白沙河大桥主墩钢板桩围堰设计与施工

摘要:结合广州白沙河大桥主墩钢板桩围堰支护系统的设计与施工,介绍水中主墩大型钢板桩围堰支护系统的设计方法和施工工艺,为同类桥梁水中基础施工提供借鉴。

1 工程概况

白沙河大桥位于广州轨道交通六号线 2 标沙贝至河沙区间白沙河水道—珠江右航道白沙河入口处,桥轴线与河道斜交,斜交角度为 123°42′27″ , 跨 越 水 域 宽 度 约 300 m。 桥 址 起 讫 桩 号SH#18,其中SH#15,SH#16 为主墩。SH#15 主墩承台呈腰形,长 21 m,宽 9.5 m,顶高程-2.0 m,底高程-7.0 m,厚 5 m,基础为 13 根 Φ1 500 钻孔灌注桩(梅花形布置)。SH 15 墩承台位于水中泥面以下,为节约成本,拟采用钢板桩围堰支护系统形成干施工环境,确保承台施工质量。

2 钢板桩围堰支护系统设计

2.1 设计原则及假设

钢板桩围堰支护系统的基本原理是利用钢板桩作为封水结构,内支撑作为承载结构抵抗外围水土压力,形成一个综合的围堰支护系统。钢板桩围堰支护系统具有地质适应性强、封水效果好、可周转使用、成本低等特点,计算原则及假设如下:

1) 基坑周围无其他建筑,基坑安全等级为二级,结构重要性系数取 1.0。

2) 基坑主要承受水压力 (静水压力和动水压力) 及土压力,由于河床面起伏不平,为了简化且偏安全计算,取地质钻孔 zhMFZ4-SH15-2-1的土层做为最不利情况进行计算。

3) 土压力按 JTJ 292—1998《板桩码头设计与施工规范》[2]第3.2.3条进行计算,采用水土分算原则。

4) 多层支撑基坑计算时,将钢板桩简化为单宽的连续板梁,钢板桩在支撑之间为简支支承,并考虑简支支座的位移,即按增量法进行计算。

5) 围囹及内支撑系统按照平面整体模型进行计算。

6) 钢板桩底部的边界条件为只有竖向约束,主动土压力按线荷载加载,被动土压力通过土弹簧进行模拟[3]。

2.2 自然条件

广州市地处珠江三角洲平原,以稠密的河网和孤悬于平原中的残丘为主要特征。平原低湿平坦,微向河流流向倾斜,零星分布的残丘镶嵌式分布海陆交互相堆积。沿线由起点至沙贝站附近为山前冲积平原,沙贝站过后,河沙及大坦沙一带为珠江江心洲堆积平原,东西两侧临近珠江水系。表 1 为土体指标参数。

土体指标参数

土体指标参数

2.3 钢板桩围堰结构形式

钢板桩围堰的平面和断面分别见图 1,2。

围堰平面

围堰平面

围堰断面

围堰断面

 

2.4 钢板桩围堰计算工况及计算结果

2.4.1 计算工况

1) 工况一:第一道高程+5.5 m 围囹支撑安装完毕,基坑内挖泥降水至高程+1.0 m,第二道围囹未安装;

2) 工况二:第二道高程+2.0 m 围囹支撑安装完毕,基坑内挖泥降水至高程-2.0 m,第三道围囹未安装;

3) 工况三:第三道高程-1.0 m 围囹支撑安装完毕,基坑内挖泥降水至高程-5.0 m,第四道围囹未安装;

4) 工况四:第四道高程-4.0 m 围囹支撑安装完毕,并向基坑内注水至基坑内外水位相同,基 坑 内 挖 泥 至 高 程 -10.0 m, 封 底 混 凝 土 未 浇注;

5) 工况五:第四道高程-4.0 m 围囹支撑安装完毕,封底混凝土浇注完毕并达到 90%强度,然后降水至高程-7.0 m,承台未浇注。

2.4.2 计算结果

采用 Midas 软件进行计算,计算结果从钢板桩位移、应力和围囹系统的弯矩、应力 4 个方面进行分析。通过对比可知,工况三为最不利工况,因此,工况四和工况五没有计算围囹系统的内力。计算结果见表 2。

计算结果

计算结果

 

3 钢板桩围堰支护系统施工

 

3.1 钢板桩围堰施工

 

3.1.1 施工工艺流程

钢板桩围堰施工工艺流程为:搭设围囹拼装平台→拼装固定第一层围囹支护系统→插打钢板桩→抽水挖泥拼装第二、三、四层围囹支护系统→抽水挖泥浇筑 1m 厚封底混凝土→施工承台。

3.1.2 主要施工方法

1) 围囹的拼装。第一层围囹支护系统依托原钻孔平台进行整体拼装下放,可靠固定在钢护筒上。第二、三、四层围囹支护系统抽水挖泥后在围堰内散拼。围囹与钢板桩之间采用木楔或钢片塞紧。围囹系统利用 80 t 履带吊进行拼装,挖泥采用液压抓斗和吸泥机配合进行。

2) 钢板桩插打。钢板桩插打利用第一层围囹作为导向架,并在导向架上安装限位导向器。利用 25 t 汽车吊多点起吊钢板桩并靠着导向架后,汽车吊起吊振动锤并夹桩,震动下沉钢板桩。插打钢板桩前对钢板桩槽内塞黄油掺锯沫,以增强止水效果(图 3)。

施工过程中的钢板桩围堰支护系统

施工过程中的钢板桩围堰支护系统

3.2 钢板桩围堰拆除

3.2.1 第四层围囹支护系统的拆除

承台分 2 次浇筑,第一次承台混凝土施工高度为-7.0~-4.5 m,第二次承台施工高度为-4.5 m至-2 m,而第四层围囹高程为-4.0 m,因此第二次承台施工前需要拆除第四层围囹支护系统。第一次承台混凝土浇筑完毕拆除模板后,在承台与钢板桩之间的空隙内填充 2.2 m 厚的细砂,范围为-7.0 m~-4.8 m。然后在砂的顶面浇筑一层C30 的混凝土,厚 0.3 m,顶高程为-4.5 m。待混凝土强度达到设计强度的 70%后,拆除第四层围囹系统。此时,原由第四层围囹承受的力由混凝土传至承台承受。在垫层混凝土表面支立模板进行承台第二次混凝土的浇筑。

3.2.2 围堰的整体拆除

在承台塔柱施工出水面后,开始整体拆除钢板桩围堰。将割下的钢护筒与承台顶面的预埋铁板焊接,利用承台作为基础,重新使钢护筒成为拆除前围囹系统的支撑支架。拆除围堰的工艺与开始围堰施工的工艺相反,震动拔出钢板桩,提升围囹支护系统,提出水面一层,拆除一层。因为钢板桩拔出后,围囹及内支撑系统受水流的冲击,会发生移动,所以在内支撑与钢护筒之间安装限位装置对围囹及支撑系统进行限位,同时钢护筒上口之间用型钢成剪刀状连接增加稳定性,以免受水流冲击发生位移。

4 结语

白沙河大桥 SH#15 墩钢板桩围堰支护系统于2009 年 1 月份完成设计并通过专家审查。2009 年3 月开始施工,7 月完成承台浇筑。施工过程中发现渗水较少,基坑稳定,经各方研究决定取消封底混凝土,仅在基坑底部浇筑 1 m 厚混凝土作为承台施工作业面。

白沙河大桥 SH#15 墩钢板桩围堰支护系统的顺利实施,证明在水流较小的河道中采用钢板

桩围堰支护系统是可行的,具有较好的技术和经济效益,可以为同类桥梁水中基础施工提供借鉴。

 

参考文献:

[1] 中交二航局广州轨道交通六号线 2 标工程项目经理部.白沙河大桥主墩承台施工方案[R]. 武汉: 中交二航局,2009.

[2] JTJ 292—1998 板桩码头设计与施工规范[S].

[3] 顾晓鲁, 钱鸿缙, 刘惠珊, 等. 地基与基础[M]. 3版. 北京:中国建筑工业出版社, 2003.

                                                                                                                        (本文编辑郭雪珍)

虚拟航标首现长江航道

     长江南京航道局刚刚在苏通大桥水域设置的 4 座 AIS 虚拟界限标。在长江上设置虚拟航标,这在长江航道历史上尚属首次。

安装了 AIS 系统和电子海图船舶导航系统的船舶,在通过苏通大桥水域时,接收 AIS 虚拟航标信息后,便可在电子海图上叠加显示眼前航道可航行水域情况,从而判断航道情况,便于船舶航行。虚拟航标可以每 6 s 对外广播一次,范围可达 15 n mile。现在,苏通大桥桥区水域有 4 座虚拟界限标,它的设置能快速实现在电子海图导航系统上标示特定水域或及时发布航标动态信息,提供更好的通航环境信息,尤其在大雾天气视线不清以及夜间航行时,船舶可以通过船上电脑查看航道,以保障船舶航行安全以及苏通大桥桥梁安全。

虚拟航标最大的便捷在于,航标设置或更改的速度快、成本低,并且虚拟航标的设置不受天气条件的限制、不会出现标位漂移等问题,具备导航精确度高等优点。4 座 AIS 虚拟界限标通过一周的试用,效果初步显现。业内专家表示,设置虚拟航标将是未来沿海乃至内河航道发展的方向。

                                                                                                               摘编自 《中国交通报》

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