倪立建，林萬青，趙 禮(浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心，浙江 杭州 310012)

錢塘江強(qiáng)涌潮地區(qū)水下樁基承臺(tái)施工技術(shù)

倪立建，林萬青，趙 禮
(浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心，浙江 杭州 310012)

針對(duì)錢塘江河口涌潮觀測(cè)站(點(diǎn))工程——鹽官站水下樁基承臺(tái)的施工現(xiàn)狀，選擇了施工速度快、較為經(jīng)濟(jì)的整體定型鋼模板圍堰施工方案，并對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行了涌潮、靜水、混凝土澆筑等工況下的數(shù)值模擬分析，認(rèn)為在工程實(shí)施過程中要注意鋼模試吊、鋼模安裝固定、潮水預(yù)警、抽水及注水作業(yè)等.據(jù)此提出了一種可應(yīng)用于強(qiáng)涌潮區(qū)、較為經(jīng)濟(jì)的水下樁基承臺(tái)施工方法.

強(qiáng)涌潮地區(qū)；水下樁基；圍堰；施工

1 工程概況

錢塘江河口涌潮觀測(cè)站(點(diǎn))工程——鹽官站是一座樁柱平臺(tái)結(jié)構(gòu)的水上觀測(cè)平臺(tái)，距岸約60 m，由樁基、承臺(tái)、混凝土立柱、站房等組成.其承臺(tái)厚0.8 m，φ8 m，頂高程2.0 m，底部用7根φ0.8 m的灌注樁及1根φ1.6 m的灌注樁支撐(見圖1).

圖1 工程結(jié)構(gòu)示意圖

該區(qū)域平均高潮位3.96 m，平均低潮位0.66 m.樁基施工時(shí)采用鋼管樁兼做圍堰，鋼管高出設(shè)計(jì)高潮位，能滿足樁基施工要求.該樁基承臺(tái)高程低于高潮位，受強(qiáng)涌潮沖擊，圍堰修建要求高，而承臺(tái)工程量小，受造價(jià)控制，在整個(gè)承臺(tái)四周修建高標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)圍堰不經(jīng)濟(jì).因此有必要探索一種針對(duì)樁基承臺(tái)施工、經(jīng)濟(jì)合理的圍堰方案.

2 圍堰方案

該區(qū)域潮汐為半日潮型，根據(jù)水文資料分析，在小潮汛期一次潮汐過程水位在1.8 m以下的歷時(shí)數(shù)(見表1).

表1 施工期水位1.8 m以下的歷時(shí)數(shù)

由表1可知，低水位時(shí)間在小潮汛期內(nèi)能滿足趕潮作業(yè)的施工要求，可在樁基承臺(tái)上設(shè)置允許過水的低圍堰，該圍堰需同時(shí)滿足能快速完成施工和抵擋小潮汛期涌潮沖擊的要求.

根據(jù)以上特點(diǎn)，該樁基承臺(tái)施工圍堰可采用整體定型鋼模板兼做圍堰的方案，即預(yù)先在樁基的鋼管樁護(hù)筒上焊接支撐法蘭盤，并按樁基和承臺(tái)尺寸制作定型鋼模板，最終將定型鋼模板通過吊裝快速安裝在法蘭盤上，鋼模板與法蘭盤連接處設(shè)有止水密封.

整體定型鋼模板φ8 m，選定側(cè)模高度1.2 m，安全超高0.6 m，能滿足1.8 m水位下的施工要求.鋼模板與支撐法蘭盤連接處設(shè)海綿體和膨脹橡膠條兩道止水密封，防止水進(jìn)入模板內(nèi).鋼模板吊裝就位后，上部用抱箍臨時(shí)固定并與鋼管樁護(hù)筒焊接牢固.鋼模板底部設(shè)有集水坑，方便抽排水作業(yè).每次涌潮來臨前，對(duì)鋼模板進(jìn)行注水以增加其抗沖擊能力，潮位降至可作業(yè)高程后，進(jìn)行抽水以滿足無水施工作業(yè)要求.

經(jīng)初步選定，整體定型鋼模板底模鋼板厚14 mm，側(cè)模鋼板厚度3 mm，側(cè)模外面縱向均勻分布71根42 mm×54 mm槽鋼，橫向分布2圈φ45 mm，厚度3 mm鋼管(見圖2).

圖2 定型鋼模板圍堰斷面圖

樁基承臺(tái)施工具體工序如下：整體定型鋼模板制作→止水安裝→鋼模板吊裝→模板固定(抱箍安裝、焊接)→割鋼管樁→鑿樁頭→鋼筋安裝(預(yù)制)→混凝土澆筑.即在小潮汛第1天進(jìn)行鋼模板安放，第2天進(jìn)行多余鋼管切割、鑿樁頭，第3天進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)，第4天進(jìn)行鋼筋網(wǎng)安裝，第5天進(jìn)行沖洗及混凝土泵送澆筑.

3 數(shù)值模擬

由于工程位于強(qiáng)涌潮區(qū)域，整體定型鋼模板圍堰在涌潮作用下的安全至關(guān)重要，因此對(duì)涌潮沖擊工況下鋼模板圍堰進(jìn)行受力分析.該區(qū)域水深h取4 m，其荷載組合(見圖3).由圖3可知，在鋼模板圍堰內(nèi)注水后，實(shí)際有效荷載為涌潮壓力、自重.

涌潮壓力的計(jì)算公式為：

(1)

式中：Fw—流水壓力標(biāo)準(zhǔn)值,kN；K—形狀系數(shù)(取0.8)；A—阻水面積/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—涌潮壓力壓強(qiáng)最大值；P2—靜水壓力壓強(qiáng)最大值； H—圍堰擋水深度，m圖3 鋼模板在涌潮工況下荷載組合圖

經(jīng)Simulation有限元分析軟件分析，該工況下內(nèi)力分布(見圖4).

圖4 涌潮工況結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

由圖4可知，該工況下最大應(yīng)力為395.71MPa，局部集中在鋼管樁支座周邊；最大位移3.22mm.因此在鋼管樁支座周邊設(shè)置加勁肋后，可滿足要求.

整體鋼模板還存在靜水壓力工況(割鋼管、鑿樁頭)和混凝土澆筑工況，其內(nèi)力計(jì)算成果(見表2).

表2 其他工況結(jié)構(gòu)分析

由以上分析，各工況應(yīng)力最大值集中在鋼管樁支座周邊，在加設(shè)加勁肋后，整體定型鋼模板圍堰滿足應(yīng)力和位移的要求.

4 實(shí)施要點(diǎn)

該樁基承臺(tái)圍堰施工方案需在小潮汛期內(nèi)完成趕潮作業(yè)施工，整個(gè)施工期時(shí)間緊迫，施工各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的情況均需考慮.根據(jù)錢塘江河口涌潮觀測(cè)站(點(diǎn))工程-鹽官站樁基承臺(tái)施工情況，總結(jié)了以下施工注意要點(diǎn).

(1)鋼模試吊

由于整體定型鋼模板與鋼管樁的固定法蘭盤均為預(yù)制，在鋼模板圍堰正式安裝前，需提前對(duì)整體定型鋼模進(jìn)行試吊安裝，防止出現(xiàn)樁位測(cè)量不準(zhǔn)而導(dǎo)致鋼模板無法準(zhǔn)確就位情況，影響在小潮汛期內(nèi)完成施工任務(wù).

(2)鋼模安裝固定

鋼模板安裝就位后，需快速將鋼模板固定在鋼管樁上，防止鋼模板浮起或受潮水沖擊移位.鋼模板就位后需立即用抱箍在鋼模板和每根鋼管樁連接處進(jìn)行臨時(shí)固定，再用電焊將鋼模板、抱箍、鋼管樁焊接牢固，保證鋼模板圍堰的穩(wěn)定.

(3)潮水預(yù)警

趕潮作業(yè)有一定危險(xiǎn)性，需安排專人在下游觀察潮水動(dòng)向，提前30min預(yù)警到位，確保施工作業(yè)人員提前撤離.

(4)抽水及注水作業(yè)

每次涌潮來臨前，需對(duì)鋼模板圍堰進(jìn)行提前注水，以減小鋼模板圍堰潮水沖擊受力；水位退去后，及時(shí)抽干鋼模板內(nèi)的水，保證施工作業(yè)時(shí)間.

(5)混凝土澆筑后保護(hù)

承臺(tái)混凝土澆筑后，將面臨潮水的沖刷，需在其表面覆蓋土工布，做好沖刷保護(hù)措施.

鹽官站樁基承臺(tái)根據(jù)整體定型鋼模板圍堰方案，順利進(jìn)行了施工，實(shí)施情況(見圖5).

圖5 樁基承臺(tái)施工實(shí)況

5 結(jié) 論

整體定型鋼模板圍堰方案具有安裝速度快、經(jīng)濟(jì)性好，能在水上樁基承臺(tái)較好發(fā)揮作用.通過數(shù)值模擬計(jì)算，該結(jié)構(gòu)圍堰能滿足小潮汛期的施工要求.該方案在錢塘江河口涌潮觀測(cè)站(點(diǎn))工程——鹽官站樁基承臺(tái)實(shí)施后，既縮短了工期，又節(jié)省了投資，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，浙江平陽人，工程師，主要從事水利工程質(zhì)量監(jiān)督工作.

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