论文部分内容阅读
摘要：简要介绍了水深10m以内中小承台几种单壁围堰施工方案，比较分析各种围堰施工特点和从施工成本角度探析各种围堰使用经济性，为以后工程围堰施工选型提供参考。
关键词：围堰，施工，选型
Abstract: this article introduces the depth of pile caps is within 10 m and several single wall cofferdam construction plan, more analysis of various cofferdam construction characteristic and construction cost analysis Angle from various cofferdam use economy, after the cofferdam for engineering construction selection to provide the reference.
Keywords: cofferdam, construction, selection
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济建设的不断发展，跨越大江、大河、大海等桥梁的建设也越来越多，水域中围堰施工技术不断成熟、不断创新，尤其是水深10m以内的单壁围堰。其中比较常用的几种围堰有钢板桩围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰。本单位在原围堰方案的基础上不断改进、创新，先后推出了锁扣钢套箱围堰、钢底板吊箱围堰、混凝土底板钢吊箱围堰、浮式钢吊箱围堰。各种围堰使用范围、使用条件不尽相同，使用经济也不同。为了保证施工以较低的成本获得最大效益，在满足结构稳定的前提下比较各种围堰的经济性，为水深10m以内中小型承台施工围堰选型提供参考。
1 各种围堰使用范围和特点
(1)单壁钢板桩围堰，主要采用德国拉森Ⅲ型和Ⅳ型钢板桩围堰。单壁钢板桩围堰适用于低桩、深水承台施工，主要起防水、挡土及水下封底混凝土模板的作用。其平面布置以不妨碍施工和安装模板为原则，同时考虑抽水设备和汇水井安装需要尺寸，一般宜大于承台轮廓尺寸1.0～1.5m。基底处理一般考虑0.5～1.0米封底砼。主要使用机械采用25t以上吊机配以液压钳夹持吊装，采用DZ45或DZ60型振动打桩机振动插打钢板桩下沉就位。
(2)单壁锁扣式套箱围堰，是获得国家专利拥有自主知识产权的一种新型钢管锁扣围堰，综合了整拼式套箱围堰和钢板桩的优点，已被广泛应用于福厦铁路厦门跨海特大桥、厦门杏林大桥、厦门集美大桥、向莆铁路东新赣江特大桥等国家重点项目。单壁锁扣式套箱围堰适用于低桩、深水承台施工，作为形成干施工环境的临时围水结构物，同时作为承台混凝土浇筑时的侧面模板。该围堰具有常用机械便于分块吊装、每块比钢板桩宽（最宽2.2m），节省原来套箱整体起吊下沉所需的大型施工设备，施工速度较钢板桩围堰快3倍，降低安全风险等优势。主要使用机械50t履带吊和50t浮吊起吊、DZ-60型振动桩锤安装、拆除。
(3)单壁吊箱围堰,适用于高桩、深水承台施工，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，为承台施工提供无水的干处施工环境；封底混凝土作为承台施工的底模板，吊箱侧板作为承台施工的侧模板。吊箱围堰按其底板所消耗成本，又可分为不可回收钢底板围堰、不可回收混凝土底板围堰、可回收自浮式钢底板吊箱围堰。
①不可回收钢底板围堰，即常规钢吊箱围堰。主要施工机具有2台50t吊机、6台50～80t千斤顶。
②不可回收混凝土底板围堰，即将常规钢吊箱围堰钢底板改为钢筋混凝土底板。钢筋混凝土底板分块预制，在平台上拼装后现浇湿接缝，等达到强度后下放围堰。
③可回收自浮式钢底板吊箱围堰，是本单位在广深沿江高速深圳机场特大桥项目利用潮汐特点，自主开发设计获得国家专利的围堰结构，采用大块件拼装结构，底板可自浮并可拆除重复使用的一种新型吊箱围堰。该围堰施工充分利用潮汐特征,施工便捷,安全可靠,倒用周期短,可有效的减少围堰投入数量,减少成本投入,是在潮汐环境下行之有效的深水基础施工技术。围堰结构模型如图1。
图1：自浮式钢底板吊箱围堰结构模型
2 几种围堰成本分析
2.1 几种围堰基本参数
下面将几种围堰的基本参数列入表1，便于计算各种围堰的成本。
表1 几种围堰成本计算基本参数
序号 数据名称 钢板桩 锁扣套箱 钢底板
吊箱 砼底板
吊箱 自浮式
吊箱
1 侧板单位平方重量（t/m2） 0.22 0.24 0.20 0.20 0.19
2 底板单位平方重量（t/m2） 无 无 0.20 0.50
3 施工倒用周期（天） 40 12/25 25 25 15
2.2 几种围堰成本分析
在满足抗浮、抗沉等结构稳定性要求的前提下，以承台尺寸10.2×7.0×2.8m为例进行几种围堰成本分析。
（1）低桩承台，宜采用钢板桩围堰与锁扣套箱围堰。
以10m深围堰为例，计算结果如表：
表2 钢板桩围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
打拔钢板桩 t 95.04 1100 104544
止水、吸泥、清基 元 10000
灌注封底混凝土 m3 114.08 350 39928
承台模板安拆 m3 200 65 13000
小计直接费（元）： 167472
表3 锁扣套箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
安拆套箱围堰 t 82.56 980 80909
止水、吸泥、清基 元 10000
灌注封底混凝土 m3 71.4 350 24990
小计直接费（元）： 115899
经比较，低桩承台围堰施工中，锁扣套箱围堰造价较钢板桩围堰成本低。
（2）高桩承台，宜采用钢底板吊箱围堰、钢筋混凝土底板吊箱围堰、浮式吊箱围堰
同样以承台尺寸10.2×7.0×2.8m为例，围堰设计高度按4.0m进行成本分析，計算结果如下表：
表4 钢底板吊箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
安拆吊箱围堰侧板 t 27.52 2100 57792
安装吊箱围堰底板 t 14.28 7500 107100
灌注封底混凝土 m3 71.4 350 24990
小计直接费（元）： 189882
表5 混凝土底板吊箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
预制、安装吊箱底板 m3 24.99 2450 61226
安拆吊箱围堰侧板 t 27.52 2100 57792
灌注封底混凝土 m3 46.41 380 17636
小计直接费（元）： 136654
表6 浮式吊箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
安拆吊箱围堰 t 61.844 1700 105135
灌注封底混凝土 m3 71.4 350 24990
小计直接费（元）： 130125
（3）高桩承台，通过在墩位底部填充砂石以使用锁扣套箱围堰
同样以承台尺寸10.2×7.0×2.8m为例，通过与混凝土底板吊箱围堰（围堰设计高4.0m）成本比较，假定承台底距河床高为H，求使用锁扣套箱围堰经济范围(假定围堰埋入河床1m达到稳定)，如下：
[（10.2+7.0）×2×（H+1+4）×0.24]×980+10000+24990+71.4×1.2×60×H≤136654，得：H≤4.6m。
根据施工经验，当承台悬空过高，锁扣围堰存在不同程度变形，造成承台结构尺寸产生变化，承台易发生质量问题。为保证承台质量，需加大围堰外围轮廓尺寸1.0m左右，承台另立模板施工，施工周期达25天。假定承台长、宽、高尺寸分别为a、b、c，此种情况下，使用锁扣套箱围堰经济范围计算如下：
[(a+b+2)×2×(H+1+c+1.2)×0.24]×980+10000+ab×1×350+ab×1.2×60×H≤0.35ab×2450+(c+1.2)×(a+b)×2×0.2×2100+0.65ab×380，得：
H≤
承台尺寸为10.2×7.0×2.8m，得H≤2.2m。即：承台底距河床高H≤2.2m，使用锁扣套箱围堰较使用混凝土底板吊箱围堰经济。
2.3 综合比较分析
据以上分析，水深10m以内中小承台施工，围堰选型方案如下表：
表7 围堰方案选型
承台类型 围堰方案选型
低桩承台 锁扣套箱围堰 倒用周期短，成本低，有利于快速化施工
钢板桩围堰 倒用周期长，成本高
高桩承台 浮式吊箱围堰 倒用周期短，成本低，有利于快速化施工，适用潮汐环境
钢筋混凝土底板吊箱围堰 成本低，适用范围广，需要预制场地
钢底板吊箱围堰 成本高，适用范围广
锁扣套箱围堰 高桩承台一定范围内，较吊箱围堰经济
3 结论
3.1 低桩承台施工采用锁扣套箱围堰较钢板桩围堰施工成本低。围堰施工呈现向大块化、易吊装化、快速化、经济性发展。
3.2 高桩承台施工围堰方案：
a．可利用潮汐环境施工的承台：采用浮式吊箱围堰施工最为经济。吊箱围堰施工呈现向大块件、整体拼装、易施工、可回收经济性发展。
b．不可利用潮汐环境水上施工的承台：
当H≤ ，使用锁扣套箱围堰较钢筋混凝土底板围堰经济；
当H＞ ，使用钢筋混凝土底板围堰较锁扣套箱围堰、钢板桩围堰经济，钢板桩围堰最不经济。
参考文献：
1、《铁路工程造价管理》
2、《福厦铁路厦门跨海特大桥实施性施工组织设计》
3、《广深沿江高速公路II标段机场特大桥实施性施工组织设计》
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：围堰，施工，选型
Abstract: this article introduces the depth of pile caps is within 10 m and several single wall cofferdam construction plan, more analysis of various cofferdam construction characteristic and construction cost analysis Angle from various cofferdam use economy, after the cofferdam for engineering construction selection to provide the reference.
Keywords: cofferdam, construction, selection
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济建设的不断发展，跨越大江、大河、大海等桥梁的建设也越来越多，水域中围堰施工技术不断成熟、不断创新，尤其是水深10m以内的单壁围堰。其中比较常用的几种围堰有钢板桩围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰。本单位在原围堰方案的基础上不断改进、创新，先后推出了锁扣钢套箱围堰、钢底板吊箱围堰、混凝土底板钢吊箱围堰、浮式钢吊箱围堰。各种围堰使用范围、使用条件不尽相同，使用经济也不同。为了保证施工以较低的成本获得最大效益，在满足结构稳定的前提下比较各种围堰的经济性，为水深10m以内中小型承台施工围堰选型提供参考。
1 各种围堰使用范围和特点
(1)单壁钢板桩围堰，主要采用德国拉森Ⅲ型和Ⅳ型钢板桩围堰。单壁钢板桩围堰适用于低桩、深水承台施工，主要起防水、挡土及水下封底混凝土模板的作用。其平面布置以不妨碍施工和安装模板为原则，同时考虑抽水设备和汇水井安装需要尺寸，一般宜大于承台轮廓尺寸1.0～1.5m。基底处理一般考虑0.5～1.0米封底砼。主要使用机械采用25t以上吊机配以液压钳夹持吊装，采用DZ45或DZ60型振动打桩机振动插打钢板桩下沉就位。
(2)单壁锁扣式套箱围堰，是获得国家专利拥有自主知识产权的一种新型钢管锁扣围堰，综合了整拼式套箱围堰和钢板桩的优点，已被广泛应用于福厦铁路厦门跨海特大桥、厦门杏林大桥、厦门集美大桥、向莆铁路东新赣江特大桥等国家重点项目。单壁锁扣式套箱围堰适用于低桩、深水承台施工，作为形成干施工环境的临时围水结构物，同时作为承台混凝土浇筑时的侧面模板。该围堰具有常用机械便于分块吊装、每块比钢板桩宽（最宽2.2m），节省原来套箱整体起吊下沉所需的大型施工设备，施工速度较钢板桩围堰快3倍，降低安全风险等优势。主要使用机械50t履带吊和50t浮吊起吊、DZ-60型振动桩锤安装、拆除。
(3)单壁吊箱围堰,适用于高桩、深水承台施工，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，为承台施工提供无水的干处施工环境；封底混凝土作为承台施工的底模板，吊箱侧板作为承台施工的侧模板。吊箱围堰按其底板所消耗成本，又可分为不可回收钢底板围堰、不可回收混凝土底板围堰、可回收自浮式钢底板吊箱围堰。
①不可回收钢底板围堰，即常规钢吊箱围堰。主要施工机具有2台50t吊机、6台50～80t千斤顶。
②不可回收混凝土底板围堰，即将常规钢吊箱围堰钢底板改为钢筋混凝土底板。钢筋混凝土底板分块预制，在平台上拼装后现浇湿接缝，等达到强度后下放围堰。
③可回收自浮式钢底板吊箱围堰，是本单位在广深沿江高速深圳机场特大桥项目利用潮汐特点，自主开发设计获得国家专利的围堰结构，采用大块件拼装结构，底板可自浮并可拆除重复使用的一种新型吊箱围堰。该围堰施工充分利用潮汐特征,施工便捷,安全可靠,倒用周期短,可有效的减少围堰投入数量,减少成本投入,是在潮汐环境下行之有效的深水基础施工技术。围堰结构模型如图1。
图1：自浮式钢底板吊箱围堰结构模型
2 几种围堰成本分析
2.1 几种围堰基本参数
下面将几种围堰的基本参数列入表1，便于计算各种围堰的成本。
表1 几种围堰成本计算基本参数
序号 数据名称 钢板桩 锁扣套箱 钢底板
吊箱 砼底板
吊箱 自浮式
吊箱
1 侧板单位平方重量（t/m2） 0.22 0.24 0.20 0.20 0.19
2 底板单位平方重量（t/m2） 无 无 0.20 0.50
3 施工倒用周期（天） 40 12/25 25 25 15
2.2 几种围堰成本分析
在满足抗浮、抗沉等结构稳定性要求的前提下，以承台尺寸10.2×7.0×2.8m为例进行几种围堰成本分析。
（1）低桩承台，宜采用钢板桩围堰与锁扣套箱围堰。
以10m深围堰为例，计算结果如表：
表2 钢板桩围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
打拔钢板桩 t 95.04 1100 104544
止水、吸泥、清基 元 10000
灌注封底混凝土 m3 114.08 350 39928
承台模板安拆 m3 200 65 13000
小计直接费（元）： 167472
表3 锁扣套箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
安拆套箱围堰 t 82.56 980 80909
止水、吸泥、清基 元 10000
灌注封底混凝土 m3 71.4 350 24990
小计直接费（元）： 115899
经比较，低桩承台围堰施工中，锁扣套箱围堰造价较钢板桩围堰成本低。
（2）高桩承台，宜采用钢底板吊箱围堰、钢筋混凝土底板吊箱围堰、浮式吊箱围堰
同样以承台尺寸10.2×7.0×2.8m为例，围堰设计高度按4.0m进行成本分析，計算结果如下表：
表4 钢底板吊箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
安拆吊箱围堰侧板 t 27.52 2100 57792
安装吊箱围堰底板 t 14.28 7500 107100
灌注封底混凝土 m3 71.4 350 24990
小计直接费（元）： 189882
表5 混凝土底板吊箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
预制、安装吊箱底板 m3 24.99 2450 61226
安拆吊箱围堰侧板 t 27.52 2100 57792
灌注封底混凝土 m3 46.41 380 17636
小计直接费（元）： 136654
表6 浮式吊箱围堰成本分析
分项工程名称 单位 数量 单价（元） 合价（元）
安拆吊箱围堰 t 61.844 1700 105135
灌注封底混凝土 m3 71.4 350 24990
小计直接费（元）： 130125
（3）高桩承台，通过在墩位底部填充砂石以使用锁扣套箱围堰
同样以承台尺寸10.2×7.0×2.8m为例，通过与混凝土底板吊箱围堰（围堰设计高4.0m）成本比较，假定承台底距河床高为H，求使用锁扣套箱围堰经济范围(假定围堰埋入河床1m达到稳定)，如下：
[（10.2+7.0）×2×（H+1+4）×0.24]×980+10000+24990+71.4×1.2×60×H≤136654，得：H≤4.6m。
根据施工经验，当承台悬空过高，锁扣围堰存在不同程度变形，造成承台结构尺寸产生变化，承台易发生质量问题。为保证承台质量，需加大围堰外围轮廓尺寸1.0m左右，承台另立模板施工，施工周期达25天。假定承台长、宽、高尺寸分别为a、b、c，此种情况下，使用锁扣套箱围堰经济范围计算如下：
[(a+b+2)×2×(H+1+c+1.2)×0.24]×980+10000+ab×1×350+ab×1.2×60×H≤0.35ab×2450+(c+1.2)×(a+b)×2×0.2×2100+0.65ab×380，得：
H≤
承台尺寸为10.2×7.0×2.8m，得H≤2.2m。即：承台底距河床高H≤2.2m，使用锁扣套箱围堰较使用混凝土底板吊箱围堰经济。
2.3 综合比较分析
据以上分析，水深10m以内中小承台施工，围堰选型方案如下表：
表7 围堰方案选型
承台类型 围堰方案选型
低桩承台 锁扣套箱围堰 倒用周期短，成本低，有利于快速化施工
钢板桩围堰 倒用周期长，成本高
高桩承台 浮式吊箱围堰 倒用周期短，成本低，有利于快速化施工，适用潮汐环境
钢筋混凝土底板吊箱围堰 成本低，适用范围广，需要预制场地
钢底板吊箱围堰 成本高，适用范围广
锁扣套箱围堰 高桩承台一定范围内，较吊箱围堰经济
3 结论
3.1 低桩承台施工采用锁扣套箱围堰较钢板桩围堰施工成本低。围堰施工呈现向大块化、易吊装化、快速化、经济性发展。
3.2 高桩承台施工围堰方案：
a．可利用潮汐环境施工的承台：采用浮式吊箱围堰施工最为经济。吊箱围堰施工呈现向大块件、整体拼装、易施工、可回收经济性发展。
b．不可利用潮汐环境水上施工的承台：
当H≤ ，使用锁扣套箱围堰较钢筋混凝土底板围堰经济；
当H＞ ，使用钢筋混凝土底板围堰较锁扣套箱围堰、钢板桩围堰经济，钢板桩围堰最不经济。
参考文献：
1、《铁路工程造价管理》
2、《福厦铁路厦门跨海特大桥实施性施工组织设计》
3、《广深沿江高速公路II标段机场特大桥实施性施工组织设计》
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。