肖正恩，朱江川，王壽武

（1.云南云橋建設(shè)股份有限公司，云南 昆明 650101；2.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650051）

深水基礎(chǔ)施工是跨水橋梁中常碰到的問題，深水基礎(chǔ)的基坑支護(hù)有止水要求高、土質(zhì)差、易管涌等特點(diǎn)，這也是橋梁承臺(tái)施工中的一個(gè)難點(diǎn)。FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁圍堰重復(fù)利用率高、經(jīng)濟(jì)性比較好，施工中被廣泛應(yīng)用。劉福星等提出了砂層區(qū)長(zhǎng)24m 的FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)。陳長(zhǎng)明提出了樁長(zhǎng)18 米，水深2.5 米，施工最大水頭9.57m，粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地質(zhì)條件下，強(qiáng)涌潮地區(qū)的FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)。周新亞等提出了淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，細(xì)砂、粉砂等砂性土地質(zhì)條件下，長(zhǎng)26m 的FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)，結(jié)構(gòu)計(jì)算采用許用力法，施工最大水頭18.7m。沈維成提出了軟土、細(xì)砂、粘土地質(zhì)條件下，長(zhǎng)24m 的FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)。劉躍武提出了粉質(zhì)粘土地質(zhì)條件下，長(zhǎng)22m 的FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)。夏頌軍提出了淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粗砂地質(zhì)條件下，施工水深8.2m，長(zhǎng)22m 的FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)。圍堰粉質(zhì)軟土粘土條件下，施工水深12m，長(zhǎng)24m 的拉森FSP-Ⅳ鋼板樁圍堰的數(shù)值分析和施工技術(shù)，本文可為類似工程提供施工參考。

1 工程概況

某公路橋全長(zhǎng)4447m，主橋?yàn)?97+176+97)m 三跨連續(xù)剛構(gòu)橋，總體布置圖如圖1。墩臺(tái)基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。21#、22#主橋墩常水位水深12m，且承臺(tái)全部置于水下土層中。每個(gè)承臺(tái)樁基12 根，直徑2.5m，承臺(tái)尺寸為14×19m，承臺(tái)間距1.05m，高5.0m。施工水位20.73m，河床面高程8.73m，承臺(tái)底高程2.835m，水面到承臺(tái)底高差為17.89 米，鋼板樁圍堰范圍內(nèi)地質(zhì)為粉質(zhì)軟土、粘土，地質(zhì)條件不良，各土層參數(shù)如表1。

圖1 主橋總體布置圖 單位:cm

表1 土層參數(shù)表

圖2 圍堰平面布置圖 單位:c m

圖3 圍堰1-1 斷面立面布置圖 單位:c m

2 圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 荷載工況

根據(jù)圍堰結(jié)構(gòu)及施工要求，考慮內(nèi)側(cè)和外側(cè)靜水壓力、土壓力及迎水面的動(dòng)水壓力，選擇8 種荷載工況計(jì)算圍堰結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，找出最不利截面位置和控制值，荷載工況如表2。

表2 荷載工況表

2.2 圍堰結(jié)構(gòu)水土壓力計(jì)算

計(jì)算點(diǎn)在水位以下，靜不壓力和土壓力采用水土分算。深度 z 處第i 層土的土壓力強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值按公式（1）～（4）計(jì)算。

2.3 動(dòng)水壓力計(jì)算

動(dòng)水壓力只作用在迎水面上，其他三個(gè)面不考慮動(dòng)水壓力作用。動(dòng)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值按公式（5）計(jì)算。

式中：V—設(shè)計(jì)流速（m/s），A—圍堰迎水面積（m），g—重力加速度,取10（m/s），K—形狀系數(shù)。

2.4 圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算采用Midas/civil 有限元軟件，按8 種工況對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)加載。圍堰整體最大變形如圖4。經(jīng)計(jì)算,圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算最大位移15.1mm，小于min(h/100,100)=100mm。鋼板樁計(jì)算最大應(yīng)力203.6Mpa，小于鋼板樁設(shè)計(jì)應(yīng)力值265Mpa。內(nèi)支撐最大軸力141.8Mpa，小于Q235 鋼材設(shè)計(jì)應(yīng)力值215Mpa。

圖4 圍堰整體最大變形圖

3 鋼板樁圍堰施工監(jiān)測(cè)

鋼板樁圍堰屬于深水基坑，鑒于其復(fù)雜性和不確定性，在理論分析指導(dǎo)下有目的地進(jìn)行工程監(jiān)測(cè)十分必要。監(jiān)測(cè)從安裝第一道內(nèi)支撐開始至大體積混凝土澆筑的整個(gè)承臺(tái)施工全過程。圍堰監(jiān)測(cè)可驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形與仿真分析計(jì)算的符合程度。基坑開挖時(shí)，隨著圍堰內(nèi)水位變化和土方的挖出，水壓力和土壓力重分布，鋼板樁和內(nèi)支撐承受水土壓力而不斷產(chǎn)生變形。為反映施工期間圍堰結(jié)構(gòu)變形情況，對(duì)鋼板樁頂位移及內(nèi)支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圍堰結(jié)構(gòu)豎向在四個(gè)角布置4 個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，在內(nèi)支撐每層安裝12 個(gè)應(yīng)變計(jì)，測(cè)點(diǎn)布置見圖5。8 種工況圍堰位移計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值比較如圖6，8 種工況圍堰內(nèi)支撐軸力計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值比較如圖7。從圖6和圖7可以看出，鋼板樁圍堰變形及內(nèi)支撐軸力的理論值與實(shí)測(cè)值相比偏大。理論值偏大的原因在于采用Midas/civil 有限元軟件建模時(shí)土壓力的計(jì)算假定土體為均質(zhì)、連續(xù)，實(shí)際土質(zhì)情況與模擬存在誤差。水的計(jì)算流速比實(shí)際流速大。實(shí)測(cè)圍堰結(jié)構(gòu)頂最大變形14.1mm

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

圖6 圍堰位移計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值比較圖

圖7 圍堰內(nèi)支撐軸力計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值比較圖

4 結(jié)語(yǔ)

粉質(zhì)軟土粘土地質(zhì)條件下，水深12m，可采用樁長(zhǎng)24m，設(shè)置7 道水平圍檁的FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁。圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，考慮內(nèi)外側(cè)靜水壓力、土壓力和迎水面動(dòng)水壓力。選取8 種荷載工況，采用數(shù)值分析計(jì)算圍堰結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形。靜水壓力和土壓力計(jì)算時(shí)，采用靜水壓力和土壓力分別計(jì)算。圍堰基坑先安裝支撐并回灌水至施工水位后再開挖，開挖完成后澆封底混凝土，抽干圍堰內(nèi)的水后澆承臺(tái)混凝土。施工過程中對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)預(yù)警，確保鋼板樁圍堰的順利實(shí)施。數(shù)值分析計(jì)算和實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)果表明圍堰結(jié)構(gòu)及施工符合要求。本工程已順利完成，可為類似工程提供施工參考。