施工方案
一、工程概述
根据提供的地质资料和现场实地考察，A15～A21a/29～31区域坐落于北防波堤的坡身坡脚上，防波堤表层为铺砌约1米厚500～800公斤重的乱石头，石头层下至-10.0为填土层（海沙），-10.0以下为淤质泥土。
根据2010潮汐表查：10月份最高潮位+1.26、最低潮位-0.85，11月份最高潮位+1.37、最低潮位-0.95，12月份最高潮位+1.30、最低潮位-1.12.
凼仔新客运码头A15~A21a/-32~29区域地库层底板面标高-2.2m，承台底标高-3.3m，由于澳门地区最低水位只有-1.0m左右，无法利用赶低潮进行该区域的地库层钢筋混凝土施工，因此综合各方面考虑，拟采用钢板桩围堰抽水实现干水施工地库层的施工方案。 二、钢板桩围堰方案选择
根据钢板桩的力学性能与以往的施工经验和现有的钢板板型号，选用拉森Ⅳ型钢板桩。钢板桩的长度拟选12米，桩顶标高+1.50米，桩底标高为-10.50米。
A15～A21a/29～31区域钢板桩围堰，围堰尺寸定为：沿-2.0～-2.2底板标高的地库外墙线外1.0米施打（见钢板桩围堰平面示意图）。考虑钢板桩量投入和围堰抽水强度等因素，围堰拟分二个区实行流水作业。
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整个钢板桩共设二道内支撑，其支撑围檩采用I305*305*98工字钢，支撑杆采用Φ400mm钢管，第一道标高+0.50米，第二道标高-1.0米。支撑水平间距4米。
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三、钢板桩围堰施工工艺
1.钢板桩选用拉森Ⅳ型钢板桩，A15~A21a/-32~29区域先将引堤的表
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层块石利用钩机停在引堤上进行清除，并将拟打钢板桩围堰外五米内的堤顶降到+1.5m标高，并在开挖过程中适当铺筑作为施工通道，施工通道标高+1.5m。在A15~A21a/-32~29区域内凡地库面板底面标高-2.0m以下的区域，全面设置钢板桩围堰，围堰边距承台边缘均为1M。桩顶标高选+1.5m。
2.钢板桩采用吊机停于堤岸施工通道上，通过吊机起吊振动锤进行施打，先由测量人员按照设计承台边线宽出一米的位置放出钢板桩的施工位置（即钢板桩定位桩），然后根据现场的潮水情况选择作业时间和吊机停放位置。 3.钢板桩的施打：
钢板桩插打利用50t吊车作为起吊设备，配合DZ60型振动锤的施工方法逐片插打。
（1）、安装钢板桩插打导向：钢板桩插打之前，先插导桩和导框，以控制钢板桩的平面尺寸和垂直度。导桩采用钢板桩，导框用[24槽钢，导桩露出水面1m，间距8～10m。在钢板桩的内外侧设置导框，内外导框用[10槽钢固定，钢板桩距导框边缘5cm。；
（2）、为了确保每一片钢板桩插打准确，第一片钢板桩是插打的关键，插打前在导向架上设置限位装装制，大小比钢板桩每边放大1cm，插打时，钢板桩桩背紧靠导向架，边插边将吊钩缓慢下放，这时在相互垂直的两个方向用锤球进行观测，以确保钢板桩插正、插直； (3)、通过检测，确定第一片钢板桩插打合格后，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打每一根钢板桩到设计位置。整个施工过
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程中，要用锤球始终控制每片桩的垂直度，及时调整；
（4）、每一片钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，才进行加压。
（6）、插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点。
4、钢板桩围堰施工中的防漏渗措施
钢板桩锁口之间连接是否紧密是钢板桩围堰施工中的难点，是关系到围堰是否能成功抽水进行下道工序的关键因素。为此，须从钢板桩施工前、插打时、抽水后等每道工序加以控制.
（1）、钢板桩在运到现场后，派专人仔细清理索口间杂物、观察索口是否变形，对于索口变形的钢板桩，应调正后使用；
（2）、在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏（重量配合比为沥青：黄油：滑石粉：锯末=4：6：10：1）以防止钢板桩的漏水；
（3）、钢板桩在插打时应保证其垂直，防止相互倾斜的钢板桩之间索口无法密贴；
（4）、钢板桩围堰在抽水后若存在较小的漏水现象，在抽水时，可以看到哪条缝出现漏水，利用漏水处水压差降产生吸力的原理，在漏水处钢板桩上迅速溜下一袋干细砂或锯木屑、粉煤灰（煤碴）等填充物，在吸力的作用下，填充物会被吸入接缝的漏水处，将漏水通道堵塞，有效的减少漏水量。若抽水后漏水现象较为严重，则将旧棉被或土工布裁剪成3－5cm的长条状，派潜水员将漏水处用棉条从水面堵塞至海床面；
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5.钢板桩围堰支撑：整个钢板桩共设二道内支撑，其支撑围檩采用I305*305*98工字钢，支撑杆采用Φ400mm钢管。具体的支撑标高为：第一道+0.50米，第二道-1.0米。支撑水平间距原则上为4米，由于钢板桩外形为异形，在支撑时按受力最大边钢板桩为主要控制布置支撑的原则。为利于承台和地库墙身的施工，第二道支撑高出承台面100cm，地库层外墙分二次施工，第一次和底板浇注到-1.5m，第二次施工浇注至第一层支撑底+0.20m。在进行第二层支撑围檩撑杆作业时，，抽水标高严格控制在-1.5以上。
6.围堰清基：为了确保围堰的安全，以及方便清基，围堰完成第一道支撑后可进行不抽水下进行清基工作，清基标高禁止低于-3.6m.第二道支撑后可以进行完全抽水和清基工作，泥土清除采用钩机进行。
清基过程中，派专人负责观察围堰的变化情况。主要注意以下变化：
（1）、围堰的漏水情况。钢板桩漏水量较大时，派人及时下去用棉絮封堵；当开挖至坑底时，当围堰脚漏水时局部用砼进行封堵。 （2）、钢板桩的变形和移位情况。随着开挖深度的增加，钢板桩所受的水压力和主动土压力较大，当钢板桩有异常情况时，立即停止清基，并及时向围堰内注水，使内外水压力保持平衡。并且在两支撑之间或第二道支撑和坑底之间加密支撑，确保钢板桩的稳定。
（3）、坑底的涌砂情况，由于地质资料不详，设计时按回填海砂最不利考虑，在基坑内抽水时，可能会引起涌砂的危险。当出现涌砂时，应立即停止清基抽水，并向堰内注水，使内外水压保持平衡，然后采
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用水中挖基，水下浇注封底砼。
（4）、清基过程中，要备有足够大的潜水泵，以防钢板桩出现异常时，以便采取紧急措施时灌水保证钢板桩的内外水压力平衡。
7.清基至设计标高后，整平基底。并且在围堰的中间设置集水坑用潜水泵抽取围堰内的渗水，确保基坑底处于干处，然后进行承台施工。承台施工时必须继续抽水,禁止砼没终凝前被水淹没。
8.承台和地库底板施工完毕后,第二道支撑转换,先用[10或圆木支撑在承台顶向下20CM处,放水至承台顶-1.5m标高,然后拆除第二道支撑,地库外墙第二层开始施工.
9. 当地库层全部施工到+0.2m标高，达到设计规定的强度，即可拔除钢板桩。先向堰内注水至每道支撑下10cm左右处，再割除支撑并逐根吊出拔除，然后继续注水直到钢围堰内外水压力平衡处，即可按顺序逐根拔除钢板桩，拔除采用DZ60液压振动锤。拔出钢板桩的顺序与施打时相反，后打先拔。
10．钢板桩围堰按地库外墙外加1m的工作空间布置，考虑到钢板桩投入量和抽水难度，拟分二个区进行施工，第一个区待地库层施工完成成后，拆除除连接段外的钢板桩，再施打第二区钢板桩，分区连接处采用插打横向钢板桩填充黄泥止水材料，地库墙内采用袋装黄土堆叠挡水墙进行过渡变换。
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四、 钢板桩围堰施工安全措施及注意事项：
1、钢板桩围堰内支撑一定要按设计进行施工，施工焊缝一定要牢固，断面尺寸和数量要符合设计要求；
2、对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查，特别是要注意滑轮的轴和钢丝绳摩损情况，危及安全的要及时维修、更换；
3、水上施工作业人员须严格遵守水上施工安全防护相关规定，所有进入作业区人员均须戴好安全帽，穿好救生衣，必要时拴挂好安全带； 4、六级以上大风应停止打桩、吊装等施工作业并做好防风措施； 5、注意围堰的漏水情况。钢板桩漏水量较大时，派人及时下去用棉絮细砂或木屑封堵；如果是堰脚漏水时局部用砼进行封堵。
6、围堰施工前布置相应的测量观测点，定期对其进行观测，特别是在抽水和清基过程中注意观察钢板桩的变形和移位情况，并做好记录。随着抽水深度的增加，钢板桩所受的水压力和主动土压力越大，如钢板桩有异常情况时，应立即停止抽水。
7、围檩牛腿位置必须水平，围檩与钢板桩间的缝隙，要用硬木、型钢顶死，确保围檩受力均匀，受力点位置在围檩中央。围檩与围檩、围檩与直撑、牛腿等焊接的接缝饱满，严禁脱焊、漏焊。
8、由围堰外至围堰内须设置爬梯等临时出入通道，并焊好栏杆、踏步板，方便施工人员作业
澳门北安码头钢板桩围堰设计及验算
1． 设计资料
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1．1 桩顶标高+1.5，施工最高水位+1.4 1．2 地面标高Hw+1.5。（堤高+4.5）
1．3 地库底板顶面标高-2.2，开挖地面标高H3：-3.6，拟考虑超深
0.3m，开挖深度为H:5.1
1．4坑内外土的天然容重加权平均值r1r2均为：19KN/m；内摩擦角加权平均值φ=240；粘聚力C:4KPa 1．5 地面超载q按20KN/m2。
1．6 拟设二层支撑，第一层标高为+0.5m，第二层标高-1.0m，二层间距1.5m。支撑围檩采用英标I305*305*98，W=1442 cm3，支撑采用Φ400mm钢管，W=1599cm3
1．7 采用拉森Ⅳ型钢板桩，W=2043cm3，[δ]=200Mpa，桩长12m。 2．内力计算
2．1作用在钢板桩上的土压力强度及压力分布 主动土压力系数Ka=tg2(450-240/2)=0.42 被动土压力系数Kp= tg2(450+240/2)=2.37 钢板桩均布荷载换算土高度h0: h0=q/r=20/19=1.05 2．2 支撑层数及间距
施工前将堤土降到+1.5米标高后，再进行钢板桩施工，计算时为安全起见，也考虑+1.5米标高以上土对钢板桩的影响。 拉森Ⅳ型钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度为： H=(6 [δ]W)/（rKa）1/3
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=(6*200*105*2043)/(19*0.42) 1/3 =3132mm=3.13m
根据实际情况和方便于施工，确定第一层支撑标高0米，第二层支撑标高-1.5，支撑间距拟每隔4m设置一道。 3． 支撑系统计算 3．1 围檩
根据施工工序，分为二个工况；
工况一、围堰第一道支撑加好后，抽水到-1.50m标高进行第二层支撑施工时；
工况二、围堰第二道支撑加好后，抽水、挖泥清基到-3.6m标高
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时；
第一种工况时，第一层支撑受力计算： 第一层围檩受力：
桩顶标高+1.5处土压力Pa1(安全起见，堤高荷载也进行计算) Pa1=19*（1.05+(4.5-1.5)）*0.42=32.3 KN/m2 钢板桩标高-3.6处土压力Pa2
pa2=rhKa=19*（1.05+(4.5-1.5)）*0.42 + (19-10)*(1.5+3.6)*0.42=51.6KN/m2
抽水-1.5m标高后水压力Pw=rwh=10*(1.5+1.5)=30 KN/m2 则总的主动土压力（土体压力及水压力）
Ea=（1.5+1.5）*30/2+(32.3+73.04)*(1.5+3.6)/2=313.62 KN/m 合力Ea距-3.6标高处距离Y
313.62*y=32.3*(1.5+3.6)*(1.5+3.6)/2+(73.04-32.3)*(1.5+3.6)/2* (1.5+3.6)/3+30*(1.5+1.5)/2*((1.5+1.5)/3+(3.6-1.5)) Y=2.35m
则q1*(3.6-0)= 313.62*2.35 q1=313.62*2.35/(3.6-0)=204.7 KN/m 第二种工况时，第一层支撑受力计算 近似法计算
q1=(32.3+40.32)/2*(1.0/2)+(40.32+52.29)/2*(1.5/2) =52.88KN/m
上述比较，第一种工况当抽水到标高-1.5施工第二层围檩时，第一
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层围檩为最不利受力状态，此时的受力为：q1=204.7 KN/m，第一层围檩以此值验算 第二层围檩受力： 近似法计算
q2= (40.32+52.29)/2*(1.5/2)+( 52.29+73.38)/2*(2.6/2) =116.41KN/m 3．2撑杆
R=(1/2)*qk(l1+l2) 式中l1、l2为相邻两支撑间距 第一层支撑（第一种工况时受力）
R1=(1/2)*qk(l1+l2)= (1/2)* 204.7*(4+4)=818.8 KN 第二层支撑
R2=(1/2)*qk(l1+l2)= (1/2)* 116.41*(4+4)=465.64 KN 4．入土深度计算
钢板桩入土深度受两个因素影响，一是竖向不产生管涌，二是基底土体横向不产生侧移。
4．1先以不产生管涌为控制条件
钢板桩顶标高为+1.5，基坑抽水后水头差为h1=1.5-(3.3)=4.8m，入土深度h2=x，最短的渗流途径为h1+ h2*2，不发生管涌的安全条件为 K*i*rw≤rb K为安全系数取1.8 rw海水容重取10.3 KN/m3
土的浮容重为rb =19-10.03=8.97 KN/m3 水力梯度i= h1/（ h1+2x）
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1.8*(4.8/(4.8+2x)*10.3≤8.97 1.8*4.8*10.3≤8.97*(4.8+2x) (1.8*4.8*10.3-8.97*4.8)/( 2*8.97)≤x
计算得x≥2.56m满足要求，不会发生管涌。 4．2计算基底土体侧向的稳定性
土压力，水压力及被动土压力分部对基底A点取力矩平衡 rb *（Kp-Ka）*x3/6= rwh12/6+ Ka r h22
8.97*(2.37-0.42)* x3/6=10.3*4.82/6+0.42*19*(1.05+4.8+3)2/6 x3=6*(10.3*4.8*4.8/6+0.42*19*(1.05+4.8+3)*(1.05+4.8+3)/6)/ (8.97*(2.37-0.42))=49.29
X=3.67m 即X≥3.67m，土体就不会发生横向移动
综合以上两种安全控制条件，钢板桩长度大于H=4.8+3.67+1=9.74米即可满足条件，取钢板桩长度12m能符合要求。 5．基底抗隆起稳定性验算
基底抗隆起稳定性分析（同时考虑C、φ的抗隆起验算法） 结构底平面作为求极限承载力的基准面，可由下公式求抗隆起安全系数
Nq=eπtgφtg2(45+φ/2)= 2.7183.14tg24tg2(45+240/2)=4.04*2.37=9.57 Nc=( Nq -1)/ tgφ=(9.57-1)/tg240=3.82 Ks=(r2tNq+CNc)/(r1(H+t)+q)
= (19*7.2*9.57+4*3.82)/(19*(4.8+7.2+3)+20) =4.34＞2.0
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即钢板桩打入深度7.2米地基土稳定，不会发生隆起(精确计算打入土深度大于2.25m都不会发生隆起)。 6．构件设计 6．1围檩设计
第一层围檩选用I305*305*98 W=1442 cm3
按连续梁两端固结模式进行计算最大弯矩 Mmax=0.07*q1*l2=0.07*204.7*42=229.26KN.m σ
max=Mmax/ W≤[f]
=229.26*103/1442=158.99≤[f]=200 满足要求
第二层围檩选用I305*305*98 W=1442 cm3
按连续梁两端固结模式进行计算最大弯矩 Mmax=0.07*q1*l2= 0.07*116.41*42=130.38KN.m σ
max=Mmax/ W≤[f]
=130.38*103/1442=90.4≤[f]=200 满足要求 6．2支撑设计
以支撑力较大的第一层作为验算对象，验算跨中内支撑 对第一层垂直支撑进行验算
选用Φ400mm钢管，管壁厚t=14mm，直径D=400mm，最长钢管
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17.5m，i=137.3mm，A=17065.13mm2，W=1599753mm3
根据长佃比λ=i0/i=17500/137.3=122.36，查表得稳定系数∮=0.46 自重弯矩
Mmax=ql2/8=78.5*0.017*17.5*17.5/8=51.09KN.m σ
max=N/φ
A+Mmax/ W≤[f]
=818.8*103/（0.46*17065.13）+51.09*106/1599753 =136.24＜[f]=200Mpa 满足要求
其他说明：因钢板桩围堰一边在堤上，一边在海里，上述计算中钢板桩受力全按堤上钢板桩考虑，实际上海侧钢板桩受的土压力小很多，因为围堰两侧受力的不平衡，有一水平推力推动钢板桩围堰 推力大小根据海床泥面高度确定，暂按-2.0计，水平推力压强P
P=(19*3+(1.5+2)*9)*0.42=37.17 KN/m2 以海钢板桩外泥面-2.0处计算推力距为
M=19*3*0.42*(1.5+2)*(1.5+2)/2+9*(1.5+2)* 0.42/2*(1.5+2)/3 =154.35 KN.m
由此推算外海钢板桩桩顶应设反向支撑力F F*(1.5+2)=154.35
F=154.35/(1.5+2)=44.1 KN/m
该推力较小，施工中在岸上打钢管桩牵拉岸边钢板桩予以抵消或利用钻孔灌注桩适当支撑消力。
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