新型鋼板樁圍堰施工工序及受力性能研究

王鵬 張少龍 李仁強 龐偉軍

摘要：為研究“拉森鋼板樁+鋼筋混凝土圈梁組合圍堰”的工程適用性，以鳳翔洲景觀云橋作為依托工點，采取室內(nèi)模型試驗得出如下結(jié)論：①對于“素填土+卵石層+中分化泥巖”的地層，基坑開挖過程中會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象;②樁底土壓力表明鋼板樁寬邊中部位置受力最大;③鋼板樁樁體本身受到的土壓力自上而下逐漸減小。

Abstract： In order to study the engineering applicability of the "Lassen steel sheet pile + reinforced concrete ring beam cofferdam"， the Fengxiangzhou Landscape Cloud Bridge was used as the supporting site， and the indoor model test was adopted to draw the following conclusions： ①For the "plain filling + pebble layer + medium differentiation mudstone" stratum， water seepage will occur during the excavation of the foundation pit; ②The soil pressure at the bottom of the pile indicates that the central position of the steel sheet pile at the middle of the wide edge is the most stressed; ③The soil pressure at the steel sheet pile body itself gradually decreases from top to bottom.

關(guān)鍵詞：拉森鋼板樁;模型試驗;施工工序;土壓力

Key words： Larsen steel sheet pile;model test;construction process;earth pressure

中圖分類號：U445.55+6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0105-03

0? 引言

鋼板樁圍堰由于具有施工速度快、經(jīng)濟效益好、可重復利用等特點，被廣泛應用于深水基礎(chǔ)承臺施工的圍堰工程[1-2]。對鋼板樁圍堰的研究主要有：潘泓等[3]通過建立三維有限元模型，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析不同工序下鋼板樁的變形規(guī)律;司鵬飛等[4]通過建立Plaxis有限元模型，研究不同類型的圍堰布置等對圍堰變形特征的影響;陳成等[5]采用新型組合鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)，并對其新型圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工進行了闡述。

結(jié)合前人的施工經(jīng)驗，以鳳翔洲景觀云橋水中承臺的施工作為依托工點，提出采用“拉森鋼板樁+鋼筋混凝土圈梁組合圍堰”的新型圍堰施工工藝，通過模型試驗驗證其工程適用性。

1? 模型箱設(shè)計與制作

1.1 模型箱制作

“拉森鋼板樁+鋼筋混凝土圈梁組合圍堰”的新型圍堰施工工藝主要適用于“上軟下硬”的地質(zhì)條件，地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地層為：素填土、卵石層、中分化巖，可將該新型施工工藝用于此工程。通過直剪試驗決定采用砂：土：水=0.5：0.5：0.1模擬素填土，粗砂模擬卵石層，基巖采用水泥：砂：土：水=0.36：0.18：0.2：0.08進行模擬。圍堰內(nèi)部的鋼支撐采用PVC管模擬，圍檁和鋼筋混凝土圈梁組合采用不同尺寸的木板拼接而成。試驗所采用的的模型箱尺寸為1.5m×1m×0.6m（長×寬×高），制作流程為：

①基巖填筑：按照材料配比配制基巖材料，采用分層填筑法制作厚為30cm的基巖層。

②鋼板樁安裝：將鋼板樁采用2.80m×0.4m的鐵皮提前圍制而成，并將其安裝在模型箱的中間位置。

③卵石層的鋪設(shè)：將篩分好的粗砂按照10cm的厚度均勻鋪設(shè)在基巖上部。

④素填土的鋪設(shè)：采用分層填筑法在卵石層上部填筑厚為20cm的素填土層。

⑤河道開挖：在填筑完成的模型箱左側(cè)和后壁位置開挖寬×深=20×30cm的坑道，向其注滿水模擬承臺水中施工。最終制作完成的模型箱如圖1所示。

1.2 傳感器布設(shè)

為了解采用新型施工工藝在鋼板樁開挖過程中鋼板樁的受力情況，將10個型號為JTM-Y2000，量程為50kPa的土壓力盒布設(shè)于鋼板樁不同位置。試驗所用的傳感器具體布設(shè)位置如圖2所示。

2? 試驗現(xiàn)象分析

本次試驗的目的是將“拉森鋼板樁+鋼筋混凝土圈梁組合圍堰”的圍堰施工工藝通過模型試驗進行還原，觀察試驗中基坑內(nèi)有無滲水現(xiàn)象。模型試驗中對于鋼板樁的開挖主要經(jīng)歷以下三個階段：

①12：31～12：48：對鋼板樁內(nèi)部土體進行開挖，開挖厚度約為10cm，開挖完成后安置圍檁及鋼支撐，如圖3所示。

②12：52～13：30：在13：13時刻，對基坑開挖深度約為15cm的河流匯集角位置素填土有滲水現(xiàn)象。對基坑繼續(xù)向下開挖深25cm左右時安裝二道圍檁及鋼支撐（如圖4所示），此時基坑內(nèi)出現(xiàn)大量積水，因此在施工過程中，要注意防排水。

③13：30～13：45屬于基坑開挖的第三個階段，主要是安裝鋼筋混凝土圈梁，開挖完成后的圍堰如圖5所示。

3? 土壓力數(shù)據(jù)分析

圖6所示TH-1、2、3測點的土壓力時程曲線。由圖可知，整個鋼板樁施工過程中，TH-2測點的土壓力響應最為強烈，土壓力最大值為400Pa，而TH-1和TH-3測點的土壓力響應較小，其中TH-1測點的最大土壓力為120Pa，TH-3的為130Pa。在12：25～13：03時間段內(nèi)，TH-2測點的土壓力值一直處于增大狀態(tài)，在13：03時刻達到最大值400Pa，在13：03～13：45時間段內(nèi)，TH-2測點的土壓力值開始逐漸減小。上述數(shù)據(jù)表明鋼板樁施工過程中其中部受力擾動最大。

圖7所示為TS-1～5測點的土壓力時程曲線，由圖可知，在鋼板樁施工過程中，TS-1測點的土壓力響應最為強烈，且在12：25～13：03時間段內(nèi)TS-1測點的土壓力值迅速增長達到1770Pa，13：03～13：45時間段內(nèi)所有測點的土壓力值也隨著鋼板樁的開挖逐漸增大。

圖8所示為TS-3、6、7測點的土壓力時程曲線，對于布設(shè)于同一個斷面上的三個測點土壓力而言，由圖可知，TS-6測點土壓力>TS-3測點土壓力>TS-7測點土壓力。

4? 結(jié)論

為研究“拉森鋼板樁+鋼筋混凝土圈梁組合圍堰”的新型圍堰施工工藝的工程適用性，在鳳翔洲景觀云橋工點作為依托工點，通過模型試驗得出如下結(jié)論：①鋼板樁基坑開挖過程中，坑內(nèi)有滲水現(xiàn)象，故實際施工過程中應做好防排水措施。②土壓力數(shù)據(jù)表明，鋼板樁寬邊中間位置即TH-2受力最大，在長度方向TS-1測點受力最大。③鋼板樁開挖過程中，樁體本身受到的土壓力自上而下依次減小。

參考文獻：

[1]李迎九.鋼板樁圍堰施工技術(shù)[J].橋梁建設(shè)，2011，41（2）：76-79，84.

[2]張駿.橋梁深水基礎(chǔ)鋼板樁圍堰受力分析與應用[J].橋梁建設(shè)，2012，42（5）：74-81.

[3]潘泓，王加利，曹洪，駱冠勇.鋼板樁圍堰在不同施工工序下的變形及內(nèi)力特性研究[J].巖石力學與工程學報，2013，32（11）：2316-2324.

[4]司鵬飛，田利勇，張雨劍，孫陸軍.雙排鋼板樁圍堰變形特性研究[J].水運工程，2020（06）：172-176，187.

[5]陳成，杜松.新型組合鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計及應用[J].施工技術(shù)，2017，46（S2）.

基金項目：中鐵九局集團第六工程有限公司科技開發(fā)項目（FXZ-JSFW-007）。

作者簡介：王鵬（1987-），男，陜西丹鳳人，工程師，大專，主要從事道橋工程的研究。