双排拉森钢板桩作为承台围堰和桩基作业平台的设计分析与应用

童祖玲 靳坤

摘要：南京外秦淮河入长江口三汉河人行桥工程因河口出水面狭窄、水深、河床淤泥质图覆盖深等不利施工环境限制，为承台施工造成极大困难。依据实际施工条件，经过多种围堰方案分析比较，最终在南京外秦淮河入长江口三汉河人行桥工程中采用双排拉森钢板桩（SP-V型）作为承台围堰，并以围堰为基础搭建桩基施工平台。本文主要阐述了双排拉森钢板桩（SP-V型）围堰及桩基施工平台的设计及其可行性进行分析。

关键词：双排拉森钢板桩；围堰；桩基施工平台；淤泥质粉质粘土

中图分类号：U445.556 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）05—152—03

引言

双排拉森钢板桩围堰结构形式广泛地运用于软体地基上船坞建造中，近也逐渐被运用于深水域水流速度变化较大的桥梁承台围堰。

双排拉森钢板桩整体的刚性远远大于单排桩。双排钢板桩兼具重力式挡墙特点，自身稳定性远远高于单排桩。此外，双排钢板桩止水挡土效果、应对水流冲击及变化更胜于单排桩。其因施工的灵活性、可回收利用等优点为水流较大、流速变化且施工区域狭窄而不便采用单排桩、钢沉箱作为围堰施工时提供了更好的选择。

1工程概况

三汊河人行桥位于外秦淮河的三汊河口闸下游入长江口。桥位处河道宽度约200m，桥位东侧约110m为三汉河口闸。

桥梁采用五跨异型曲线连续钢箱梁，全长353.511m，其中最大跨径58.62m，最小跨径30.993m。下部共设有5个桥墩，其中#、3#桥墩位于河道中心，其余位于河口漫潍上。2#、3#承台底标高为2.7，顶标高为-0.5m。

2围堰设计

2.1设计原由

河床顶层为50cm厚的浮淤，其下层为29m厚的淤泥质粉质粘土层。

（1）若采用单排拉森钢板桩围堰，则需穿透29m厚的软土层，钢板桩设计长度达30m以上；且因位于河口位置水流较大多变，需采取防冲刷措施保证围堰整体稳定性。单排拉森钢板桩围堰不仅施工难度大，而且不经济。

（2）若采用钢沉箱围堰，采用大型船吊，且回收利用率小。施工速度慢，施工成本大。

（3）若采用双排拉森钢板桩，内外排问吹填中粗砂，上部采用钢筋拉结，内设角撑。双排拉森钢板桩其自身具有挡土墙特性，稳定性好，入土深度浅，抗水流能力强。且可以利用其重力式挡墙的特点，具有较高的承载力，以其为基础搭建桩基施工平台，可以不再另建桩基施工平台，加快施工速度，节约施工成本。

经过比选最终确定以双排拉森钢板桩结构作为承台围堰及桩基施工平台基础。

2.2围堰设计

钢板桩选用SP，V型拉森钢板桩，围檩角撑采用双拼H400×400型钢。围堰设计如下：

3可行性验算

目前国内没有规范或手册记载双排拉森钢板桩理论验算公式。在本工程进行设计验算时查阅大量相关论文，并结合本工程设计的双排拉森钢板桩围堰结构特点：宽高比为1.5/18，相当于单排桩，但其抗弯能力远远大于单排拉森钢板桩，双排拉森钢板桩刚度较好，在安全验算中，将双排拉森钢板桩近似视为刚性体，采用经典力学模型进行保守计算，保证围堰体系的安全性。

3.1计算参数

3.1.1钢板桩型号：

拉森v型钢板桩，其规格见图3：

3.2计算方法

由于2#围堰开挖深度大，故仅对2#围堰进行计算。

为简化计算，钢板桩围堰采用等值梁法计算，常用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置。计算土压力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，将板桩墙前和墙后的被动土压力分别乘以修正系数（为安全起见，对主动土压力则不予折减）。

本文计算作出如下假设：

（1）假设计算时取1m宽单位宽度钢板桩。

（2）因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0）。

（3）弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算。

（4）假设钢板桩在封底砼面以下0.5m处固结。

（5）由于所处土层为淤泥粉质黏土，为不透水层，故本工程土压力计算采用水土合算法。

3.2.1工况简述

工况一、第一道内支撑安装后，抽水至+3.0m，第一层内支撑受力处于最不利状态。

工况二、第二道内支撑安装后，围堰内回水至围堰外水位标高，水下吸泥、清淤至4.2m。

工况三、封底混凝土达到强度后，围堰内继续抽水至0.5m。

工况四、安装第三道内支撑后，抽干围堰内水。

3.2.2各道工况验算：

根据上述工况计算，钢板桩内力及内支撑支撑反力计算结果汇总如下表：

由表7可知，钢板桩应力满足规范要求。

3.2.3内支撑计算

钢围檩、支撑皆采用双拼40工字钢。由表3可知，第一道内支撑最大支撑反力为150.51 kN，第二道内支撑最大支撑反力为384.23 kN，第三道内支撑最大支撑反力为272.71 kN。由于第二道内支撑最大反力最大，只验算第二道内支撑。

4围堰施工

4.1围堰施工

安装导向，选用75吨履带吊车配合震动锤在施工完毕的栈桥上施打外排拉森钢板桩及内排拉森钢板桩。拉森钢板桩施工结束后，进行钢板桩对拉钢筋、首道支撑的施工，采用吸砂泵吹填砂至设计标高。

桩基施工结束后，进行抽水、围檩支撑安装、混凝土封底施工。施工过程中未出现安全事件，围堰结构稳定保证了承台、墩柱的顺利施工。

4.2施工过程中的监测

双排拉森钢板桩技术运用尚不成熟，在施工过程中还需辅以围堰监测，确保围堰的安全。

围堰及桩基平台施工结束后，在围堰顶面四个角点布置沉降观测点。每天安排测量人员早、中、晚、夜各测量一次。经过一周观测，围堰已稳定。

4.3汛期围堰的稳定性

汛期水位高涨至围堰顶面以下70cm处，汛期监测及围堰实际使用状况显示，围堰是稳定的。

5结束语

南京三汊河口人行桥工程位于南京外秦淮河入长江口，在汛期水深达7.5m，河床软土覆盖深度大，采用常规单排拉森钢板桩围堰，其入土深度远大于双排拉森钢板桩围堰，在狭窄的河口施工极不方便，且采用单排拉森钢板桩需另设桩基施工平台，增加了造价。从三汊河口人行桥工程承台围堰的顺利施工来看，采用双排拉森钢板桩作为承台围堰，兼做桩基施工平台应用于区域狭小、水深大、河床软土覆盖深的桥梁下部结构施工是合理可行的，并且有其经济及工期优势。本工程对双排拉森钢板桩围堰的成功应用，为以后类似工程提供借鉴。

但是，目前对双排拉森钢板桩围堰的运用尚处于摸索阶段，在设计验算过程中偏保守，没有将双排拉森钢板桩围堰经济优势进一步发挥出来，在以后的运用中还需不断地探索与验证，努力形成更加符合实际状况的设计和安全验证方法。