時(shí)賢龍

(南京市市政公用工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇 南京210036)

1 工程概況

枚皋路京杭運(yùn)河大橋是淮安市新城區(qū)一座橫跨里運(yùn)河與京杭大運(yùn)河大橋，為東西走向，西面起于翔宇大道，東面止于寧連公路。主橋采用（72.5+125+72.5）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，箱梁為雙幅變截面單箱單室垂直腹板的斷面形式，橋型布置如圖1所示。

橋梁4個(gè)主墩承臺(tái)位于運(yùn)河中，主線每個(gè)承臺(tái)9根Φ1500mm鉆孔灌注樁，尺寸10×10×3.0m。承臺(tái)高度均為3.0m，頂標(biāo)高+4.33m。承臺(tái)結(jié)構(gòu)軸線與現(xiàn)有河道中心線平行，橋梁跨越處河道水面寬134m，運(yùn)河正常通航水位為+9.63，最高通航水位為10.63。31#墩承臺(tái)位于河道水中，承臺(tái)中線距離河岸為19.0，承臺(tái)頂面標(biāo)高為+4.33承臺(tái)范圍內(nèi)河床頂面標(biāo)高為7.99m，承臺(tái)埋深為3.65m；32#墩承臺(tái)位于河岸和河道結(jié)合的河灘位置，承臺(tái)中線距離河岸為5.219m，承臺(tái)頂面標(biāo)高為+4.33承臺(tái)范圍內(nèi)河床頂面標(biāo)高為8.71m，承臺(tái)埋深為4.38m。

圖1 主橋橋型布置圖（單位cm）

2 地質(zhì)水文條件

工程范圍橋位區(qū)地下水主要為松散巖類(lèi)空隙潛水及空隙承壓水。潛水主要賦存于淺部粉土中，水量小，主要接受大氣降水和地表水體入滲補(bǔ)給，排泄以自然蒸發(fā)、側(cè)向逕流為主。承壓水主要賦存于深部砂層中，水量較大，水質(zhì)一般較好，主要接受側(cè)向入滲補(bǔ)給，排泄以人工開(kāi)采、側(cè)向逕流為主。施工期間橋位區(qū)潛水埋深1.0～1.90m，平均1.42m，堤壩處水位埋深2.90～5.20m，平均4.16m，水位標(biāo)高6.80～8.90m，平均7.60m。

3 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

3.1 鋼板樁圍堰的選型

鋼板樁圍堰為矩形，每?jī)蓚€(gè)承臺(tái)作為一個(gè)圍堰單體，每個(gè)圍堰平面尺寸為27m×13m。鋼板樁采用拉森Ⅵ熱軋鋼板樁，鋼板樁樁長(zhǎng)18m，產(chǎn)地韓國(guó)。鋼板樁頂面標(biāo)高為+11.0m，底面標(biāo)高為-7.0m。鋼板樁下端在封底混凝土以下7.53m。

3.2 鋼板樁圍堰圍檁、支撐設(shè)計(jì)

主墩鋼板樁圍堰共設(shè)置三道圍檁：下層圍檁標(biāo)高為+4.83距離承臺(tái)底面距離為3.5m，中層圍檁標(biāo)高為+7.83距離承臺(tái)底距離為6.5m，上層圍囹標(biāo)高為+10.63距離承臺(tái)底面距離為9.3m。鋼板樁圍堰圍檁全部采用2道40型H型鋼，水平支撐采用630×12螺旋鋼管。具體布置見(jiàn)圖2。

圖2 鋼板樁圍堰布置圖（單位m）

3.3 鋼板樁圍堰受力驗(yàn)算

根據(jù)受力分析鋼板樁的入土深度受兩個(gè)因素的影響,一是豎向不產(chǎn)生管涌,二是基底土體橫向不產(chǎn)生側(cè)移。在保證兩個(gè)因素的前提下，鋼板樁圍堰支護(hù)才能穩(wěn)定，安全。

3.3.1 先以不產(chǎn)生管涌為控制條件計(jì)算鋼板樁長(zhǎng)度

鋼板樁的入土深度h2=x,頂標(biāo)高為+11.0m,基坑抽水后水頭差為h’=10.63-1.33=9.3m，鋼板樁外側(cè)水下土層至承臺(tái)底面的距離h1=8.71-1.33=7.38m。由此引起水的滲流，其最短流程為緊靠板樁的h1+h2×2，不產(chǎn)生管涌的安全條件為：

K·i·rw≤rb,

式中K為安全系數(shù)取1.8；

水容重取rw=9.8KN/m3；

土的浮容重rb=18.5-9.8=8.7 KN/m3；

水力梯度i=h’/(h1+2·X)；

計(jì)算得x≥5.74m滿(mǎn)足要求,不會(huì)發(fā)生管涌。

則鋼板樁總長(zhǎng)H=h’+h2+0.37=9.3+5.74+0.37=15.41m。

3.3.2 根據(jù)等值梁法計(jì)算板樁最小入土深度

鋼板樁壓力線分布如圖3所示。

γ水=9.8KN/m3；

γ土=18.5KN/m3；

土體內(nèi)摩擦角取20°；

主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka=tg2（45°-20°/2）=0.49；

被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp=tg2（45°+20°/2）=2.04；

板樁內(nèi)壓力零點(diǎn)A的位置：

U=（γ土*Ka*h土+γ水*h水）/γ土*（KbKp-Ka）

求解的U=2.62m

根據(jù)支撐設(shè)置情況，將壓力零點(diǎn)A以上段簡(jiǎn)化為連續(xù)梁求解A點(diǎn)處板樁內(nèi)剪力，剪力為：Qa=175.82KN/m

根據(jù)剪力Qa，求得AB段等值梁入土深度X=4.7m

鋼板樁最小入土深度h2=t=u+1.2x=8.26m。

則鋼板樁總長(zhǎng)H=h’+h2+0.37=9.3+8.26+0.37=17.93m。

綜上所述，鋼板樁長(zhǎng)度取17.93m。

根據(jù)鋼板樁實(shí)際尺寸，京杭大運(yùn)河鋼板樁圍堰樁長(zhǎng)取18m，頂標(biāo)高為+11.0，底標(biāo)高為-7.0cm。

圖3 鋼板樁受力壓力曲線圖（單位m）

3.3.3 計(jì)算鋼板樁及圍檁結(jié)構(gòu)受力

根據(jù)支撐設(shè)置情況，將壓力零點(diǎn)A以上段簡(jiǎn)化為連續(xù)梁求解鋼板樁內(nèi)部最大彎矩及支撐處支點(diǎn)反力。繼而可以求出鋼板樁及圍檁、支撐內(nèi)部應(yīng)力。通過(guò)計(jì)算鋼板樁、圍檁、鋼支撐內(nèi)部應(yīng)力全部滿(mǎn)足規(guī)范要求，鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)受力安全。在這不做重復(fù)敘述。

4 鋼板樁搭設(shè)施工

（1）鋼板樁搭設(shè)采用履帶吊帶高頻振動(dòng)錘打設(shè)，打設(shè)前要熟悉地質(zhì)情況，并精確放出鋼板樁中線并安裝導(dǎo)架。

（2）鋼板樁打設(shè)前要逐根進(jìn)行檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴(yán)重的鋼板樁，不合格者待修整后才能進(jìn)行使用。

（3）鋼板樁打設(shè)前在鎖口內(nèi)涂設(shè)黃油，這樣既可以起到密封防水作用，又可以方便鋼板樁的打入。

（4）在插打過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量監(jiān)控鋼板樁垂直度，使其垂直度誤差不得超過(guò)2%，當(dāng)偏斜過(guò)大不能拉齊方法調(diào)整時(shí)，拔起重打。

（5）鋼板樁打設(shè)采取屏風(fēng)式打入法進(jìn)行施工，將10～20根樁同時(shí)放入到導(dǎo)架內(nèi)部，從第一根開(kāi)始逐根進(jìn)行打設(shè)，這樣可以有效地控制鋼板樁的打入精度，防止鋼板樁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、傾斜，增加鋼板樁合攏時(shí)精度。

5 鋼板樁圍堰位移監(jiān)控

經(jīng)過(guò)以上驗(yàn)算，鋼板樁的整體穩(wěn)定性及圍檁、支撐的內(nèi)部受力滿(mǎn)足要求，但是為了保證在實(shí)際施工中鋼板樁圍堰的整體安全性，在鋼板樁圍堰施工中必須對(duì)圍堰的各個(gè)角點(diǎn)及圍檁支撐點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控分為位移監(jiān)控和內(nèi)力監(jiān)控，由于鋼板樁整體及圍檁的整體受力經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，所以對(duì)鋼板樁圍堰只進(jìn)行位移監(jiān)控。監(jiān)控各項(xiàng)指標(biāo)如下：

（1）在進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，對(duì)鋼板樁圍堰的各個(gè)角點(diǎn)及支撐點(diǎn)設(shè)置位移監(jiān)控點(diǎn)（具體位置見(jiàn)圖4），對(duì)監(jiān)控點(diǎn)每天早晚分別進(jìn)行平面坐標(biāo)及鋼板樁圍堰內(nèi)部尺寸的測(cè)量。

（2）每天基坑開(kāi)挖結(jié)束后對(duì)基坑底標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，在第二天早再次進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，再對(duì)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量并對(duì)比標(biāo)高有沒(méi)有變化。

（3）利用錘球?qū)︿摪鍢兜拇怪倍冗M(jìn)行檢測(cè)，查看鋼板樁在基坑開(kāi)挖過(guò)程中有無(wú)傾斜。

圖4 鋼板樁圍堰監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置圖

6 應(yīng)用效果

本工程主墩承臺(tái)施工期間直至拆除鋼板樁圍堰，期間圍堰未出現(xiàn)任何漏水、變形、基地隆起等問(wèn)題。鋼板樁圍堰內(nèi)部第三道圍檁處存在最大變形，最大變形為2.0cm在允許范圍內(nèi)。以上證明本鋼板樁圍堰安全可靠，利用等值梁法計(jì)算鋼板樁入土深度安全可靠。

［1］齊春峰.南京江心洲大橋主塔承臺(tái)鋼板樁圍堰施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2009（5）.