增量法在钢板桩围堰设计施工中的应用

1、第卷第期年月文章编号：（）中外公路增量法在钢板桩围堰设计施工中的应用雷志超。杨芬，汪君文。梁悦鹏，夏争志（路桥华南工程有限公司，广东中山；湖北省交通规划设计院）摘要：介绍了广州新造珠江大桥的工程背景，辅助墩承台施工所采用的钢板桩围堰结构、荷载工况、空间有限元分析计算，及增量法在钢板桩围堰设计中的应用，设计经验可为同类结构提供参考。关键词：钢板桩围堰；增量法；有限元分析目前中国在钢板桩围堰结构设计中，常常将钢板桩结构按照在内支撑处多点支撑的连续梁或者悬臂梁进行设计计算。此种计算方法即以假定内支撑结构与钢板桩结构同步实现安装、共同参与受力。然而，在实际施工过程中，钢板桩与内支撑结构同步受力实施起来

2、较为困难。而且，按照常规钢板桩围堰的施工流程，是按照先振设钢板桩，进行围堰内部清淤、浇筑封底混凝土，进而进行边抽水边焊接内支撑结构这一类流程施工。增量法主要分析思路：抓住施工流程上带来的荷载递增特性，考虑既有结构在荷载递增的情况下产生的初始变形效果（即：结构按照每一个施工步骤，考虑初始位移），逐步分析结构的内力分布。笔者结合广州新造珠江特大桥辅助墩钢板桩围堰，比较增量法设计的计算结果与常规设计方法的计算结果之间的差异。工程概况广州新洲至华龙快速路工程新造珠江特大桥是连接广州大学城、长洲岛和新造镇，是新华快速路的重要组成部分。大桥全长，主桥为的双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，主桥墩身采用双薄壁实心

3、墩，主墩基础为根曹瞵料黼黼料鼍料黼鬻并岽糍料料黼料拳靠料豢鬻豢靠素并料料豢靠素蠢黼曲罐料聿豢糍曲瞵曲瞵曲啡岽靠料啡÷瞵曲瞵粜蠢料曲靠！靠鬻蠢爿瞵豢鬻黼睾雉料鬻豢蠢蠢译鬻综上所述：这种“外梁超载，内梁卸载”的现象，在设计中不能简单地“以直代曲”计算，必须考虑简化计算的适用范围，过于忽略曲率因素影响有可能导致对边、中梁的抗力设计不合理。同时，由于内梁卸载，如果处理不当，有时使得曲梁内外侧支座反力相差很大，当活载偏置时，内侧支座甚至会出现负反力，如果支座不能承受拉力，就会出现梁体与支座发生脱离的现象，导致通常称为“支座脱空”的事故发生。参考文献：姚玲森混凝土弯梁桥北京：人民交通出版社，因素

4、对外边梁受力不利，但对内边梁受力有利，同时，对中梁受力的影响有限。设计中如果不计曲率因素影响有可能导致边、中梁的抗力设计不合理。程迸，沈旭东，孙斌，等基于的预应力混凝土曲线梁桥三维施工仿真分析公路交通科技，（）结论（）影响面计算结果说明：曲线梁桥各梁的受力邵容光夏淦混凝土弯梁桥北京：人民交通出版社，刘志文，贺拴海曲线梁桥结构分析系统口长安大学学报，（）孙广华曲线梁桥计算北京：人民交通出版社，很不均匀，荷载作用于外边梁较内边梁不利，同时，各梁的受扭特性较明显，设计中应当充分注意，充分考虑外侧边梁的不利因素与曲线梁桥的弯扭特性。（）通过与直桥的对比分析发现：曲线梁桥曲率收稿曰期：王钧利曲线箱梁桥的

5、病害分析及设计对策中外公路，（）作者简介：雷志超，男，大学本科，高级工程师万方数据中钻孔灌注桩基础，辅助墩基础采用根，钻孔灌注桩基础，承台平面尺寸×。该桥两个主墩及北岸辅助墩为水中墩，均采用围堰结构进行施工。其中，辅助墩采用钢板桩围堰施工。水文情况根据设计勘察资料：桥位处珠江水道年平均径流量为亿。年平均径流速为。小潮和大潮全潮下泄量分别是×和×外公路第卷标高为一（考虑厚封底以及河床的不平整性）、河床平均标高为、承台底设计标高为、设计水位为（另考虑船只引起的浪高）、设计流速、设计波浪力为一，波浪作用高度。钢板桩围堰共设置层型钢内支撑结构，内支撑由圈梁及斜撑组成。圈梁

6、采用制作，斜撑采用击×钢管制作（图）。，年平均径流速分别为和顶层内支撑结构中心标高为，第二层内支撑结构中心标高为（图）。主要材料及指标。水道潮型属于不正规半日潮混合潮型。多年平均潮差为，最大为，均为珠江八大口门最大值。地质情况根据地质钻探结果，主桥辅助墩墩位处地质主要为：淤泥、粉砂、全风化混合岩、强风化混合岩、微风化混合岩，局部范围存在粉砂层中间夹杂淤泥层的复杂地质。（）钢板桩结构为钢板，容许弯曲应力盯；容许剪应力；内支撑结构为钢板，容许弯瞌应力盯；容许剪应力。（）封底混凝土为混凝土，施工期间，容许拉应力仉一、容许压应力吼一。钢板桩围堰的设计辅助墩承台平面尺寸为×围堰计算工

7、况的确定、承台顶面施工流程埋入河床超过，土压力及静动水压均较大，且距离北岸防洪河堤仅，位于珠江主航道，施工时间为当年月，正值珠江汛期，无法进行常规筑岛施工。经过安全性、经济性、总体工期及施工可行性等方面分析比较，最终选用钢板桩围堰。钢板桩围堰设计钢板桩顶设计标高为、钢板桩底设计桩基施工完毕一部分平台拆除一第一次围堰内、外清淤一插打钢板桩一钢板桩合龙一抽水第二次清淤一水下混凝土封底，混凝土等强一抽水到第一层内支撑标高（以下）一安装第一层内支撑一抽水到第二层内支撑标高（以下）一安装第二层内支撑一抽水至封底混凝土顶面一桩头破除一桩基检测一承台浇筑一支撑拆除一钢板桩拔除一钢板桩围堰施工完成。、一：。赫

8、诒计付，善坐“”“、“可第一层内支撑中址第二层内支撑中）高一承台顶标高（：§鲤些）显。熬攀鬻蓠褰轳一守（“）二二二漉层二，骂三粤：挚底混凝专矽水下混警土：。，寸钢板桩底标高（！：塑巴亚；：”、：二“；麓王摹？善：麓：寰警芝；蔓；：誊）鼻：”，：¨：？：÷毒。二：一：一图钢板桩结构立面布置围（单位：）、：币砂层：。？兰：“：，。：万方数据年第期雷志超，等：增量法在钢板桩围堰设计施工中的应用毁。卜鲤卜镪寸一缮心西寸，肄霜蓼：蕙、黛囊，岩图内支撑的平面布置图（单位：）控制性计算工况钢板桩围堰内部抽水至封底混凝土顶面（即：），是检验围堰结构使用性能的关键状态。流水压力出于

9、安全考虑，施工区域流水设计流速为。根据公路桥涵设计通用规范，流水压力可按下式计算：。研口（）在此工况下，将水压力、波浪力、土压力等荷载组合考虑，是控制性工况下的荷载组合。因此钢板桩围堰内部抽水至封底混凝土顶面是控制性工况。（）取流水压力系数忌一，经计算，水流压力为。，计算中取。设计荷载波浪力该钢板桩围堰波浪力按照。一，浪高静水压力钢板桩围堰结构静水压力计算公式为：一（）进行考虑。钢板桩围堰计算过程中，静水压力、主动土压力、动水压力、波浪力均按照面荷载（即：压力荷载）的形式施加给钢板桩，进而传递给内支撑结构及封底混凝土，形成整体空间结构，共同参与受力。钢板桩围堰设计水位，封底混凝土顶标高，则围堰

10、底最大水压力为：。一钢板桩围堰顶水压力为，从围堰顶到封底混凝土顶面的静水压力呈倒三角形分布。底部外侧土压力钢板桩围堰外侧土压力按主动土压力计算，围堰外侧土层厚度考虑为，最大土压力在河床标高位置。主动土压力采用朗金土压力计算公式计算：（。一）（）。有限元模型结构模型钢板桩围堰结构中主要有封底混凝土、内支撑结构、钢板桩结构。此次采用软件进行分析，建模时主要采用实体单元、梁单元、板单元，分别模拟封底混凝土、内支撑和钢板桩。全结构共分为个节点，个单元，其中包括个梁单元，个板单元，个实体单元。边界条件根据辅助墩墩位处地勘报告及相应的地基系数最大土压力经计算为。结构自重结构自重按其体积和容重相乘即可，软件

11、处理中是输入材料的密度，由软件输入重力加速度即可。万方数据中外公路第卷（），在封底混凝土以下部位，沿钢板桩按照间距设置节点弹性支撑（表）。表节点弹性约束表增量法计算结果控制性工况下按增量法计算的结构变形云图、钢板桩及内支撑应力云图分别见图、。图增量法控制性工况结构变形云图（单位：）图增量法控制性工况钢板桩应力云图（单位：）万方数据图增量法控制性工况内支撑应力云图（单位：）增量法计算结果见表。表增量法计算结果常规方法计算结果按常规方法计算的控制性工况结构变形云图、钢板桩及内支撑应力云图分别见图、。图常规法控制性工况结构变形云图（单位：）常规方法计算结果见表。表常规方法计算结果年第期雷志超，等：增

12、量法在钢板桩围堰设计施工中的应用图常规法控制性工况钢板桩应力云图（单位：）图常规法控制性工况内支撑应力云图（单位：）两种方法计算结果比较见表。表常规方法计算结果万方数据除去计算结果上的差异外，关键问题在于最大应力（即：控制应力）所出现的位置不同。这是本质上、致命的差异。结论新造珠江大桥辅助墩承台充分考虑了钢板桩围堰结构的施工流程，采用增量法详细分析了结构最不利工况下的受力，保证了结构的安全，通过此钢板桩围堰设计可得如下结论。（）常规方法进行钢板桩围堰设计存在不合理与不实际的方面，难以真实模拟钢板桩及内支撑结构在施工过程中的受力情况。（）钢板桩围堰结构在采用常规方法与增量法计算时，无论是结构的内

13、力，还是结构的变形值，均存在较大差异，应予以充分重视。（）两种计算方法分析所得的钢板桩围堰空间结构受力存在本质上的差异，即：控制性应力出现在不同结构部位，这将直接导致致命错误的发生。参考文献：郭广银珠江黄浦大桥南汉桥南塔大型超深承台钢板桩围堰施工广东公路交通，（）姜中祖钟敬钧番禺大桥水上主塔基础钢板桩围堰施工广东公路交通，（）陆培炎陆培炎科技著作及论文选集北京：科学出版社，公路桥涵施工技术规范一公路桥涵设计通用规范公路桥涵钢结构及木结构设计规范陈明宪斜拉桥建造技术北京：人民交通出版社，任亮广州新光大桥深水承台钢板桩围堰施工中外公路，（）许红胜，颜东煌，黄元群深水基础钢围堰结构方案比选研究中外公

14、路，（）曾庆敦，姚双龙钢板桩围堰及支撑系统的稳定安全性分析中外公路，（）结果对比增量法在钢板桩围堰设计施工中的应用作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：雷志超， 杨芬， 汪君文， 梁悦鹏， 夏争志雷志超,汪君文,梁悦鹏,夏争志(路桥华南工程有限公司,广东中山,528403)， 杨芬(湖北省交通规划设计院)中外公路JOURNAL OF CHINA & FOREIGN HIGHWAY2010,30(4)参考文献(10条)1.许红胜;颜东煌;黄元群 深水基础钢围堰结构方案比选研究期刊论文-中外公路 2007(03)2.任亮 广州新光大桥深水承台钢板桩围堰施工期刊论文-中外公路 2006(04)3.陈明宪 斜拉桥建造技术 20034.JTJ 025-86,