摘? 要:山區(qū)庫區(qū)深水裸巖工作平臺鋼管樁底部加焊導(dǎo)向槽鋼固定架嵌入基巖中以混凝土固結(jié),鋼管樁內(nèi)填充密實(shí)砂礫的摩阻力增大了鋼管樁的剛度,提高了鋼管樁的壓彎穩(wěn)定性。通過浙江省麗水市景寧縣金鐘大橋工程120m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、水深40m左右山區(qū)庫區(qū)深水裸巖充砂嵌巖鋼管樁工作平臺的應(yīng)用,確保了施工平臺的穩(wěn)定性和承載能力,取得了明顯的效果。
關(guān)鍵詞:山區(qū)庫區(qū)? 深水裸巖? 充砂嵌巖鋼管樁? 剛度? 工作平臺? 設(shè)計(jì)計(jì)算
中圖分類號:U445.3 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2019)08(a)-0049-02
山區(qū)庫區(qū)具有典型的山區(qū)河流特點(diǎn),水位暴漲暴落,洪水期水量劇增,洪峰后水位急降,對基礎(chǔ)沖刷作用強(qiáng)烈。同時,由于受交通條件的限制,對于深水達(dá)40m及以上、裸巖地基,缺乏大型起吊設(shè)備和駁船的庫區(qū)大型橋樁基的施工難度較大。裸巖大直徑橋梁樁基施工,若采用普通的鋼管樁固定支撐平臺方案,存在臨時施工平臺鋼管樁插打難度大,柔度大等諸多不利因素。如在鋼管樁中灌入混凝土,則可較大程度地提高鋼管樁的承載能力和穩(wěn)定性,但工程費(fèi)用將大幅增加,且鋼管樁不能回收再次使用。
浙江省麗水市景寧縣金鐘大橋工程樁基施工中,搭設(shè)水上鉆孔樁固定平臺的方式進(jìn)行鉆孔樁施工。在庫區(qū)深水裸巖施工平臺搭設(shè)中,采用庫區(qū)深水裸巖充砂嵌巖鋼管樁工作平臺施工技術(shù),確保了施工平臺的穩(wěn)定性和承載能力,取得了明顯的效果。
1? 充砂嵌巖鋼管樁工作平臺設(shè)計(jì)
1.1 工作平臺結(jié)構(gòu)
如圖1所示,山區(qū)庫區(qū)深水裸巖工作平臺鋼管樁底部加焊導(dǎo)向槽鋼固定架嵌入基巖中以混凝土固結(jié),鋼管樁內(nèi)填充密實(shí)砂礫的摩阻力增大了鋼管樁的剛度,提高了鋼管樁的壓彎穩(wěn)定性,鋼管樁縱向、橫向間設(shè)置槽鋼剪刀撐,其上依次安裝雙拼槽鋼橫向分配梁、貝雷梁(縱梁)和橫向雙拼工字鋼橫梁組成工作平臺。工作平臺承載橋墩鉆孔灌注樁施工荷載。
1.2 midas civil有限元軟件計(jì)算模型
1.2.1 荷載分析
根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙可知,施工平臺主要考慮鉆機(jī)荷載,設(shè)計(jì)荷載。
(1)結(jié)構(gòu)自重。
(2)18t鉆機(jī)荷載:10t自重+8t錘重。
(3)風(fēng)荷載。
0.33kN/m2
式中,wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值,kN/m2;βz為高度Z處的風(fēng)振系數(shù),取0.7;μs為風(fēng)荷載體型系數(shù),取1.3;μz為風(fēng)壓高低變化系數(shù),高度按6.5m,地面粗糙度類別為B類計(jì),取1;w0為基本風(fēng)壓,根據(jù)風(fēng)速24m/s 計(jì)算得0.36kN/m2。
(4)流水壓力。
根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)4.3.9條得每根鋼管樁:
0.19kN
式中,F(xiàn)w為流水壓力標(biāo)準(zhǔn)值,kN;k為橋墩形狀系數(shù),取0.8;A為橋墩阻水面積,沖刷深度按3m計(jì),取1.89m2;γ為水的重度,取10kN/m2;v為水流速度,取0.5m/s;g為重力加速度,為9.81m/s2。
(5)荷載系數(shù)。
結(jié)構(gòu)自重:1.2;鉆機(jī)荷載:1.4;可變荷載:風(fēng)荷載:1.1,其他可變作用1.4,組合系數(shù)取0.75。
1.2.2 荷載組合
荷載組合:結(jié)構(gòu)自重+鉆機(jī)荷載+風(fēng)荷載+流水壓力荷載組合采用荷載設(shè)計(jì)值(荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù))時用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算;荷載組合采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值用于結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算。
1.2.3 整體建模
充砂鋼管樁施工工作平臺均采用梁單元模擬。模型如圖2所示,荷載作用形式:通過對鉆機(jī)支點(diǎn)反力的計(jì)算,按集中荷載作用于橫向分配梁上,風(fēng)荷載按線荷載作用于水面以上結(jié)構(gòu),流水壓力按集中荷載作用于水面以下0.3倍的沖刷深度處(為節(jié)約篇幅本處省略)。
1.2.4 鋼管樁承載力驗(yàn)算(上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性符合要求,為節(jié)約篇幅本處省略)
(1)豎向力。根據(jù)計(jì)算可知,在承載力組合荷載作用下,最大反力為343kN。鋼管采用φ630mm×8mm型號,鋼材為Q235,設(shè)計(jì)最大立柱高度按35m計(jì)算。Q235鋼材抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度為190MPa。
(2)鋼管承載力計(jì)算。
N=343kN,φ630mm×8mm鋼管:
滿足要求。
(3)鋼管穩(wěn)定性計(jì)算。φ630mm×8mm鋼管回轉(zhuǎn)半徑,按一端固結(jié),一端鉸接形式考慮,h為鋼管樁長度(m),長細(xì)比,滿足要求;查《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)表5-23,可得b類截面軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù),則:
,滿足要求。
1.3 鋼管樁充砂結(jié)構(gòu)理論分析
鋼管樁充砂結(jié)構(gòu)的受力需用其他有限元軟件如ANSYS計(jì)算,該次用理論分析鋼管樁充砂受力效果。如圖1固定工作平臺示意圖中右-立面,假設(shè)單排鋼管樁為下端嵌固在基巖、上端為一對鋼管樁頂與工字鋼橫梁形成門字形剛構(gòu)以水平彈性連接,單根充砂鋼管樁的受力如圖3所示,鋼管樁內(nèi)徑為R1、外直徑為R2、計(jì)算長度為h,鋼管樁頂受到貝雷梁平臺、工字鋼橫梁傳遞的集中垂直力P、力矩MA和均布水流壓力q;受彎剛度為EI的鋼管樁在集中垂直力p、力矩MA、均布水流壓力q和彈性連接A端的水平反力為FA的作用下發(fā)生撓曲,曲率半徑為,假設(shè)鋼管樁內(nèi)填充砂礫的摩阻力與鋼管樁變形與正比(k單位變形的摩阻力,由試驗(yàn)得到),即,則
由于鋼管樁中充砂后剛度,則增大了鋼管樁結(jié)構(gòu)的受壓彎穩(wěn)定性。為了節(jié)約篇幅,該文中各符號詳見圖3和文獻(xiàn)[3]。
2? 應(yīng)用實(shí)例
浙江省麗水市景寧縣金鐘大橋工程上部采用(68+120+68)m變截面箱梁,下部結(jié)構(gòu)橋臺采用重力式U型臺,橋墩采用雙肢薄壁墩,承臺接水深40m左右的深水群樁基礎(chǔ)。樁基施工平臺位于金鐘大橋主墩1#、2#墩位,平臺搭設(shè)全長24m,平臺寬15m。平臺面標(biāo)高為156m。平臺采用φ630×8mm鋼管樁橫向、縱向各布置4排,共計(jì)16根,縱向間距5m+12.6m+5m,橫向間距3m×5m,平臺上可同時布置6臺樁機(jī)以滿足施工需要。
3? 結(jié)語
(1)鋼管樁內(nèi)填充密實(shí)的砂礫,砂礫潔凈含泥量小于3%,含水量小于5%,堆放時用雨棚遮蓋,砂礫分層依次灌入鋼管樁內(nèi)振動密實(shí),要求密實(shí)度為85%~95%,可增加鋼管樁的剛度5~15%,加強(qiáng)了鋼管樁的承載能力和穩(wěn)定性。(2)鋼管樁可回收再次使用,砂礫取材容易、價格低廉、可重復(fù)利用、節(jié)約鋼材,與鋼管樁中灌入混凝土提高承載能力和穩(wěn)定性的其他措施相比,具有較大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。(3)該工程深水裸巖充砂嵌巖鋼管樁工作平臺和浮式鋼棧橋于2017年11月開始施工,2018年2月完成,為橋墩樁基、下部承臺鋼套箱沉放和上部0#塊支架施工提供有力支撐。
參考文獻(xiàn)
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