鋼板樁圍堰在超厚砂卵石覆蓋層橋梁深水基礎(chǔ)施工中的運(yùn)用318待

本文格式為Word版，下載可任意編輯——鋼板樁圍堰在超厚砂卵石覆蓋層橋梁深水基礎(chǔ)施工中的運(yùn)用（318待鋼板樁圍堰在超厚砂卵石層橋梁深水基礎(chǔ)施工中的運(yùn)用

冉兵

中鐵八局集團(tuán)第一工程有限公司

：本文以重慶市合川區(qū)涪江四橋11#交界墩水下基礎(chǔ)施工為依托，從鋼板樁圍堰施工方案的比選、設(shè)計(jì)與施工三個(gè)方面，闡述了鋼板樁圍堰在超厚砂卵石層橋梁深水基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用，為以后同類型工程深水基礎(chǔ)施工提供借鑒。：鋼板樁圍堰超厚砂卵石層深水施工0引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通日益繁忙，在大江、大河等深水環(huán)境下建造大型橋梁已經(jīng)成為常態(tài)。如何在深水中更快更好的進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)施工，是擺在所有橋梁建設(shè)者面前的重大課題。鋼板樁圍堰施工方案與其它方案相比，具有工藝簡單、施工期間臨時(shí)占用水面較小、安全、施工風(fēng)險(xiǎn)易于控制等諸多優(yōu)勢，在深水基礎(chǔ)施工中得到了廣泛的應(yīng)用。一般狀況下，鋼板樁圍堰在砂類土、黏性土、碎石土等易于插打的軟質(zhì)土體上應(yīng)用較多，在超厚砂卵石地質(zhì)條件下應(yīng)用較少。1工程概況

重慶市合川區(qū)涪江四橋是連接合川區(qū)高校園區(qū)與小安溪生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的重要通道，全長756m，橋面寬33.5m，主橋?yàn)殡p幅式，單幅梁體寬度16.75m，主橋?yàn)?4+160+84=328m連續(xù)剛構(gòu)拱組合體系。主橋11#交界墩按基礎(chǔ)整修，墩身分修，墩身采用圓端形實(shí)體墩。承臺(tái)橫向長27.85m，縱向?qū)?.0m、高3m，承臺(tái)底標(biāo)高+194.063m，施工時(shí)水位標(biāo)高為+203.0m，水深8.937m，河床底標(biāo)高+194.5m。承臺(tái)部分位于河床中，承臺(tái)下接群樁基礎(chǔ)，樁基采用直徑為1.5m的嵌巖樁，橫向8排，縱向2排。主橋橋型布置圖如圖1。

圖1涪江四橋主橋橋型布置圖

涪江四橋位于涪江的合川城區(qū)段，20年一遇洪水位+205.16m，百年一遇的洪水位+220.75m。橋位下游為草街電站，因電站蓄水影響，橋位常年水位較穩(wěn)定，其水位主要隨電站蓄水狀況變化，根據(jù)水文站近兩年的水位統(tǒng)計(jì)，常年水位為+203.0m，現(xiàn)場實(shí)測流水速度為1.0m/s，洪水季一般在6-9月份。

11#交界墩位于涪江河谷上，地勢較平緩，橋梁架空高度為36.67m～37.67m，縱向地形坡角5°，橫向地形坡角0~4°，主要覆蓋有第四系人工素填土和卵石，覆蓋厚度為10.1～11.7m，卵石含量占50%～70%，最大粒徑為16cm，呈亞圓形狀，中風(fēng)化，成份以灰?guī)r、砂巖

為主，充填物主要為粘性土，局部含細(xì)砂。下伏基巖主要為J2s砂巖、泥巖，強(qiáng)風(fēng)化厚度約為2.3m～2.6m，強(qiáng)風(fēng)化底界面隨地形起伏而起伏。2方案設(shè)計(jì)

涪江四橋主橋11#交界墩鄰近涪江北岸，施工空間受原堤防工程的水下連續(xù)擋墻及已施工完成的12#、13#主墩雙壁鋼圍堰的影響，施工區(qū)域極為狹窄，大型施工設(shè)備進(jìn)出困難。根據(jù)施工總體安排，11#交界墩的施工時(shí)間在主墩12#、13#水下基礎(chǔ)基本完成之后開始，采用先在臨時(shí)鋼管樁平臺(tái)上施工鉆孔樁、再圍水施工承臺(tái)的先樁后承臺(tái)方式。時(shí)值2023年3月，根據(jù)水文資料，6月涪江將進(jìn)入汛期，工期僅3個(gè)月，異常緊張，如何選取安全、優(yōu)質(zhì)、快速的施工案顯得特別重要。2.1施工方案比選

根據(jù)該橋位處的水深、水文、地質(zhì)等相關(guān)狀況以及工地現(xiàn)場的實(shí)際狀況、施工組織設(shè)計(jì)的總體工期安排，結(jié)合我司技術(shù)裝備水平和現(xiàn)有設(shè)備、人員狀況，我們對(duì)雙壁鋼圍堰、鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰三個(gè)施工方案從施工工期、安全風(fēng)險(xiǎn)、施工難度及施工成本四個(gè)方面進(jìn)行了綜合比選。

（1）施工工期比較。見表1。

表1施工工期比較表單位：天

方案

方案A.雙壁鋼圍堰方案B.鋼板樁圍堰方案C.鋼管樁圍堰

工期分析

制作周期長，下水工藝繁雜可做鉆孔樁平臺(tái)支撐

需臨時(shí)鉆孔平臺(tái)，我司在鋼板樁插打在此類砂卵石上無經(jīng)驗(yàn)施工操作簡單，施工工期短

設(shè)置獨(dú)立鉆孔樁平臺(tái)，鋼管樁連接處需要現(xiàn)加工施工操作簡單，施工工期較長

計(jì)劃工期905075

（2）施工風(fēng)險(xiǎn)比較。見表2。

表2施工風(fēng)險(xiǎn)比較表

方案

方案A.雙壁鋼圍堰方案B.鋼板樁圍堰方案C.鋼管樁圍堰

風(fēng)險(xiǎn)狀況

長寬比、高寬比大，整體下水抗傾覆能力差此類砂卵石地質(zhì)鋼板樁插打難以到位

新加工的鎖扣易變形，防水效果一定程度上取決于加工質(zhì)量

結(jié)論風(fēng)險(xiǎn)較大風(fēng)險(xiǎn)中等風(fēng)險(xiǎn)較小

（3）施工操作性比較。見表3。

表3施工操作性比較表

方案

方案A.雙壁鋼圍堰

操作性分析

加工精度要求高；分節(jié)、分片多，現(xiàn)場拼裝工作量大，下水工序繁雜，拆除困難；施工設(shè)備要求高

結(jié)論難度較大

方案B.鋼板樁圍堰方案C.鋼管樁圍堰

常規(guī)設(shè)備可滿足施工需要，施工難度??；鋼板樁拆除簡單、河道清理簡單。

常規(guī)設(shè)備可滿足施工需要，施工難度較?。讳摴軜舵i扣加工繁雜

難度較小難度中等

（4）施工成本比較。見表4.

表4施工成本比較表

方案

方案A.雙壁鋼圍堰方案B.鋼板樁圍堰方案C.鋼管樁圍堰

成本分析

材料及加工費(fèi)約450萬元。租用成品，費(fèi)用約15萬元。

需要現(xiàn)加工，材料及加工費(fèi)約270萬元。

結(jié)論費(fèi)用較大費(fèi)用最小費(fèi)用中等

通過以上對(duì)比分析，鋼板樁圍堰為首選方案。2.2圍堰設(shè)計(jì)

（1）鋼板樁的規(guī)格

鋼板樁的規(guī)格采用市場上常見的德國拉森IV型鋼板樁，具體參數(shù)如表5。

表5拉森IV型鋼板樁技術(shù)規(guī)格

（2）鋼板樁圍堰的具體設(shè)計(jì)

11#墩基礎(chǔ)采用16根φ1.5m的鉆孔樁基礎(chǔ)，承臺(tái)為矩形，平面尺寸27.85×6m，厚3m，承臺(tái)頂高程+197.063m，墩位處河床為卵石層，清理后河床高程為+192.0m,基礎(chǔ)施工采用先平臺(tái)后圍堰施工方案，承臺(tái)施工采用拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰，圍堰設(shè)防水位+203.0m，設(shè)置兩層圈梁，鋼板樁圍堰的平面尺寸為8.4×29.95m，施工人員安裝模板操作空間順橋向每側(cè)預(yù)留1.2m，橫橋向每側(cè)預(yù)留1.05m。圍堰內(nèi)采取兩層內(nèi)支撐圈梁，圈梁材料選取現(xiàn)場主墩12#、13#圍堰施工留下的既有材料HM588×300型鋼和φ630×8鋼管，材質(zhì)均為Q235B。頂層圈梁及對(duì)撐采用HM588×300型鋼，底層圈梁采用雙肢HM588×300型鋼，對(duì)撐采用φ630×8鋼管，具體設(shè)計(jì)圖見圖2、圖3。

圖2鋼板樁圍堰平面設(shè)計(jì)圖

圖3鋼板樁圍堰立面設(shè)計(jì)圖

2.3結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主要包括：鋼板樁的入土深度、鋼板樁的強(qiáng)度和內(nèi)支撐圈梁的強(qiáng)度否滿足要求。

（1）計(jì)算主要參數(shù)

3，3

根據(jù)地質(zhì)資料和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，卵石土的容重γ=22.5kN/m浮容重γ浮=12.5kN/m，γ

3,

w=9.8kN/m內(nèi)摩擦角φ=20°，Ka=0.49,Kp=2.04。拉森IV鋼板樁為Q295bz鋼板樁，允許應(yīng)力[σ]＝174Mpa，型鋼為Q235B鋼材，允許應(yīng)力[σ]＝170Mpa。

（2）鋼板樁入土深度計(jì)算

墩位處河床為+192m，在封底混凝土施工時(shí)，鋼板樁入土深度最為不利，此時(shí)，僅考慮頂層內(nèi)支撐作用，頂層內(nèi)支撐高程為+203.5，澆筑封底混凝土?xí)r，圍堰內(nèi)的封底混凝土產(chǎn)生側(cè)壓力，荷載簡圖如下：

圖4鋼板樁荷載簡圖

則鋼板樁入土為：

2

1/2γ（Ka-Kp）x=1/2[（Kaγ浮h-γwH）×（2.5+x）]解得x=4.5m，實(shí)際鋼板樁入土深度5.063m，滿足要求。（3）鋼板樁強(qiáng)度驗(yàn)算

采用MIDAS建立模型，荷載考慮靜水壓力，根據(jù)實(shí)際狀況，建立兩個(gè)階段的模型，階段1：圍堰內(nèi)封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，圍堰內(nèi)抽水完畢，承臺(tái)準(zhǔn)備施工，此時(shí)鋼板樁與封底混凝土頂面鉸接，頂、底層圈梁處水平約束。階段2：承臺(tái)施工完畢，回填承臺(tái)與鋼板樁間的空隙，在承臺(tái)頂面與鋼板樁之間設(shè)置抄墊混凝土圈梁，拆除底層內(nèi)支撐，準(zhǔn)備開始墩身施工，此時(shí)鋼板樁與封底混凝土頂面鉸接，抄墊的混凝土圈梁處水平約束，頂層圈梁處水平約束。計(jì)算結(jié)果如表6

表6鋼板樁強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

部位鋼板樁

工況階段1階段2

應(yīng)力σ（Mpa）

10063

容許應(yīng)力σ（Mpa）