宁车沽永定新河特大桥桥墩深基坑开挖支护施工技术
宁车沽永定新河特大桥桥墩深基
坑开挖支护施工技术
高 鑫
(中铁二十二局集团第一工程有限公司 北京 100040)
摘 要 针对滨海地区软土地基地质特点,提供铁路客专桥梁承台深基坑施工实用、简便的施工方法及支护结构的检算,为类似工程提供借鉴。关键词 特大桥 深基坑 支护
中图分类号 U443.13 文献标识码 B 文章编号 1009-4539(2010)增-0168-04
1 工程简介
津秦客专宁车沽永定新河特大桥406号、407号墩为跨规划津汉快速路连续梁主墩,均为钻孔桩、承台基础,承台分三级设置,承台开挖深度
3
6.6m,底层承台混凝土方量为639.48m,基础地质表层为淤泥质黏土、淤泥质黏质黏土,下层为黏土、黏质黏土层,地下水位1.5m,地下水位高,地质较为软弱。承台尺寸为14.6m@14.6m@3m(底层承台)、11m@8.5m@2m(中层承台)8.84m@5.44m@0.8m(上层承台)。
2 施工方案
因基础地质较为软弱,地下水位较高,结合地质条件及施工环境,基坑采用钢板桩围堰支护方案开挖支护。基坑开挖深度为6.6m,钢板桩采用12m长I36a工字钢一顺一丁密贴打设,分层开挖分层支护,在基坑开挖深度范围共设两道支撑,第一道支撑设置在钢板桩顶以下1.05m位置,第二道支撑设置在钢板桩顶以下3.2m位置。钢板桩围堰内设两道支撑结构,支撑结构为四周设2I36a工字钢导梁,中间纵横向各设2根<500mm钢管(壁厚1.2cm)井字型顶撑,上下两道支撑结构相同,基坑围堰及支撑结构立面及平面见图1。
图1 基坑围堰支护示意
3 施工方法及工艺
3.1 场地平整
406号、407号墩位于规划津汉快速路预压路基
边坡坡脚,基坑开挖将破坏既有预压路基边坡并造成边坡不稳定,为此,将基坑开挖线5m以外范围既有预压路基刷坡卸载并整平,与原地面标高保持一致,以减少基坑开挖后边坡土体侧压力。
收稿日期:2010-02-22
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#桥 梁#
3.2 钢板桩打设
钢板桩采用12m长36a工字钢,为增强围堰整体刚度,工字钢以一顺一丁密贴方式打设,钢板桩围堰尺寸较承台尺寸外扩1m。钢板桩打设前,首先精确放样围堰尺寸线,并用白灰洒线标识。工字钢采用气锤式打桩机打设,由2名作业工人配合进行指挥及垂直度观测,为保证后续围堰内支撑导梁与四周工字钢的密贴以及模板混凝土施工1m宽的工作面,工字钢打设时必须严格控制垂直度及打设位置的准确性。工字钢露出地表2cm,并在基坑四周外设排水沟,做好排水。3.3 第一层开挖及支护
钢板桩打设完成后,开始第一层开挖及支护。第一层支护位置为钢板桩顶以下1.05m位置,开挖深度为1.5m,由挖掘机开挖,弃土转运至场外堆弃,开挖至1.5m深度后开始焊接钢板桩围堰支撑体系,具体安装步骤如下。
(1)导梁安装。首先在钢板桩四周纵向距中线3.2m和横向距中线4.8m位置对称焊接导梁牛腿支架,牛腿支架采用2根40a槽钢焊接,用于支放导梁及纵横向圆钢管顶撑。然后开始安装四周2I36a工字钢导梁,导梁与竖向钢板桩点焊连接,局部钢板桩与导梁不够密贴存在空隙处,用短槽钢焊接使之密贴,确保导梁与竖向钢板桩整体密贴成为一整体结构。
(2)纵横向顶撑安装。在围堰中间共设4根<500mm钢管(壁厚1.2cm)井字型顶撑,纵横向顶撑长度均为16m,端头用10mm钢板焊接封头,加强与导梁接触面得刚度。安装导梁时先安装横向,距中线距离为3.2m,再安装纵向,距中线距离为4.8m,顶撑与导梁接触部位梁侧用50cm长工字钢呈45b焊接加强。
(3)四角斜撑安装。导梁安装完毕后,在四角安装斜撑。斜撑采用2I36a工字钢,长度为5.6m,并与导梁、顶撑依次焊接。
(4)观测点布设。支撑体系安装完毕后,在围堰四周中部钢板桩顶设4处变形观测点,随着开挖及施工过程密切观测变形,为变形及加固处理提供可靠依据。
3.4 第二层开挖及支护
第一层支撑体系安装完毕后进行第二层开挖。第二层支护位置为钢板桩顶部以下3.2m,开挖深
图2 基坑钢板桩围堰受力示意
度为自原地面为4m。开挖方法及支护方法与第一
层相同,但须注意指派专人随时进行变形观测,为施工作业提供安全保障。在基坑内设2处钢筋爬梯,爬梯顶设高出原地面1.2m并做好钢管扶手,以方便作业人员进出作业。3.5 后续工序衔接
第二层支护安装完毕后,用长臂挖掘机继续开挖至基坑底设计标高,同时在基坑四周人工开挖排水沟及积水井,随时进行抽排水,及时施作混凝土垫层及承台后续施工。承台混凝土浇注完成后,先拆除模板,进行底部2.5m高度土方回填,然后拆除下层支护结构,继续回填基坑土方至2.0m深高度,继续拆除上层支护结构,拔除钢板桩,修整好边坡,为后续施工做好准备。
4 钢板桩围堰支护检算
检算以407号墩为例,承台尺寸14.6@14.6m,基坑开挖深度6.6m,汽车荷载后轮按40t
2
计算作用在基坑顶部荷载q=28kN/m,承台原地面标高-0.395m,以下2.5m为黏土(C=18.6kN/33m),再下分为黏质黏土(C=18.8kN/m),基坑钢板桩围堰结构受力见图2。
(1)由已知条件知计算主动力和被动力C平均=
2.5@18.6+4.1@18.83
=18.72(kN/m)
6.6
将基坑顶汽车荷载折算假定土高h:
2
28kN/mh=.5m3=1
18.72kN/m为计算方便,C取值18.8kN/m。
则B点、D点的主动土压力的压强为:
EaB=C(H+h)Ka
EaD=C(H+h+t)Ka
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#桥 梁#
其中H=6.6m,h=1.5m,Ka=tan(45b-U/2)=0.455(=22b)。
主动压力为土压力分布图ADEF部分:
H+t(H+t)Ea=+hEaD=+h(H+t)CKa
22
3(2h+H+t)
Ha=H+t-(H+t)@(3h+H+t)
被动土压力最大压强为:EDp=CtKp
被动土压力为:Ep=(1/2)CtKp
Kp=tan(45b+U/2)=2.198(U=22b),C=18.8kN/m。
被动土压力分布图BCD部分,Ep作用在离钢板桩底t/3处。
(2)求钢板桩的理论埋深
钢板桩上端A点有围囹加固,假定上端为简支,下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁,作用在墙后为主动土压力,作用在墙前为被动土压力。为使板桩保持稳定,在A点的力矩应等于零,即EMA=0,即:
EaHa-EpHp=0
其中:Hp=H+t-t/3=H+2t/3根据t的函数用代入法求得t=5.161m实际埋深取t=5.2m可满足要求。(3)计算最大弯矩点及最大剪应力¹计算最大剪应力(见图3)。
22
2
2
Ka=tan(45b-U/2)=0.455
Kp=tan(45b+U/2)=2.198
因此剪力最大处也就是剪应力最大处为B处:
F(B)=q+C(h+H)Ka=97.30(kN)S(B)=97.30/3@7.648=4.24(MPa)满足使用要求。º计算最大弯矩。
F(x)=EaB+C(x-H)Ka-C(x-H)Kp
H 所以采用两层围囹(导梁)加固支撑的方案,上层支撑在原地面以下1.05m、下层支撑在原地面以下3.2m位置,加固方案满足要求。 (4)稳定性检查K=Mr/Mov=2@3.14159@25/(29+18@4.8)=1.36\\1.2 不会发生隆起,在顶部下105cm及320cm处加有支撑,可以使钢板桩更稳定。 (5)抗管涌验算 K=(hc+2t)Cc/hcCw= (4.8+2@5.2)@8/(4.5@10)=2.7\\1.5 故不会发生管涌。 (6)围囹计算因为上层围囹(导梁)受力大于下层围囹(导梁),现只验算上层围囹(导梁),受力见图4。 2 2 图3 钢板桩最大剪应力计算 图4 上层围囹受力示意 AB段计算:F(x)=EaA+CxKa,0 BD段计算:F(x)=EaB+C(x-H)Ka-C(x-H)Kp,H M1=0.061@56@4.72=75.5(kN#m)M2=0.094@56@4.72=116.3(kN#m)Mb=-0.151@56@4.72=-187.8(kN#m) 铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY 2010(增) #桥 梁# Vb左=-0.651@56@4.7=-171.34(kN)Vb右=0.700@56@4.7=184.24(kN)则斜撑轴心压力为: Pb=(184.24+171.34)Acos56.6=645.81(kN)采用<500mm@12mm圆钢管支撑,查表得则 444 I=3.14@(D-d)/64=547700202mmE=2.1@105MPa 2 Pcr=3.14EI/(1.414@16.6)=2058.29kNPcn远大于Pb,故满足要求。 2 1.518@1012mm,则 Rmax=Mmax@180/(2I)=111.34MPa<[R]满足要求。 4 5 结论 滨海地区软土地基深基坑施工,选择工字钢围堰及双层导梁和钢管井字撑支护体系,施工方法简单实用,施工速度快,结构安全可靠,并赢得了成本、工期、安全性等多重效益,施工方案可行。 3.3 首节钢围堰整体起吊入水 拼装完成浮运到位后,采用/拼装船法0下水,利用两艘800t导向船上的起落架、导向架、定位船等工作船舶整体起吊钢围堰,起吊设备采用4台10t卷扬机牵引,滑轮组采用5门50t滑车,底节围堰顶设置起吊连接板起吊,整体起吊后,退出拼装船。全面检查钢围堰尺寸、焊缝和吊挂结构,并履行下沉前签证手续,下沉入水见图3。 围囹(导梁)采用双工字钢36a,查表得I= (上接第107页) 定。为保证航道通航安全,侧锚采用长锚链,尽量 压在河床下。定位船主锚采用6个8t霍尔式铁锚,边锚为4个2t霍尔式铁锚;主锚采用U43钢丝绳,边锚采用U40钢丝绳,滑车组采用U19钢丝绳上卷扬机。钢围堰采用6个5t霍尔式铁锚,边锚锚绳采用U40钢丝绳,尾锚锚绳采用U43钢丝绳,围堰通过兜缆、拉缆与定位船连接。 图3 P2墩位首节围堰整体起吊入水示意 围堰的定位横桥向由定位船兜缆来调节,围堰的顺桥向定位由导向船上的定位架来实现。底节围堰下放入水后,侧壁内灌水下沉至围堰接高所需高度。围堰底节在水中保持稳定后,开始灌水下沉,准备接高第二节围堰。 钢围堰刃脚下沉到河床稳定深度以下。 5 结束语 千厮门嘉陵江大桥P2墩双壁钢围堰的安全准确的浮运就位,吸取了国内外江河上大桥的施工经验,特别是南京长江大桥、芜湖长江大桥的经验,锚锭系统的布置、计算等经过反复的研究、比较,在无法利用大型浮吊整体起吊的情况下,采取上述技术使国内直径最大的钢围堰浮运就位一次取得圆满成功,为在大江大河中施工提供了一套成熟简易的施工方法。 171 4 围堰的接高、下沉 钢围堰定位在墩位偏下游0.5m处,全面检查锚碇系统各部分的工作状况,最后进行一次调缆作业,然后分层分块对称接高围堰,同时向井壁间分舱对称灌水,保持拼接面在水面以上2~4m,直至 铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY 2010(增) 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容