橋梁墩基礎圍堰法施工中鋼板樁受力

PAGE9橋梁墩基礎圍堰法施工中鋼板樁受力分析摘要：鋼板樁具有防水性能好、可重復利用、施工速度快等諸多優(yōu)點，鋼板樁圍堰法在深水基礎施工中極具優(yōu)勢，因此在橋梁建設中被廣泛應用。本文以XX河特大橋為工程背景，采用有限單元數值分析法分析了17#主墩基礎鋼板樁圍堰法施工時鋼板樁在四種工況下的受力情況。關鍵詞：鋼板樁圍堰法施工數值分析一、工程概況XX河特大橋位于XX縣XX鎮(zhèn)和XX鎮(zhèn)口交界處，橋梁中心里程為K49+373，起訖里程為K48+676.4～K50+069.6，橋長1393.2m。該橋以主跨(68+120+68)m連續(xù)梁跨越XX河。XX河規(guī)劃為五級航道,通航凈空80×8m，最低通航水位29.58m。XX河特大橋上部結構型式為：（5×30m）裝配式預應力砼箱梁＋2×（4×30m）裝配式預應力砼箱梁＋（35＋60＋35m）懸澆連續(xù)箱梁＋（68＋120＋68m）懸澆連續(xù)箱梁＋（50＋90＋50m）懸澆連續(xù)箱梁＋（4×30m）裝配式預應力砼箱梁＋2×（5×30m）裝配式預應力砼箱梁，全橋共九聯。17#主墩基礎位于XX河河道內，采用樁基礎，空心墩。XX河特大橋樁基礎設計均為摩擦樁，φ1.2m樁基176m/8根，φ1.5m樁基120m/4根，φ1.8m樁基7344m/200根。上部結構30m裝配式預應力砼箱梁216片。二、結構概況17#墩基礎施工采用鋼板樁圍堰法。鋼板樁采用拉森Ⅵ型鋼板樁，材質SY295，單根長度為20m，圍堰平面尺寸為28.8×13.2m，共設置兩道內支撐。圍堰頂高程為+31.82m，圍堰底高程為+11.82m，封底混凝土厚2.5m。立面布置如圖一所示。圖一17#墩鋼板樁立面布置如圖三、基本參數鋼板樁截面特性如表一所示，土層參數如表二所示：單根鋼板樁每延米鋼板樁寬側厚壁厚面積慣性矩截面矩BHtAIXZXmmmmmmcm2/mcm4/mcm3/m60021018225.5567002700表一鋼板樁截面參數特性值土層名稱層頂標高層底標高重度（kN/mm3）內摩擦角（°）粘聚力（kPaa）粉砂27.525.7920.922.56.8粉質粘土25.799.3919.621.411.5粉土9.391.3918.826.38.5表二17#墩土層參數表四、計算分析由于鋼板樁圍堰的入土深度較大，土體對入土部分的圍堰起到了嵌固作用，此時圍堰上端受到內撐的支撐作用，下端受到土體的嵌固支承作用。在計算中，先假設內撐對鋼板樁為剛性支撐，計算出鋼板樁作用于圈梁的反力，將該反力作用在內撐上計算出鋼板樁與內撐連接處的最大位移，最后對鋼板樁施加強制支座位移，得出鋼板樁的內力和應力。等值梁法計算鋼板樁圍堰，為簡化計算，常用土壓力等于零點的位置來代替正負彎矩轉折點的位置。計算土壓力強度時，應考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數（為安全起見，對主動土壓力則不予折減），如表三所示。本文計算作出如下假設：1.假設計算時取1m寬單位寬度鋼板樁。2.因土處于飽和水狀態(tài)，為簡化計算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力（c=0）。3.彎矩為零的位置約束設置為鉸接，故等值梁相當于一個簡支梁，方便計算。4.假設鋼板樁在封底砼面以下0.5m處固結。5.土壓力計算采用不考慮水滲流效應的水土分算法，即鋼板樁承受孔隙水壓力、有效主動土壓力及有效被動土壓力。土層名稱KaKp被動土修正系數k粉砂0.4460.6682.2401.4971.65粉質粘土0.4650.6822.1491.4661.628粉土0.3860.6212.5911.6091.72表三鋼板樁極限土壓力修正系數工況一：第一道內支撐安裝后，圍堰內清淤至24.908m，計算模型如圖二所示，計算結果如圖三、圖四所示。圖二工況一鋼板樁計算模型圖三工況一鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖四工況一鋼板樁反力圖(kN)由圖三、圖四可知，鋼板樁最大的彎矩為195.3kN.m，作用于第一道內支撐的反力為63.0kN。工況2：第二道內支撐安裝后，圍堰內加水至圍堰外水位，水下吸泥、清淤至18.908m。計算模型如圖五所示，計算結果如圖六、圖七所示。圖五工況二鋼板樁計算模型圖六工況二鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖七工況二鋼板樁反力圖(kN)由圖六、圖七可知，鋼板樁最大的彎矩為187.8kN.m，作用于第一道內支撐的反力為-13.8kN,作用于第二道內支撐的反力為162.2kN。工況3：封底砼達到強度后，圍堰內抽光水。計算模型如圖八所示，計算結果如圖八、圖九所示。圖八工況三鋼板樁計算模型圖九工況三鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖十工況三鋼板樁反力圖(kN)由圖九、圖十可知，鋼板樁最大的彎矩為170.9kN.m，作用于第一道內支撐的反力為4.9N,作用于第二道內支撐的反力為223.3kN。工況4：承臺、墩身施工后向鋼板樁與承臺間回填砂土并在頂部澆注40cm厚C25砼冠梁，拆除第二道內支撐。本工況下假設等值梁下嵌固點位于砼冠梁1/2厚度處，即24.708m。計算模型如圖十一所示，計算結果如圖十二、圖十三所示。圖十一工況四鋼板樁計算模型圖十二工況四鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖十三工況四鋼板樁反力圖(kN)由圖十二、圖十三可知，鋼板樁最大的彎矩為88.3kN.m，作用于第一道內支撐的反力為17.2N。根據上述工況計算，將鋼板樁內力及內支撐支撐反力計算結果匯總如下表三所示。計算工況鋼板樁最大彎矩(kN.m))第一道內支撐反力(kN)第二道內支撐反力(kN)工況一195.363-工況二187.8-13.8162.2工況三170.94.9223.3工況四88.317.2-表三鋼板樁內力及內支撐支撐反力小結：在整個鋼板樁圍堰施工過程中，鋼板樁最大彎矩及第一道內支撐最大反力均出現在工況一。隨著工況的推進，鋼板樁最大彎矩逐漸減小，第一道內支撐反力由正變負