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【摘要】双壁钢围堰是深水高桩承台中的重要环节。本文将从双壁钢围堰的介绍、双壁钢围堰施工的特点及通过实力分析，对双壁钢围堰在深水高桩承台中的应用技术进行研究。
【关键词】双壁钢围堰；深水高桩承台；技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
一、前言
双壁钢围堰是深水高桩承台工程的核心技术。近年来，随着科技的不断发展
，我国的双壁钢围堰技术也在不断完善。但在实际的应用中依然存在一些问题和不足需要改进。因此，在新时期下，我们要加大对双壁钢围堰在深水高桩承台中的应用技术的探讨。
二、双壁钢围堰的介绍
双壁钢围堰是水下基础施工常用的一种围水结构，主要是由内外壁以及连接内外壁的刚性支撑组成，它的底部带有单斜面的刃脚，主要有圆形和方形两种形式。它在施工的过程中没有参与主体结构的受力，主要是起到防土、防水的作用。近些年来双壁钢围堰技术在施工中得到了广泛的应用并解决了许多施工难题，主要是因为这种结构安全可靠、施工简便、适用范围广、能进行拆除重复利用，还可以缩短施工工期，给施工带来了诸多的方便。
三、双壁钢围堰施工的特点
双壁钢围堰施工常常是结合桥梁基础钻孔桩施工的一种新的深水桥基础施工方法。采用双壁钢围堰施工有以下优点：
能承受较大水压，因此尽可能地提高抽水水位；双壁钢围堰结构刚性大，能承受向内或向外的压力。所以，不怕水淹没围堰，也不怕下沉时翻砂，施工十分安全可靠。在此还必须保证已经施工的工程的安全。采用双壁钢围堰，只要及时在围堰底，甚至尽可能地完成部分钻孔桩，围堰就能安全渡洪；双壁钢围堰工序单一，施工简便，围堰在水中是以注水下沉，工作就是拼裝围堰钢壳。同时，围堰内没有支撑，吸泥下沉和清基都比较方便，这样，能及早封底，使围堰尽早达到稳定状态；双壁钢围堰顶部的施工平台，能承受较大的施工荷载。同时，堰体范围内平台下设有支撑，适宜于使用大型旋转钻机，因此双壁钢围堰钻基础己成为我国目前桥梁深水基础采用较为广泛的基础形式；双壁钢围堰结构简单、设计快、制造方便。
四、双壁钢围堰的工艺流程
双壁钢围堰的工艺流程为：双壁钢围堰制作及搭建组拼平台一原位拼装首节双壁钢围堰安装限位装置及提升系统一提升下沉首节钢围堰一接高钢围堰一浇注刃脚砼一接高钢围堰到设计高度一吸泥下沉到设计标高一清理封底厚度部分的泥土一浇注封底砼一安装围堰内支撑一施工承台。
五、实例分析
1、工程概述
某临江高速公路大桥结构形式为2×25m现浇连续箱梁+58m+4×100+58m悬浇刚构箱梁+9×25m现浇连续箱梁，全长798．12m。下部基础为42．2m钻孔灌注桩，左右幅分离式承台呈六边形，平面尺寸为10．20m(水流方向)×9．60m(线路方向)六边形，承台高为3．5m，封底砼厚1m。3主墩基础位于沅江通航河道，过往船只干扰大，水流冲刷大，材料设备运输困难，设备施工操作空间小，工期要求紧，施工难度大。因此，选择科学合理的施工方案至关重要。
3墩靠近江岸，岩壁陡峭，河床因长年淘砂，水流冲刷，覆盖层主要为粒径3～2Ocm卵石，厚度仅为30cm，近似裸岩。下层为弱风化灰岩，强度较高，节理裂隙较发育，岩石较破碎，岩层倾角20°～3O°。
桥位处河面宽度约400m，水深6～11m，正常施工水位标高约129．0m，上下游均有水电站，平时变化不大，流速较小，但在上下游开闸泄洪蓄洪时，水流速度可达2m／s以上。因此，下部施工在枯水期进行，避开汛期。此条江过往船只较多，多为200t左右货船及上下游载客木船。临岸搭设300m施工栈桥，3和4墩之间设80m通航孔，设置防撞及警示标志。
2、施工方案选择
目前水中承台可以采用筑岛围堰、钢板桩、双壁围堰、吊箱围堰等施工方案，高桩承台较多采用吊箱围堰进行施工，经济方便。考虑到该工程墩位处的地质、水文及地形限制和施工工期要求，选择矩形双壁钢围堰进行桩基及高桩承台施工，即“先堰后桩法”：首先制作、下沉双壁钢围堰，利用围堰搭设钻孔平台进行桩基施工；然后水下砼封底、凿除桩头，进行承台施工。选择该方案的原因如下：
(1)桩位处无覆盖层，无法搭设水中钻孔平台进行钻孔灌注桩施工，因而采用高桩承台较为普遍的吊箱围堰施工。
(2)由于墩位距溆浦岸岩壁较近，圆形围堰无法落床，故采用矩形围堰。
(3)利用双壁围堰为基础，搭设钻孔平台，可进行钻孔桩施工，然后封底进行承台施工，一举两得。
3、双壁钢围堰设计及结构计算分析
（1）双壁钢围堰设计
3墩位处水深6～7．5m，岩面倾斜，采用水下爆破，清除废渣，找平河床。双壁钢围堰基本构造如下：钢围堰高为8．4m，分上下两层，每层平面分8块，第一层高4．4m，第二层高4m；外壁长26．85m，宽13m，壁厚1．2m；钢围堰顶面标高为+129．9m，底面标高为+121．5m；侧壁板内外壁板厚度为6mm，竖向加劲角钢75×5O×8mm，间距为315mm，内外侧壁板转角处设角钢连接；水平桁架刃角高度1．8m，内外壁之间浇筑砼；每道桁架内外壁侧设一道环板，宽度250mm、厚10mm，环板上焊接角钢作为桁架；竖向隔舱板8道，厚度6mm；围堰支撑采用103钢管桩(壁厚10arm)，第一道在承台底以上80cm，第二道在第一道上方3m处(如图l所示)。
（2）双壁钢围堰结构计算分析
工况计算选择围堰结构受力最不利的状态，即水下封底砼灌注完毕后，浇筑承台之前。
1）面板加劲肋应力验算
面板加劲肋可按照支撑在桁架弦杆上的简支梁计算。加劲肋采用75x50×8，和面板焊接成整体。面板对加劲肋的抗弯强度也有贡献，根据《水利水电工程闸门设计规范》，面板参与梁系有效宽度B应取以下的最小值：
竖向加劲肋等效长度l0=l=1．0m，b=(b1+b2)／2=(75+315)／2=195mm，l0／b=1000／195=5．1，查表并取差值得ε1=0．94。
由式(1)得B=0．94×195=183mm，由式(2)得B≤60×6+75=435mm，故取面板有效宽度B=183mm。加劲肋等效截面如图2所示。
经计算，等效截面的惯性矩Iy=961605mm4，Z=35．2mm，则
河床以上围堰部分，围堰外壁最大水头为3700mm，内部灌砂在河床面以上2206mm，假设砂产生的侧压力大约等于等高度水压力，则最大侧压力出现在围堰内壁与堰内填土交界处，水头为2206mm。内壁所受压力：
作用在封底砼处加劲肋上的压力：
按简支梁计算，加劲肋跨中所受最大弯矩：
最大应力：
验算结果表明面板加劲肋应力符合规范要求。
2）水平桁架弦杆应力验算
水平桁架弦杆为口250×10mm钢板，底部间距为130cm，上部间距为100cm。水平桁架弦杆可按支撑在内撑和两边的简支梁计算，跨度l=26．85／2=13．425m。
lo=l=13．425m，b=(b1+b2)／2=(1300+10)／2=655mm，l0／b=13425／655=20．5，查表得面板有效宽度系数ε1=1。
根据式(1)得B=εib=655mm，根据式(2)得B≤60δ+b1=370mm，取较小的值，B=370mm。弦杆等效截面见图3。经计算，截面面积A=4720mm2，则作用在河床面位置桁架弦杆上的压力：
桁架所受最大弯矩：
每个桁架弦杆所受的拉(压)力：
最大应力：
验算结果表明水平桁架弦杆应力满足要求。
3）腹杆的受力验算
桁架节点上所受的荷载：
两根腹杆2L75×8的截面积为2300mm2，则腹杆的最大正应力：
验算结果表明腹杆受力满足规范要求。
4）面板折算应力验算
河床位置处面板的长宽比b／a=1000／333=3>1．5，且长边垂直于主梁轴线方向，故需验算长边中心和短边中心的折算应力：
查表得ky=0．5，对于长边中心A点：
验算结果表明面板应力满足规范要求。
5）内撑验算
底层内撑受侧向水压力的最高水位为3．70／2=1．85m，水压力为18130N／m2；最低水位为3．7m，水压力为36260N／m2，则横撑所受的轴向力:
横撑面积
横撑应力
验算结果表明横撑应力符合规范要求。
横撑长细比．；λ=50．6，查表得φ=0．854，则
验算结果表明横撑稳定性符合规范要求。
六、结束语
由上文可知，双壁钢围堰技术涉及到诸多问题。所以，在后期的深水高桩承台建设中，我们要根据实际情况，设计出合理的双壁钢围堰方案，确保深水高桩承台的质量。
参考文献
[1]周璞.桥梁深水基础的发展及展望.中国铁道学会桥梁工程委员会学术交流论文集，2012（5）：69-72.
[2]刘自明.桥梁深水基础[J].北京:人民交通出版社，2013（3）：91-93.
【关键词】双壁钢围堰；深水高桩承台；技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
一、前言
双壁钢围堰是深水高桩承台工程的核心技术。近年来，随着科技的不断发展
，我国的双壁钢围堰技术也在不断完善。但在实际的应用中依然存在一些问题和不足需要改进。因此，在新时期下，我们要加大对双壁钢围堰在深水高桩承台中的应用技术的探讨。
二、双壁钢围堰的介绍
双壁钢围堰是水下基础施工常用的一种围水结构，主要是由内外壁以及连接内外壁的刚性支撑组成，它的底部带有单斜面的刃脚，主要有圆形和方形两种形式。它在施工的过程中没有参与主体结构的受力，主要是起到防土、防水的作用。近些年来双壁钢围堰技术在施工中得到了广泛的应用并解决了许多施工难题，主要是因为这种结构安全可靠、施工简便、适用范围广、能进行拆除重复利用，还可以缩短施工工期，给施工带来了诸多的方便。
三、双壁钢围堰施工的特点
双壁钢围堰施工常常是结合桥梁基础钻孔桩施工的一种新的深水桥基础施工方法。采用双壁钢围堰施工有以下优点：
能承受较大水压，因此尽可能地提高抽水水位；双壁钢围堰结构刚性大，能承受向内或向外的压力。所以，不怕水淹没围堰，也不怕下沉时翻砂，施工十分安全可靠。在此还必须保证已经施工的工程的安全。采用双壁钢围堰，只要及时在围堰底，甚至尽可能地完成部分钻孔桩，围堰就能安全渡洪；双壁钢围堰工序单一，施工简便，围堰在水中是以注水下沉，工作就是拼裝围堰钢壳。同时，围堰内没有支撑，吸泥下沉和清基都比较方便，这样，能及早封底，使围堰尽早达到稳定状态；双壁钢围堰顶部的施工平台，能承受较大的施工荷载。同时，堰体范围内平台下设有支撑，适宜于使用大型旋转钻机，因此双壁钢围堰钻基础己成为我国目前桥梁深水基础采用较为广泛的基础形式；双壁钢围堰结构简单、设计快、制造方便。
四、双壁钢围堰的工艺流程
双壁钢围堰的工艺流程为：双壁钢围堰制作及搭建组拼平台一原位拼装首节双壁钢围堰安装限位装置及提升系统一提升下沉首节钢围堰一接高钢围堰一浇注刃脚砼一接高钢围堰到设计高度一吸泥下沉到设计标高一清理封底厚度部分的泥土一浇注封底砼一安装围堰内支撑一施工承台。
五、实例分析
1、工程概述
某临江高速公路大桥结构形式为2×25m现浇连续箱梁+58m+4×100+58m悬浇刚构箱梁+9×25m现浇连续箱梁，全长798．12m。下部基础为42．2m钻孔灌注桩，左右幅分离式承台呈六边形，平面尺寸为10．20m(水流方向)×9．60m(线路方向)六边形，承台高为3．5m，封底砼厚1m。3主墩基础位于沅江通航河道，过往船只干扰大，水流冲刷大，材料设备运输困难，设备施工操作空间小，工期要求紧，施工难度大。因此，选择科学合理的施工方案至关重要。
3墩靠近江岸，岩壁陡峭，河床因长年淘砂，水流冲刷，覆盖层主要为粒径3～2Ocm卵石，厚度仅为30cm，近似裸岩。下层为弱风化灰岩，强度较高，节理裂隙较发育，岩石较破碎，岩层倾角20°～3O°。
桥位处河面宽度约400m，水深6～11m，正常施工水位标高约129．0m，上下游均有水电站，平时变化不大，流速较小，但在上下游开闸泄洪蓄洪时，水流速度可达2m／s以上。因此，下部施工在枯水期进行，避开汛期。此条江过往船只较多，多为200t左右货船及上下游载客木船。临岸搭设300m施工栈桥，3和4墩之间设80m通航孔，设置防撞及警示标志。
2、施工方案选择
目前水中承台可以采用筑岛围堰、钢板桩、双壁围堰、吊箱围堰等施工方案，高桩承台较多采用吊箱围堰进行施工，经济方便。考虑到该工程墩位处的地质、水文及地形限制和施工工期要求，选择矩形双壁钢围堰进行桩基及高桩承台施工，即“先堰后桩法”：首先制作、下沉双壁钢围堰，利用围堰搭设钻孔平台进行桩基施工；然后水下砼封底、凿除桩头，进行承台施工。选择该方案的原因如下：
(1)桩位处无覆盖层，无法搭设水中钻孔平台进行钻孔灌注桩施工，因而采用高桩承台较为普遍的吊箱围堰施工。
(2)由于墩位距溆浦岸岩壁较近，圆形围堰无法落床，故采用矩形围堰。
(3)利用双壁围堰为基础，搭设钻孔平台，可进行钻孔桩施工，然后封底进行承台施工，一举两得。
3、双壁钢围堰设计及结构计算分析
（1）双壁钢围堰设计
3墩位处水深6～7．5m，岩面倾斜，采用水下爆破，清除废渣，找平河床。双壁钢围堰基本构造如下：钢围堰高为8．4m，分上下两层，每层平面分8块，第一层高4．4m，第二层高4m；外壁长26．85m，宽13m，壁厚1．2m；钢围堰顶面标高为+129．9m，底面标高为+121．5m；侧壁板内外壁板厚度为6mm，竖向加劲角钢75×5O×8mm，间距为315mm，内外侧壁板转角处设角钢连接；水平桁架刃角高度1．8m，内外壁之间浇筑砼；每道桁架内外壁侧设一道环板，宽度250mm、厚10mm，环板上焊接角钢作为桁架；竖向隔舱板8道，厚度6mm；围堰支撑采用103钢管桩(壁厚10arm)，第一道在承台底以上80cm，第二道在第一道上方3m处(如图l所示)。
（2）双壁钢围堰结构计算分析
工况计算选择围堰结构受力最不利的状态，即水下封底砼灌注完毕后，浇筑承台之前。
1）面板加劲肋应力验算
面板加劲肋可按照支撑在桁架弦杆上的简支梁计算。加劲肋采用75x50×8，和面板焊接成整体。面板对加劲肋的抗弯强度也有贡献，根据《水利水电工程闸门设计规范》，面板参与梁系有效宽度B应取以下的最小值：
竖向加劲肋等效长度l0=l=1．0m，b=(b1+b2)／2=(75+315)／2=195mm，l0／b=1000／195=5．1，查表并取差值得ε1=0．94。
由式(1)得B=0．94×195=183mm，由式(2)得B≤60×6+75=435mm，故取面板有效宽度B=183mm。加劲肋等效截面如图2所示。
经计算，等效截面的惯性矩Iy=961605mm4，Z=35．2mm，则
河床以上围堰部分，围堰外壁最大水头为3700mm，内部灌砂在河床面以上2206mm，假设砂产生的侧压力大约等于等高度水压力，则最大侧压力出现在围堰内壁与堰内填土交界处，水头为2206mm。内壁所受压力：
作用在封底砼处加劲肋上的压力：
按简支梁计算，加劲肋跨中所受最大弯矩：
最大应力：
验算结果表明面板加劲肋应力符合规范要求。
2）水平桁架弦杆应力验算
水平桁架弦杆为口250×10mm钢板，底部间距为130cm，上部间距为100cm。水平桁架弦杆可按支撑在内撑和两边的简支梁计算，跨度l=26．85／2=13．425m。
lo=l=13．425m，b=(b1+b2)／2=(1300+10)／2=655mm，l0／b=13425／655=20．5，查表得面板有效宽度系数ε1=1。
根据式(1)得B=εib=655mm，根据式(2)得B≤60δ+b1=370mm，取较小的值，B=370mm。弦杆等效截面见图3。经计算，截面面积A=4720mm2，则作用在河床面位置桁架弦杆上的压力：
桁架所受最大弯矩：
每个桁架弦杆所受的拉(压)力：
最大应力：
验算结果表明水平桁架弦杆应力满足要求。
3）腹杆的受力验算
桁架节点上所受的荷载：
两根腹杆2L75×8的截面积为2300mm2，则腹杆的最大正应力：
验算结果表明腹杆受力满足规范要求。
4）面板折算应力验算
河床位置处面板的长宽比b／a=1000／333=3>1．5，且长边垂直于主梁轴线方向，故需验算长边中心和短边中心的折算应力：
查表得ky=0．5，对于长边中心A点：
验算结果表明面板应力满足规范要求。
5）内撑验算
底层内撑受侧向水压力的最高水位为3．70／2=1．85m，水压力为18130N／m2；最低水位为3．7m，水压力为36260N／m2，则横撑所受的轴向力:
横撑面积
横撑应力
验算结果表明横撑应力符合规范要求。
横撑长细比．；λ=50．6，查表得φ=0．854，则
验算结果表明横撑稳定性符合规范要求。
六、结束语
由上文可知，双壁钢围堰技术涉及到诸多问题。所以，在后期的深水高桩承台建设中，我们要根据实际情况，设计出合理的双壁钢围堰方案，确保深水高桩承台的质量。
参考文献
[1]周璞.桥梁深水基础的发展及展望.中国铁道学会桥梁工程委员会学术交流论文集，2012（5）：69-72.
[2]刘自明.桥梁深水基础[J].北京:人民交通出版社，2013（3）：91-93.