斜河床面上大型承臺(tái)的一種施工方法

胡振偉

（廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620）

1 概述

汕（頭）湛（江）高速公路清遠(yuǎn)清新至云浮新興段西江特大橋項(xiàng)目位于肇慶市、云浮市，起訖點(diǎn)樁號(hào)K113+300～K116+300，跨越西江。西江特大橋全橋共7聯(lián)，長(zhǎng)度3×（3×30 m）+2×45 m+4×47 m+（202 m+738 m）+4×45 m，主橋?yàn)檫吙?202 m（清遠(yuǎn)側(cè)）+主跨738 m的雙塔雙跨吊懸索橋，主墩下設(shè)20根280 cm灌注樁。承臺(tái)為啞鈴形狀，尺寸為59.1 m×15.7 m×6 m，承臺(tái)頂、底標(biāo)高分別為4.0 m及-2.0 m，承臺(tái)高6 m，平面面積744 m2，承臺(tái)C40混凝土共計(jì)4 464 m3。圖1為西江特大橋主橋橋型布置圖，圖2為主墩承臺(tái)平面結(jié)構(gòu)圖。

17#主墩承臺(tái)位于西江堤岸附近，該位置原始河床面標(biāo)高為-5.5～7.0 m不等，原始河床面傾斜，且高差較大。20年一遇洪水位為16.85 m，最低通航水位為0.73 m，施工期常水位為2～5 m。承臺(tái)底標(biāo)高-2 m，考慮1 m左右封底厚度，承臺(tái)施工基坑深達(dá)8 m，面積約1 300 m2。基坑環(huán)境惡劣，地形地質(zhì)變化大，水文條件復(fù)雜，優(yōu)選一種安全、可靠、經(jīng)濟(jì)適用的施工方法顯得十分必要[1]。

2 施工方法比選

針對(duì)斜河床面特點(diǎn)，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，選取填筑砂島+鋼板樁圍堰、對(duì)河床面高挖低填+雙壁鋼圍堰、鋼管樁擋土+鋼板樁圍堰三種施工方法進(jìn)行比選，見(jiàn)表1。

綜合比較后，選用鋼管樁擋土+鋼板樁圍堰的施工方法，即在岸側(cè)插打鋼管樁抵擋高處土壓力，對(duì)圍堰內(nèi)進(jìn)行高挖低填，插打鋼板樁，并設(shè)置多道強(qiáng)圈梁-內(nèi)撐結(jié)構(gòu)，使得鋼板樁圍堰形成整體，承受斜河床所產(chǎn)生的不平衡水土壓力[2]。

該工程岸側(cè)搭設(shè)1 m-δ10 mm鋼管樁擋土、承臺(tái)四周插打一圈拉森Ⅳ型鋼板樁，封底完成后邊抽水邊增設(shè)兩層圈梁和內(nèi)撐，圈梁采用雙/三拼H582型鋼，橫縱向支撐采用0.82m-δ8mm 鋼護(hù)筒，角斜撐采用0.426m-δ6 mm鋼護(hù)筒，形成施工圍堰，分兩層施工承臺(tái)鋼筋混凝土。

3 施工工況計(jì)算分析

施工范圍地質(zhì)層從上往下分布淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、粗砂等，鋼管樁頂標(biāo)高8 m，圍堰計(jì)算施工最高水位取5.0 m，鋼板樁頂標(biāo)高按6.0 m；靠岸側(cè)圍堰外土面標(biāo)高最高為2.0 m，靠河側(cè)圍堰外土面標(biāo)高最低為-4.5 m；封底厚度0.8 m，承臺(tái)分兩次澆筑，各3 m[3]。

粉質(zhì)黏土的飽和重度為γsat=19.45 kN/m3；粉質(zhì)黏土的浮重度為γ′=9.45 kN/m3；粉質(zhì)黏土的自然重度為 γ=18.5 kN/m3；黏聚力 c=26.94 kPa，內(nèi)摩擦角=17.78°。

主動(dòng)土壓力系

圖1 西江特大橋主橋橋型布置圖（單位:cm）

圖2 主墩承臺(tái)平面結(jié)構(gòu)圖（單位:cm）

表1 施工方法比選表

被動(dòng)土壓力系

主動(dòng)土壓力計(jì)算公式見(jiàn)式（1）：

被動(dòng)土壓力計(jì)算公式見(jiàn)式（2）：

式中：z為土壓力計(jì)算點(diǎn)至土面的深度。

整個(gè)鋼板樁圍堰施工過(guò)程中，考慮鋼板樁受力情況的變化可分解為以下幾種工況進(jìn)行計(jì)算：

工況一：

（1）類(lèi)別一。靠岸側(cè)，外側(cè)水位5.0 m，外側(cè)土面2.0 m，鋼板樁長(zhǎng)度為15.0 m，內(nèi)撐一4.5 m，內(nèi)側(cè)抽水、開(kāi)挖至0.5 m，準(zhǔn)備安裝內(nèi)撐二。

（2）類(lèi)別二?？亢觽?cè)，外側(cè)水位5.0 m，外側(cè)土面-4.5 m，鋼板樁長(zhǎng)度為21.0 m，內(nèi)撐一4.5 m，內(nèi)側(cè)土面標(biāo)高-2.0 m，內(nèi)側(cè)抽水至0.5 m，準(zhǔn)備安裝內(nèi)撐二[4]。

工況二：

（1）類(lèi)別一?？堪秱?cè)，外側(cè)水位5.0 m，外側(cè)土面2.0 m，鋼板樁長(zhǎng)度為15.0 m，內(nèi)撐一4.5 m，內(nèi)撐二2.0 m，內(nèi)側(cè)抽水、開(kāi)挖至-2.8 m，準(zhǔn)備封底之前。

（2）類(lèi)別二?？亢觽?cè)，外側(cè)水位5.0 m，外側(cè)土面-4.5 m，鋼板樁長(zhǎng)度為21.0 m，內(nèi)撐一4.5 m，內(nèi)撐二2.0 m，內(nèi)側(cè)抽水、開(kāi)挖至-2.8 m，準(zhǔn)備封底之前。

以工況一的類(lèi)別一為例，分析其受力圖，如圖3所示。

用等值梁法計(jì)算鋼板樁，首先計(jì)算鋼板樁墻上土壓力強(qiáng)度等于0的點(diǎn)E離挖土面的距離y，由主動(dòng)土壓力Pp=5.03 z-39.3=0，得z=7.81 m。

當(dāng)h2+h3＜7.81 m時(shí)，由γw（h1+h2）=17.76 h3+73.86，得 h3=-1.625 m。

圖3 鋼板樁OE的受力計(jì)算模型（單位:m）

即在點(diǎn)D處由黏聚力產(chǎn)生的與土體深度無(wú)關(guān)的被動(dòng)土壓力（極限值為73.86 kPa）未達(dá)到極限值即可抵消水壓力（45 kPa），則梁OD為鋼板樁的等值梁，取梁OD為研究對(duì)象，其中內(nèi)撐一點(diǎn)B及鋼板樁等值梁端點(diǎn)D處等效為固定鉸支座，主、被動(dòng)土壓力、水壓力均乘以1.2的荷載系數(shù)，利用MIDAS建立梁OD的連續(xù)梁計(jì)算模型，計(jì)算結(jié)果如下：

支反力：FB=45.6 kN（壓力）；FD=75.9 kN（壓力）。

變形最大值：ΔLmax=1.4 mm＜變形允許值L/400=4 000 mm/400=10 mm。

彎矩最大值：Mmax=59.9 kN/m2＜M=408.6 kN/m2。剪力最大值：Qmax=75.9 kN＜M=2061 kN。

計(jì)算鋼板樁的最小入土深度最大值：t0=y+x。

板樁實(shí)際埋深應(yīng)位于x之下，所需設(shè)計(jì)板樁的入土深度取為

故鋼板樁所需總長(zhǎng)為L(zhǎng)=5.5 m+6.35 m=11.85 m＜15 m，實(shí)際插打鋼板樁長(zhǎng)度15 m滿足要求。

同法計(jì)算其他工況結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鋼板樁圍堰各工況受力計(jì)算統(tǒng)計(jì)表

由表2可知，鋼板樁滿足要求。圈梁一每延米所受最大壓力為F內(nèi)撐一=100.7 kN，圈梁二每延米所受最大壓力為F內(nèi)撐二=257.1 kN。根據(jù)圈梁一、二每延米受力情況，利用MIDAS軟件建立圈梁、內(nèi)撐的有限元分析模型，經(jīng)計(jì)算，結(jié)果滿足要求。據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)基坑底部管涌和隆起分別驗(yàn)算，其結(jié)果滿足要求[5]。

4 方案實(shí)施

（1）靠岸側(cè)土面自然放坡開(kāi)挖，降低土面標(biāo)高。

（2）拆除樁基鉆孔區(qū)平臺(tái)，靠岸側(cè)插打鋼管樁形成擋土墻，整個(gè)圍堰區(qū)域高挖低填。

（3）安裝第一層圍囹（兼作導(dǎo)梁），插打鋼板樁，止水、抽水。

（4）圍堰內(nèi)開(kāi)挖整平，安裝第一層圈梁及內(nèi)撐，繼續(xù)開(kāi)挖整平，安裝第二層圈梁及內(nèi)撐。

（5）搭設(shè)封底混凝土澆筑平臺(tái)，澆筑封底混凝土。

（6）樁頭清理，第一層承臺(tái)混凝土澆筑，拆除第二層圈梁及內(nèi)撐。

（7）第二層承臺(tái)混凝土澆筑，拆除第一層圈梁及內(nèi)撐。

（8）塔座施工完成后，拆除圍囹，再拆除鋼板樁及靠岸側(cè)鋼管樁擋土墻。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該項(xiàng)目承臺(tái)施工采用鋼管樁擋土+鋼板樁圍堰的施工方法，針對(duì)不同施工階段，通過(guò)對(duì)鋼管樁、鋼板樁、內(nèi)撐等臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算分析，克服了斜河床面上大型深基坑施工難題，優(yōu)化出最優(yōu)施工方案，大大減少了大面積填筑與開(kāi)挖，同時(shí)避免大型鋼結(jié)構(gòu)加工安裝，節(jié)約工期和成本，利用鋼管樁、鋼板樁和型鋼等周轉(zhuǎn)材料組織施工，施工安全，質(zhì)量可靠，其技術(shù)達(dá)到業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平，該施工方法在該項(xiàng)目成功實(shí)施，效果優(yōu)秀，為今后類(lèi)似工程提供了經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用的施工技術(shù)。

[1]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]江正榮，朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)[M].4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.

[4]盛紅專(zhuān)，石柱，陸尚武.復(fù)雜水文條件下的大型承臺(tái)施工技術(shù)[J].中外公路，2006，26（2）：128-130.

[5]丁如珍.五河口斜拉橋特大型承臺(tái)施工技術(shù)[J].橋梁建設(shè)，2005（1）：52-54，76.