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1、滨州黄河公铁大桥2#主墩钢板桩围堰设计与施工陈建平摘要：主要介绍滨州黄河公铁两用大桥2#主墩承台钢板桩围堰设计思路、设计计算、施工要点。为其他类似工程条件 的基础施工供应可借鉴的方法。关键词：滨州黄河公铁两用大桥；钢板桩围堰；设计；施工1工程简介滨州黄河公铁两用大桥是山东小营至滨州地方铁路与大路共建跨越黄河的公铁两用特大型桥梁，大路桥总长6983. 7m, 铁路桥总长7322. 8m,除跨越黄河的主跨按公铁分上下两层共建外，两岸公铁引桥各自分别。主跨布置为120 + 3X180 + 120m,五跨一联连续钢桁梁，主跨桥墩编号由北向南依次为0、1、2 3 4口、5s,基础均采纳钻孔灌注桩及桩顶
2、承台，2#主墩为唯一水中墩，2#承台为平面尺寸24. 5mX 14m、厚4. 5m的矩形承台，承台底标高为+6. 0m。2工程特点本桥位于黄河三角洲冲击平原，地探12Om未见基岩，其掩盖层有肯定的沉积韵律，河床上面30m以内掩盖层以以粉 土、粉质粘土、粉砂为主。黄河常年有水，常水位时，2#墩处河床高程为+1 LOm左右，水位为+12. Om左右；黄河汛 期及调水调沙期，桥位处河床的一般冲刷5. Om,局部冲刷3. 2m,流速超过3ms,水位最高达高程+14. 0m。2#墩位于黄河中部，距南北两岸距离分别为147米和132米，施工区域掩盖层厚、水浅，不能实行大型水上施工设施， 汛期及调水调沙期河
3、床冲刷大；经过技术经济对比分析，打算选用相宜于该地质水文条件的钢板桩围堰进行承台施工。3钢板桩围堰设计的总体思路钢板桩围堰顶高程取+15. Om,高出最高水位Lom、平面尺寸取大于承台尺寸1米的矩形，取：27.216. 8m；由于掩盖层厚且土质松散，需进行水下封底混凝土，经计算，封底厚度为L 5米，故，钢板桩围堰合龙后，围堰内吸 泥至高程+4. 5m；钢板桩围堰在钻孔灌注桩施工完后进行，围堰不作为承重结构，只承受动土压力、静水压力和动水压力；钢板桩围堰在吸泥、抽水过程中，经受不同工况；通过各种工况钢板桩受力分析，选定符合断面模量要求的钢板桩、 并进行围囹及内支撑结构的设计。4钢板桩围堰设计计算
4、工况一：假定围堰合龙后，自高程+U. Om吸泥至高程+4. 5m时，围堰外部沙土无冲刷，此时为未抽水前围堰受动土压 力最大的状况。测算钢板征入土深度及钢板桩截面：内外水头平衡，只考虑动土压力的影响。参照大路施工手册桥梁上册之钢板桩围堰计算，围堰受力可视为图Ia,水文地质可视为图1b,以便利查图收, 图中。尸Llgcm外侧砂土容重为19KWm3,浮容重r为9KNm H=6. 5m, =30noD 荷载h= H=8. 97m (最小入土深度)M= BH5=1593KNmM1= 9/11 M=1303KN m2)钢板桩截面计算得：W=M, =5363(cm,)目前没有以上断面模量的钢板桩，不能以此工
5、况进行作业。工况二：在围堰内吸泥前在+14. Om位置先安装一道内支撑，而后再进行吸泥封底作业。如图2所示。H=6.5m,浮容重!为 9KN =300oD荷载H= H=3.25m (最小入土深度)M= BHs=494KN mM1= 9/11 M=404KN mR= H2=124.45KNm2)钢板桩截面计算得：W, =M, =1498(cm3)由于此围堰第一层支撑点及土层的支撑点均不在基坑的上下缘，其值大于H,因此在钢板桩断面模量的选择上要大于 上述计算值，取阅历系数1.3,如下：W=L 3 W, =1947(cm3)拉森IV型钢板桩断面模量为2037 cm,故可选用；钢板桩长选择18mo3）
6、支撑系统设计围囹受力可按连续梁计算，先按5等跨设计围囹及中间支撑结构：边跨跨中：M,nt=0. 077ql2最大负弯矩：M-m,=0. 107ql2最大支点反力：IU=I/2 （5.45+5.3） q=104.8kN边梁断面的选择：W= M-w=358cms故选用二片热轧140型工字钢。横撑钢材断面选择：材料为M钢，o=170Mpa,轴向压应力以最大支点反力掌握设计得出A=3935m,施工场地现有 的6529钢管桩其断面面积为9858mm2,采纳此钢管桩作内支撑。工况三：围堰封底混凝土至高程+6.0,混凝土强度达到80$后降水三米，安装其次层内支撑，此时围堰受力如图 4a,钢板桩受力分析如图b
7、,其受静水压力和动土压力影响（钢板桩围堰施工到10月分，黄河水位低、流速小，不及 流水压力）。粉土容重为 19KNm, H=8m, h=3m, 6=30。1）荷载a图4h= H5. 2m(钢板桩超过封底混凝土的最小厚度)取分别体分别计算b图中1、2处压强：P=r 次 hi= 30kNm2P2=P.+r h (H-h1) K= 41.67kNm2, K,=tan2(45n-372)P2 本=rk(H-hJ= 50kNm2P2= P2 - P2 *=-8. 33kPa2)、钢板桩及内支撑检算1xrff1 TTT-2 =8.33KPa实际受力如图5,并以此对钢板桩抗弯性能进行检算:Rl=CIh10+
8、2qh5+q2hJ10,其中：h1=3m, h2+h3=5m h3=5*8. 33/(8. 33+30)=1. 09m, h2=5-l. 09=3. 91mR1=55.01 kN/m最大弯矩：=q(h,+h2)716 - q,q3 (h32+hj /2=109. 753 kN m钢板桩强度检算： = M.yw=109753/2037/l. 5=35. 92MPa 。 = 180MPa通过，经检算围囹及横撑也通过检算。工况四：此种工况为其次道内支撑安装完成后，连续降水至+8. Om安装第三层内支撑。此时h=3m, h2=3m, H=8m, %=2m, 其他数值如上述。1)、荷载计算: h=Ah=
9、O. 258=2m (最小入土深度)取分别体分别计算1、2、3处强度：P=r h= 30kNm2P3=P+r th2Ku= 29kNm2P2=P+r (hs+h2) Ka = 41.67kNm2P2=r h3= 20kNm2P4= P2 k- P2*=21.67kPa2)、钢板桩及内支撑检算实际受力如图7a,对其进行近似受力分析如图7b：以每延米钢板桩为计算单位计算0、1处支点反力及最大弯矩：RlFelhJ4=22. 5kN,R1=q (h2+hs)2+4qh110=lllkN,M.=l/8q (h2+hj) 2-qh,715=75. 75kN m此种工况最大弯矩值小于工况一所述设计值，即小于
10、拉森IV钢板桩的抗弯强度，R。亦小于工况二所述荷载值, 不掌握设计。3)其次层内支撑材料断面选择其次层内支撑布置与第一层同，其围囹及横撑的截面选择：围囹：最大弯矩:107ql2=352. 777kN Dl断面模量：W= M-mi =2075(cmr)此断面模量小于第一层，考虑全都性，其围囹选用与第一层全都。横撑：横撑断面选择，单根管支撑反力为(如图3)：R 3=1/2 (5.45+5.3) q=596. 625kNA= Rox =3509mm2考虑稳定性问题，此断面应当偏大考虑，现有6529钢管桩其断面面积为9858InnT,采纳此钢管桩作内支撑。a图8工况五此种工况为第三层内支撑安装完后连续
11、降水至封底混凝土，计算钢板桩及内支撑的状况：D荷载计算图8b中1、2两点处的压强。此时怪=2.8m, h*2.7m, h3=2.5mP=r *h= 28kNm2P2=Pl+r (h3+h2) K = 42. 27kNm22)受力分析分别计算2、3处的支点反力及支弯矩，以及34跨最大弯矩值。由于A、h八A相差不大，在此按三等跨连续梁来计算，L=2.7m,取每延米钢板桩为计算单位：R,=0. 35q,L+0, 125 (q2-ql) L=21. 64kNmR3=O. 6q1L+0. 46 (q2-q1) L=63. 08kXmM2=O. 042qlL2+0. 033 (q2-q,) L2=12.
12、OlkN mM3=O. llq1L2+O. 108 (q2-q,) L2=33. 688kN m34跨最大弯矩Mmu1=O. 7q,L2+0. 383 (q2-q) L2=182. 727kN m得出在此种工况钢板桩所受荷载均小于工况二，因此不掌握设计。3)第三层内支撑结构与第一、二层同，q=63.08kNm:图9围囹断面选择:=0. 107qL2=200. 48 kN mW= NUx = 1179cms故选用二片热轧140型工字钢。横撑断面选择，单根钢管支撑反力为：R 3=1/2 （5.45+5.3） q=339kNA= R ,.x O = 1994mm选用现有6529钢管桩其断面面积为98
13、58mm,平安。5钢板桩围堰施工5.1 钢板桩围堰结构形式图10国理平面图1）依据上述设计计算，考虑2#墩承台尺寸、施工空间及钢板桩的模数要求，钢板桩设计为27.2mX16.8m的矩形，围 堰顶标高为+15m,钢板桩桩底高程为-3m。采纳拉森IV型钢板桩，桩长18m、单片桩宽0. 4m,单重75kgm.围堰需普 桩216片、角桩4片、重约3003钢板桩围堰平面如图10。2）内支撑：设计中竖向二道支撑，每道支撑的周遍导梁采纳组合2140工字钢，并依据设计间距设置纵横向水平撑； 在四角设八字撑，三道支撑间设竖向联结。5.2 钢板桩围堰施工方案钢板桩打入施工以钻孔平台作为作业平台，在钻孔平台四周布置
14、钢板桩围堰施工的内导框（不设外导框），打桩挨次 为：上游侧一两岸边侧一下游侧，围堰合龙后进行水下吸泥、封底、排水、安装内支撑、进行承台施工。在钢板桩锤 击打入过程中用靠尺观看掌握钢板桩的垂直度，确保第一片桩的位置和垂直度。承台施工完后，依据上述步骤逆向作 业，将支撑逐层取出。围堰施工在10月份开头，有可能经过凌汛期，为预防凌汛，应在围堰上游呈三角形打设钢板桩群或钢管桩群，削减 冲刷和破冰。6 结束语1、在水深4米左右、河床掩盖层较厚的砂类土中，可以采纳钢板桩围护进行承台施工，但必需确保围囹及支撑体系 的施工质量；2、钢板桩围堰属周转设施，不需要大型的水上施工设施协作，施工工期短，施工成本低；3、在本项目钢板桩围堰施工中，遭受了百年不遇的凌汛，通过打入防凌班减小流凌压力及其他应急措施，确保了钢 板桩围堰的平安；4、在围堰施工中，小止口拉森钢板桩围堰的防水效果较好，且整体稳定性较强。
