復(fù)雜條件下大型橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)防護(hù)技術(shù)探討

1、復(fù)雜條件下大型橋梁基礎(chǔ)施工防護(hù)技術(shù)探討- 工程論文復(fù)雜條件下大型橋梁基礎(chǔ)施工防護(hù)技術(shù)探討鄭康 ZHENGKang（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，鄭州450000 ）（TheFirstEngineeringCo.，Ltd.ofChinaRailwayMajorBridgeEngineeringGroupCo.，Ltd.，Zhengzhou450000，China ）摘要：文章結(jié)合實(shí)例對工程的地質(zhì)簡況、邊坡支護(hù)方案、支護(hù)設(shè)計(jì)及主要施工方法等方面進(jìn)行了闡述。在排樁設(shè)計(jì)土壓力計(jì)算時對幾種傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行了對比分析，為設(shè)計(jì)提供一定的思路和參考。Abstract:Combinedwiththeinsta

2、nce,thispaperexpoundsthegeologicalconditionofengineering,slopesupportingscheme,supportingdesignandthemainconstructionmethod.Severaltraditionalcalculationmethodofsoilpressurecalculationinthepiledesignareanalyzedtoprovidecertainideasandreferenceforthedesign.關(guān)鍵詞：排樁；圖解法；土壓力Keywords:campshed；graphicalmet

3、hod；soilpressure中圖分類號： U448文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1006-4311（ 2015 ） 31-0108-040 引言橋梁設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，常會遇到臨近邊坡、河道的基礎(chǔ)施工，采取支護(hù)排樁是一種有效的基礎(chǔ)防護(hù)措施。但由于邊坡地質(zhì)條件多樣、地形地勢差異大，如果都按固定的計(jì)算方法去設(shè)計(jì)是不合時宜的，或造成結(jié)構(gòu)安全儲備較小，或造成材料浪費(fèi)和成本增加。文章提供了三種方法重點(diǎn)對排樁受力進(jìn)行了分析，最終選擇折中的方案，可以為此類設(shè)計(jì)提供一定參考。1 簡況鸚鵡洲長江大橋?yàn)?3 塔 4 跨懸索橋結(jié)構(gòu)，主跨跨徑為225m+850m+850m+225m。大橋跨漢陽江灘進(jìn)入長江，于武昌造船

4、廠鲇魚套附近上武昌岸。 3# 墩位于武昌江岸坡腳。從地勘資料上顯示，3# 塔位處受斷裂構(gòu)造及河流沖刷影響，場地處巖面標(biāo)高約-3m ，以上覆蓋層均為粉質(zhì)粘土和粉砂，河床坡度大；防洪墻內(nèi)武昌漢陽兩側(cè)高差達(dá)到5m以上，加之土質(zhì)內(nèi)摩擦角小，圍堰施工時將受到較大側(cè)向不平衡壓力，邊坡不穩(wěn)定性同時將嚴(yán)重威脅防洪墻的結(jié)構(gòu)安全；為保證長江堤防安全，結(jié)合3# 墩樁基及承臺施工需要，在 3# 墩下游武昌側(cè)施工一排防護(hù)樁，對大堤進(jìn)行防護(hù)。2 方案設(shè)計(jì)2.1 總體布置大橋 3# 墩大堤防護(hù)采用單排鉆孔樁基礎(chǔ)，防護(hù)樁距墩承臺中心27m ，與防洪墻平行布置，下游側(cè)距承臺角點(diǎn)最小距離6.0m 。樁徑1.5m ，間距 1.8m

5、 ，共 28 根，樁基為端承樁，樁底標(biāo)高-8.00m ，樁頂標(biāo)高 +19m ，樁長 27m 。防護(hù)樁頂設(shè)胸墻，胸墻長50.5m ，寬 1.8m ，厚 1.0m ，排樁采用C30 水下鋼筋砼結(jié)構(gòu)。3# 墩大堤防護(hù)布置見圖1。2.2 土質(zhì)參數(shù)根據(jù)勘察資料，防護(hù)樁處巖面以上土層為粉質(zhì)粘土和粉砂層，巖面標(biāo)高-3.21m ，粉砂層厚 2.0m 。水位按低水位 +12.0m計(jì)算時防護(hù)樁受力最不利（圖2）。由于土的滲透性較好，采用水土分算，取土層物性參數(shù)加權(quán)平均的方法。粉質(zhì)粘土內(nèi)摩擦角 ?準(zhǔn) =8.2 °，重度=19.4kN/m3，粘聚力c=11.7kPa ；重度按 =19.4kN/m3，粉砂內(nèi)摩

6、擦角 ?準(zhǔn) =29 °。按土層參數(shù)加權(quán)平均，結(jié)果見表1。2.3 支護(hù)樁設(shè)計(jì)及驗(yàn)算排樁支護(hù)設(shè)計(jì)分析本支護(hù)工程具有臨時性、區(qū)域性、復(fù)雜性等工程特點(diǎn)。土與水是支護(hù)工程設(shè)計(jì)的兩個關(guān)鍵問題。一般而言，墻后的土壓力介于主動土壓力和靜止土壓力之間，墻前的土壓力則處于靜止土壓力和被動土壓力之間，目前的設(shè)計(jì)采用朗肯土壓力理論，可能導(dǎo)致偏于保守或危險。另外土壓力還有時空效應(yīng)，結(jié)合本工程，其一在排樁江中心一側(cè)將長期受長江流水沖蝕影響，其二3# 塔基礎(chǔ)采用鎖口鋼管樁圍堰，其施工必對河床及邊坡土整體性造成破壞。初步設(shè)計(jì)采用懸臂無拉結(jié)的鉆孔樁，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及構(gòu)造要求，樁徑1.5m ，間距 1.8m ，為大直徑排

7、樁支護(hù)，必須設(shè)計(jì)冠梁及止水帷幕。排樁設(shè)計(jì)抗傾覆驗(yàn)算主動土壓力計(jì)算：本工程先以樁頂?shù)交鶐r面標(biāo)高差值作為計(jì)算長度進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，初步判斷排樁是否要嵌入基巖。計(jì)算墻后主動土壓力時，若直接采用朗肯或庫侖土壓力理論計(jì)算公式時，將會有如下問題：朗肯土壓力理論：排樁墻后防護(hù)大堤有斜坡，且坡角大于內(nèi)摩擦角（?準(zhǔn)， 17 ° 10.2°），而采用朗肯土壓力理論進(jìn)行無限斜坡面的土壓力計(jì)算時，只適用于 c=0 的無粘性土，且?準(zhǔn)；庫倫土壓力理論：由于?準(zhǔn)，在計(jì)算主壓系數(shù)Ka 時，公式根號下出現(xiàn)負(fù)值，亦不能求解；延長墻背法，計(jì)算時將邊坡分解為水平和傾斜面，分別計(jì)算各自的土壓力，在得出土壓力圖形后進(jìn)

8、行組合，但其依然以庫倫土壓力理論為前提。因此，本例將采用以下方法進(jìn)行計(jì)算：圖解法，見圖3 ，當(dāng)墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，填土將沿破裂面（ADi ， i=111 ）滑動，而形成滑動楔體。作用在滑動土楔體上的力有土楔的重量Wi 、墻背對填土的反力Ei，破裂面上的總粘聚力 Ci 及反力 Ri。上述各力的方向以及Wi 和 Ci 大小均為已知，根據(jù)力系平衡時力多邊形閉合條件，可求得每個破裂面對應(yīng)的Ei 值，將各Ei 值用一條光滑的曲線連起來即可求得Emax ，即最大主動土壓力。考慮表層土存在拉應(yīng)力導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)；按邊坡水平，加載附加荷載的方法，大堤荷載按三角形荷載加載，從防洪墻處按45 °傳遞

9、至防護(hù)樁；文獻(xiàn) 2 中的計(jì)算方法，按矩形荷載面作用三角形荷載，主壓力系數(shù)按式（1）計(jì)算。m=L/B ， n=z/B ， L、 B 分別是矩形荷載作用面的長度和寬度；L 沿著擋土墻的長度方向， B 垂直擋土墻的長度方向，沿著荷載分布的方向；z 是計(jì)算點(diǎn)的深度； ?準(zhǔn)是填土的內(nèi)摩擦角。計(jì)算過程及結(jié)果：圖解法：繪制結(jié)果見圖4，各楔體計(jì)算見表2。作曲線的切線，求得Emax=2285kN，對應(yīng)破裂面=37 °，過此面的楔體重心做平行于破裂面的直線交排樁墻背可得作用點(diǎn)位置Za=7.52m 。附加荷載法：假設(shè)防護(hù)樁至巖面，入土深度為17.21m ，此時主動土壓力：總反力： Ea=1560.9+10

10、08=2568.9kN；Za=6.65m文獻(xiàn) 2 方法： L=41.4m ， B=22.5m ， Z=21.21m 。求得 Ka=0.0202 ，由三角形自重向下傳遞產(chǎn)生的水平力為p=G?駐· Ka=0.0202× 0.5 × 22.5× 7 × 19.34=30，.88kN則土壓力為Ea2=0.5× 30.88× 21.21=327.46kNEa=327，.46+1560.9=1888.365kN。計(jì)算結(jié)果表明，附加荷載法計(jì)算得到的主動土壓力偏大，文獻(xiàn)2 中的方法偏小，本例折中使用圖解法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算（圖5 ）。

11、樁端彎距及最大剪力計(jì)算采用 m 法計(jì)算樁身內(nèi)力，采用彈簧模擬土受力。采用MIDAS建立單樁模型，樁底固結(jié)，主動土壓力荷載按分層計(jì)算法。荷載按每m 寬度加載，結(jié)果中考慮 1.8 （鉆孔樁直徑）的影響系數(shù)。計(jì)算結(jié)果為樁身最大彎矩2931kN · m，最大剪力 1429kN （圖 6）。樁身位移樁頂最大位移 18.3mm ，+14.0m處最大位移 14.8mm 。經(jīng)計(jì)算后，被動土壓力考慮1.2 倍增大系數(shù)，此時，在 +7.5 +13.5m范圍內(nèi)，等效被動土壓力比容許被動土壓力稍大，由于大堤土經(jīng)過多年固結(jié)，認(rèn)為被動土壓力滿足受力要求。樁嵌巖深度根據(jù)以上計(jì)算的樁底彎矩結(jié)果，采用文獻(xiàn)5 中式（）

12、進(jìn)行巖層內(nèi)樁底需要錨固的深度計(jì)算，則h=其中巖石極限抗壓強(qiáng)度Ra=20MPa （中風(fēng)化巖層）， =0.5 ， D=1.5m計(jì)算得 h 1.1m 。由于巖面不平整，巖面高程從-3.21 -4.67m ，取樁底高程為-8.0m 。防護(hù)樁配筋計(jì)算根據(jù)計(jì)算的樁身最大內(nèi)力，按照文獻(xiàn)4 中對防護(hù)樁配筋設(shè)計(jì)，防護(hù)樁直徑采用 ?準(zhǔn) 1500mm ，A=1767146mm2 ，鋼筋采用 HRB335 ，混凝土采用 C30 ，可以滿足要求。2.4 鉆孔樁支護(hù)施工3# 墩大堤防護(hù)采用間隔跳打法施工。沖機(jī)鉆鉆孔泵吸反循環(huán)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)、清孔合格后下放鋼筋籠和安裝導(dǎo)管，水下混凝土采用垂直導(dǎo)管法灌注，氣鉆法鑿除樁頭混凝土，

13、完成鉆孔樁施工。防護(hù)樁位處地勢起伏較大，須對場地進(jìn)行整平處理，整平后地面標(biāo)高控制在+20.0m左右，夯打密實(shí)形成墩位平臺。防護(hù)樁鋼護(hù)筒插打利用70t履帶吊進(jìn)行插打，按平整場地測量放樣出樁位設(shè)置導(dǎo)向起吊護(hù)筒、調(diào)整護(hù)筒傾斜度及位置安裝打樁機(jī)震動插打到地面以上30cm的施工工藝流程進(jìn)行。鉆機(jī)開鉆前。孔內(nèi)應(yīng)先灌注泥漿，如孔中有水，可直接投放粘土，用鉆頭以小沖程反復(fù)沖擊造漿，使護(hù)筒底口以下2-3m范圍內(nèi)的孔壁堅(jiān)實(shí)、不漏，并豎直圓順，能起導(dǎo)向作用。在卵石土等松散層開孔或鉆進(jìn)時，可按1:1 投入粘土和小片石（粒徑不大于15cm ），用小沖程反復(fù)沖擊，使泥膏，片石擠入孔壁。為防止鄰孔孔壁坍塌或影響鄰近孔已灌混

14、凝土的凝固，應(yīng)待鄰孔混凝土灌注完畢，一般不少于24 小時后方可開鉆，以免因震動影響混凝土質(zhì)量。施工完成后應(yīng)加強(qiáng)施工管理，禁止在邊坡上堆積重物，同時觀測樁頂變位情況，特別是在基礎(chǔ)施工和水位變化較大時應(yīng)加強(qiáng)觀測。D3 結(jié)語排樁支護(hù)具備對狹窄施工場地適應(yīng)性強(qiáng)、布置形式靈活等優(yōu)點(diǎn)，在公路、鐵路、橋梁基礎(chǔ)等工程中具有一定的應(yīng)用價值。在排樁支護(hù)設(shè)計(jì)時，特別是土壓力計(jì)算，傳統(tǒng)的計(jì)算方法都具有一定的局限性，所以應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算方法。文章有 3 種方法對土壓力進(jìn)行計(jì)算，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，經(jīng)實(shí)踐計(jì)算方法可靠，約節(jié)約鋼筋60t ，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。通過采用鉆孔灌注樁邊坡防護(hù)措施，有效保證了大堤穩(wěn)固，使3# 塔水下基礎(chǔ)施工和承臺施工過程處于有效的防護(hù)之中。參考文獻(xiàn)：1 徐至鈞，陳靜，王曙光.深基坑與邊坡支護(hù)工程設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)錄M. 上