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摘要：在土木工程基础施工中，基坑支护的施工质量与安全性能越来越被重视，甚至被强化。本文以昆山市太仓塘大桥为例，重点阐述钢板桩围堰施工工艺流程及内力和安全验算。
关键词：钢板桩围堰；工艺流程；内力验算；安全验算
一、项目概况
昆山市太仓塘大桥主桥采用（43.5m+75m+43.5m）变截面预应力混凝土连续梁。太仓塘大桥连续跨越苏浏线航道（太仓塘）昆太路。苏流浏线航道等级为Ⅴ级，净空标准为45m×5m，最高通航水位1.847m，最低通航水位0.557m。
主桥下部结构主墩采用钢筋混凝土双柱式框架墩桥墩，基础采用1.6米的钻孔灌注桩，每个承台下为8根钻孔灌注桩，承台厚度为2.5m，外轮廓平面尺寸为18.4m×7m，两端采用3.5m的半圆。主墩灌注桩施工结束，进行承台施工。承台施工时采用拉森式钢板围堰进行基坑支护。
二、拉森钢板桩围堰概况
根据承台平面尺寸及施工要求，8#、9#墩左右幅钢板桩围堰平面尺寸都控制为20.4 m×9.0m。依据设计主墩承台底标高为-0.1m，经设计验算，需采用18m长的钢板桩及附加一道围楞同时浇筑1.0m厚的封底混凝土。
根据现场实际情况，实测水面标高+1.0m，钢板桩顶标高设置为+4.0m（钢板桩长度18m），打入后底标高为-14.0m。围楞均采用双拼宽翼缘HW400型钢，内支撑采用φ630mm×10mm钢管。在锁口钢板桩内侧设置牛腿，工字钢放置在牛腿上，环绕围堰一周形成围楞，以提高围堰的整体性，并为内支撑提供支点。内支撑支撑在围楞上，与锁口钢板桩、围楞形成连接，以抵抗围堰外侧水、土压力。
三、拉森钢板桩围堰施工工艺流程
第一步：利用履带吊插打钢板桩，此钢板桩围堰平面尺寸为20.4m×9.0m，桩顶标高控制在+4.0m，桩底标高控制在-14.0m。
第二步：在高程+3m处施工并完成第一道围楞及内支撑。
第三步：将围堰内水向外抽，抽水至-1.1m时，回填2.9米厚的碎石土并浇筑1.0m厚封底混凝土。（在基坑抽水过程中随时观察、观测钢板桩、内支撑的变形和渗水情况，如果钢板桩及内支撑的变形情况在计算的范围之内而仅有少量的渗水应及时进行堵漏，对于较大的缝隙利用棉絮进行塞缝堵漏。对于小的缝隙则利用黄沙在钢板桩外侧随水至漏缝处自行堵塞。如果钢板桩或内支撑的变形过大应及时停止抽水，利用备用水泵及时向围堰内回水，在增设内支撑数量后重新进行抽水。）
第四步：待封底混凝土达到设计强度后，凿除桩头，再一次性浇筑承台混凝土。
第五步：拆除围楞及内支撑，在承台四周用短木支撑到拉森钢板桩上，做一道临时支撑。墩柱浇筑完成后拆除钢板桩、护桩，主墩承台施工结束。
四、内力及安全验算
1、基本条件
拉森钢板桩围堰简介：钢板桩围堰平面尺寸20.4m×9.0m，钢板桩桩长18m，其中桩底标高-14m，桩顶标高+4m。在钢板桩围堰+3.0m处设置一道2HW400×400围楞及φ630x10mm的水平支撑。
地质条件：河床表面1-1粉质粘土及1-2淤泥质粘土，层厚14.1-19.9m左右，承载力容许值fao=60kp，钻孔桩周土摩阻力标准值qik=10kp，淤泥质粘土的重度γ=18.0KN/m3（浮重度γ浮=8.0KN/m3）土的内摩擦角φ=12°、土的黏聚力c=18KN/m2；本次拉森装桩施工范围内均为1-2层淤泥质粘土。
水位：常水位：+1.0m；施工低水位：+0.557m；施工高水位：+1.847m。标高：河床底标高：-14.0m；承台顶标高：+2.4m；承台底标高：-0.1m；垫层封底砼厚度：1m。设计荷载：水压力、土压力及流水荷载。
2、结构布置及材料特性
结构布置图
材料特性
3、土压力计算
（1）主动土压力计算（粘性土）
水位以上：
水位以下：
（2）被動土压力计算（粘性土）
水位以下：
4、钢板桩工况分析
（1）工况一
抽水并回填2.9m厚的碎石土，浇注100cm混凝土垫层，混凝土未达到设计强度，处于半凝固状态时，在钢板桩及内支撑受力情况（围堰外水位标高+1.847m）下，拉森钢板桩承受向内的最大应力（应力图分析图略）为179.6MPa （2）工况二
封底混凝土达到设计强度，在承台第一次混凝土浇筑完成，拆除第一道支撑施工墩柱时（混凝土厚度2.50m），拉森桩承受向外最大应力（应力图分析图略）为168.7MPa 5、结构计算
运用大型通用有限元分析软件MIDAS CIVIL 2011建立整体结构有限元模型。
（1）边界条件
钢板桩在嵌固点处固接，为模拟钢板桩与围楞的焊接工艺，钢板桩与围楞处采用弹性连接，在其余入土深度处根据地质资料采用土弹簧进行模拟，水平撑与围楞连接处铰接。
（2）计算模型
由于结构及荷载均为双轴对称，因此建立该结构的1/4模型，具体过程如下：
以+3.0m标高处设置围楞时计算结果如下（应力、剪力、弯矩及位移分析图略）：
在整体结构最不利工况下，整体结构最大应力为174.6MPa 在围楞及支撑结构最不利工况下，围楞及支撑结构最大轴向压力为1520.3KN。围楞及支撑结构最大弯矩为392.1KN·m，该弯矩主要集中在横向长的围楞跨中部分，其余部位围楞的弯矩分布均匀。围楞及支撑结构剪力沿围楞长度方向呈锯齿形变化，最大变化幅度为98.5KN，及板桩与围楞之间产生的最大拉力为98.5KN。板桩最大水平位移为21.3mm 6、基底管涌验算
基坑抽水封底后，由于内外水位差，极有可能出现管涌现象。抗管涌安全系数为K，不发生管涌的条件为：
k≥1.5 k=式中字母含义
γ浮：土的浮重度；h'：水位到基坑底的距离；γ水：地下水的重度；t：板桩的入土深度（桩底到基坑的距离）。不考虑封底混凝土的影响，各字母数值如下：
γ浮=8.0KN/m3，h'=5m，γ水=10KN/m3，t=10m。由k=8×（5+2×10）/（5×10）=4≥1.5
则抗管涌方面满足安全要求。
五、结语
本文施工思路清晰、计算依据充分，能很好的指导工程实践。其实在工程实际施工过程中，只要认真按照审查审批后既定的施工方案，进行程序化、标准化、规范化管理与施工。工程质量和安全就可以兼得，工程效益也能取得较好收益。望此文能给读者一丝帮助。
参考文献：
[1]《港口工程荷载规范》（JTJ 215-98）；
[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）；
[3]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）；
[4]《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）；
[5]《昆山市某某镇杨树路至城北路段》工程地质勘查报告及施工图设计（江苏省交通规划设计院股份有限公司2011年）。
关键词：钢板桩围堰；工艺流程；内力验算；安全验算
一、项目概况
昆山市太仓塘大桥主桥采用（43.5m+75m+43.5m）变截面预应力混凝土连续梁。太仓塘大桥连续跨越苏浏线航道（太仓塘）昆太路。苏流浏线航道等级为Ⅴ级，净空标准为45m×5m，最高通航水位1.847m，最低通航水位0.557m。
主桥下部结构主墩采用钢筋混凝土双柱式框架墩桥墩，基础采用1.6米的钻孔灌注桩，每个承台下为8根钻孔灌注桩，承台厚度为2.5m，外轮廓平面尺寸为18.4m×7m，两端采用3.5m的半圆。主墩灌注桩施工结束，进行承台施工。承台施工时采用拉森式钢板围堰进行基坑支护。
二、拉森钢板桩围堰概况
根据承台平面尺寸及施工要求，8#、9#墩左右幅钢板桩围堰平面尺寸都控制为20.4 m×9.0m。依据设计主墩承台底标高为-0.1m，经设计验算，需采用18m长的钢板桩及附加一道围楞同时浇筑1.0m厚的封底混凝土。
根据现场实际情况，实测水面标高+1.0m，钢板桩顶标高设置为+4.0m（钢板桩长度18m），打入后底标高为-14.0m。围楞均采用双拼宽翼缘HW400型钢，内支撑采用φ630mm×10mm钢管。在锁口钢板桩内侧设置牛腿，工字钢放置在牛腿上，环绕围堰一周形成围楞，以提高围堰的整体性，并为内支撑提供支点。内支撑支撑在围楞上，与锁口钢板桩、围楞形成连接，以抵抗围堰外侧水、土压力。
三、拉森钢板桩围堰施工工艺流程
第一步：利用履带吊插打钢板桩，此钢板桩围堰平面尺寸为20.4m×9.0m，桩顶标高控制在+4.0m，桩底标高控制在-14.0m。
第二步：在高程+3m处施工并完成第一道围楞及内支撑。
第三步：将围堰内水向外抽，抽水至-1.1m时，回填2.9米厚的碎石土并浇筑1.0m厚封底混凝土。（在基坑抽水过程中随时观察、观测钢板桩、内支撑的变形和渗水情况，如果钢板桩及内支撑的变形情况在计算的范围之内而仅有少量的渗水应及时进行堵漏，对于较大的缝隙利用棉絮进行塞缝堵漏。对于小的缝隙则利用黄沙在钢板桩外侧随水至漏缝处自行堵塞。如果钢板桩或内支撑的变形过大应及时停止抽水，利用备用水泵及时向围堰内回水，在增设内支撑数量后重新进行抽水。）
第四步：待封底混凝土达到设计强度后，凿除桩头，再一次性浇筑承台混凝土。
第五步：拆除围楞及内支撑，在承台四周用短木支撑到拉森钢板桩上，做一道临时支撑。墩柱浇筑完成后拆除钢板桩、护桩，主墩承台施工结束。
四、内力及安全验算
1、基本条件
拉森钢板桩围堰简介：钢板桩围堰平面尺寸20.4m×9.0m，钢板桩桩长18m，其中桩底标高-14m，桩顶标高+4m。在钢板桩围堰+3.0m处设置一道2HW400×400围楞及φ630x10mm的水平支撑。
地质条件：河床表面1-1粉质粘土及1-2淤泥质粘土，层厚14.1-19.9m左右，承载力容许值fao=60kp，钻孔桩周土摩阻力标准值qik=10kp，淤泥质粘土的重度γ=18.0KN/m3（浮重度γ浮=8.0KN/m3）土的内摩擦角φ=12°、土的黏聚力c=18KN/m2；本次拉森装桩施工范围内均为1-2层淤泥质粘土。
水位：常水位：+1.0m；施工低水位：+0.557m；施工高水位：+1.847m。标高：河床底标高：-14.0m；承台顶标高：+2.4m；承台底标高：-0.1m；垫层封底砼厚度：1m。设计荷载：水压力、土压力及流水荷载。
2、结构布置及材料特性
结构布置图
材料特性
3、土压力计算
（1）主动土压力计算（粘性土）
水位以上：
水位以下：
（2）被動土压力计算（粘性土）
水位以下：
4、钢板桩工况分析
（1）工况一
抽水并回填2.9m厚的碎石土，浇注100cm混凝土垫层，混凝土未达到设计强度，处于半凝固状态时，在钢板桩及内支撑受力情况（围堰外水位标高+1.847m）下，拉森钢板桩承受向内的最大应力（应力图分析图略）为179.6MPa
封底混凝土达到设计强度，在承台第一次混凝土浇筑完成，拆除第一道支撑施工墩柱时（混凝土厚度2.50m），拉森桩承受向外最大应力（应力图分析图略）为168.7MPa
运用大型通用有限元分析软件MIDAS CIVIL 2011建立整体结构有限元模型。
（1）边界条件
钢板桩在嵌固点处固接，为模拟钢板桩与围楞的焊接工艺，钢板桩与围楞处采用弹性连接，在其余入土深度处根据地质资料采用土弹簧进行模拟，水平撑与围楞连接处铰接。
（2）计算模型
由于结构及荷载均为双轴对称，因此建立该结构的1/4模型，具体过程如下：
以+3.0m标高处设置围楞时计算结果如下（应力、剪力、弯矩及位移分析图略）：
在整体结构最不利工况下，整体结构最大应力为174.6MPa
基坑抽水封底后，由于内外水位差，极有可能出现管涌现象。抗管涌安全系数为K，不发生管涌的条件为：
k≥1.5 k=式中字母含义
γ浮：土的浮重度；h'：水位到基坑底的距离；γ水：地下水的重度；t：板桩的入土深度（桩底到基坑的距离）。不考虑封底混凝土的影响，各字母数值如下：
γ浮=8.0KN/m3，h'=5m，γ水=10KN/m3，t=10m。由k=8×（5+2×10）/（5×10）=4≥1.5
则抗管涌方面满足安全要求。
五、结语
本文施工思路清晰、计算依据充分，能很好的指导工程实践。其实在工程实际施工过程中，只要认真按照审查审批后既定的施工方案，进行程序化、标准化、规范化管理与施工。工程质量和安全就可以兼得，工程效益也能取得较好收益。望此文能给读者一丝帮助。
参考文献：
[1]《港口工程荷载规范》（JTJ 215-98）；
[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）；
[3]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）；
[4]《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）；
[5]《昆山市某某镇杨树路至城北路段》工程地质勘查报告及施工图设计（江苏省交通规划设计院股份有限公司2011年）。