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超长钢板桩在深水厚流塑淤泥层环境中施工应用

时间:2013-11-04 14:56 点击:
在广东沿海地区桥梁施工中,水中承台采用钢板桩施工越来越普遍,在此仅介绍采用单根24米超长钢板桩围堰在广珠铁路江门水道特大桥水中承台施工中的应用,为今后其他承包商或类似项目施工提供经验借鉴。

  1.概述

  广珠铁路江门水道特大桥位于江门市新会区,沿途经过菜地、鱼塘、村庄、河涌、公路等,主要为跨越江门水道而设。本桥起讫里程为DK124+677.155~DK126+410.705,全长1733.55m,上部孔跨布置:23-32m简支T梁+(85+2×145+85)mT构连续梁+9-32m简支T梁+1-24m简支T梁+1-32m简支T梁+(40+72+40)m连续梁。在DK125+430~DK125+870跨越江门水道与九子沙涌汇合处,采用(85+2×145+85)mT构连续梁跨过。

  江门水道特大桥水中共3个主墩,即24#~26#墩,水深在4~6m之间,墩基设低桩承台,承台底均位于河床面以下5~8m。本围堰(3个墩位)位于江门水道河床之中,围堰有效深度内地层结构为第四系全新统海陆交互相冲积层(Q4mal),为平均厚度28m的流塑淤泥层。江门水道水况:流量Q1%=834.97m3∕s,流速V1%=0.77m∕s,水位(百年)3.554m,汛期6~9月,枯水期1~3月,受潮汐影响,潮差约为1m。

  2.工程特点、难点及对策

  工程特点及难点:自然施工条件差、施工风险大、工期紧、投入及挖基工程量大。其对策:优化方案设整体性、加强型内围檩,并设通高竖支撑,且底脚埋入封底砼,形成生根的刚构架,成为结构受力主体,钢板桩则附其围檩周边外;优化工期安排、优化资源配置;结合精心组织,精心施工,好省快完成围堰施工任务。

  3.超长钢板桩围堰方案的可行性

  通过对主航道的24#、25#、26#墩所在河道水深、地质条件的分析,并与其它类型钢结构围堰进行全面的比较,在对复合型钢板桩围堰外力、变形、稳定和反涌上浮等进行分析和计算后,针对其薄弱环节,强化内了支撑受力体系,采用框构式内围囹和网式支撑与24m长钢板桩相结合的结构型式,可以满足深水(6m),长桩(24m),软基(最深层31m)状况下钢板桩围堰的受力、变形、稳定性和基底反涌上浮的稳定等方面的要求,完全是可行的。

  3.1计算模型的建立

  计算时按施工水位的最大标高取为+2.794米;结构所受的侧面压力,在河床以上的范围内为静水压力和动水压力,在河床以下至封底混凝土底面以上的范围内为静水压力、主动土压力之和。其中静水压力为三角形荷载:,为距离水面的高度;主动土压力根据朗肯土压力理论来进行计算:主动土压力系数为:Kα=tan2(45°-/2),主动土压力为:,为距离河床底的高度。

  下面是各墩支护的设计图:

  动水压力的计算按《公路桥涵设计通用规范(JTGD-602004)》考虑,

  式中:-流水压力标准值(kN);

  -水的重力密度(kN/m3);

  V-设计流速(m/s),

  计算时V=1m/s;

  A-桥墩阻水面积(m2),

  计算至一般冲刷线处;

  g-重力加速度,g=9.81(m/s2);

  K-桥墩形状系数,方形的围堰K=1.5,

  矩形的围堰K=1.3;

  流水压力合力的着力点,假定在设计水位线以下的0.3倍深处。

  3.2稳定性验算

  在侧向压力的作用下,最大变形位于第三层,支撑变形最大值为4.135mm,钢板桩最大变形为3.985mm。

  支撑、围檩的应力计算结果最大应力位于第三层,最大值为123.7MPa,钢板桩的最大应力为55.3MPa,满足强度要求。

  支撑、围檩的应力钢板桩围堰应力

  结构的屈曲模态计算结果:结构的屈曲模态最小的特征值为5.269,结构的整体稳定性能满足要求。因此,结构的应力与稳定性能够满足使用要求。

  4.超长钢板桩围堰施工工艺流程及操作要点

  4.1钢板桩施工工艺流程(见下图)

  4.2施工前期准备

  4.2.1施工范围内临时构造物的拆除及改建

  4.2.2施工范围内水下障碍物清除

  4.2.3搭设水上作业平台

  4.3水上运输方案

  围堰施工期间主要有:设备材料人员运输、挖基弃土水上外运以及水上作业船作业。围堰工程基坑开挖是采用泥浆泵吹吸循环方法,挖泥运输量很大(挖泥量共11927m3)。为了保证清挖设备工作的连续,清挖的泥浆安排3艘150m3泥浆船不间断水上运输,运至施工区域外指定地点进行排放。


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