水中墩钢板桩围堰施工技术.doc

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水中墩钢板桩围堰施工技术
水中墩钢板桩围堰施工技术

【摘要】文章通过具体的施工实例，较详细地介绍了醴陵特大桥50#墩水中墩钢板桩围堰施工技术，通过分析和计算，确保支护结构的稳定性，并满足施工需要。

【关键词】水中墩钢板桩围堰受力分析
中图分类号：TU74文献标识码：A
1.工程概况
沪昆客专杭长湖南段HCTJ-I标醴陵特大桥全长6056.82m，主要跨越萍水、上瑞高速、澄潭江、澄潭江支流及多处乡村公路。特殊孔跨设计有：采用1-(48+80+80+48)m连续梁跨越萍水河，2-(60+100+60)m连续梁分别跨越上瑞高速公路和澄潭江，1-(40+72+40)m连续梁跨越澄潭江支流。
2.施工方案
醴陵特大桥50#墩位于萍水河中，地质情况自上而下依次为粗圆砾土、强风化砂砾岩、弱风化砂砾岩等。通过方案论证比较，50#墩采用长9m、宽0.4m、厚15.5mm的拉森Ⅳ型钢板桩，W=2037cm3，考虑每侧预留约1～1.5m的承台施工操作空间，最终确定钢板桩围堰平面尺寸为14*18.8m。
围堰开挖时通过受力分析，须加设三道内支撑,第一层围囹采用2I32工字钢，第二和第三道均采用3I32a工字钢，水平支撑和斜撑采用2I32工字钢。同时由于河床覆盖层土质松软,多为砂卵砾石，直接开挖将出现涌砂，需进行水下C25砼封底。
3.钢板桩围堰施工流程
测量放线→设置导向架→清理钢板桩→插打钢板桩至合拢→吸泥→水下砼封底→设置内支撑→抽水堵漏→承台和墩身施工→拆除内支撑→拔除钢板桩。
4.钢板桩围堰受力计算
4.1封底砼厚度检算
矩形围堰封底，与各桩基连成一个整体，封底砼视作简支梁，承受均布荷载时，则封底砼承受的最大弯矩Mmax按下式计算：
Mmax＝1/8×q×l2
式中q－静水压力形成的荷载（ｋN/ｍ2）；
l1－简支梁的计算跨度（ｍ）(按最大跨l1)
所需简支梁的截面矩w为：W＝Mmax/fct
式中fct为砼抗拉强度设计值（N·ｍｍ2）
根据求得的截面矩W按下式计算封底砼的厚度：

式中ｈ－封底砼厚度（ｍｍ）；
K－安全系数，按抗拉强度计算的受压、受弯构件为2.0；
Mmax－板的最大弯矩（N·ｍｍ）；
ｂ－梁宽，单位长度取1000ｍｍ；
fct－砼抗拉强度设计值（N·ｍｍ2）。C25取1.9MPa。
50#墩：
横桥向桩间距l1=4.3ｍ,纵桥向l2=2.3ｍ,fct=1.9N·ｍｍ2，H水深＝5.29ｍ。
q=ρgh=1000kg/m3×10N/kg×5.29m=52.9kN/ｍ2；
Mmax=1/8×52.9kN/ｍ2×(2.32+4.32)2×1ｍ=157.3kN·ｍ
W=157.3kN·ｍ÷（1.9×103）kN/ｍ2＝0.083m3
h=5.29×0.083m3×2.0÷1ｍ=0.45ｍ
4.2围堰的抗浮稳定性计算
围堰封底后，整个围堰受到被排水的向上浮力作用，应验算其抗浮系数K。
按围堰外没有沉积土，不计抗浮的外壁与侧面土反摩擦力的作用，即按最不利的情况验算：
K＝G/F＞1
式中G－钢板桩重量（含内支撑）＋封底砼自重＋桩基砼总重量之和（KN）；
F－河水向上的浮力（KN）。
50#墩围堰钢板桩自重154片×9ｍ/片×0.75KN/ｍ＝1039.5KN；内支撑：300KN；封底砼自重18.8ｍ×14ｍ×0.45ｍ×24KN/ｍ3＝2842.5KN；φ1.8m桩基砼(设计方量为1135m3)，总重：1135×24KN/ｍ3=27240KN；
由此可得围堰自重G＝31422KN；
河水向上的浮F＝ρgV排＝1000kg/m3×10N/kg×1392.3m3=13923kN。
K＝G/F＝（31422/13923=2.25＞1.0
满足抗浮条件。（偏于安全考虑，未考虑有上浮趋势时土体对围堰的向下摩阻力和钢板桩自重的作用于封底混凝土的抗浮力及钻孔桩提供的侧摩阻力）
4.3围堰整体稳定性
钢板桩总长为9米，围堰外入河床8米，围堰内入河床为1.5米（承台底至桩底端距离），现选择采取水下砼封底，故板桩下端在围堰抽水吸泥开挖过程中不会向围堰内位移弯曲（受封底砼支撑作用）。钢板桩围堰的整体稳定性仅表现在围堰动水压力作用下的抗倾覆能力。该动水压力与钢板桩入土深度范围所受的土压力相平衡。因钢板桩围堰内底部嵌入地基中为1.5米，且地质为砂砾层，较密实，在动水压力作用下所能承受的土压力比动水压力大很多，此处可不必验算，其整体稳定性能得到很好的保证。
4.4支撑系统计算
基坑支撑与基坑内水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，结合本基坑工程的特点，共分三层支撑。基坑支撑的顺序如下：加入第一层导梁（围囹）→进行第一层支撑→抽水至第二层支撑处→加入第二层导梁→进行第二层支撑→抽水至基坑底（封底砼顶面）