水上棧橋平臺鋼管樁施工問題研究

柴立豐

【摘 要】本文在詳細介紹某公路大橋水上平臺鋼管樁施工技術(shù)，在鋼管樁特點的基礎(chǔ)上，提出了鋼管樁垂直承載力的計算方法，并詳細介紹了鋼管承載力計算。

【關(guān)鍵詞】鋼管樁；承載力；施工技術(shù)

0.引言

擬建的某大橋主橋為193+332+113米高低塔混凝土斜拉橋，引橋為2×（3×40）米預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)小箱梁，橋梁全長888米，施工期間水深約為8米，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料顯示，河床地質(zhì)情況如下：

①水深8米。

②岸例：0～7m為粘土，硬塑淺黃色，韌性及干強度。

③7m～9.8m為粉砂，灰色，含少量粘土及腐殖質(zhì)，飽和，稍密。

④北側(cè)河床：0～0.3m為粉土，軟塑，黃色，含大量粉砂及少量礫石，韌性及干強度低。

⑤0.3m～33.4m中風化泥巖，紫紅，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀，構(gòu)造巖石較軟，巖體較破碎較完整，裂隙較發(fā)育，鉆進慢，巖石呈短柱狀塊狀。

1.水上平臺設(shè)計方案

根據(jù)現(xiàn)場施工需要，8#墩采用施工鋼棧橋。根據(jù)現(xiàn)場地形地貌并結(jié)合荷載使用要求，經(jīng)過現(xiàn)場勘查，結(jié)合樁基平臺需要鋼棧橋規(guī)模擬定為棧橋全長130m，標準跨徑為12m，橋面凈寬均為6m，鋼棧橋結(jié)構(gòu)如下：

①基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為：鋼管樁基礎(chǔ)。

②下部結(jié)構(gòu)為：工字鋼?？v梁。

③上部結(jié)構(gòu)為：貝雷片縱梁。

④橋面結(jié)構(gòu)為：裝配式公路鋼棧橋用橋面板。

⑤防護結(jié)構(gòu)為：小鋼管護欄。

2.鋼管樁受力計算

單墩布置單排3根鋼管樁徑?529mm，壁厚10mm，橫向間距2.2m，樁頂布置2根[32b]字鋼橫梁，管樁與管樁之間用[20b]槽鋼水平向和剪刀向牢固焊接。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTJ024—85），沉入樁的承載力容許值：[Ra]=1/2（∪∑aili+αAOR）

由于該公式只適用于混凝土管樁或者閉口的鋼管樁，對于本方案中的敞口式鋼管樁，該公式是否適合，規(guī)范沒有說明。

因為敞口式鋼管樁管壁較薄，鋼管樁沉入過程中，樁端土的一部分被擠向外圍，一部分涌入管內(nèi)形成“土塞”，土塞受到管壁摩阻力作用將產(chǎn)生一定壓縮，可以增加樁基的端承力，從而提高單樁的垂直承載力，由于公路橋梁規(guī)范沒有用于空心鋼管樁承載力的專用計算公式，因此鋼管樁承載力可采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的鋼管樁豎向承載力計算公式進行計算，根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定鋼管樁豎向極限承載力標準時，計算式如下：

Quk+Qpk=λδ∪∑qsik+λpqpk×Ap

U—樁身周長；

qsik—樁側(cè)向第i層土的極限側(cè)阻力標準值；

qpk—極限端阻力標準值；

λp—樁端閉塞效應(yīng)系數(shù)，對于閉口鋼管樁，λp=1。

對于敞口鋼管樁，按下式進行算：

當hb/ds<時，λp=0.16hb/ds×λδ。

當hb/ds≥5時，λp=0.8λδ。

hb—樁端進行持力層深度；

ds—鋼管樁外直徑；

λδ—側(cè)阻擠土效應(yīng)系數(shù)，對閉口鋼管樁；

λδ=1，對于敞口鋼管樁，λδ按下表確定：

Ar：鋼管樁的截面面積。

圖 鋼管樁立面與平面圖

鋼管立柱受力驗算：

受力模式分析：500KN汽車位于墩位處時鋼管承擔最大作用力，中間1根受力最大為430.3KN。根據(jù)勘測資料，鋼管立柱持力層為泥巖，強度為15MPa。

⑴單樁軸向承載力

[Ra]=cAf+uchf+ξulq=0.5×0.75×15000×3.14×（0.529÷2）2=1235KN>430.3KN

⑵計算露鋼管穩(wěn)定σcr

設(shè)鋼管樁一端固定，一端自由的壓桿

鋼管樁截面慣性半徑 i==/4=73.4cm

截面面積：A=0.785×（52.92-50.92）=163cm2

柔度λ=ul/i=2×1300/73.4=35.4

查表知穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.918

應(yīng)力σ===28.7MPa<[σ]=145MPa滿足要求。

綜上所述：墩位下部結(jié)構(gòu)采用單排3根鋼管立柱滿足使用要求。

鋼管樁抗壓穩(wěn)定性驗算：

受力模式分析：500KN汽車位于墩位處時鋼管承擔最大作用力，中間1根受力最大為430.3KN。根據(jù)勘測資料，鋼管立柱持力層為泥巖，強度為15MPa。

⑴單樁軸向承載力

[Ra]=cAf+uchf+ξulq

=0.5×0.75×15000×3.14×（0.529÷2）2

=1235KN>430.3KN

⑵計算露鋼管穩(wěn)定σcr

設(shè)鋼管樁一端固定，一端自由的壓桿

鋼管樁截面慣性半徑 i==/4=73.4cm

截面面積：A=0.785×（52.92-50.92）=163cm2

柔度λ=ul/i=2×1300/73.4=35.4

查表知穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.918

應(yīng)力σ===28.7MPa<[σ]=145MPa滿足要求。

綜上所述：墩位下部結(jié)構(gòu)采用單排3根鋼管立柱滿足使用要求。

3.結(jié)語

鋼管樁施工技術(shù)目前已得到廣泛應(yīng)用，但鋼管樁施工時一些指標在公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中沒有數(shù)據(jù)可依，施工時應(yīng)滿足基本的規(guī)范要求，要求做到多借鑒、多實驗、多總結(jié)，確保工程質(zhì)量達到新的高度。

【參考文獻】

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.JTJ041-2000.

[2]路橋施工計算手冊.