湛江海灣大橋引橋承臺(tái)鋼板樁圍堰施工方案設(shè)計(jì).doc

收稿日期: 20 05 - 02- 0 2標(biāo)高東岸引橋?yàn)? 0. 5 m 、西岸引橋?yàn)? 1 . 00 m, 承臺(tái)厚度為 2. 5 0 m , 承臺(tái)混凝土澆筑一次性完成。 根據(jù)湛江海灣大橋主橋工程地質(zhì)報(bào)告顯示: 河床頂面至標(biāo)高- 32. 3 m 處土質(zhì)均為非透水性的灰 色淤泥質(zhì)粘土、亞粘土, 其內(nèi)摩擦角 = 1 2, 粘結(jié)系 數(shù)為 C= 10 k Pa, 質(zhì)量密度 r = 18 k N / m3 ; 方案設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí), 取最高水位為+ 3. 9 m。東岸水中引橋的 2837 號(hào)、西岸引橋的 596 5號(hào)墩, 均位于淺灘地段, 退潮后可以露出河床面或水 深較淺, 且承臺(tái)底部位于河床面以下, 承臺(tái)施工時(shí)需 開挖河床, 因此, 承臺(tái)施工采用打入鋼板樁圍堰方案 進(jìn)行。水中承臺(tái)型式均為分離式, 半幅承臺(tái)平面尺寸 為 7 m 7 m 的正方形, 四角為半徑 R = 145 cm 的 倒圓, 混凝土方量為11 8 m3 , 為C3 0混凝土, 承臺(tái)底單位: cm圖 1 引橋下部構(gòu)造西岸每聯(lián)跨徑組成為 8 5 0 m 。引橋上部結(jié)構(gòu)為等高度分離式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁, 單箱單室斷面,半幅寬 12. 7 5 m; 下 部構(gòu)造采 用分離式 結(jié)構(gòu), 由 樁 基、承臺(tái)和簿壁墩組成, 見圖 1 所示。1引橋下部設(shè)計(jì)概況湛江海灣大橋由東、西岸引橋和主橋組成, 橋梁 全長(zhǎng)3 981. 1 7 m, 主橋斜拉橋全長(zhǎng)840. 0 m。東、西岸 水中引橋均為兩聯(lián), 東岸每聯(lián)跨徑組成為 950 m;摘 要: 根據(jù)湛江 海灣大橋 水中引 橋的地 質(zhì)情況, 介紹 了淺灘 地段水中 承臺(tái)鋼 板樁圍 堰施工 方案的 設(shè)計(jì)思路、優(yōu)化計(jì)算方法及施工工藝。關(guān)鍵詞: 橋梁承臺(tái); 鋼板樁圍堰; 施工方案湛江海灣大橋引橋承臺(tái)鋼板樁圍堰施工方案設(shè)計(jì)鄭雙,李國(guó)兵,滕云峰( 廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司廣州市510620)文章編號(hào): 0 45 1- 07 12 ( 2 00 5) 05 - 01 91- 0 3 中圖分類號(hào): U 4 45 . 5 56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B公路20 05 年 5 月第 5 期H IG HW A Y M ay . 20 05 No . 5不利工況, 其最不利工況為: 海潮水位最高( 3. 9 m )且圍堰內(nèi)抽完水及基底開挖至施工標(biāo)高時(shí)。取1 延m單位 寬度 鋼板 樁進(jìn) 行驗(yàn) 算, 結(jié)構(gòu) 計(jì)算 圖式 見圖 3所示。鋼板樁底的結(jié)構(gòu)邊界條件為無(wú)剪力、彎矩和水 平位移。結(jié)構(gòu)計(jì)算上先設(shè)置為一鉸支座, 將初始的被 動(dòng)土壓力代入, 計(jì)算出支座 水平力 FA X ( 即桿端 剪 力) , 由被動(dòng)土壓力值減去 F A X 值作為新的被動(dòng)土壓 力重新代入, 計(jì)算出新的 F A X , 反復(fù)幾次迭代, 直到 前后兩次計(jì)算的被動(dòng)土壓力值相差很小和 FA X 趨近 于 0 值為止, 此時(shí)得出的被動(dòng)土壓力值即認(rèn)為是實(shí) 際值。通過(guò)使FA X 趨近于 0 進(jìn)行數(shù)學(xué)迭代后, 得出p p1 =3鋼板樁圍堰施工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于西岸水中引橋的 65 號(hào)墩河床面最高( 標(biāo)高+ 0. 55 m) , 主動(dòng)土壓力最大, 當(dāng) 6 5 號(hào)墩鋼板樁圍堰 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度能滿足規(guī)范及施工要求時(shí), 其他墩 的圍堰結(jié)構(gòu)也能滿足要求, 故僅將 65 號(hào)墩圍堰結(jié)構(gòu) 作為算例。從方 便施工 角度 考慮, 先暫定 一層 圍堰 內(nèi)撐 梁的位置, 計(jì)算 鋼板樁 的最 大正、負(fù)彎 矩和撓 度, 使鋼板樁 最大彎 矩和撓 度能滿 足要 求, 經(jīng)多 次調(diào) 試后, 當(dāng)內(nèi)撐梁 安裝在標(biāo)高+ 2. 00 m 位 置時(shí)為最 佳, 其最大彎矩和撓度均能滿足要求, 且只需一層內(nèi)撐梁。鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算時(shí), 應(yīng)取施工時(shí)的最單位: cm圖 2鋼板樁 圍堰構(gòu)造鋼板樁;( 4) 鋼板樁的施打采用小型水上浮吊, 配合具 有液壓夾樁裝置的震動(dòng)打拔樁機(jī)進(jìn)行打入, 施工完 成后拔除;( 5) 圍堰的內(nèi)撐梁為一閉合結(jié)構(gòu)的型鋼結(jié)構(gòu)桿件, 桿件間的連接采用螺栓連接, 安裝、拆卸方便;( 6) 內(nèi)撐梁安放在標(biāo)高+ 2. 0 0 m 處, 焊接在鋼 板樁的牛腿上, 內(nèi)撐梁外緣兩端與鋼板樁相撐住, 以 加大圍堰抵抗土側(cè)壓力及水壓力的能力。鋼板樁圍 堰見圖 2 所示。2鋼板樁圍堰的施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)湛江海灣大橋水中引橋的地質(zhì)情況, 進(jìn)行 了鋼板樁圍堰施工方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 其要點(diǎn)如下:( 1) 圍堰采用單層鋼板樁圍堰, 由鋼板樁和一 層由型鋼組成的內(nèi)撐梁組成;( 2 ) 圍堰平面為 10 m10 m 的正方形, 鋼板樁 單根長(zhǎng) 12 m, 被打入后, 其底端標(biāo)高為- 7. 5 m , 頂面標(biāo)高為4 . 5 m ;( 3) 采用德國(guó)拉森型鋼板樁, 套型鎖口, 鎖口內(nèi)涂上潤(rùn)滑黃油, 兩樁鎖口聯(lián)結(jié)能轉(zhuǎn)角 1 015, 摩 阻力小, 防滲性較好, 4 個(gè)轉(zhuǎn)角位置采用焊接的 T 形 192公路 200 5 年第 5 期圖 4鋼板樁圍堰最后結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式不了。4鋼板樁圍堰施工承臺(tái)范圍內(nèi)的樁基檢測(cè)合格后, 清理拆除樁基 施工平臺(tái), 僅剩承臺(tái)外側(cè)的兩排軍用梁平臺(tái)及施工 龍門吊, 測(cè)量定位鋼板樁的內(nèi)外線位置, 隨后進(jìn)行鋼 板樁圍堰的施工。( 1) 安裝內(nèi)撐梁結(jié)構(gòu): 在設(shè)計(jì)高度位置, 樁基鋼 護(hù)筒上焊小牛腿, 將拼裝好的內(nèi)撐梁整體吊放在牛 腿上, 以防鋼板樁圍堰打好后尺寸偏小, 內(nèi)撐梁拼裝24 . 7 k N / m, p p2 = 1 09. 9 kN / m, FA X = 0 . 14 k N , 前后 兩次 算 出的 p p 值 相 差僅 為 0. 1 8% , 滿 足精 度要求。經(jīng)強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算, 其鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)最后計(jì) 算圖示如圖 4 所示。根據(jù)最后結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式, 利用 A lg or 軟件計(jì)算 鋼板樁受力撓度, 并繪制撓曲形狀圖, 由圖可知入土 鋼板樁無(wú)反彎點(diǎn), 圍堰內(nèi)土均受被動(dòng)土壓力, 證明結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式正確。經(jīng)計(jì)算, 鋼板樁最大應(yīng)力 max =57 M Pa, 最大撓曲位移 f m ax = 1. 4 9 cm , 能滿足結(jié)構(gòu) 安全要求。圖 3鋼板樁 計(jì)算圖式19 3 20 05 年第 5 期 鄭雙等: 湛江海灣大橋引橋承臺(tái)鋼板樁圍堰施工方案設(shè)計(jì)5結(jié)語(yǔ)對(duì)于鋼板樁圍堰內(nèi)外水頭高差 5 . 4 m 的鋼板樁 結(jié)構(gòu), 以往內(nèi)撐梁一般須設(shè)兩層。根據(jù)湛江海灣大橋 引橋的地質(zhì)情況, 設(shè)定鋼板樁的結(jié)構(gòu)邊界條件, 通過(guò) 數(shù)學(xué)迭代計(jì)算出被動(dòng)土壓力值, 相應(yīng)鋼板樁圍堰結(jié) 構(gòu)的強(qiáng)度和剛度計(jì)算結(jié)果也能準(zhǔn)確得出, 據(jù)此調(diào)整 內(nèi)撐梁的層數(shù)和位置, 進(jìn)行多次反復(fù)計(jì)算, 最后湛江 海灣大橋鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)優(yōu)化成內(nèi)撐梁 僅設(shè)置一 層。實(shí)踐證明, 既滿足了結(jié)構(gòu)安全要求, 又大大加快 了施工進(jìn)度和節(jié)省了施工成本。( 6) 鋼板樁圍堰澆筑完封底混凝土后, 即可進(jìn)行承臺(tái)的施工。( 2) 插打鋼板樁: 鋼板樁逐根插打, 采用從上游開始, 在下游合攏的方法進(jìn)行, 且須嚴(yán)格控制好鋼板 樁的垂直度。( 3 ) 鋼板樁圍堰內(nèi)抽水及堵漏: 采用濕棉絮進(jìn)行堵塞, 施工顯示堵漏效果良好, 只有微量水滲入, 采 用小型水泵在集水坑內(nèi)抽水, 就能完全滿足圍堰內(nèi) 坑底的無(wú)水開挖施工。( 4) 圍堰內(nèi)開挖: 圍堰內(nèi)基底土, 采用人工開挖 至標(biāo)高為- 1 . 5 m 處, 土方運(yùn)輸, 采用龍門吊吊至運(yùn) 輸車運(yùn)棄。( 5 ) 攤 輔 砂層 和澆 筑 封底 混 凝土: 在 鋼 板樁60 cm 高度及內(nèi)周邊范圍堆砌 兩層袋裝砂層, 使鋼 板樁與封底混凝土隔開, 方便以后拆卸, 封底為 C25 混凝土, 封底厚度為 50 cm。收稿日期: 20 05 - 02- 0 2位受潮水漲落而變化, 水質(zhì)變化較小, 但海水為高礦度鹽水, 具中等結(jié)晶類、強(qiáng)結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕; 東 岸淺層地下水為淡水, 具強(qiáng)碳酸性類、中等酸性類、 中等微礦化水型腐蝕; 西岸淺層地下水為淡水, 具弱 酸性類腐蝕及強(qiáng)碳酸性類腐蝕; 深層地下水為高礦 化度鹽水, 具中等結(jié)晶類、中等碳酸性類、弱酸性類、 強(qiáng)結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕。1. 3涂裝環(huán)境條件1. 3. 1氣溫該橋區(qū)域, 年平均氣溫: 2 3. 1; 月平均最高氣 溫: 2 8. 9; 月平均最低氣溫: 15. 6 ; 歷年極端最高 氣溫: 38. 1; 歷年極端最低氣溫: 2. 8。1. 3. 2相對(duì)濕度1防腐設(shè)計(jì)1. 1防腐涂裝要求湛江海灣大橋設(shè)計(jì)壽命為 100 年, 依據(jù)大橋區(qū) 段和環(huán)境的劃分, 結(jié)合大橋各主要部位構(gòu)件的等級(jí) 強(qiáng)度、施工工藝和環(huán)境條件, 對(duì)樁基保留施工用鋼護(hù) 筒作為鉆孔灌注樁樁頂以下一定范圍的一道防腐蝕 防線, 鋼護(hù)筒外用涂鋅層保護(hù)。鋼護(hù)筒的壁厚為1622 m m, 在水位變動(dòng)區(qū)及水下區(qū)的單面腐蝕速率為0. 120. 2 mm/ 年, 則鋼護(hù)筒在水位變動(dòng)區(qū)至少可 保護(hù) 60 年, 防腐涂層的設(shè)計(jì)年限按 20 年壽命考慮, 加涂層后壽命預(yù)計(jì)可達(dá) 8 0 年。1. 2防腐蝕環(huán)境大橋橋址區(qū)地表水主要為麻斜海灣海水, 其水施工防腐;鋼護(hù)筒;針對(duì)樁基鋼護(hù)筒的防腐要求, 介紹在施工中采取嚴(yán)格的過(guò)程控制措施, 保