复杂条件下大型桥梁基础施工技术防护技术探讨

1、复杂条件下大型桥梁基础施工防护技术探讨- 工程论文复杂条件下大型桥梁基础施工防护技术探讨郑康 ZHENGKang（中铁大桥局集团第一工程有限公司，郑州450000 ）（TheFirstEngineeringCo.，Ltd.ofChinaRailwayMajorBridgeEngineeringGroupCo.，Ltd.，Zhengzhou450000，China ）摘要：文章结合实例对工程的地质简况、边坡支护方案、支护设计及主要施工方法等方面进行了阐述。在排桩设计土压力计算时对几种传统计算方法进行了对比分析，为设计提供一定的思路和参考。Abstract:Combinedwiththeinsta

2、nce,thispaperexpoundsthegeologicalconditionofengineering,slopesupportingscheme,supportingdesignandthemainconstructionmethod.Severaltraditionalcalculationmethodofsoilpressurecalculationinthepiledesignareanalyzedtoprovidecertainideasandreferenceforthedesign.关键词：排桩；图解法；土压力Keywords:campshed；graphicalmet

3、hod；soilpressure中图分类号： U448文献标识码： A 文章编号： 1006-4311（ 2015 ） 31-0108-040 引言桥梁设计建设过程中，常会遇到临近边坡、河道的基础施工，采取支护排桩是一种有效的基础防护措施。但由于边坡地质条件多样、地形地势差异大，如果都按固定的计算方法去设计是不合时宜的，或造成结构安全储备较小，或造成材料浪费和成本增加。文章提供了三种方法重点对排桩受力进行了分析，最终选择折中的方案，可以为此类设计提供一定参考。1 简况鹦鹉洲长江大桥为 3 塔 4 跨悬索桥结构，主跨跨径为225m+850m+850m+225m。大桥跨汉阳江滩进入长江，于武昌造船

4、厂鲇鱼套附近上武昌岸。 3# 墩位于武昌江岸坡脚。从地勘资料上显示，3# 塔位处受断裂构造及河流冲刷影响，场地处岩面标高约-3m ，以上覆盖层均为粉质粘土和粉砂，河床坡度大；防洪墙内武昌汉阳两侧高差达到5m以上，加之土质内摩擦角小，围堰施工时将受到较大侧向不平衡压力，边坡不稳定性同时将严重威胁防洪墙的结构安全；为保证长江堤防安全，结合3# 墩桩基及承台施工需要，在 3# 墩下游武昌侧施工一排防护桩，对大堤进行防护。2 方案设计2.1 总体布置大桥 3# 墩大堤防护采用单排钻孔桩基础，防护桩距墩承台中心27m ，与防洪墙平行布置，下游侧距承台角点最小距离6.0m 。桩径1.5m ，间距 1.8m

5、 ，共 28 根，桩基为端承桩，桩底标高-8.00m ，桩顶标高 +19m ，桩长 27m 。防护桩顶设胸墙，胸墙长50.5m ，宽 1.8m ，厚 1.0m ，排桩采用C30 水下钢筋砼结构。3# 墩大堤防护布置见图1。2.2 土质参数根据勘察资料，防护桩处岩面以上土层为粉质粘土和粉砂层，岩面标高-3.21m ，粉砂层厚 2.0m 。水位按低水位 +12.0m计算时防护桩受力最不利（图2）。由于土的渗透性较好，采用水土分算，取土层物性参数加权平均的方法。粉质粘土内摩擦角 ?准 =8.2 °，重度=19.4kN/m3，粘聚力c=11.7kPa ；重度按 =19.4kN/m3，粉砂内摩

6、擦角 ?准 =29 °。按土层参数加权平均，结果见表1。2.3 支护桩设计及验算排桩支护设计分析本支护工程具有临时性、区域性、复杂性等工程特点。土与水是支护工程设计的两个关键问题。一般而言，墙后的土压力介于主动土压力和静止土压力之间，墙前的土压力则处于静止土压力和被动土压力之间，目前的设计采用朗肯土压力理论，可能导致偏于保守或危险。另外土压力还有时空效应，结合本工程，其一在排桩江中心一侧将长期受长江流水冲蚀影响，其二3# 塔基础采用锁口钢管桩围堰，其施工必对河床及边坡土整体性造成破坏。初步设计采用悬臂无拉结的钻孔桩，根据以往经验及构造要求，桩径1.5m ，间距 1.8m ，为大直径排

7、桩支护，必须设计冠梁及止水帷幕。排桩设计抗倾覆验算主动土压力计算：本工程先以桩顶到基岩面标高差值作为计算长度进行抗倾覆验算，初步判断排桩是否要嵌入基岩。计算墙后主动土压力时，若直接采用朗肯或库仑土压力理论计算公式时，将会有如下问题：朗肯土压力理论：排桩墙后防护大堤有斜坡，且坡角大于内摩擦角（?准， 17 ° 10.2°），而采用朗肯土压力理论进行无限斜坡面的土压力计算时，只适用于 c=0 的无粘性土，且?准；库伦土压力理论：由于?准，在计算主压系数Ka 时，公式根号下出现负值，亦不能求解；延长墙背法，计算时将边坡分解为水平和倾斜面，分别计算各自的土压力，在得出土压力图形后进

8、行组合，但其依然以库伦土压力理论为前提。因此，本例将采用以下方法进行计算：图解法，见图3 ，当墙后土体达到极限平衡状态时，填土将沿破裂面（ADi ， i=111 ）滑动，而形成滑动楔体。作用在滑动土楔体上的力有土楔的重量Wi 、墙背对填土的反力Ei，破裂面上的总粘聚力 Ci 及反力 Ri。上述各力的方向以及Wi 和 Ci 大小均为已知，根据力系平衡时力多边形闭合条件，可求得每个破裂面对应的Ei 值，将各Ei 值用一条光滑的曲线连起来即可求得Emax ，即最大主动土压力。考虑表层土存在拉应力导致裂缝出现；按边坡水平，加载附加荷载的方法，大堤荷载按三角形荷载加载，从防洪墙处按45 °传递

9、至防护桩；文献 2 中的计算方法，按矩形荷载面作用三角形荷载，主压力系数按式（1）计算。m=L/B ， n=z/B ， L、 B 分别是矩形荷载作用面的长度和宽度；L 沿着挡土墙的长度方向， B 垂直挡土墙的长度方向，沿着荷载分布的方向；z 是计算点的深度； ?准是填土的内摩擦角。计算过程及结果：图解法：绘制结果见图4，各楔体计算见表2。作曲线的切线，求得Emax=2285kN，对应破裂面=37 °，过此面的楔体重心做平行于破裂面的直线交排桩墙背可得作用点位置Za=7.52m 。附加荷载法：假设防护桩至岩面，入土深度为17.21m ，此时主动土压力：总反力： Ea=1560.9+10

10、08=2568.9kN；Za=6.65m文献 2 方法： L=41.4m ， B=22.5m ， Z=21.21m 。求得 Ka=0.0202 ，由三角形自重向下传递产生的水平力为p=G?驻· Ka=0.0202× 0.5 × 22.5× 7 × 19.34=30，.88kN则土压力为Ea2=0.5× 30.88× 21.21=327.46kNEa=327，.46+1560.9=1888.365kN。计算结果表明，附加荷载法计算得到的主动土压力偏大，文献2 中的方法偏小，本例折中使用图解法的计算结果进行抗倾覆验算（图5 ）。

11、桩端弯距及最大剪力计算采用 m 法计算桩身内力，采用弹簧模拟土受力。采用MIDAS建立单桩模型，桩底固结，主动土压力荷载按分层计算法。荷载按每m 宽度加载，结果中考虑 1.8 （钻孔桩直径）的影响系数。计算结果为桩身最大弯矩2931kN · m，最大剪力 1429kN （图 6）。桩身位移桩顶最大位移 18.3mm ，+14.0m处最大位移 14.8mm 。经计算后，被动土压力考虑1.2 倍增大系数，此时，在 +7.5 +13.5m范围内，等效被动土压力比容许被动土压力稍大，由于大堤土经过多年固结，认为被动土压力满足受力要求。桩嵌岩深度根据以上计算的桩底弯矩结果，采用文献5 中式（）

12、进行岩层内桩底需要锚固的深度计算，则h=其中岩石极限抗压强度Ra=20MPa （中风化岩层）， =0.5 ， D=1.5m计算得 h 1.1m 。由于岩面不平整，岩面高程从-3.21 -4.67m ，取桩底高程为-8.0m 。防护桩配筋计算根据计算的桩身最大内力，按照文献4 中对防护桩配筋设计，防护桩直径采用 ?准 1500mm ，A=1767146mm2 ，钢筋采用 HRB335 ，混凝土采用 C30 ，可以满足要求。2.4 钻孔桩支护施工3# 墩大堤防护采用间隔跳打法施工。冲机钻钻孔泵吸反循环泥浆护壁钻进、清孔合格后下放钢筋笼和安装导管，水下混凝土采用垂直导管法灌注，气钻法凿除桩头混凝土，

13、完成钻孔桩施工。防护桩位处地势起伏较大，须对场地进行整平处理，整平后地面标高控制在+20.0m左右，夯打密实形成墩位平台。防护桩钢护筒插打利用70t履带吊进行插打，按平整场地测量放样出桩位设置导向起吊护筒、调整护筒倾斜度及位置安装打桩机震动插打到地面以上30cm的施工工艺流程进行。钻机开钻前。孔内应先灌注泥浆，如孔中有水，可直接投放粘土，用钻头以小冲程反复冲击造浆，使护筒底口以下2-3m范围内的孔壁坚实、不漏，并竖直圆顺，能起导向作用。在卵石土等松散层开孔或钻进时，可按1:1 投入粘土和小片石（粒径不大于15cm ），用小冲程反复冲击，使泥膏，片石挤入孔壁。为防止邻孔孔壁坍塌或影响邻近孔已灌混

14、凝土的凝固，应待邻孔混凝土灌注完毕，一般不少于24 小时后方可开钻，以免因震动影响混凝土质量。施工完成后应加强施工管理，禁止在边坡上堆积重物，同时观测桩顶变位情况，特别是在基础施工和水位变化较大时应加强观测。D3 结语排桩支护具备对狭窄施工场地适应性强、布置形式灵活等优点，在公路、铁路、桥梁基础等工程中具有一定的应用价值。在排桩支护设计时，特别是土压力计算，传统的计算方法都具有一定的局限性，所以应结合工程特点选择合理的计算方法。文章有 3 种方法对土压力进行计算，对计算结果进行了对比，经实践计算方法可靠，约节约钢筋60t ，取得了一定的经济效益。通过采用钻孔灌注桩边坡防护措施，有效保证了大堤稳固，使3# 塔水下基础施工和承台施工过程处于有效的防护之中。参考文献：1 徐至钧，陈静，王曙光.深基坑与边坡支护工程设计施工经验录M. 上