• 上海喆轩商贸有限公司
  • 广东喆轩实业有限公司
  • 三月

    7

    2019
  • 287
  • 0
钢板桩围堰优化设计与施工技术

钢板桩围堰优化设计与施工技术

钢板桩围堰优化设计与施工技术


钢板桩围堰优化设计与施工技术


1

工程概况

大青沟特大桥是永城国道 343 项目关键控制性工程,桥梁全长 1201m,主桥为(47+80+47)m 预应力混凝土连续箱梁,桥墩采用薄壁空心墩。主墩承台结构尺寸 25. 1m ×10. 6m×3. 5m。

该桥主墩承台部分位于主河道内,承台位于新规划河床底部,河床地质为黏土层,根据水位标高筑捣施工平台,开挖深度约7m,根据现场实际情况及方案对比,优先采用拉森Ⅳ型钢板桩围堰施工。


2

方案比选及围堰构造

2. 1 方案比选

根据总工期要求,结合工程特点及环境因素并考虑材料利用,经与土袋围堰方案比选,钢板桩兼具安全可靠、重复利用、施工便捷、防水效果好等诸多优点,因此,基坑防护采用钢板桩围堰施工方案。

2. 2 围堰构造

承台基坑开挖时钢板桩围堰起到支护作用,防止土方坍塌、止水、防水作用,主要由 4 部分组成:钢板桩、腰梁、支撑体系、混凝土封底。钢板桩围堰结构如图 1 所示。

钢板桩围堰优化设计与施工技术

图 1 钢板桩围堰结构



3

钢板桩创新设计与结构计算

3. 1 创新设计方案

围堰的两端设计为 2K 型支撑体系,增强了围堰整体稳定性,保证结构安全。采用容许应力法对围堰结构进行计算,利用 Midas Civil 软件进行有限元分析,其中钢板桩的入土(岩)约束条件按照m法,加设拉森Ⅳ型钢板桩按每米板宽参数建立15m 长梁单元模型。

3. 2 荷载计算及参数选取

3. 2. 1 水平荷载及荷载组合

主动土压力荷载:粉质黏土和粉砂层采用水土合算法,其余土层采用水土分算法,荷载组合:土压力 + 水压力。

3. 2. 2 材料参数值

Q235钢材的容许应力[σ] = 1. 2 × 140. 0 =168. 0MPa,U 型钢板桩容许应力值为 200MPa,惯性矩为3. 86× 108mm 4 ,截面模量 W x = 2. 27 × 106mm 3 ,面 积 A =24 250mm 

3. 3 计算工况

1)工况 1 插打钢板桩至围堰合龙,围堰内开挖至-3. 400m。

2)工况 2 安装腰梁及内支撑,围堰内开挖至基坑底-6. 900m。

3. 4 钢板桩围堰工况计算

工况 1 钢板桩最大弯曲应力 σ = 30. 4MPa<200MPa,满足要求,钢板桩顶最大变形 21. 3mm,坑底变形 13. 6mm。工况 2 钢板桩最大弯曲应力 σ = 121. 4MPa<200MPa,满足要求,坑底最大变形 18.8mm,腰梁及支撑反力 N=151kN。

3. 5 腰梁及内支撑计算

围堰共设 1 层腰梁及内支撑,腰梁支撑在牛腿上,采用2HN600×200 型钢,内支撑采用 2[36b。经计算,腰梁及内支撑最大应力为 106. 7MPa<168MPa,满足要求。内支撑 ZC1最大轴力为 745. 4kN、内支撑 ZC2 最大轴力为 355. 2kN、内支撑 ZC3 最大轴力为 681. 1kN,ZC1 最大弯矩 11. 1kN·m,ZC2 最大弯矩 10. 5kN·m,ZC3 最大弯矩 7. 2kN·m。ZC1,ZC2,ZC3 作用平面内(外)稳定性满足要求。

3. 6 围堰抗倾覆计算

按最不利工况 2 进行检算,主动土压力和被动土压力分别对 + 29. 200m ( 腰梁中心线) 处取矩。倾覆力矩:M 1 =11 033. 4kN·m,抗倾覆力矩:M 2 = 14 044. 4kN·m,抗倾覆稳定系数 = M / M 2 =1. 27>1.2,倾覆满足要求。

3. 7 基坑抗隆起计算

基坑抗隆起安全系数:

钢板桩围堰优化设计与施工技术



4

优化施工方案

4. 1 优化钢板桩插打方案,加快施工进度

由于地基土为不透水的黏土层,土的摩擦力大,传统的直接插打钢板桩方法出现了插打困难、进度慢等情况。经过多次试验,采取“水引法”插打钢板桩方案。

4. 2 优化封底混凝土浇筑方案,确保围堰安全

钢板桩围堰横向长度 28m,一次封底难度大,为确保围堰安全,充分利用黏土触变效应,底层土方分块开挖到设计标高后,快速分块浇筑混凝土,平衡外侧土压力,即保证围堰安全,又起到防水的作用。


5

钢板桩围堰施工技术

5. 1 打桩方法和设备选择

近年来,逐根式打桩法因其施工简便、迅速、不需要其他辅助等特点越来越受欢迎,新开发的打桩设备也能很好地控制打桩质量,在合适的土质条件及施工环境中,能够实现打桩效率最大化。根据主墩的地质条件,采用逐根式与屏风式打桩相结合插打方案。

随着工程机械化程度的不断提高,智能型机械在工程领域被广泛应用,打桩机械采用 500 型履带式插板机,具有吊装、插打、调平等多项功能。

5. 2 钢板桩施工工艺流程

施工工艺流程:施工准备→测量放线→施工定位桩→安装导向架→开挖水引槽→插打钢板桩→合龙→第 1 次基坑开挖→安装腰梁及支撑→第 2 次开挖→混凝土封底→钢板桩围堰监控→承台施工→承台四周第 1 次回填→拆除腰梁及内支撑→第 2 次回填→拔桩。

5. 3 安装导向架

精确定位后,插打 Φ426 钢管桩,作为钢板桩的定位桩,为钢板桩竖向平面提供支撑力、防止侧向挠曲、控制桩翼缘平行度、减少锁口扰动,从而减少摩擦力,保证钢板桩插打精度。

5. 4 水引法插打钢板桩

水引槽注满水后,先插打角桩,插打角桩时,一定要慢速插打,第 1 根桩非常重要,必须精确控制其轴线方向和垂直轴线方向的垂直度,在定位和打桩阶段必须实时控制垂直度,从角桩开始逐根插打,每根钢板桩连续插打,插打过程中,水引槽内的水随钢板桩一起插入土层内,水对钢板桩起到润滑作用,同时对钢板桩周边土起到湿润的作用,降低土对钢板桩摩擦力,加快钢板桩插打速度。

5. 5 钢板桩合龙

逐根插打完成后,剩余最后 20 根采用屏风式插打,精度至关重要,才能确保钢板桩精确合龙。打桩之前,在导向架内把钢板桩预先拼装一面屏风,这种情况下,两侧锁口在没有打桩之前就咬合在一起,因此两侧摩阻力是平衡的,从而最大限度地确保了桩的精度,分阶段依次打入土中,最后精确合龙。

5. 6 钢板桩止水措施

施工前,锁口内涂以黄油混合物油膏以减少插打时的摩阻力,起到止水、防渗的作用。施工完成后,发生锁口变形情况,出现漏水现象,在钢板桩顶锁口的位置投撒黄砂,黄砂沉至漏水位置,即可起到止水作用。

5. 7 腰梁及支撑安装

钢腰梁及支撑在钢结构加工场加工合格后,进行预拼,第 1 次开挖到腰梁设计标高处焊接牛腿,与钢板桩焊接成整体,间距 2. 4m,焊缝验收合格后,拼装腰梁,安装内支撑。第2 次开挖之前,全面检查,特别是要检查腰梁与钢板桩之间是否密贴,使钢板桩受力均匀,保证结构安全。

5. 8 混凝土分块封底

围堰合龙后,对基坑内土方进行清底,根据现场实际情况和土质条件,可采取直接排水开挖,分台阶、分段开挖,分段混凝土封底。要求当天开挖的必须当天混凝土封底,防止土体因时间效应发生蠕变,造成变形漏水。

5. 9 钢板桩围堰体系转换及拆除

钢板桩围堰施工过程中,内支撑拆除过程危险程度比安装时多。为了安全,拆除支撑时严格按照从下到上逐层回填到腰梁位置,逐步释放内应力的原则,对内支撑及腰梁进行拆除,继续回填离板顶 50cm 位置,进行拔桩。



6

钢板桩围堰受力及变形监控

根据钢板桩容许应力和 Q235 钢材的容许应力,钢板桩容许应力达到 200MPa,腰梁及 内支撑容许应力达到168MPa,启动预警。当监控钢板桩变形>40mm 时,应采取加密观测。当累计变形超过 50mm,启动预警,应停止施工。


7

结 语

通过该桥主墩钢板桩围堰的设计与施工实践,总结以下几点经验:

①利用 Midas civil 软件建立钢板桩围堰结构模型进行钢板桩受力分析计算,可以更好地模拟复杂作用下围堰受力状态,计算结果安全可靠。

②逐根式插打与屏风式插打方法相结合,解决了钢板桩难合龙的问题。

③单桩的锁口内,涂以黄油混合物油膏,锁口止水,防渗效果显著。

④充分利用土体蠕变时间滞后效应,分块取土,分块干封混凝土,缩短了地基土的暴露时间,实现快速施工,确保围堰安全。

⑤采用水引法插打比直接插打工期缩短 6d,为后续施工争取了宝贵时间,同时节约施工成本 28. 5 万元,取得了很好的社会效益和经济效益。


文章
来源

《施工技术》


编辑整理:项 敏

如涉侵权请回复公众号


—- 精选文章回顾 —-

▶ 钢板桩未来趋势分析

▶ 静压植入工法

▶ 水刀辅助工法

▶ 组合桩工法汇总

▶ 拉森钢板桩施工问题及处理办法

▶ 36米拉森钢板桩应用案例

▶ 上海北横通道23米钢板桩施工

▶ 综合管廊基坑支护规范(钢板桩部分)




技术交流 & 业务联系

项  敏 
138 1818 6389

QQ:20228300

钢板桩围堰优化设计与施工技术
项敏de微信



钢板桩围堰优化设计与施工技术

长按下方二维码
关注本公众号:拉森钢板桩

网址:www.lsgbz.com

钢板桩围堰优化设计与施工技术


原文始发于微信公众号(拉森钢板桩):钢板桩围堰优化设计与施工技术

沪ICP备11020595号 © 网站版权所有 2005-2019 上海喆轩商贸有限公司&广东喆轩实业有限公司