雙排拉森鋼板樁作為承臺(tái)圍堰和樁基作業(yè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)分析與應(yīng)用

童祖玲 靳坤

摘要：南京外秦淮河入長(zhǎng)江口三漢河人行橋工程因河口出水面狹窄、水深、河床淤泥質(zhì)圖覆蓋深等不利施工環(huán)境限制，為承臺(tái)施工造成極大困難。依據(jù)實(shí)際施工條件，經(jīng)過多種圍堰方案分析比較，最終在南京外秦淮河入長(zhǎng)江口三漢河人行橋工程中采用雙排拉森鋼板樁（SP-V型）作為承臺(tái)圍堰，并以圍堰為基礎(chǔ)搭建樁基施工平臺(tái)。本文主要闡述了雙排拉森鋼板樁（SP-V型）圍堰及樁基施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)及其可行性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：雙排拉森鋼板樁；圍堰；樁基施工平臺(tái)；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土

中圖分類號(hào)：U445.556 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—152—03

引言

雙排拉森鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)形式廣泛地運(yùn)用于軟體地基上船塢建造中，近也逐漸被運(yùn)用于深水域水流速度變化較大的橋梁承臺(tái)圍堰。

雙排拉森鋼板樁整體的剛性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單排樁。雙排鋼板樁兼具重力式擋墻特點(diǎn)，自身穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單排樁。此外，雙排鋼板樁止水擋土效果、應(yīng)對(duì)水流沖擊及變化更勝于單排樁。其因施工的靈活性、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)為水流較大、流速變化且施工區(qū)域狹窄而不便采用單排樁、鋼沉箱作為圍堰施工時(shí)提供了更好的選擇。

1工程概況

三汊河人行橋位于外秦淮河的三汊河口閘下游入長(zhǎng)江口。橋位處河道寬度約200m，橋位東側(cè)約110m為三漢河口閘。

橋梁采用五跨異型曲線連續(xù)鋼箱梁，全長(zhǎng)353.511m，其中最大跨徑58.62m，最小跨徑30.993m。下部共設(shè)有5個(gè)橋墩，其中#、3#橋墩位于河道中心，其余位于河口漫濰上。2#、3#承臺(tái)底標(biāo)高為2.7，頂標(biāo)高為-0.5m。

2圍堰設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原由

河床頂層為50cm厚的浮淤，其下層為29m厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層。

（1）若采用單排拉森鋼板樁圍堰，則需穿透29m厚的軟土層，鋼板樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度達(dá)30m以上；且因位于河口位置水流較大多變，需采取防沖刷措施保證圍堰整體穩(wěn)定性。單排拉森鋼板樁圍堰不僅施工難度大，而且不經(jīng)濟(jì)。

（2）若采用鋼沉箱圍堰，采用大型船吊，且回收利用率小。施工速度慢，施工成本大。

（3）若采用雙排拉森鋼板樁，內(nèi)外排問吹填中粗砂，上部采用鋼筋拉結(jié)，內(nèi)設(shè)角撐。雙排拉森鋼板樁其自身具有擋土墻特性，穩(wěn)定性好，入土深度淺，抗水流能力強(qiáng)。且可以利用其重力式擋墻的特點(diǎn)，具有較高的承載力，以其為基礎(chǔ)搭建樁基施工平臺(tái)，可以不再另建樁基施工平臺(tái)，加快施工速度，節(jié)約施工成本。

經(jīng)過比選最終確定以雙排拉森鋼板樁結(jié)構(gòu)作為承臺(tái)圍堰及樁基施工平臺(tái)基礎(chǔ)。

2.2圍堰設(shè)計(jì)

鋼板樁選用SP，V型拉森鋼板樁，圍檁角撐采用雙拼H400×400型鋼。圍堰設(shè)計(jì)如下：

3可行性驗(yàn)算

目前國(guó)內(nèi)沒有規(guī)范或手冊(cè)記載雙排拉森鋼板樁理論驗(yàn)算公式。在本工程進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)查閱大量相關(guān)論文，并結(jié)合本工程設(shè)計(jì)的雙排拉森鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：寬高比為1.5/18，相當(dāng)于單排樁，但其抗彎能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單排拉森鋼板樁，雙排拉森鋼板樁剛度較好，在安全驗(yàn)算中，將雙排拉森鋼板樁近似視為剛性體，采用經(jīng)典力學(xué)模型進(jìn)行保守計(jì)算，保證圍堰體系的安全性。

3.1計(jì)算參數(shù)

3.1.1鋼板樁型號(hào)：

拉森v型鋼板樁，其規(guī)格見圖3：

3.2計(jì)算方法

由于2#圍堰開挖深度大，故僅對(duì)2#圍堰進(jìn)行計(jì)算。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，鋼板樁圍堰采用等值梁法計(jì)算，常用土壓力等于零點(diǎn)的位置來代替正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。計(jì)算土壓力強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前和墻后的被動(dòng)土壓力分別乘以修正系數(shù)（為安全起見，對(duì)主動(dòng)土壓力則不予折減）。

本文計(jì)算作出如下假設(shè)：

（1）假設(shè)計(jì)算時(shí)取1m寬單位寬度鋼板樁。

（2）因土處于飽和水狀態(tài)，為簡(jiǎn)化計(jì)算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力（c=0）。

（3）彎矩為零的位置約束設(shè)置為鉸接，故等值梁相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)支梁，方便計(jì)算。

（4）假設(shè)鋼板樁在封底砼面以下0.5m處固結(jié)。

（5）由于所處土層為淤泥粉質(zhì)黏土，為不透水層，故本工程土壓力計(jì)算采用水土合算法。

3.2.1工況簡(jiǎn)述

工況一、第一道內(nèi)支撐安裝后，抽水至+3.0m，第一層內(nèi)支撐受力處于最不利狀態(tài)。

工況二、第二道內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)回水至圍堰外水位標(biāo)高，水下吸泥、清淤至4.2m。

工況三、封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，圍堰內(nèi)繼續(xù)抽水至0.5m。

工況四、安裝第三道內(nèi)支撐后，抽干圍堰內(nèi)水。

3.2.2各道工況驗(yàn)算：

根據(jù)上述工況計(jì)算，鋼板樁內(nèi)力及內(nèi)支撐支撐反力計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚?/p>

由表7可知，鋼板樁應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

3.2.3內(nèi)支撐計(jì)算

鋼圍檁、支撐皆采用雙拼40工字鋼。由表3可知，第一道內(nèi)支撐最大支撐反力為150.51 kN，第二道內(nèi)支撐最大支撐反力為384.23 kN，第三道內(nèi)支撐最大支撐反力為272.71 kN。由于第二道內(nèi)支撐最大反力最大，只驗(yàn)算第二道內(nèi)支撐。

4圍堰施工

4.1圍堰施工

安裝導(dǎo)向，選用75噸履帶吊車配合震動(dòng)錘在施工完畢的棧橋上施打外排拉森鋼板樁及內(nèi)排拉森鋼板樁。拉森鋼板樁施工結(jié)束后，進(jìn)行鋼板樁對(duì)拉鋼筋、首道支撐的施工，采用吸砂泵吹填砂至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

樁基施工結(jié)束后，進(jìn)行抽水、圍檁支撐安裝、混凝土封底施工。施工過程中未出現(xiàn)安全事件，圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定保證了承臺(tái)、墩柱的順利施工。

4.2施工過程中的監(jiān)測(cè)

雙排拉森鋼板樁技術(shù)運(yùn)用尚不成熟，在施工過程中還需輔以圍堰監(jiān)測(cè)，確保圍堰的安全。

圍堰及樁基平臺(tái)施工結(jié)束后，在圍堰頂面四個(gè)角點(diǎn)布置沉降觀測(cè)點(diǎn)。每天安排測(cè)量人員早、中、晚、夜各測(cè)量一次。經(jīng)過一周觀測(cè)，圍堰已穩(wěn)定。

4.3汛期圍堰的穩(wěn)定性

汛期水位高漲至圍堰頂面以下70cm處，汛期監(jiān)測(cè)及圍堰實(shí)際使用狀況顯示，圍堰是穩(wěn)定的。

5結(jié)束語

南京三汊河口人行橋工程位于南京外秦淮河入長(zhǎng)江口，在汛期水深達(dá)7.5m，河床軟土覆蓋深度大，采用常規(guī)單排拉森鋼板樁圍堰，其入土深度遠(yuǎn)大于雙排拉森鋼板樁圍堰，在狹窄的河口施工極不方便，且采用單排拉森鋼板樁需另設(shè)樁基施工平臺(tái)，增加了造價(jià)。從三汊河口人行橋工程承臺(tái)圍堰的順利施工來看，采用雙排拉森鋼板樁作為承臺(tái)圍堰，兼做樁基施工平臺(tái)應(yīng)用于區(qū)域狹小、水深大、河床軟土覆蓋深的橋梁下部結(jié)構(gòu)施工是合理可行的，并且有其經(jīng)濟(jì)及工期優(yōu)勢(shì)。本工程對(duì)雙排拉森鋼板樁圍堰的成功應(yīng)用，為以后類似工程提供借鑒。

但是，目前對(duì)雙排拉森鋼板樁圍堰的運(yùn)用尚處于摸索階段，在設(shè)計(jì)驗(yàn)算過程中偏保守，沒有將雙排拉森鋼板樁圍堰經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步發(fā)揮出來，在以后的運(yùn)用中還需不斷地探索與驗(yàn)證，努力形成更加符合實(shí)際狀況的設(shè)計(jì)和安全驗(yàn)證方法。