五里湖大橋鋼板護(hù)筒式圍堰設(shè)計(jì)與施工

1、五里湖大橋鋼板護(hù)筒式圍堰設(shè)計(jì)與施工 藍(lán)柳海路橋集團(tuán)第一公路工程局江浙工程處摘 要 本文主要介紹五里湖大橋引橋鋼板護(hù)筒式圍堰設(shè)計(jì)與施工過程，對(duì)類似工程具有一定借鑒意義。關(guān)鍵詞 五里湖大橋 鋼板護(hù)筒式圍堰 樁基 下部結(jié)構(gòu) 施工1 工程概況 無錫青祁路是無錫城市快速干道系統(tǒng)的一部分，五里湖大橋?yàn)榍嗥盥吠ㄟ^五里湖的通道，是太湖景區(qū)重要的景觀工程。該橋長(zhǎng)750m，寬33m，其中主橋長(zhǎng)150m，南、北引橋各300m，引橋分跨布置為1225m。引橋采用分離式橋墩，板式墩身，實(shí)體承臺(tái)，承臺(tái)尺寸6.3m5.45m2.0m，承臺(tái)下設(shè)41.2m鉆孔灌注樁，最大樁長(zhǎng)43m。引橋共13排26個(gè)橋墩、104根鉆孔灌注樁位

2、于五里湖中。根據(jù)實(shí)測(cè)，五里湖常水位高程1.30m，引橋橋墩樁位處的最大水深3.0m，淤泥厚度0.10.6m，湖底高程約-1.6-0.4m。水中承臺(tái)頂高程0.00m，樁頂高程-2.00m，承臺(tái)埋入湖底0.41.6m。 根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的資料，五里湖大橋引橋橋址位置工程地質(zhì)情況較好，以亞粘土為主，湖底較平整。據(jù)鉆探資料顯示，地質(zhì)情況見圖1。 圖1.柱狀地質(zhì)斷面圖 2 引橋圍堰施工方案比選在確定五里湖大橋引橋基礎(chǔ)圍堰施工方案過程中，先后對(duì)填土筑島、鋼板樁圍堰、鋼套箱圍堰、鋼板護(hù)筒圍堰等方案進(jìn)行了充分的比較。2.1填土筑島 考慮在湖中引橋范圍內(nèi)全斷面填土筑島，四周按1m間距打設(shè)800cm20 cm圓木

3、圍護(hù)，填土寬35m，總長(zhǎng)約350m，共約需土方6萬m3，每方土成本約35元（包括購(gòu)?fù)痢⑼谶\(yùn)、填土、清除等）。但工程所在地周圍10km范圍內(nèi)基本無土源可取，同時(shí)五里湖剛剛清淤整治完畢，填土筑島施工對(duì)環(huán)境影響較大，難以滿足環(huán)保要求，并且影響五里湖的通航和防汛。此外，填土筑島圍堰的防滲性能較差，承臺(tái)、墩柱及蓋梁施工需要進(jìn)行二次開挖、支護(hù)和防水處理，對(duì)施工圍堰內(nèi)建造物的施工影響較大。2.2鋼板樁圍堰鋼板樁圍堰工程造價(jià)相對(duì)較高，每延米鋼板樁圍堰造價(jià)約0.85萬元（包括鋼板樁租金、運(yùn)費(fèi)、打樁、拆除及支撐等費(fèi)用，租期按50天計(jì)。周轉(zhuǎn)時(shí)間：安裝5天，抽水清淤2天，樁基施工15天，開挖基坑、樁檢4天，承臺(tái)施工7

4、天，墩柱施工7天，蓋梁施工7天，雨天影響3天，共計(jì)50天。），單個(gè)承臺(tái)的鋼板樁圍堰（平面尺寸9.6m8.0m）造價(jià)達(dá)到30萬元，同時(shí)鋼板樁圍堰防滲性能也較差。2.3鋼套箱圍堰 鋼套箱圍堰一般用于高樁承臺(tái)施工，五里湖大橋引橋水中承臺(tái)均為低樁承臺(tái)，故有底鋼套箱圍堰不宜用于本工程施工。2.4鋼板護(hù)筒圍堰 采用鋼板護(hù)筒圍堰方案，有以下優(yōu)點(diǎn)：工程造價(jià)低采用鋼板護(hù)筒式圍堰，造價(jià)比較低，包括制作、安裝、拆除的費(fèi)用，單個(gè)圍堰工程造價(jià)僅需10萬元，周轉(zhuǎn)使用二次時(shí)造價(jià)可以更低。施工速度快鋼板護(hù)筒式圍堰結(jié)構(gòu)型式相對(duì)簡(jiǎn)單，易于加工制作，拼裝、拆卸方便，有利于加快施工進(jìn)度，現(xiàn)場(chǎng)12天可完成一個(gè)圍堰安裝。圍堰防滲性能好鋼

5、板護(hù)筒式圍堰片與片之間采用橡膠板密封止水，同時(shí)鋼圍堰插入亞粘土層中不小于1.2m，能有效地防止?jié)B水。操作空間大在本工程中，施工圍堰采用圓形鋼板圍堰，圍堰直徑為11.5m，圍堰中間不用撐徑，圍堰內(nèi)施工操作空間較大，打樁機(jī)可在圍堰內(nèi)直接施工。 由于本工程為市政工程，工期緊（合同工期為8個(gè)月），施工任務(wù)重。綜合考慮工期、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全等因素，引橋水中圍堰決定采用鋼板護(hù)筒式圍堰進(jìn)行施工。3鋼板護(hù)筒圍堰設(shè)計(jì)計(jì)算3.1鋼板護(hù)筒式圍堰設(shè)計(jì)鋼板護(hù)筒式圍堰設(shè)計(jì)詳見后構(gòu)造圖。3.2鋼板護(hù)筒式圍堰穩(wěn)定性計(jì)算3.2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖3.2.2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算 圍堰外側(cè)僅承受水平方向的水壓力。 根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)（下冊(cè)，李廉錕主

6、編）圓環(huán)及拱的穩(wěn)定最小臨界值計(jì)算公式： qc3EI/R3 （1） 式中：qc為最小臨界值，qc（30000+20000）/2=25000N/m=25.0N/mm； E為彈性模量，E2.06*105N/mm2； R為圍堰半徑，R=5750mm；由公式（1）可求得：I=7690000mm4經(jīng)查表16號(hào)槽鋼I=9600000mm4本工程選擇16#槽鋼，同時(shí)邊框10#角鋼及底部加強(qiáng)5#角鋼不參與計(jì)算，鋼板圍堰能滿足穩(wěn)定要求。 圖2.鋼板護(hù)筒式圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖3.3面板強(qiáng)度及豎向加勁肋強(qiáng)度驗(yàn)算面板按四周固定的彈性雙向板計(jì)算，板厚5mm，對(duì)底節(jié)取1.0m寬板條驗(yàn)算，查建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)（第二版，中國(guó)建筑

7、工業(yè)出版社）：Lx/Ly500/10040.5q25000N/mW4167 mm34.16710-6 m3Mxk1ql2=0.04250000.52250NmMxo-k2ql2=-0.0829250000.52-518.1 NmmaxMxo/ W124MPa145 Mpa豎向加勁肋按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，采用10號(hào)槽鋼，間距為1.004m，跨徑0.5m。q250001.004=25100N/mL0.5mW39.7cm33.9710-5 m3M1/8ql2=0.125251000.52784.4NmmaxM/ W19.8MPa145 Mpa顯然，面板強(qiáng)度及豎向加勁肋強(qiáng)度能滿足要求3.4 土基穩(wěn)定性驗(yàn)算圍堰

8、抽水后，如圍堰后背土樁及水壓力重量超過基坑底面下地基承載力時(shí)，地基平衡受破壞而發(fā)生隆起。承臺(tái)平面尺寸為6.3m5.45m，最大開挖深度1.7m（承臺(tái)最大埋深1.6m），假定基坑底平面開挖尺寸為7.3m6.45m，按0.46的坡比放坡。開挖后，基坑對(duì)角線方向的土體最為破弱。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)土體沿可能的滑動(dòng)面BC繞O點(diǎn)滑動(dòng)（土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)，粘性土的土坡穩(wěn)定分析）。取1m寬單位土體進(jìn)行計(jì)算。土體重量G1、水重量G2是促使土體滑動(dòng)的力；沿可滑動(dòng)面BC上分布的土的抗剪強(qiáng)度是抵抗土體滑動(dòng)的力。對(duì)O點(diǎn)取矩，得滑動(dòng)力矩Ms和穩(wěn)定力矩M為：Ms=GiXi （2）M=LR （3） 坑底土的抗剪強(qiáng)度，查地質(zhì)資料，=

9、65kpa要保證坑底不生隆起，要求K= M/ Ms1.2 （4）土體重心G1位置： G1O=2Rb/（3L）=21.913.26/（33.91）=1.06mMs=GiXi=RLr土X1/2+hRr水X2=1.913.911.98100.55/2+31.911101.91/2=95.4 KNmM=LR =653.911.91=485.4KNm K= M/ Ms=485.4/95.4=5.091.2故坑底不生隆起 3.5坑底土管涌驗(yàn)算在基坑底亞粘土層內(nèi)滲透系數(shù)很小，滲透水量少，管涌現(xiàn)象往往是突然發(fā)生的流塑泥流，基坑內(nèi)被涌出的泥流淹沒，造成事故，要避免管涌破壞，則要求：r，kj （5）式中：r，-土

10、浸在水中的有效容重k-安全系數(shù)，取1.52.0j-滲流力滲流力j計(jì)算j=irw=hrw/（h+2t） （6） rw-水容重 i-水頭梯度 t-鋼圍堰入土深度 h-水位至坑底高度 由上兩式，有 t（khrw-rh）/（2r） （7）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料取h=3.0m，取k=1.7，則有t=（1.73.010-9.83.0）/（29.8）=1.10m實(shí)際施工時(shí)，t=1.20m1.10m，不會(huì)發(fā)生管涌。4鋼板護(hù)筒式圍堰安裝和拆除4.1鋼板護(hù)筒式圍堰加工制作鋼板護(hù)筒圍堰在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠進(jìn)行加工制作，加工完成后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。鋼板護(hù)筒圍堰直徑11.5m，高5.2m，沿高度方向分三節(jié)制作，水平方向分四塊制作（為

11、方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，可分三塊制作）。底節(jié)水平加勁肋采用16槽鋼，其余兩節(jié)采用12，槽鋼的槽內(nèi)按34cm間距加焊5mm薄鐵板；豎向加勁肋采用10槽鋼，并且底節(jié)在相鄰兩工字鋼間采用50504角鋼進(jìn)行加強(qiáng)。節(jié)與節(jié)、塊與塊之間的邊框連接采用10010010角鋼。面板采用5mm厚的A3鋼板，邊框連接采用16的Mn16螺栓。鋼護(hù)筒圍堰結(jié)構(gòu)尺寸詳見鋼護(hù)筒圍堰構(gòu)造圖。4.2施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備施工現(xiàn)場(chǎng)已有施工道路可直到施工地點(diǎn)，鋼板圍堰加工完成后可用汽車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。施工現(xiàn)場(chǎng)在岸邊搭設(shè)一鋼板圍堰安裝操作平臺(tái)，操作平臺(tái)面積為1515m2，平臺(tái)設(shè)置在一艘100t的船上，平臺(tái)采用型鋼搭設(shè)，上部鋪設(shè)5cm厚木板，木板之間用扒釘連成整

12、體。4.3鋼板護(hù)筒式圍堰拼裝鋼板護(hù)筒式圍堰拼裝在已搭設(shè)的操作平臺(tái)上進(jìn)行。鋼板護(hù)筒式圍堰片與片之間采用1cm厚橡膠板嵌縫，片與片之間用M16螺栓連接，M16螺栓間距為20cm，鋼板圍堰片與片之間連接完成后，應(yīng)對(duì)各個(gè)接點(diǎn)逐一檢查，確保片與片之間連接良好、不滲水。圍堰拼裝完成后在圍堰直徑方向上下各用6道拉桿固定，同時(shí)在頂部用20號(hào)槽鋼作十字支撐，以防止在圍堰吊裝過程中變形。4.4鋼板護(hù)筒式圍堰就位圍堰拼裝完成后，即可進(jìn)行就位施工。在圍堰起吊就位前，必須先將橋墩承臺(tái)中心點(diǎn)測(cè)量放樣，確保圍堰中心點(diǎn)與承臺(tái)中心點(diǎn)一致，保證圍堰內(nèi)有最大操作空間。圍堰就位機(jī)械采用120t浮吊船。120t浮吊船扒桿長(zhǎng)約24米，4

13、5度起吊重量可達(dá)20t左右，能確保起吊整個(gè)鋼板圍堰。圍堰就位經(jīng)過檢查復(fù)核無誤后，用50t振動(dòng)錘將鋼板圍堰打入亞粘土中的深度不小于120cm，確保圍堰在排除集水后不滲漏。根據(jù)本圍堰設(shè)計(jì)，在圍堰內(nèi)側(cè)均勻布設(shè)8根9米長(zhǎng)的120鋼管，并打入土中約5米，同時(shí)將圍堰與鋼管連接固定好，確保圍堰集水排除后圍堰不變形，保證圍堰安全。4.5基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)施工、圍堰拆除圍堰安裝就位排除集水清除淤泥后，立即進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工。鉆孔樁樁機(jī)用浮吊吊入圍堰內(nèi)，樁基礎(chǔ)施工完成后，再用浮吊將打樁機(jī)吊出，隨后進(jìn)行承臺(tái)、橋墩墩身、蓋梁的施工。待橋墩下部結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，進(jìn)行鋼板護(hù)筒式圍堰的拆除工作。由于圍堰內(nèi)外水頭差高達(dá)3m，樁基正式施

14、工前必須進(jìn)行土層滲水試驗(yàn)和水頭壓力試驗(yàn)。具體做法如下：取一根直徑15cm左右的鋼管，鋼管底部?jī)蓚?cè)各開一個(gè)直徑5cm的孔。將鋼管打入（3）層亞沙土層2m左右，觀察管內(nèi)水位上升情況，兩至三天后測(cè)量管內(nèi)水位高度。收集數(shù)據(jù)后，計(jì)算比重為1.15的泥漿能否把水壓抵消。若土層滲水系數(shù)小，且比重為1.15的泥漿能把水壓抵消，排水清淤后則可直接將鉆機(jī)吊入圍堰進(jìn)行鉆孔。若土層滲水系數(shù)大，且比重為1.15的泥漿不能把水壓抵消時(shí)，可在圍堰內(nèi)回填粘土后再進(jìn)行鉆孔樁施工。 圍堰拆除時(shí)先將圍堰內(nèi)注水，水位與圍堰外水位齊平。圍堰分4片進(jìn)行拆除，圍堰內(nèi)注水后，圍堰螺栓拆除由潛水員水下作業(yè)完成，圍堰分片拔出，然后運(yùn)到拼裝平臺(tái)進(jìn)行二次拼裝。5 結(jié)束語鋼板護(hù)筒式圍堰在五里湖大橋施工中獲得了成功，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。由于鋼板護(hù)筒式圍堰結(jié)構(gòu)本身的因素和施工中難以將圍堰整體打入土層