矮塔斜拉橋圍堰與臨時固結關鍵施工技術研究

陸林

摘 要：基于臨泉泉河大橋超寬變截面預應力混凝土箱梁鋼板樁圍堰與主梁臨時固結施工實例，分別對主墩鋼板樁圍堰與主梁臨時固結關鍵施工節點進行計算分析，結果表明施工過程中鋼板樁圍堰的變形、內力、穩定性滿足施工要求，主橋最大懸臂狀態與最大雙懸臂狀態下的臨時固結結構強度、剛度與穩定性處在安全范圍內，通過對關鍵技術的計算分析，保證了矮塔斜拉橋施工過程中的安全，分析結果可為后續類似工程的建設提供相應參考。

關鍵詞：圍堰;臨時固結;施工技術;矮塔斜拉橋

0 前言

臨泉泉河大橋主橋結構采用預應力混凝土矮塔斜拉橋方案，跨徑布置為95 m+170 m+95 m，主梁采用單箱五室大懸臂變截面PC連續箱梁，支點梁高7 m（橋中心），跨中梁高3.5 m，從支點橫梁起81 m 范圍內梁高按1.8次拋物線變化。

泉河大橋結構體系為墩梁固結，塔墩分離體系。當承臺位于水中時，一般現設圍堰，包括鋼板樁圍堰、套箱圍堰、雙壁鋼圍堰等，將群樁圍在堰內，然后在堰內河底灌注水下混凝土封底，凝結后，將水抽干，使各樁處于干處，再安裝承臺模板，在干處灌注承臺混凝土。圍堰的形式應根據地質情況、水深、流速、設備條件等因素綜合考慮[1-3]。懸臂澆筑施工適用于大跨徑預應力混凝土橋梁，包括連續梁橋、剛構橋以及矮塔斜拉橋等，對于連續梁橋和漂浮體系斜拉橋來講，梁與墩未固結在一起，施工時，兩側懸澆施工難以保持絕對平衡，必須在施工中采取臨時固結措施，使梁具有抗彎能力。連續梁橋臨時固結一般采用在支座兩側臨時加預應力筋，梁和墩頂之間澆筑臨時混凝土墊塊，將梁固結在橋墩上，使梁具有一定的抗彎能力。在條件成熟時，再采用靜態破碎方法解除固結。但對于大跨徑超寬矮塔斜拉橋來講，僅采用臨時固結結構或者本身的墩梁固結可能不足以滿足抗彎和穩定性的要求，因此需專門進行方案設計，以保障其施工安全。因此基于臨泉泉河大橋超寬變截面預應力混凝土箱梁鋼板樁圍堰與主梁臨時固結施工實例，分別對主墩鋼板樁圍堰與主梁臨時固結關鍵施工節點進行計算分析，以保證矮塔斜拉橋在關鍵施工過程中的安全[4-6]。

1 鋼板樁圍堰計算分析

1.1 計算模型

本部分鋼板樁圍堰的受力分析，采用理正深基坑7.0版進行，該支護結構安全等級為二級，結構重要性系數為1.0。圖層分布主要為黏土、粉砂以及粉土，其中土壓力的計算黏土采用水土合算、砂土和粉砂采用水土分算。分析工況主要包括開挖1、加撐1、開挖2、加撐2、開挖3、加撐3、開挖4七個工況。最終開挖深度為8.79 m。

1.2 圍堰變形計算

分別計算基坑開挖至0.5 m、3 m、5.5 m以及開挖至基坑底部時的整體位移，開挖至0.5 m和開挖至基坑底部時的計算結果分別如圖1所示。由計算可得鋼板樁最大位移為基坑開挖至0.5 m處時鋼板樁位移11.98 mm鋼板樁最大位移f=11.98 mm<[f]=18 000/400=45 mm，滿足要求。

支撐最大位移為基坑開挖至基坑底處時支撐位移8.111 mm，最大位移f=8.111 mm<[f]=10 200/400=25.5 mm，滿足要求。

1.3 圍堰內力計算

分別計算基坑開挖至0.5 m、3 m、5.5 m以及開挖至基坑底部時的內力，開挖至0.5 m和開挖至基坑底部時的計算結果分別如下圖所示。

鋼板樁在基坑挖至基坑底處時彎矩最大，最大彎矩為117.4 kN.m，計算得到鋼板樁圍堰每延米的繞水平軸最大彎矩為117.4 kN.m。取一片鋼板樁來進行驗算：鋼板樁的寬度為0.4 m，查得鋼板樁邊緣斷面的模量為：W=2 200 cm3=

0.002 2 m3，則可以得到鋼板樁外緣的應力為：鋼板樁產生的最大應力：σ=M/W=117.4/2 200=54 MPa<[σ]=215 MPa，符合要求。

1.4 圍堰穩定性驗算

采用瑞典條分法對圍堰整體穩定性進行驗算，應力狀態為總應力，條分法中的土條寬度為1.0 m。滑裂面數據：圓弧半徑（m） R = 15.346、圓心坐標X（m） X = -1.838、圓心坐標Y（m） Y = 6.972。整體穩定安全系數 Ks = 2.022 >= 1.200， 滿足規范要求。

2 臨時固結計算分析

2.1 計算模型

本部分采用midas Civil Designer對橋梁進行設計，并以《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）為標準，對臨時鎖定柱混凝土結構進行驗算。

本橋主橋上部箱梁采用懸臂澆筑法施工，最大懸臂施工長度為84 m，計算時，從最不利受力圖式出發，對最大懸臂狀態的施工荷載作如下考慮（不考慮掛籃墜落，施工單位應采取壓重和后錨等多種措施來確保掛籃不會墜落）。假設梁體自重不均勻，一側取1.04梁重，另一側取0.96梁重。掛籃、現澆塊件及施工機具的動力系數，一端采用1.2，另一端采用0.8。最后一懸臂澆筑梁段不同步施工，一端施工完畢，一端施工一半。橫橋向風載作用在橋塔的風荷載取值4.0 kN/m。

2.2 臨時固結結構強度驗算

組合1：1.0恒載+1.0收縮徐變+1.0施工荷載+1.0風荷載

組合2：1.0恒載+1.0收縮徐變+1.0施工荷載

施工階段驗算中，箱梁最大壓應力為15.1 MPa。按規范JTG 3362-2018第7.2.8-1條規定，應滿足 ，符合規范要求。

施工階段驗算中，箱梁截面最大拉應力為1.65 MPa，故施工階段截面拉應力滿足規范要求。

2.3 臨時固結結構穩定性驗算

計算考慮最大雙懸臂狀態穩定性驗算。臨時固結結構最大雙懸臂階段失穩模態如下圖所示。

從結構的失穩模態來看，施工階段均是以面內失穩為主，施工階段最大雙懸臂階段穩定安全系數為213.5，失穩模態的屈曲系數為均大于4，滿足規范要求。

3 結論與建議

基于臨泉泉河大橋超寬變截面預應力混凝土箱梁鋼板樁圍堰與主梁臨時固結施工實例，分別對主墩鋼板樁圍堰與主梁臨時固結關鍵施工節點進行計算分析，分析結果表明施工過程中鋼板樁圍堰的變形、內力、穩定性滿足施工要求，主橋最大懸臂狀態與最大雙懸臂狀態下的臨時固結結構強度與穩定性處在安全范圍內，通過對關鍵技術的計算分析，保證了矮塔斜拉橋施工過程中的安全，分析結果可為后續類似工程的建設提供相應參考。由于臨時鎖定柱長細比較大，結構尺寸小，柱子數量多，施工時采用160x10槽鋼進行連接，減小臨時鎖定柱長細比，提高安全系數。

參考文獻：

[1]何玉先.鋼板樁圍堰在橋梁水中墩施工中的應用[J]. 高速鐵路技術，2013（4）：91-94.

[2]王曉軍.鋼板樁圍堰施工及風險防范措施[J].工程建設與設計，2021（7）：136-138.

[3]馬華良.深水橋梁樁基礎工程中鋼板樁圍堰施工工藝[J].工程建設與設計，2021（7）：144-146.

[4]荊國強，李欣然，陳德偉.預應力混凝土斜拉橋塔梁臨時固結構造空間受力分析[J].橋梁建設，2009（6）：31-34.

[5]馬華良.深水橋梁樁基礎工程中鋼板樁圍堰施工工藝[J].工程建設與設計，2021（7）：144-146.

[6]李春宏.超寬幅單索面混合梁斜拉橋塔梁固結處受力仿真分析[J].公路，2019（7）：169-173.