府河特大桥桥梁深水承台钢板桩围堰施工技术
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2013.No.5 四川水利 ・65・
府河特大桥桥梁深水承台钢板桩围堰施工技术
胡小周。曹振中
(葛洲坝集团第二工程有限公司,成都,610091)
【摘要】钢板桩固堰是由每片钢板桩通过锁扣相连而成的一种挡土和防水的围堰类型,具有L.r-简捷、防水性能 好、可重复利用等诸多优点,被广泛应用于桥梁深水基础围堰工程。本文以武汉至孝感城际铁路府河特大桥深水承台施 工实例,探讨钢板桩囤堰结构设计与结构验算方法,阐述其施工工艺要点,为桥梁深水基坑开挖采用钢板桩围堰安全防 护施工提供借鉴。
【关键词】桥梁深水承台钢板桩围堰设计施工府河特大桥
中图分类号:U445.556—34 文献标识码:B 文章编号:2095—1809(2013)05—0065—02
1 工程概况
新建武汉至孝感城际铁路府河特大桥97 ~
106 墩,为32m预制钢筋混凝土预应力简支箱梁 桥墩,均位于黄塘湖深水区域,承台结构最大尺寸
为12.7mx8.2m(长×宽),承台顶面标高最低为
14.296m,底高程最低为11.443m。 黄塘湖历史最高水位为22.6m,常水位
18.5m,施工时测水位为18m,湖泊底部高程为 11.5m,正常水深约7m;湖底淤泥质黏土层厚
1.5m~2.0m, 2=16.5kN/m ,C2=8kPa, 2=7。; 黏土、粉质粘土层厚8m~10m, =18kN/m ,C,=
15kPa, =12。。确保深水低桩承台施工安全是
该桥施工难点之一。结合考虑施工场地、工期、地 质情况等因素,承台施工拟采用钢板桩围堰方案。
2钢板桩围堰结构设计
97 一106 墩开挖深度最大为8m,按钢板桩
围堰设计要求,为保证钢板桩埋置深度与悬臂段 长度比不小于0.8,选用15m长拉森钢板桩
FSPIV型。根据黄塘湖地质水文情况,确定设计 水位为18.5m,钢板桩桩顶标高为19.0m。围堰
结构设计其要点如下:
(1)钢板桩围堰由单层钢板桩和三层围檩及
型钢支撑组成,各墩围堰支护平面尺寸为11m(顺 桥向)xl5m(横桥向)。围堰内在18.Om、14.8m、
12.8m处各设置一道围檩和支撑,钢板桩围檩及
角撑均采HW400mm×400mm×13mmx21mm型 钢,中间支撑采用 ̄b5OOmmx lOmm螺旋钢管。围 檩安装前在钢板桩上采用[28a焊接支撑牛腿,围
檩与支撑连接节点处设加劲板,加劲板采用8=
10mm钢板。
(2)在第三道围檩与支撑安装完毕后继续开
挖,至承台设计底高程以下0.5m采用水下混凝 土进行围堰封底,封底混凝土标号为C25,厚
0.5m。待封底混凝土强度达到设计标号的75%
后抽排基坑内积水,拆除第三道围檩,进行承台各 道工序施工。
(3)钢板桩围堰侧壁6.8m高受静水压力,因
此湖底面以上水压力按三角形分布考虑,湖底面 以下土体按照矩形分布考虑,受力计算时采取水
土分算。
3钢板桩围堰结构受力检算
3.1受力工况分析确定
根据围堰设计方案,通过对水中墩钢板桩基
坑的施工过程进行分析,按以下工况对基坑稳定 性及钢板桩的受力进行验算。
工况1:第一道、第二道围檩和支撑安装完毕,
基坑内水抽排至围堰第三道支撑以下0.5m处。
此工况主要验算钢板桩在内外压力作用下的抗倾
覆稳定性以及基坑坑底抗隆起、抗砂涌安全性。
工况2:第三道支撑安装完毕,基坑开挖至承
台底以下0.5m处。此工况主要验算钢板桩在内
外压力作用下的抗倾覆稳定性、基坑坑底抗隆起、
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抗砂涌安全性以及钢板桩、内支撑受力安全性。 工况3:所有支撑安装完毕,基坑完成封底混
凝土浇筑,抽排完积水,并拆除第三道支撑后。此
工况主要验算钢板桩、内支撑和封底混凝土的受
力安全性。
3.2 围堰稳定性及钢板桩强度受力计算
采用理正深基坑软件对3个工况进行建模计
算,根据计算结果,基坑满足抗倾覆、抗隆起和抗 砂涌要求,基坑稳定。三个工况钢板桩最大正应
力为111.9MPa,最大剪应力为74MPa,小于容许
应力[盯]=140MPa,容许剪应力[,r]:90MPa,均 满足要求。支撑及围檩受力:工况1围堰第一道
支撑反力为49.92kN,第二道支撑反力为
306.4kN;工况2围堰第一道支撑反力为 141.26kN,第二道支撑反力为288.6kN,第三道支
撑反力为485.6kN;工况3第一道支撑反力为
112kN,第二道支撑反力为539.1kN,封底混凝土 侧向压力为833kPa。
3.3 围檩及支撑受力计算
钢板桩围檩及角撑均采用HW400mm× 400mm×13ram×21mm型钢,中间支撑采用
 ̄b5OOmm×lOmm螺旋钢管。其技术参数如下:
HW400mmx400mmx13minx21mm型钢,截面积A
=218.69cm ,重量W=171.7kg/m,惯性矩Ix=
66455cm ,截面模量Wx=3323cm ; ̄b500mm×
10mm螺旋钢管,截面积A=153.94cm ,重量W=
120.84kg/In,惯性矩Ix=46220cm ,容许主应力 [盯]=140MPa,容许剪应力[T]=90MPa。
4钢板桩围堰施工
4.1施工准备及导向架安装
钢板桩运至现场后检查长度、宽度、厚度、平 直度和锁扣形状,清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、
废填充物等),对缺陷部位加以整修。为保证钢
板桩沉桩的垂直度及施打板桩墙墙面的平整度, 在插打钢板桩时应设置打桩导向支架。打桩导向
支架采用H型钢双面布置,双面围檩之间的净距 应比钢板桩宽8ram~lOmm。
4.2施打钢板桩
钢板桩采用50t履带吊配合日立450型液压
振动锤进行施打。施工时振动锤夹紧钢板桩并安
装好辅助钢丝缆,根据导向架上测放的位置,在人 工配合下,沿着导向架将钢板桩对准定位线后,自
由下沉,自重下沉稳定后,开动振动锤沉桩,直到
第一根钢板桩沉放到位。 第二根钢板桩起吊后,在人工的配合下将其
底口对准已经施打的钢板桩,使两根板桩锁口对 接,然后自重下沉及振动沉桩到位。以后每根板
桩都遵循此施工顺序,直至全部板桩打设完成。
沉桩容许偏差:平面位置纵向lOOmm,横向为一 50ram~Omm,垂直偏差不大于5%。
4.3围檩及支撑安装
围堰围檩、支撑施工与基坑内降水相结合同 步进行,施工时严格按照“先支撑后降水,分层支
撑分层降水”的原则进行。在抽水至围檩、支撑
设计位置以下0.5m后,立即进行围檩和支撑的
安装。基坑钢板桩下沉完毕后,在18.Om高程安
装第一道围檩和支撑,安装完毕后继续抽水,在抽
水过程中观察钢板桩及基坑底的变化,基坑内水
抽排至15.3m后安装第二道围檩和支撑,基坑内 水抽排至12.3m后安装第三道围檩和支撑。
4.4基坑清淤及封底混凝土浇筑
待围堰第三道围檩及支撑安装完毕后,采用
长臂反铲进行基底清淤,在清淤过程中检查围堰 锁扣,如有变形立即整修。清淤至承台底以下
0.5m后进行水下混凝土封底,封底混凝土需一次 连续浇筑完毕,混凝土浇筑时须均匀下料,尽量保
证封底混凝土面平整。 4.5围堰防渗与堵漏
水中钢板桩围堰由于材料本身以及沉桩质量
等问题,会不可避免地发生渗漏,在施工过程中可 采取以下措施处理围堰渗漏问题:钢板桩运至现场
后清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等),对 缺陷部位加以整修,增加钢板桩使用时防渗性能; 钢板桩在插打前在锁口内涂抹混合油(混合油按体
积比,黄油:千膨润土:干锯沫=5:5:3进行配
制),增加锁扣的密实性;钢板桩插打过程中若锁口 不紧密漏水时,用棉絮等在内侧嵌塞;钢板桩插打
完成后出现漏水,在其外侧包裹一层防水彩条布,
起到防水减小水压力的双重效果。另外在抽水的 同时,在围堰外侧漏缝处撤大量木屑或谷糠和炉渣
的混合物,使其由水夹带至漏水处自行堵塞;桩脚
漏水处,采用局部混凝土封底措施。
5 结语
桥梁深水钢板桩围堰设计合理,止水效果良
好,在府河特大桥96 ~106 桥墩深水承台施工中 得到了成功运用,经受住了汛期考验。该施工工
艺操作简捷,安全可靠,施工速度快,可减少施工
成本,值得推广。
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