钱塘江强涌潮地区水下桩基承台施工技术

倪立建，林万青，赵 礼(浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州 310012)

钱塘江强涌潮地区水下桩基承台施工技术

倪立建，林万青，赵 礼
(浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州 310012)

针对钱塘江河口涌潮观测站(点)工程——盐官站水下桩基承台的施工现状，选择了施工速度快、较为经济的整体定型钢模板围堰施工方案，并对围堰结构进行了涌潮、静水、混凝土浇筑等工况下的数值模拟分析，认为在工程实施过程中要注意钢模试吊、钢模安装固定、潮水预警、抽水及注水作业等.据此提出了一种可应用于强涌潮区、较为经济的水下桩基承台施工方法.

强涌潮地区；水下桩基；围堰；施工

1 工程概况

钱塘江河口涌潮观测站(点)工程——盐官站是一座桩柱平台结构的水上观测平台，距岸约60 m，由桩基、承台、混凝土立柱、站房等组成.其承台厚0.8 m，φ8 m，顶高程2.0 m，底部用7根φ0.8 m的灌注桩及1根φ1.6 m的灌注桩支撑(见图1).

图1 工程结构示意图

该区域平均高潮位3.96 m，平均低潮位0.66 m.桩基施工时采用钢管桩兼做围堰，钢管高出设计高潮位，能满足桩基施工要求.该桩基承台高程低于高潮位，受强涌潮冲击，围堰修建要求高，而承台工程量小，受造价控制，在整个承台四周修建高标准传统围堰不经济.因此有必要探索一种针对桩基承台施工、经济合理的围堰方案.

2 围堰方案

该区域潮汐为半日潮型，根据水文资料分析，在小潮汛期一次潮汐过程水位在1.8 m以下的历时数(见表1).

表1 施工期水位1.8 m以下的历时数

由表1可知，低水位时间在小潮汛期内能满足赶潮作业的施工要求，可在桩基承台上设置允许过水的低围堰，该围堰需同时满足能快速完成施工和抵挡小潮汛期涌潮冲击的要求.

根据以上特点，该桩基承台施工围堰可采用整体定型钢模板兼做围堰的方案，即预先在桩基的钢管桩护筒上焊接支撑法兰盘，并按桩基和承台尺寸制作定型钢模板，最终将定型钢模板通过吊装快速安装在法兰盘上，钢模板与法兰盘连接处设有止水密封.

整体定型钢模板φ8 m，选定侧模高度1.2 m，安全超高0.6 m，能满足1.8 m水位下的施工要求.钢模板与支撑法兰盘连接处设海绵体和膨胀橡胶条两道止水密封，防止水进入模板内.钢模板吊装就位后，上部用抱箍临时固定并与钢管桩护筒焊接牢固.钢模板底部设有集水坑，方便抽排水作业.每次涌潮来临前，对钢模板进行注水以增加其抗冲击能力，潮位降至可作业高程后，进行抽水以满足无水施工作业要求.

经初步选定，整体定型钢模板底模钢板厚14 mm，侧模钢板厚度3 mm，侧模外面纵向均匀分布71根42 mm×54 mm槽钢，横向分布2圈φ45 mm，厚度3 mm钢管(见图2).

图2 定型钢模板围堰断面图

桩基承台施工具体工序如下：整体定型钢模板制作→止水安装→钢模板吊装→模板固定(抱箍安装、焊接)→割钢管桩→凿桩头→钢筋安装(预制)→混凝土浇筑.即在小潮汛第1天进行钢模板安放，第2天进行多余钢管切割、凿桩头，第3天进行验收检测，第4天进行钢筋网安装，第5天进行冲洗及混凝土泵送浇筑.

3 数值模拟

由于工程位于强涌潮区域，整体定型钢模板围堰在涌潮作用下的安全至关重要，因此对涌潮冲击工况下钢模板围堰进行受力分析.该区域水深h取4 m，其荷载组合(见图3).由图3可知，在钢模板围堰内注水后，实际有效荷载为涌潮压力、自重.

涌潮压力的计算公式为：

(1)

式中：Fw—流水压力标准值,kN；K—形状系数(取0.8)；A—阻水面积/m2；γ—水的重力密度,kN/m3；V—涌潮流速(取6 m/s)；g—重力加速度,m/s2(取9.81).

P1—涌潮压力压强最大值；P2—静水压力压强最大值； H—围堰挡水深度，m图3 钢模板在涌潮工况下荷载组合图

经Simulation有限元分析软件分析，该工况下内力分布(见图4).

图4 涌潮工况结构内力分析

由图4可知，该工况下最大应力为395.71MPa，局部集中在钢管桩支座周边；最大位移3.22mm.因此在钢管桩支座周边设置加劲肋后，可满足要求.

整体钢模板还存在静水压力工况(割钢管、凿桩头)和混凝土浇筑工况，其内力计算成果(见表2).

表2 其他工况结构分析

由以上分析，各工况应力最大值集中在钢管桩支座周边，在加设加劲肋后，整体定型钢模板围堰满足应力和位移的要求.

4 实施要点

该桩基承台围堰施工方案需在小潮汛期内完成赶潮作业施工，整个施工期时间紧迫，施工各环节可能出现的情况均需考虑.根据钱塘江河口涌潮观测站(点)工程-盐官站桩基承台施工情况，总结了以下施工注意要点.

(1)钢模试吊

由于整体定型钢模板与钢管桩的固定法兰盘均为预制，在钢模板围堰正式安装前，需提前对整体定型钢模进行试吊安装，防止出现桩位测量不准而导致钢模板无法准确就位情况，影响在小潮汛期内完成施工任务.

(2)钢模安装固定

钢模板安装就位后，需快速将钢模板固定在钢管桩上，防止钢模板浮起或受潮水冲击移位.钢模板就位后需立即用抱箍在钢模板和每根钢管桩连接处进行临时固定，再用电焊将钢模板、抱箍、钢管桩焊接牢固，保证钢模板围堰的稳定.

(3)潮水预警

赶潮作业有一定危险性，需安排专人在下游观察潮水动向，提前30min预警到位，确保施工作业人员提前撤离.

(4)抽水及注水作业

每次涌潮来临前，需对钢模板围堰进行提前注水，以减小钢模板围堰潮水冲击受力；水位退去后，及时抽干钢模板内的水，保证施工作业时间.

(5)混凝土浇筑后保护

承台混凝土浇筑后，将面临潮水的冲刷，需在其表面覆盖土工布，做好冲刷保护措施.

盐官站桩基承台根据整体定型钢模板围堰方案，顺利进行了施工，实施情况(见图5).

图5 桩基承台施工实况

5 结 论

整体定型钢模板围堰方案具有安装速度快、经济性好，能在水上桩基承台较好发挥作用.通过数值模拟计算，该结构围堰能满足小潮汛期的施工要求.该方案在钱塘江河口涌潮观测站(点)工程——盐官站桩基承台实施后，既缩短了工期，又节省了投资，效果良好.

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Underwater Pile Cap Construction in Strong Tidal Region of Qiantang River

NI Li-jian, LIN Wan-qing, ZHAO Li
(Water Resources and Hydropower Project Quality and Safety Supervision and Management Center in Zhejiang Province, Hangzhou 310012, China)

The construction of tide observation station of the Qiantang River estuary and the underwater pile cap in Yanguan Station is introduced, and the more speedy and economical cofferdam scheme for the whole stereotyped steel formwork is also adopted. The numerical simulation analysis of cofferdam structure under the condition of surging tide, still water and concrete pouring is made. The attention points in the construction process are summarized, such as steel formwork installment, tide early warming, water pumping and operation , accordingly, a kind of more economical underwater pile cap construction method is put forward, which can be applied in strong tidal areas.

strong tidal region; underwater pile cap; cofferdam; construction

2016-10-10

倪立建(1984-)，男，浙江平阳人，工程师，主要从事水利工程质量监督工作.

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1008-536X(2017)02-0033-04