钢板桩围堰在安江沅水特大桥水中墩施工中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７　Ｎｏ．２　桩基研究与地基基础　６３・－－－－－－－－—－－——钢极桩围堰在安　沉水特大桥水中墩施工中的应用　双　卡　聂江华　（中铁四局集团第一工程有限公司，安徽合肥２３００４１）　摘要：文章结合邵怀高速公路安江沅水特大桥水中墩施工实例。介绍了钢板桩围堰在深水桥墩施工中的应用。　关键词：特大桥；水中墩；钢板桩；围堰；施工技术　中图分类号：Ｕ４４３．１５岣；Ｕ４４５．５５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７—７３５９（２００７）０２—００６３—０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｈｅｅｔ　Ｐｉｌｅ　ａｓ　Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｐｉｅｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｕａｎｓｈｕｉ　Ｍｅｇａｂｒｉｄｇｅ　Ｎｉｅ　Ｊｉａｎｇｈｕａ　（Ｔｈｅ　Ｆｉｒｓｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ　ＣＴＣＥ　Ｇｒｏｕｐ，Ｈｅｆｅｉ　２３００４１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｇｅｂｒｉｄｇｅ　ａｃｒｏｓｓ　Ｒｕａｎｓｈｕｉ　Ｒｉｖｅｒ　ｏｆ　Ａｎｊｉｎｇ　Ｔｏｗｎ　ｉｓ　ａ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｌｏｎｇ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｓｈａｏｙａｎｇ－Ｈｕａｉｈｕａ；ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｉｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｅ　ａｓ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｉｅｒｓ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ｄｅｅｐ　ｂｅｎｅａｔｈ　ｗａｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｇａｂｒｉｄｇｅ；ｐｉｅｒ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ；ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｅ；ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　１　工程概况　安江沅水特大桥水中墩施工时其水流较深，有通航要求，　钢板桩围堰方案是其深水桥墩施工中的重要手段。　安江沅水特大桥跨河部分下部结构采用双柱（柱径为　／　—　＿　１．８ｍ）式钢筋混凝土墩身，下配２根直径２．０ｍ的钻孔灌注桩，　横向采用系梁连接。本桥共有１　、２　、３　３个水中墩。　实测河床水位：１５７．００ｍ；河流最高水位：１５８．００ｍ；施工水　位：按１５８．３０ｍ计算。　河床面／　——／　　：—　ｒ，０ｔｌ＋Ｈ　ｒ２Ｈ　２　图２－１钢板桩结构受力图　图２—２钢板桩结构受力简化图　如图３所示。图中第一支撑的反力只为其他各支撑反力的０．１５　倍。图中计算均以１延米宽板桩为单位。　此时各支撑的反力按公式（１）计算：　图１实测河床水位图　ｉｔ／２　ｐ　而ｒｏＨ－　（１）　式中：Ｐ为各支撑反力，ｋＮ；／＂ｔ为支撑数；ｒｏ为压力线的增加　２钢板桩围堰设计及检算　２．１围堰类型选择　率，ｋＮ／ｍ　；Ｈ为总深度，ｍ。　１延米板桩支撑反力为：　ｐ＝　根据工程特点选择钢板桩围堰。待水中钻孔桩成桩后，选　用长１６．０ｍ拉森Ⅲ型钢板桩进行围堰施工，围堰尺寸初步定　为：１２．０ｍ　Ｘ４．０ｍ。　Ｈ２２ｆｒｏ１＋０　１５＝—２　Ｘ　４　１＋０　１５ｎ一　丽．）　（一　．　）　一’……’　“　＝２４１．６ｋＮ　’——　２．２钢板桩受力及简化图　・ｃ－－－－－－－一　　根据施工情况，钢板桩受水压力和土压力共同作用，水深　—－——一０６０ｔ　４【　Ｈ—ｐ　一　Ｈ１＋Ｈ２＝１０．９ｍ，土深Ｈ２＝３．４ｍ，水压力ｒｌ＝ｌＯＮ／ｃｍ　，饱和土压力　—　，　，　０４５１＂　●・—一Ｐ　ｐ　（砂土）ｒ￣－９Ｎ／ｃｍ　，钢板桩受最大荷载ｎ　Ｘ（Ｈｌ＋Ｈ２）＋／＇２　Ｘ　０赢　二　．－一Ｈ２＋Ｈ２）＋ｒ２Ｈ２　Ｈ　＝１３９．６ｋＮ／ｍ，如图２－１所示。为了方便计算，采取更加有利　于结构安全的简化方法，钢板桩结构受力简化图如图２－２所　示，此时钢板桩压力线的增加率ｒｏ＝１３９．６÷１０．９＝１２．８１Ｎ／ｃｍ　，　可采用此压力线增加率计算。　２．３横支撑布置及检算　钢板桩采用等反力布置形式，支撑共布置４道，支撑间距　Ｉ　图３等反力布置支撑　ｒｏｌｌ　２．３．１支撑竖向布置　为保证钢板桩刚度，围堰内设４道腰撑（包括斜端撑），腰　撑采用２根３２槽钢。导向梁采用２根３２槽钢，内导向框和外　导向框各设１道，设上、下２层，上层高出水面０．３ｍ，底层距水　面６．Ｏｍ。　收稿日期：２００６－１２－０９　作者简介：聂江华（１９７７一），男，安徽太湖人，毕业于合肥铁路工程学　校铁道工程专业．助理工程师。　竖向腰撑间距由图３（ａ）可得下列等式：　Ｈ＝ｈ＋Ｏ．６０ｈ＋Ｏ．４５ｈ＋０．０５６Ｈ　得　：５．０ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com ——－－．——６４　安徽建筑　２００７年第２期　支撑从上到下间距依次为：５．０ｍ，３．０ｍ，２．３ｍ，０．６ｍ。　算，即根钢板桩是３　钢，常用允许弯曲应力　为１８０ＭＰａ，据第　一３．３．２支撑横向布置　横向支撑每层共设５道，其中直撑３道，斜端撑２道，间距　２．０ｍ。　跨弯矩求算。　最大弯矩按公式（２）求出：　Ｗ：—ｒｏｈ３／６－Ｏ１５Ｐｏｈ　．（２）　３．３．３支撑检算　【０ｒＪ　由于支撑布置按等反力原理布置的，各支撑受力相等。由　公式（１）得知１延米板桩引起支撑反力Ｐ＝２４１．６ｋＮ，则每道直　支撑支撑反力为：尸ｌ＝２×Ｐ＝－４８３．２ｋＮ，　＝———————————————　—————————————一一　４７６（ｃｍ　）…，　：——１５　ｘ　２４１．６　ｘ　１０＂ｘ　５１２．８１　ｘ　１０＂ｘ　５＂／６－０．ｌ６Ｕ　：选用德国拉森Ⅲ型钢板桩（Ｗ＝１３６３ｃｍ　），满足要求。　斜端撑支撑反力：Ｐｏ＝、／　×Ｐ１＝６８３．３　ｋＮ。横撑按两端铰接　３．５．２钢板桩入土深度（经验值）　的轴向受力的压杆检算：　轴向压力Ｐｏ＝、／２×Ｐｌ＝６８３．３　ｋＮ　单根面积Ａ＝４８．７ｃｍ　最底层槽钢总面积Ｆ－－２×Ａ＝９７．４ｃｍ　则压应力：　＝　＝６８３．３×１０３／９７．４×１０＿４＝７０．２　ＭＰａ＜［ｔｒ］＝２０ＯＭＰａ　斜端撑已满足要求，直支撑更满足。　直支撑支撑力Ｐ１＝４８３．２ｋＮ，由于直支撑长度为Ｌ＝４．０ｍ，长　细比Ａ＝Ｌ／／＝４ｏｏ／（２×２．４３）＝８２．３，查表得　：０．５３２，那么有：　『ＪＰｌ＝　Ａ［０ｒ】＝０．５３２×４８．７×１０　×２００＝５１８１６８Ｎ＝５１８ｋＮ　Ｐ。＜　，满足要求。　斜端撑支撑力Ｐｏ＝６９５ｋＮ，由于斜支撑长度为Ｌ＝、／２×　２．０：２．８３ｍ，长细比Ａ＝／＿Ａ＝２８３／（２×２．４３）＝５８．２，查表得ｑ￣－－０．７１７，　那么有：　Ｖ】＝　ＡＨ＝ｏ．７１７×４８．７×１０２×２００＝６９８３５８Ｎ＝６９８ｋＮ　Ｐｏ＜【ｆ１，满足要求。　３．４导梁框架布置及检算　导梁框架布置在钢板桩与横支撑之间，起到传递荷载的作　用。导梁框架与横支撑相对应布置４层，导梁采用２根３２槽　钢。导梁除承受板桩传来的均布荷载外，并承受轴向力，导梁框　架可按铰接计算。此时导梁的最大弯矩为：　＝一Ｍ＋ＮＹ　式中：肛一均布荷载单独作用时的最大弯矩（ｋＮ・ｍ）　Ⅳ．——轴向力（ｋＮ）　卜均布荷载与轴向力共同作业下产生的挠度（ｍ）　一般情况下，　与　值相差很小，可只取　值计算。　由图３（ａ）知，受均布荷载最大的是最底层导梁，ｑ＝ｒｏ（Ｈ－０．６）　：１２．８１×（１０．９．０．６）＝１３１．９　ｋＮ／ｍ，最大间距／＝２．０ｍ。　一￣－Ｍ＝ｑＨ８＝１３１．９×２Ｖ８＝６５．９５　ｋＮ’ｍ　Ｗ＝２Ｗ，＝２×４７４．９＝９４９．８ｃｍ　导梁抗弯：　＝　礤／Ｗ＝６５．９５×１０３／（９４９．８×１０－６）＝６９．４ＭＰａ＜［０广】　：２１０　ＭＰａ　满足要求。　剪力计算Ｑ＝Ｑ内一Ｑ外＝Ｐ：ｑｌ／２＝４８３．２—１３１．９×２／２＝３５１．３ｋＮ　导梁抗剪：　ｒ＝Ｑ／Ａ＝３５１３×１Ｏ　（２×４８．７×１０＿４）＝３￣ＩＭＰａ＜［￣１２０ＭＰａ　满足要求。　３．５钢板桩的选择　３．５．１断面模量的检算　板桩的计算断面模量，根据图３（ａ）所示，应按最大的弯矩求　根据支撑布置型式（如图３（ａ）），以及水深及河床地质条　件，钢板桩受２部分荷载作用——土压力和水压力。计算钢板　桩最小入土深度参考《桥涵（上册）》（１９９９．１１出版）Ｐ１６５～　Ｐ１６８经验公式。受水压力时水文地质情况属于第５种，板桩计　算图属形式（四）；受土压力时水文地质情况属于第６种，板桩　计算图属形式（五）。砂性土的内摩擦角　＝３５。－４０。，这里按最　不利情况设计，选内摩擦角　＝３５。，则最小入土深度：　ｈｏ＝ｏｔｌＨｌ　２＝０．３×７．５＋０．３×３．４＝３．２７（ｍ）　３．５．３钢板桩入土深度（理论值）　画出作用在板桩上的全部侧压力（水和土的主动和被动侧　压力），如图４所示。其中Ｐ－Ｍ（即ｕＧ）为日深水及日。深土压力　（主动土压力）之和。Ｒ～Ｂ为　深被动与主动土压力之差，即ＭＲ　线之坡度ｐ　（ｐ　）。　■～　Ｕ．１Ｊｒ　Ｅ　－．∈＿一Ｐ　…　Ｆ　■一　ｎ　一　７　＿～　ｒ　Ｕ、．　　／　－一Ｇ　　ｎ　／　。　－、Ｍ　　ｒ　一、　　。Ｐ　Ｗ　Ｐ　＼月　Ｎ’　＼　Ｒ　图４求算板桩入土深度受力图　图４中：ｐ广土的被动侧压力系数，Ｐ　－－／ｔａｎ　（４５。＋罟）　一土的主动侧压力系数，ｐａ－Ｔｔｎａ　（４５￣－￣）　广土的浸水容重　土的浸水相当内摩擦角　近似地假定作用在Ｇ曰　板桩上的荷载ＵＧＮ　Ｂ　，一半传到Ｇ　点．另一半由坑底土压力ＭＢ　Ｒ　承担。根据这样假定即可求出　（下转第６７页）　维普资讯 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——————２００７　Ｎｏ．２　桩基研究与地基基础　６７　②按设计图进行布孑Ｌ，打竹片桩，桩顶涂红油漆标示。施工　中若竹片桩破坏，则应及时恢复，保证桩孔偏差满足要求。　③拔管速度要严格控制，尤其是桩头以下６ｍ范围内，拔管　速度必须控制在１ｍ／ｍｉｎ以内。　距大于１．５ｍ时，跳桩１根。　５桩检情况　通过对已到龄期的ＣＦＧ桩进行低应变完整性检测和单桩　承载力检测，其中低应变完整性检测５９５根，其中Ｉ类桩５６１　根，占９４％；ＩＩ类桩３４根，占６％；单桩承载力检测９根，全部　合格。并按要求进行的取芯自检，芯样完整，芯样２８ｄ抗压强度　④严格控制好桩机电流，确保桩底到达持力层。进入持力　层的电流控制标准为：不小于１３０Ａ，持续１０ｓ以上。　⑤加强施工管理。施工人员必须对钻机就位、电流控制（入　土时电流及终孔时电流）、混凝土投料前检查、拔管速度及留振　情况等进行认真检查，并作详细记录。　⑥按设计文件要求跳桩施工，一般跳桩１～３根。桩间距　１．１ｍ～１．３ｍ时，跳桩３根；桩间距１．３ｍ～１．５ｍ时，跳桩２根；桩间　达到了１５．１ＭＰａ，满足设计要求。　６施工体会　采用振动沉管法施工ＣＦＧ桩复合地基，具有施工速度快、　工期短、质量容易控制及工程造价低廉等特点，建议软基加固　时可采用此技术。　（上接第６４页）　值，即：　ＵＧＮ　Ｂ　／２＝ＭＲ　Ｂ　单桩摩擦承载力为：　［　＝０．３ＵＬ￣＇ｅ＝Ｏ．３×（０．５×３．１４）×５×５０＝１１．８ｔ　怛Ｎ　ｒＢ｜－－ｙ￣，・Ｈ＋Ｐｄ・Ｈ厕。Ｒ。Ｂ。＝ｐ　・ｘ　共设置６根管桩，摩擦承载力Ｐ＝６×　＝６×１１．８＝７０．８ｔ　施工荷载：　所以　丽　＋　＝告　即：Ｊ　一而・　一而・　５＝０　钻机１台Ｇ　＝１０ｔ　平台钢架Ｇ２＝ｌｔ　ｏ施工荷载Ｇ３＝２ｋＮ／ｍ　×６×１２＝１４．４ｔ　代人数据得：　３．０７８ｘ２－（１．０×１　０．９＋０．２４４×３．４）ｘ－（１　０．９＋０．２４４×３、４１×０．６＝０　即Ｘ２－１　１．７３ｘ一７．０４＝０　Ｇ＝Ｇ　＋Ｇ２＋Ｇ３＝３４．４ｔ，取安全系数为１．５。　得ｘ＝４．３ｍ　Ｇ　：１．５Ｇ＝５１．６ｔ＜Ｐ，平台受力检算合格。　理论计算板桩最小入土深度为４．３ｍ，为安全起见，综合考　虑桩长等因素，取板桩入土深度ｈｏ＝４．９ｍ，加上土深３．４ｍ，水深　７．０ｍ以及预留０．７ｍ，共长１６．０ｍ。　３．６坑底安全检算　４钢板桩围堰施工要点　定位桩采用直径为５００ｒａｍ的钢管，导向框采用３２ａ槽钢　制作，定位桩施工时必须严格控制定位的精确性，然后即可安　放导向框。插打时要确保钢板桩插正、插直，然后以第１根钢板　坑底地质为细砂层，如果坑内抽水，而桩的入土深度不够，　会引起涌砂现象，可按公式（３）进行安全检算。　基坑内抽水后水头差为日，由于引起水的渗流，其最短流　程为紧靠板桩的Ｈ２＋２ｈ。，在此流程中，水对土粒渗透力方向垂　桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。当围堰合拢后，抽水施工　前还须进行内支撑的安装，以防水压力过大影响围堰内的施工　安全。钢围堰封底混凝土采用刚性导管进行灌注。水中墩施工　结束后，可立即拔除钢板桩和其他管桩。　直向上，如图３ｆａ）所示。现近似地以此流程的渗流来检算基坑的　涌砂问题，要求垂直向上的渗透力不超过土在水中的密度，得　安全条件公式（３）。　５结束语　钢板桩围堰设计施工方案在安江沅水特大桥水中墩施工　中效果明显，克服了水深和有通航的影响，加速了水中墩施工　脚　面Ｈ　ｐ　≤Ｐｈ　式中：　『＿一安全系数，可取２．０　卜一水力梯度　（３）　的速度，大大缩短了工期，取得了显著的经济效益和社会效益。　参考文献　［１］交通部第一工程总公司．公路施工手册：桥涵，手册【Ｍ】．北京：人　民交通出版社，１９９９．　４９　『＿—分别为水的密度及土在水中密度（ｓ／ｅｒａ　）　＝　：２－ｏ×　１０．９　３．４＋２×３．５　×１．０＝２．１Ｏ≥ｐｂ＝Ｏ．９　［２］左水兴，何兆益，邹毅松，等．路桥施工计算手册［ＩⅥ】．北京：人民交通　出版社，２００１．　如果直接抽水施工系梁，基坑会出现涌砂现象，所以在抽　水之前，必须加封底混凝土。　３．７钢管桩作业平台检算　［３］　刘吉士，张俊义，陈亚军．桥梁施工百问【ＭＪ．北京：人民交通出版社，　２ｏ０３．　钢管桩采用ｄ￣５００ｍｍ钢管打入河床以下深度６ｍ，有效锚　固长度按５ｍ计算，ｒ。取５０ｋＰａ。　［４］梁乃兴，申爱琴公路施工手册：工程材料ＩＭ　Ｅ京：人民交通出版社，　２Ｏ０１．