湛江海湾大桥引桥承台钢板桩围堰施工方案设计.doc

收稿日期: 20 05 - 02- 0 2标高东岸引桥为+ 0. 5 m 、西岸引桥为- 1 . 00 m, 承台厚度为 2. 5 0 m , 承台混凝土浇筑一次性完成。 根据湛江海湾大桥主桥工程地质报告显示: 河床顶面至标高- 32. 3 m 处土质均为非透水性的灰 色淤泥质粘土、亚粘土, 其内摩擦角 = 1 2, 粘结系 数为 C= 10 k Pa, 质量密度 r = 18 k N / m3 ; 方案设计计算时, 取最高水位为+ 3. 9 m。东岸水中引桥的 2837 号、西岸引桥的 596 5号墩, 均位于浅滩地段, 退潮后可以露出河床面或水 深较浅, 且承台底部位于河床面以下, 承台施工时需 开挖河床, 因此, 承台施工采用打入钢板桩围堰方案 进行。水中承台型式均为分离式, 半幅承台平面尺寸 为 7 m 7 m 的正方形, 四角为半径 R = 145 cm 的 倒圆, 混凝土方量为11 8 m3 , 为C3 0混凝土, 承台底单位: cm图 1 引桥下部构造西岸每联跨径组成为 8 5 0 m 。引桥上部结构为等高度分离式预应力混凝土连续箱梁, 单箱单室断面,半幅宽 12. 7 5 m; 下 部构造采 用分离式 结构, 由 桩 基、承台和簿壁墩组成, 见图 1 所示。1引桥下部设计概况湛江海湾大桥由东、西岸引桥和主桥组成, 桥梁 全长3 981. 1 7 m, 主桥斜拉桥全长840. 0 m。东、西岸 水中引桥均为两联, 东岸每联跨径组成为 950 m;摘 要: 根据湛江 海湾大桥 水中引 桥的地 质情况, 介绍 了浅滩 地段水中 承台钢 板桩围 堰施工 方案的 设计思路、优化计算方法及施工工艺。关键词: 桥梁承台; 钢板桩围堰; 施工方案湛江海湾大桥引桥承台钢板桩围堰施工方案设计郑双,李国兵,滕云峰( 广东省长大公路工程有限公司广州市510620)文章编号: 0 45 1- 07 12 ( 2 00 5) 05 - 01 91- 0 3 中图分类号: U 4 45 . 5 56 文献标识码: B公路20 05 年 5 月第 5 期H IG HW A Y M ay . 20 05 No . 5不利工况, 其最不利工况为: 海潮水位最高( 3. 9 m )且围堰内抽完水及基底开挖至施工标高时。取1 延m单位 宽度 钢板 桩进 行验 算, 结构 计算 图式 见图 3所示。钢板桩底的结构边界条件为无剪力、弯矩和水 平位移。结构计算上先设置为一铰支座, 将初始的被 动土压力代入, 计算出支座 水平力 FA X ( 即杆端 剪 力) , 由被动土压力值减去 F A X 值作为新的被动土压 力重新代入, 计算出新的 F A X , 反复几次迭代, 直到 前后两次计算的被动土压力值相差很小和 FA X 趋近 于 0 值为止, 此时得出的被动土压力值即认为是实 际值。通过使FA X 趋近于 0 进行数学迭代后, 得出p p1 =3钢板桩围堰施工结构的设计计算由于西岸水中引桥的 65 号墩河床面最高( 标高+ 0. 55 m) , 主动土压力最大, 当 6 5 号墩钢板桩围堰 结构强度及刚度能满足规范及施工要求时, 其他墩 的围堰结构也能满足要求, 故仅将 65 号墩围堰结构 作为算例。从方 便施工 角度 考虑, 先暂定 一层 围堰 内撑 梁的位置, 计算 钢板桩 的最 大正、负弯 矩和挠 度, 使钢板桩 最大弯 矩和挠 度能满 足要 求, 经多 次调 试后, 当内撑梁 安装在标高+ 2. 00 m 位 置时为最 佳, 其最大弯矩和挠度均能满足要求, 且只需一层内撑梁。钢板桩围堰结构受力计算时, 应取施工时的最单位: cm图 2钢板桩 围堰构造钢板桩;( 4) 钢板桩的施打采用小型水上浮吊, 配合具 有液压夹桩装置的震动打拔桩机进行打入, 施工完 成后拔除;( 5) 围堰的内撑梁为一闭合结构的型钢结构杆件, 杆件间的连接采用螺栓连接, 安装、拆卸方便;( 6) 内撑梁安放在标高+ 2. 0 0 m 处, 焊接在钢 板桩的牛腿上, 内撑梁外缘两端与钢板桩相撑住, 以 加大围堰抵抗土侧压力及水压力的能力。钢板桩围 堰见图 2 所示。2钢板桩围堰的施工结构设计根据湛江海湾大桥水中引桥的地质情况, 进行 了钢板桩围堰施工方案的结构设计, 其要点如下:( 1) 围堰采用单层钢板桩围堰, 由钢板桩和一 层由型钢组成的内撑梁组成;( 2 ) 围堰平面为 10 m10 m 的正方形, 钢板桩 单根长 12 m, 被打入后, 其底端标高为- 7. 5 m , 顶面标高为4 . 5 m ;( 3) 采用德国拉森型钢板桩, 套型锁口, 锁口内涂上润滑黄油, 两桩锁口联结能转角 1 015, 摩 阻力小, 防渗性较好, 4 个转角位置采用焊接的 T 形 192公路 200 5 年第 5 期图 4钢板桩围堰最后结构计算图式不了。4钢板桩围堰施工承台范围内的桩基检测合格后, 清理拆除桩基 施工平台, 仅剩承台外侧的两排军用梁平台及施工 龙门吊, 测量定位钢板桩的内外线位置, 随后进行钢 板桩围堰的施工。( 1) 安装内撑梁结构: 在设计高度位置, 桩基钢 护筒上焊小牛腿, 将拼装好的内撑梁整体吊放在牛 腿上, 以防钢板桩围堰打好后尺寸偏小, 内撑梁拼装24 . 7 k N / m, p p2 = 1 09. 9 kN / m, FA X = 0 . 14 k N , 前后 两次 算 出的 p p 值 相 差仅 为 0. 1 8% , 满 足精 度要求。经强度及刚度验算, 其钢板桩围堰结构最后计 算图示如图 4 所示。根据最后结构计算图式, 利用 A lg or 软件计算 钢板桩受力挠度, 并绘制挠曲形状图, 由图可知入土 钢板桩无反弯点, 围堰内土均受被动土压力, 证明结构计算图式正确。经计算, 钢板桩最大应力 max =57 M Pa, 最大挠曲位移 f m ax = 1. 4 9 cm , 能满足结构 安全要求。图 3钢板桩 计算图式19 3 20 05 年第 5 期 郑双等: 湛江海湾大桥引桥承台钢板桩围堰施工方案设计5结语对于钢板桩围堰内外水头高差 5 . 4 m 的钢板桩 结构, 以往内撑梁一般须设两层。根据湛江海湾大桥 引桥的地质情况, 设定钢板桩的结构边界条件, 通过 数学迭代计算出被动土压力值, 相应钢板桩围堰结 构的强度和刚度计算结果也能准确得出, 据此调整 内撑梁的层数和位置, 进行多次反复计算, 最后湛江 海湾大桥钢板桩围堰结构优化成内撑梁 仅设置一 层。实践证明, 既满足了结构安全要求, 又大大加快 了施工进度和节省了施工成本。( 6) 钢板桩围堰浇筑完封底混凝土后, 即可进行承台的施工。( 2) 插打钢板桩: 钢板桩逐根插打, 采用从上游开始, 在下游合拢的方法进行, 且须严格控制好钢板 桩的垂直度。( 3 ) 钢板桩围堰内抽水及堵漏: 采用湿棉絮进行堵塞, 施工显示堵漏效果良好, 只有微量水渗入, 采 用小型水泵在集水坑内抽水, 就能完全满足围堰内 坑底的无水开挖施工。( 4) 围堰内开挖: 围堰内基底土, 采用人工开挖 至标高为- 1 . 5 m 处, 土方运输, 采用龙门吊吊至运 输车运弃。( 5 ) 摊 辅 砂层 和浇 筑 封底 混 凝土: 在 钢 板桩60 cm 高度及内周边范围堆砌 两层袋装砂层, 使钢 板桩与封底混凝土隔开, 方便以后拆卸, 封底为 C25 混凝土, 封底厚度为 50 cm。收稿日期: 20 05 - 02- 0 2位受潮水涨落而变化, 水质变化较小, 但海水为高矿度盐水, 具中等结晶类、强结晶分解复合类腐蚀; 东 岸浅层地下水为淡水, 具强碳酸性类、中等酸性类、 中等微矿化水型腐蚀; 西岸浅层地下水为淡水, 具弱 酸性类腐蚀及强碳酸性类腐蚀; 深层地下水为高矿 化度盐水, 具中等结晶类、中等碳酸性类、弱酸性类、 强结晶分解复合类腐蚀。1. 3涂装环境条件1. 3. 1气温该桥区域, 年平均气温: 2 3. 1; 月平均最高气 温: 2 8. 9; 月平均最低气温: 15. 6 ; 历年极端最高 气温: 38. 1; 历年极端最低气温: 2. 8。1. 3. 2相对湿度1防腐设计1. 1防腐涂装要求湛江海湾大桥设计寿命为 100 年, 依据大桥区 段和环境的划分, 结合大桥各主要部位构件的等级 强度、施工工艺和环境条件, 对桩基保留施工用钢护 筒作为钻孔灌注桩桩顶以下一定范围的一道防腐蚀 防线, 钢护筒外用涂锌层保护。钢护筒的壁厚为1622 m m, 在水位变动区及水下区的单面腐蚀速率为0. 120. 2 mm/ 年, 则钢护筒在水位变动区至少可 保护 60 年, 防腐涂层的设计年限按 20 年寿命考虑, 加涂层后寿命预计可达 8 0 年。1. 2防腐蚀环境大桥桥址区地表水主要为麻斜海湾海水, 其水施工防腐;钢护筒;针对桩基钢护筒的防腐要求, 介绍在施工中采取严格的过程控制措施, 保