塔贝拉水电工程钢板桩围堰施工方案

1、工程概况

塔贝拉水电工程位于伊斯兰堡西北部113 公里，主要用于灌溉、发电、防洪等，包括主坝和副坝，主、副泄洪洞，灌溉隧洞，引水隧洞和发电站，最大坝高143m。该项目始建于1968 年，1976 年正式发电。四条隧洞分布于右岸，1-3 号隧洞直径13.3m，4 号隧洞直径11-13m，长660-770m。原设计1-2 号隧洞用于发电，1-2 号隧洞用于灌溉。

塔贝拉四期扩建水电施工要求干施工，由于受现场布局的限制，需在发电机房下游东西方向修建围堰，与东边现有第三座机房的挡土墙和西边岸侧相连。因第四座机房处于水库区域下游，其水深不太大，最大水深超过30m，因此需在此深水区施工围堰。受空间限制，故合同文件中建议采用格形钢板桩围堰。其平面布置见图1：

↑ 图1 钢板桩围堰布置示意图

↑ 图2 钢板桩围堰平面布置图

钢板桩围堰呈东西向布置，围堰左岸连接前期厂房挡墙，右岸与山体连接，堰顶长度206.87m.

钢板桩围堰由6个主格及5个副格组成，主格直径23.76m，每个主格由148根直腹钢板桩及4跟连接桩组成。副格连接弧半径5.73m，连接弧由35根直腹钢板桩组成，与主格上连接桩连接，连接角 35°。钢板桩围堰外侧底部设防渗（帷幕灌浆或者高压旋喷防渗墙），与钢板桩底部连接。

格桩具体连接型式见图3及图4：

↑ 图 3  钢板桩连接图

↑ 图 4  连接桩连接示意图

2、施工顺序

钢板桩施工总体程序如下图所示：

↑ 钢板桩围堰总体施工程序

钢围堰格形板桩施工流程见下图：

↑ 钢围堰格形板桩施工流程图

3、钢板桩施工浮箱平台布置

3.1、浮箱简介

本工程钢板桩施工所需浮箱采用的箱体结构如下图所示：

浮箱长12.0 m，宽3.0 m，高1.5 m，自重约11.2 t。

↑ 河中方箱示意图

箱体结构是由纵横骨架和壳板等焊接而成的密闭箱体，内部设置二道纵向桁架。壳板材料为CCSB级船用钢板，内部骨架和各种角钢、钢管材料为Q235A钢材。箱体纵向布置二副接头，横向布置四副接头，保证河中方箱在纵、横方向上能相互连接形成刚性整体。

↑ 浮箱外形尺寸图

3.2、浮箱连接示意图

3.3、施工方法

由于格体整体吊装施工对起重船机设备要求过高，钢板桩围堰施工采用水上拼插施工工艺，这种方法是格体施工中的常规施工工艺，它的特点是：施工工序少，施工作业面小；不占或少占陆域场地；单根直腹式钢板桩的自重轻，对起重设备要求比较低。

4、钢板桩打桩施工

4.1、钢板桩堆放示意图如下

4.2、钢板桩堆放吊装示意图如下

4.3、钢板桩单根吊装示意图如下

4.4、钢板桩切割

钢板桩单根长37米，为了满足运输要求，需要进行切割，主要采用火焰法切割.

4.5、钢板桩角桩生产

在右岸操作平台上，采用浮箱搭接成一平台，在浮箱平台上进行角桩焊接。

4.6、钢板桩堆放场地

在右岸施工平台硬化一块长30m、宽20米、厚度为15cm混凝土场地，用于堆放钢板桩。

4.7、钢板桩打桩施工

4.7.1、钢围囹定位

4.7.1.1、浮式钢围囹的平面定位，按下列步骤进行：

1）初定位，先将拼接好的浮箱置于格体内定位，在浮箱上放出格体中心点并在4榀钢围囹圆弧拼接点处设置浮标，调整钢围囹拼接点与浮标重合。下放钢围囹后用型钢与浮箱连接临时稳固；

2）准确定位，复核格体中心点及钢围囹位置合格后，从钢围囹中预留的桩孔位内插设钢管桩支腿，调整钢围囹中心点偏位值，使之小于或等于50mm，下沉钢管桩支腿将钢管桩打至一个坚固的持力层及承担钢围囹的重量。

4.7.1.2、浮式钢围囹高程定位，按照以下步骤进行：

钢围囹和定位钢管桩的连接采用钢楔吊担传力机构。钢楔吊耳即传力杆是可活动的螺栓杆，可以调整钢楔至钢围囹的距离以适定位管桩可能打到的不同深度。当浮式钢围囹顶面达到控制高程时，应立即调整各条拉条的长度，使其松紧一致；采用水准仪测量高程，钢围囹上导环顶标高不妨碍沉桩夹具及替打顺利通过为限。钢围囹顶面定位和高程定位符合要求后，应将围囹架与钢管桩支腿之间用楔子楔紧，并固定拉条上的紧张器及卷扬机的锚缆，如发生倾斜坡度大于5‰，应立即纠正。

4.7.2、钢板桩拼插

4.7.2.1、钢板桩检查

  1）厂家必须提供合格的钢板桩。在进行钢板桩拼插之前检查钢板桩的直线度、锁口形状、钢板桩形状和叠层裂纹。如果这些检查项目不合格，那么在插桩时会发生桩插不下去或在打桩时把桩打出了锁口。因此用2m长同样形状的锁口，通过每一根钢板桩的锁口来检查钢板桩的直线度，并报废沿钢板桩锁口局部有扭结、过分弯曲或翘曲的钢板桩。每个钢板桩锁口必须干净无杂物，喷砂除锈和喷涂防护油漆施工时所粘带的铁砂和油漆必须清除干净；

  2）用卡尺抽检钢板桩锁口尺寸的容许误差。满足测量容许误差的锁口能较好的提供所需要的锁口强度，并给格型结构连接桩之间最大角度的摇摆和密封度。合适的钢板桩锁口容许误差为：拇指宽度最大33mm，最小25mm，槽开口最大20mm，最小15mm。

3）检查每一根Y形桩的尺寸和连接，当Y形桩通过焊接制作而成时，要仔细检查焊接质量，防止格型结构在回填填充料后在焊接Y形桩处拉坏。

4.7.2.2、钢板桩堆放及插打施工平台

  1）钢板桩堆放及插打施工平台使用40个12m*3m*1.5m标准浮箱拼接组成一个30m*48m的施工平台；

  2）浮箱拼接质量要满足施工安全要求，在履带吊施工平台位置要铺设厚度为10mm或以上的钢板；

  3）由于直线形板桩本身刚度小，堆放要按规定设置垫木，其堆放高度不宜超过1.2m，垫木间距不超过3m，每排钢板桩之间的净距大于30cm。

  4）使用6个12m*3m*1.5m标准浮箱拼接组成一个36m*6m的钢板桩装运平台。运输钢板桩的平台，应具备足够的稳定性，钢板桩应按不同的规格和拼插次序分别堆放。钢板桩水平吊运采用四点吊，在施工平台上左右对称堆放，履带吊在平台中部作业。钢板桩在单根或成组吊运与堆存时，不得使钢板桩损坏或产生永久变形。

4.7.2.3、钢板桩拼插工艺

Y形桩中心点按照设计位置准确地插设在浮式导向围囹架顶面内导环上，使偏位值小于10mm。

导桩的挂设应满足下列要求：

1）导桩位置按要求的分段间距和分段内钢板桩的锁扣位置挂设，其误差应小于10mm；

2）Y形板桩将作为拼插的起始桩，4根Y形桩可以作导桩，并通过测量定位每两根Y形桩中间的钢板桩作为导桩。一共8根导桩；

3）导桩沿径向和环向均应保持垂直；

4）导桩用螺栓连接于内导环上。外导向环安装在导桩外侧面，用螺栓固定，外导向环的接头应位于导桩处；

钢板桩的拼插应由导桩处开始沿内导向环依次进行，采用单根拼插，由两根导桩向中间闭合拼插，每两根导桩之间作为一个拼插闭合段。在拼插过程中要随时抽查钢板桩的偏位超出误差范围要及时进行调整。钢板桩拼插时，宜自重下沉，不宜采取压锤或锤击等助沉措施。在钢板桩吊装由水平转为直立时，其吊点位置与桩长有关。当桩长小于18m时，可用一点吊立；当桩长大于18m时，应采用两点吊立，其吊点位置可参照图10.7.2.3

↑ 吊点位置图

闭合桩应遵守以下规定：

1）不应选在Y形桩附近的桩位；

2）宜选在两个导桩之间；

3）当闭合桩插入困难需要压锤或者锤击时，宜将其左右侧的钢板桩提升适当的高度。

外导向环应在钢板桩拼插闭合后拆卸。

4.7.3、钢板桩沉设

沉桩设备应根据地质条件、钢板桩强度和桩重进行选择，锤的能量不宜过大，沉桩时不应使桩身产生变形或者锁口脱离，对于沙土地基宜采用振动锤。拟定一台DZ90A 90KW电动锤及一台DZ60A60KW电动锤。

在钢板桩施打之前再次复核钢板桩中心位置，偏位在容许范围内进行钢板桩施大。钢板桩应分段下沉，顺、逆时针往复循环施打，并按下列要求进行：

1）打桩采用履带吊吊振动锤的吊打方式，打桩时应小心保持桩锤垂直以避免钢板桩倾斜和扭绞；

2）先将Y形桩打下约1.5m，使异形桩的位置精度在格体精确定位后的极短时间内得到保证；

3）两个打桩船在格体的两侧，按对称交替、分散间隔、循环往复的方法在2~3小时内完成第一轮的格体桩的施打，使格体的位置精度、圆度和格体桩的垂直度得到保证；

4）按第一轮打桩程序依次进行第二、三、四轮，分阶段下沉，顺、逆时针往复循环施打，每次下沉量不宜过大，随着桩入土深度的增加每次下沉量应减少，对砂基宜控制在0.5m~1.0m之间。采用振动锤在单桩上连续施振时间不宜超过5分钟。施打应间隔进行，每次施打时应先下沉Y形桩，然后以Y形桩为中心向两侧延伸。桩锤的中心线应与桩轴线始终保持一次，直至整个格体桩打至设计标高；

5）在打桩过程中如某一弧段的钢板桩开始出现倾斜，则应先在该倾向一侧的倾斜桩终止处即垂直桩开始处将扔垂直的钢板桩打下数根及防止倾斜桩的继续扩散，再从倾斜桩的另一侧开始施打。为了把稍微倾斜的钢板桩调垂直，可让振动锤反倾斜方向倾斜打桩，利用锤的水平分力逐步纠正倾斜的钢板桩。此方法对倾斜较大的钢板桩无效；

6）当打桩遇到障碍物时，应停止打桩并将障碍物清除，注意不能把障碍物旁边的桩打下然后指望障碍物处的钢板桩可以被带下。

4.7.4、钢围囹制作

钢围囹是钢板桩格体拼插成形的模具，用于将钢板桩准确地安放在格形结构中。钢围囹的外径要比格体的内径小50cm，以给钢板桩的插桩提供足够的摇摆和旋转空间，以及振动锤夹头通过的空间，同时也避免格体安装完毕吊出钢围囹时碰撞格体。

水上拼插施工的浮式钢围囹，由圆形导向围囹架、钢桩支腿及浮箱组成，如图9.2.1-1示。钢围囹的主骨架是设置环形钢桁架，它由四榀弧形钢桁架组成（每榀为1/4圆），钢桁架由I28，［16，［12焊接组成；组合节点设置有紧缩装置的活动接头。浮式钢围囹的支腿是8根钢管桩，主骨架与支腿之间采用挂索连接。主格钢围囹浮箱由5个标准12m*3m*1.5m浮箱拼成，副格钢围囹浮箱由2个标准12m*3m*1.5m浮箱拼成，浮箱与钢围囹由型钢连接。

a）

b）

c）

↑ 浮式钢围囹结构示意图

a)平面图；b)立面图；c)剖面图；

这种结构的特点是结构简单、轻便，环形导架内设有浮箱，除了可用于水面进行漂泊定位外，还可以通过浮箱上的排灌装置调节主骨架的标高以满足施工需要，同时采用拼装式结构容易搬运。钢管支腿主要用于承受钢围囹自重及钢围囹定位。

钢围囹应根据自然条件和施工特点设计，其结构满足下列要求：

1）具有稳定性、定位准确、拆移方便和自重轻等性能；

2）顶部宽度和标高应便于施工操作和钢板桩下沉；

浮式导向围囹架由钢桁架、浮箱、导向环及桩位孔组成，其结构和拼装要求如下：

1）浮式导向围囹架可分为多榀单体制造，各榀结构相同；

2）浮式导向围囹架下水之前，用楔体块体楔住各单体之间的活接头，楔体块采用螺栓连接形成一个整体；

3）钢桁架呈环形，分上中下三层布设，立杆采用［16，各层之间用［12焊接联接；

4）浮箱由标准12m*3m*1.5m浮箱拼接置于环形结构内，浮箱与钢桁架直接采用型钢连接；

5）导向环分设上导向环和下导向环，上下导向环均由内外环构成，内环固定于钢桁架上，外环固定于导桩上，内外环净距应大于钢板桩连接处锁口的厚度；

6）桩位孔均匀布设在浮式导向围囹架内圆周上。每榀单体设两个孔；

7）钢管桩支腿与浮式导向围囹架之间采用拉条联接，每根钢管桩顶设两个拉条，拉条夹角宜成60°，拉条下端附设一个紧张器。

4.7.5、钢围囹吊出

浮式钢围囹的吊出按下列步骤进行：

1）对称拆除浮箱与钢围囹连接的型钢，防止浮围囹架发生倾斜现象；

2）两台履带吊对称同时将整个钢围囹吊住，将钢围囹半圆处的连接螺栓拆除，使钢围囹拆分为两个半圆，解除钢围囹与钢管桩的连接螺栓拆除后将分为两部分的钢围囹吊出；

3）使用振动锤将钢桩支腿拔出。

4.7.6、钢板桩顶部稳固

浮式导向围囹架吊出后，应立即在主格体顶部设置钢筋混凝土或者钢质加固环，将钢板桩用螺栓临时固定在加固环上，并在主格体内填充部分填料，填料数量应保证主格体临时稳定。

4.7.7、副格体的施工

副格体钢围囹安装前，应准确测出连接桩的径向和环向的偏差、倾斜度和偏角，并根据实测数据绘制副格体钢板桩闭合圆。钢围囹安装位置应根据实测副格体钢板桩闭合图确定，并在相应的主格体上做出标记。

副格体施工在相邻两个主格施工完成后开始施工，两侧副格体同时进行施工。副格体钢围囹安装时按主格体上标记的位置将钢围囹安放在两侧主格体桩顶上，检查无误后进行临时固定。副格体钢围囹内放置12m*6m浮箱用型钢连接浮箱与钢围囹。将副格体钢围囹固定在已经施工完成的主格钢板桩上。

副格体钢板桩拼插应由两端开始向中间合拢；钢板桩落入基槽前，吊钩不宜完全放松；钢板桩拼插后，应及时进行临时固定。副格体钢板桩拼插与打桩工艺同主格钢板桩施工。