钢板桩围堰在厦漳跨海大桥主墩承台中的应用

钢板桩围堰在厦漳跨海大桥主墩承台中的应用

1主要工程建设厦门漳海大桥工程是一座等级桥，是海峡西岸高速公路网和综合交通系统的重要组成部分。它通过一座桥将厦门湾与漳州海伦进贡一座后院。厦漳跨海大桥包括北汊北引桥、北汊主桥、北汊南引桥、海门岛立交及收费服务区、南汊桥、海平互通立交等主要工程。中交二航局承建的厦漳跨海大桥II标段土建工程由北汊主桥南半桥与北汊部分南引桥两部分组成,起点桩号为K3+080,终点桩号为K6+010,线路总长715m+2212.4m=2927.4m。其中北汊主桥为该项目的关键控制性工程,采用双塔双索面五跨连续半漂浮斜拉桥形式,在同类型桥梁中位居全国第6、世界第9。该桥主塔高227m,是目前厦门地区已建、在建工程最高的建筑。北汊主桥南半桥主墩BZP4桩号为K3+470,其承台尺寸为42m×29m×6.5m,承台尺寸大,水位高差大,河床低,地质条件复杂。2钢渣防护设计2.1承台高度高、高水位高钢板桩顶高程5.0m,钢板桩底高程-13.0m,承台顶高程3.7m,承台底高程-2.8m,承台高度6.5m,设计流速1.72m/s,设计风速为8级,设计波浪的浪高50cm,河床高程2.21m,历年最高高水位4.5m,历年最低低水位-3.2m。地质资料参照K3+464.91右7.90m处地质柱状图(图1),土体参数见表1。2.2承台底部回填混凝土厦漳跨海大桥II标北汊主桥南半桥主墩BZP4承台钢板桩围堰内轮廓尺寸为44.4m×31.2m,高18m。承台由下到上分3.0m和3.5m两次浇筑,在4.5m,3.2m,1.2m及-0.3m位置各设一道围檩(围檩布置见图2)。承台底部由下至上依次回填50cm碎石及50cmC25混凝土。施工工艺:1)在低潮位时割除钢护筒,在不影响内撑安装位置插打钢管桩,在钢管桩上拼装第1道围檩及内撑,安装好后,以内撑及围檩做为导向,插打钢板桩并合拢;2)拼装第2道围檩及内撑,并将各围檩及内撑下放安装到位(第1道围檩高程1.2m,第2道围檩高程4.5m);3)基坑内降水挖泥至-3.8m高程,由下至上回填50cm碎石及浇筑50cmC25混凝土至承台底面高程-2.8m;4)第1层承台(顶高程0.2m)施工(图3);5)拆除第1层承台模板,在-0.3m高程位置安装第3道围檩,拆除第1道围檩及内撑;6)施工余下承台(顶高程3.7m);7)拆除第2层承台模板,在3.2m高程位置安装第4道围檩,拆除第2道围檩及内撑。2.3填坑及围安装工况1:第1道、第2道围檩及内撑下放安装到位后,基坑内降水挖泥至-3.8m高程,填坑回填前;工况2:拆除第1层承台模板后,在-0.3m高程位置安装第3道围檩,拆除第2道(1.2m)围檩及内撑;工况3:拆除第2层承台模板后,在3.2m高程位置安装第4道围檩,拆除第1道(4.5m)围檩及内撑。2.4填坑弯矩与变形用等值梁法对钢板桩受力进行分析,计算结果见表2。在工况1,第1道、第2道围檩及内撑下放安装到位后,基坑内降水挖泥至-3.8m高程,填坑回填前,此工况钢板桩受力最不利其最大弯矩为417.65kN·m;最大变形为25.62mm。钢板桩材质为Q295,荷载分项系数取1.35,则允许弯应力为:σ<[σ]钢板桩强度满足设计及规范要求。2.5围及支撑受力控制工况从整个施工过程看,共布置有4道围檩,从上到下分别位于4.5m,3.2m,1.2m及-0.3m高程位置。其中,工况1为第1道围檩及支撑受力控制工况;工况2为第2道围檩及第3道围檩受力控制工况;工况3为第4道围檩受力控制工况。利用MIDAS计算软件对各工况下围檩及内撑进行受力分析计算,结果见表3。由计算结果知,围檩及内撑的最大组合应力为171.93MPa(工况2,第3道围檩受力),围檩及内撑均为Q235,荷载分项系数取1.35,则允许应力为:σ<[σ]围檩及内撑强度均满足设计及规范要求。3基本稳定性试验3.1钢板桩地基接枝价值当钢板桩内基坑底为粉砂或细砂,在基坑内抽水时,由于内外水头差可能引起涌砂的危险。而避免引起基坑底涌砂的条件是紧靠钢板桩砂土的垂直向上渗透力不超过土的浮密度产生的重力,即式中:K为抗管涌安全系数,取1.5;ρ′为土的浮密度;j为最大渗流力式中:i为水头梯度,等于水头与渗流半径的比值;ρw为水的密度,取1t/m3;当主墩基坑开挖至-3.8m未回填前为基坑最不利工况;最高水头取4.5m计算。基坑坑底抗管涌安全系数满足要求。3.2钢板桩的最小入土深度围堰入土深度分别采用等值梁法及盾恩近似计算法计算。等值梁法:用等值梁法计算板桩,为简化计算,用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置,经计算,钢板桩的最小入土深度为10.36m,即在-12.57m处。设计满足要求。盾恩近似计算法:河床高程为-2.21m,由分析可知,当基坑开挖至-3.8m未回填前为基坑最不利工况,对此工况采用盾恩近似计算法进行计算,得钢板桩的最小入土深度为9.59m,即在-11.80m处。设计满足要求。3.3计算参数选取参照《基坑抗隆起稳定安全系数实用计算分析与应用》计算承台施工期间基坑稳定性,采用双圆弧滑动面计算模型,圆弧中心取坑底与钢板桩交点,当基坑底开挖至-3.8m未回填前为最不利工况,取此工况进行计算。基本参数为:q=67.1kN/m,H′=1.59m,H=1.59m,D=6m,准=8°,c=10,ρ=1.59t/m3。导出参数为:qf=92.3969,D′=6m,Ka=0.7557,Kp=1.3233,a=0°,tan准=0.1405。滑矩:Ms=1663.14kN·m。钢板桩的容许抵抗弯Mh为:Mh=[σ]W=324kN·m总抗滑力矩:滑动力矩:Ms=1663.14kN·m抗滑安全系数(即基坑抗隆起稳定系数)安全系数满足要求。4合理用量工程节省了大量费用,是市场按此方案,主墩承台施工已顺利完成,本工程通过对钢板桩、围檩、内撑特别是基坑稳定性的合理分析,大大减少了封底混凝土的用量,为工程节省了不少费用。值得在以后的施工过程中加以合理借鉴