉质粘土，软塑、黑色，容重r=19.3 kN/m3，浮容重r′=9.3 kN/m3，内摩擦角φ= 13.01°，粘聚力C=21.6 kPa，桩周摩擦阻力qk=45 kPa，土的主动土压力系数Ka=0.632 5，被动土压力系数KP=1.581 1。

2 围堰设计原则及技术标准

2.1 设计原则

1)福源路大桥工期短、时间紧，水中主墩 16号、17号已为控制工期的节点工程，故必须选择施工周期短、施工速度快、材料资源丰富的钢围堰方案。2)钢围堰必须具备足够的刚度以保证施工安全及渡洪要求，围堰为临时结构，均按 50年一遇洪水位进行设计。3)根据目前已经搭设并开始施工的主墩钻孔平台尺寸及不妨碍承台施工要求、抽水设备、汇水井的布置等因素，故以防撞桩为参考依据，围堰轮廓尺寸至防撞桩最小距离不小于 1.5m。

2.2 设计标准

围堰设计标准见表1。

表1 围堰设计标准 m

3 设计方案

1)双壁钢围堰。16号，17号墩:长边:46m，短边:19m(见图1)。围堰顶标高+4.00m，底标高-16.00m。封底混凝土厚度2.5m，换填碎石土厚度 1.0m。围堰沿 z轴方向垂直度不大于 1/50。内外壁板均为 12mm钢板，围堰龙骨采用角钢。为了保证围堰能下沉到预定的标高，格仓内自下而上浇筑 14m高C30混凝土，并采用2.5m厚C 30混凝土进行封底。

2)钢板桩围堰。16号、17号:长边:38.4m，短边:16.8m(见图2)。围堰顶标高+4.00m，底标高-20.00m。封底混凝土厚度2.5m，换填碎石土厚度1.0m。钢板桩沿z轴方向垂直度不大于1/100。钢板桩均为larssenrⅣ号桩，桩长24 m。围堰内设置5层围囹，围囹材料均为φ630×10无缝钢管。围堰内浇筑 2.5m厚 C30混凝土进行封底。

3)锁口钢管桩围堰。16号、17号:长边:39.2m，短边:17.8m (见图3)。围堰顶标高+4.00m，底标高-16.00m。封底混凝土厚度2.5m，换填碎石土厚度1.0m。锁口钢管桩沿z轴方向垂直度不大于 1/100。钢管桩采用φ630×10榫卯式无缝钢管桩，桩长20m。围堰内设置2层围囹，围囹材料均为φ630×10无缝钢管。围堰内浇筑2.5m厚C 30混凝土进行封底。

4 技术性和安全性比较

4.1 双壁钢围堰施工方案

优点:大壁厚、少支撑或小壁厚、密支撑，其整体刚度大，抗渗水性能好。不受施工水位限制，可承受较大的水土压力，能安全渡洪。工序单一，施工简便，制作方便，安全性较好。

缺点:钢材用量较大、所需施工场地大，需要大型运输、起吊设备和拼装平台，下沉工艺较复杂，施工周期长。

4.2 钢板桩围堰施工方案

优点:截面模量较大，可承受较大的水土压力，支撑简单，作业方便，施工速度快，制作、加工、安装、插打方便灵活，工艺简单，无需大型机具设备，不要浮运设施;结构形式灵活，安全性较好。

缺点:由于承台轮廓尺寸大且为矩形，不能像圆形围堰那样能自成稳定受力结构抵抗外力。因此，如采用普通的钢板桩围堰，其内支撑密集程度使得施工相当困难。无论是排水开挖或不排水开挖都相当困难。内支撑的安装更无法实现。加上该处地质条件由淤泥到淤泥质亚粘土，内外主、被动土压力值非常大;又由于承台埋深较大，其钢板桩围堰的抗弯模量如需满足所需要的强度及刚度、稳定性，则需大量密集内支撑，受洪水和波浪力影响的安全性相对较差，渗水难以控制。

4.3 锁口钢管桩围堰施工方案

优点:截面模量、刚度大，具有很强的抗弯能力，支撑简单方便，并可用常备万能杆件等材料作内支撑，具有可靠的结构稳定性和作业方便性;施工速度快，制作、加工、安装、插打方便灵活，工艺简单，无需大型机具设备，不要浮运设施;结构形式灵活，适用于各种形状水下承台基础形式，安全性较好。

缺点:目前市场使用的锁口钢管桩围堰锁口间榫卯截面积不等，造成锁口钢管桩不对称，故易产生倾斜;广东地区材料供应市场不成熟;锁口止水性要求高;管桩下沉时相互挤压使锁口间产生施工附加力而加大施工难度，相对用料大。

5 经济性比较

5.1 双壁钢围堰施工方案

一次性投入少，回收率低，重复利用率小;一个双壁钢围堰所需型钢约1 019 t，C30混凝土 3503m3、换填 646m3，费用约 1 165万元。

5.2 钢板桩围堰施工方案

材料市场较活跃，回收率高，可租可买，重复使用率高。

一个钢板桩围堰所需型钢约 936 t，C30混凝土 1 405m3、换填562m3，需费用约 346万元(钢板桩为租赁，其他材料自备)。

5.3 锁口钢管桩围堰施工方案

设备式投入，可重复利用，经济、适用。

一个锁口钢管桩围堰所需型钢约 762 t，C30混凝土 910 m3、换填 1 230m3，费用约 324万元(锁口钢管桩为租赁，其他材料自备)。

一个锁口钢管桩围堰所需费用约1 213万元(所有材料自备)。

6 结语

通过以上各种因素比选表明，以上 3种方案在施工技术上均是可行的。安全方面双壁钢围堰及锁口钢管桩围堰有优势，经济方面锁口钢管桩围堰有优势。但结合本工程的实际情况综合分析，最后选定在工期方面更具优势的钢板桩围堰。

[1] 刘自明.桥梁深水基础[M].北京:人民交通出版社，2003.

[2] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[3] 张国伟.旬阳汉江大桥水中墩施工技术[J].山西建筑，2009，35(1):332-333.