11-181京沪高铁深基坑钢板桩防护施工论文(专家最新修改.doc

京沪高铁德禹特大桥水中墩基础钢板桩围堰施工技术（中铁一局第三工程有限公司 陕西,宝鸡 721006）摘 要 通过对德禹特大桥水中墩基础设计施工方案的比选，确定了钢板桩围堰施工方案，满足了设计要求、方便了施工、实现了多快好省的施工目标，以优良质量按期完成了这项京沪高铁的重要工程。关键词 水中墩；基础；钢板桩围堰；等值梁法；施工 The water Gao Tie de Yu bridge foundation steel sheet pile cofferdam construction technologyAbstract: This article through to the de Yu Bridge Pier Foundation in water design and construction scheme optimization，Choice of steel sheet pile cofferdam construction scheme. It not only satisfies the design requirements, and is convenient for construction，To reduce the construction investment, saving the cost, speed up the construction progress, for similar bridge pier foundation construction in water solution provides reference 。Key Words : Pier in water ； Basics； Steel sheet pile cofferdam； Equivalent beam method； Construction1 工程概况德禹特大桥属于国家重点工程北京至上海高速铁路德州至禹城段，全长54743.95m，其中A60#、A61#两墩全部位于马颊河水中，斜交法向角度13o。墩身为双线单圆柱桥墩，基础为钻孔桩， 60#、61#承台几何尺寸12.5m(长) 9.1m(宽) 4.5m(高),承台顶标高为15.105m ,其底标高为10.605m,处于原地面7米以下,承台埋置较深,筑岛围堰后仅能满足钻孔桩施工，承台深大基坑开挖经过方案比选确定承台开挖采用钢板桩围堰施工。2 水文及地质条件2.1马颊河水文数据百年流量：1362m3/s ； 流速：1.83m/s；最高洪水位：+21.06m。一般冲刷线：标高+11.99m；局部冲刷线：标高+9.67m； 2.2承台施工有关数据（1）施工水位：+15.50m 。平台土围堰标高：+16.8m；承台底面标高：+10.605m；承台（含加台）厚4.5 m。（2）根据地质勘探资料和现场实地勘察知：由上而下地层依次为：粉质粘土层和粉土层,地层物理特性分别为：粉质粘土：=19.1KN/m3 、=18、C=28Kpa ；土层厚d=3.5m；粉土：=18.7KN/m3、=30、C=10Kpa、土层厚d=2.5m。3 施工方案的比选确定备选方案主要有三种：1、钢套箱方案；2、砼围囹方案；3、钢板桩防护方案。经比较： 钢套箱方案：钢材投入多、回收率低，下沉时设备及人员投入多，工序复杂； 砼围囹方案：施工周期长，施工质量不易控制，施工难度大，且对后续施工有干扰； 钢板桩防护方案：能够迅速展开施工，速度快，周期短，且支护材料可回收利用，经济性较钢套箱方案好。经方案比选本段桥梁水中墩基础选用钢板桩防护方案。4 设计计算4.1 作用于钢板桩上的土压力系数计算主动土压力系数（Ka）：Ka=tg2（45-/2）= tg2（45-23/2）=0.43被动土压力系数（Kp）：Kp= tg2（45+/2）= tg2（45+23/2）=2.124.2钢板桩内力计算（1）计算反弯点位置（2）按简支梁计算等值梁的最大弯矩和支点反力。等值梁法计算简图如下图所示：按简支梁计算上部钢板桩受力，Md=0得：Ta=87.8 Kn/m；Pd=1/248.8(6+0.814)-Ta=78.5kN/m 最大弯矩发生在剪力为0处，设距离桩顶X0处剪力为0，即： 得： =96.5 kN*m钢板桩每延米最大弯矩为96.5 kN *m，支撑反力为87.8 kN /m。（3）计算钢板桩的最小入土深度T0=y+x=0.814+2.8=3.6 m钢板桩入土深度为：T=kT0=1.2*3.6=4.32m (安全系数K=1.2)钢板桩总长：L=6+4.32=10.32m（4）钢板桩强度验算拉森型钢板桩：W=1035cm3，f=200MPa（其中折减系数：=0.7）=102.1 MPa=200 Mpa 满足要求。（5）基坑底抗隆起验算采用抵抗弯矩的圆弧滑动面抗隆起法(一)进行计算（D/H=4.3/6=0.70.5）滑动力矩： =1048.4 kN *m/m抗滑动力矩：qf=rH +q 抗隆起安全系数为：Ks=Mr/ Ms=2379.7/1048.4=2.31.5,满足要求。（6）基坑底抗渗流（或管涌）验算抗管涌验算公式： 满足要求。式中ic临界水力坡度，ic=（-1）/(e+1) =（2.8-1)/(1+1)=0.9；坑底土体相对密度；e坑底土体天然孔隙比；i渗流水力坡度，i=hw/L=5/(5+24.3)=0.36；hw坑内外水头差；L最短渗流流线长度L=h+2D=5+24.3=13.3m；Kg抗渗流安全系数，一般取1.52.0，砂土、粉土时取大值。4.3 围檩强度及刚度验算：根据围檩的支点反力及现有材料，支撑的布置形式为：采用双拼225a工字钢，并用钢板焊接连接。按3跨连续梁进行计算，跨径按3m计。（1）围檩强度验算q=Ta=87.8 kN /m25a工钢， W=401.4cm3，I=5017 cm4Mmax =0.1ql2=0.187.832=79 kN.mmax=Mmax/W=（79103）/（401.4210-6）=98.4MPa170 MPa（强度满足要求）（2） 围檩刚度验算=(0.67787.810334)/(1002.11051065017210-8)=4.6L/400=3000/400=7.5，刚度满足要求。4.4 内部水平钢管桩支撑轴心抗压稳定性验算单层支承杆采用直径300mm、壁厚10mm圆钢管桩,计算长度L 11米。单层布置3根，每根间隔3米。长细比： L/i=11000mm /102.6mm=107.2 查表得:=0.521稳定性验算：N=87.83=263.4 kN=N/（*A）=263.4 KN /(0.52129106 mm2)=55.5MPa=170Mpa (满足要求)。4.5 水平斜撑计算斜支撑的布置形式为：围堰四角焊接双拼222a槽钢斜撑，斜撑与围檩呈45o夹角。N轴力=324.86/sin45o=459.4 kN杆件两端焊接，按固定端计算：=0.5L=2.62m 长细比：=L1/iy=43.7 压杆稳定系数查表：=0.877=N/A=459.4103/（0.877231.84102）=82.3 MPa170 MPa（强度满足要求）5 施工工艺5.1为减少基坑内侧土压力，减轻钢板桩的承压，沿承台周边线 2 m 以内开挖深度 2 m(标高:+16.5 m) 的基坑，然后再沿承台边线向外 1m 打入一周圈 12 m 的钢板桩（拉森型）。5.2 开挖距钢板桩顶 2m(标高:+14.5 m) 深进行支护，支护围檩采用双拼225a型槽钢，中间支承采用外径 300 mm ,壁厚 10 mm 圆钢管，钢管水平等间距布置。工钢与钢管之间采用钢板连接。为增强工字钢围檩强度，围檩四角位置加焊4根水平斜撑。5.3 最后开挖至标高:+10.305 m(总深6.3 m) 后进行坑底混凝土封底，封底混凝土采用 30 cm 厚的 C25 混凝土。在混凝土与钢板桩连接处，用油毡作隔离层，周圈50cm以内设汇水渠、积水坑。封底混凝土终凝后抹 5 cm 厚砂浆找平。5.4承台分两次进行浇注。第一次浇注在封底混凝土终凝后，破桩头，检桩合格后，绑扎钢筋,立模进行第一层承台浇注，浇注高度 2.5 m 。第二层2米加台浇注在第一层浇注等强后，承台四周进行回填、夯实，拆除支护，绑扎钢筋、立模，进行加台浇注。5.5 第二层加台浇注等强后，承台四周进行回填、夯实，拆除支护，拔除钢板桩。6 安全防护措施6.1若开挖面达到设计深度，基底有松动或隆起现象时，可视情况采取沿钢板桩围堰内侧0.5m范围内打入6m以上的木桩。6.2在承台施工期间，派专人观测基坑周边情况，同时以仪器进行监控，一旦发现有变形或位移，立即组织进行加固处理。6.3为保证出现意外情况时,工人能够迅速撤离,基坑内应设不少于四个上下悬梯。6.4排水措施：施工时，对可能出现的渗水、积水现象，采取在坑底周边挖设汇水渠、积水坑的办法，把水汇集到一起后用水泵抽出，排出基坑外。7 结 语京沪高铁工程量大，工期紧。深基坑工程施工属于危险性较大的施工工作，德禹特大桥水中墩基础设计施工方案的选择优化，既满足了设计要求，又方便了施工，减少了施工投入，节约了