钢管桩与拉森钢板桩结合在水中墩承台施工中应用.docx
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1、钢管桩结合拉森钢板桩围堰施工技术研究试制报告xx有限公司2010年12月钢管桩结合拉森钢板桩围堰施工技术研究报告1. 工程概况盘营客运专线盘海特大桥起于盘山县新开镇、止于海城市西四镇,桥址中心里程为DK61+019。盘海特大桥全桥长20094.19米,总计孔垮为633孔,其中简支梁跨为595孔,其余孔跨采用连续梁通过,在跨越三岔河主河道时采用45+70+70+45m悬浇梁跨越。本联连续梁的下部结构为盘海特大桥478#、479#(连续梁主墩)、480#(连续梁主墩)、481#墩,其中478#、479#墩由我工区施工。三岔河枯水期河宽230m,最深处水深6m,桥梁沿既有沟海线走行,采用圆端形桥墩,
2、钻孔桩基础,其中479#、480#、481#墩均在水中,479#墩需由河面高程垂直下挖18m深,属于超深基坑开挖。拟采用筑岛围堰,钢板桩与钢管桩结合防护基坑的方案。2. 采用的防护方案由于479#墩在三岔河河道中,且承台基坑开挖深度属于超深基坑,若是单独采用拉森钢板桩围堰,围堰防护的刚度难以保证,基坑可能发生巨大变形,若是单独采用钢管桩围堰做基坑防护,围堰的泌水性难以保证,基坑排水会困难很大,介于此情况,拟采用筑岛围堰,钢板桩与钢管桩结合防护基坑的方案。筑岛顶面标高填筑到+3.6m(按筑岛填土厚度4m而定),河床标高为-0.4m,承台底面标高-12.558,承台平面尺寸为18.614.6m。采
3、用钢管桩结合拉森钢板桩围堰进行承台施工时,钢管桩采用6301024000mm、拉森钢板桩采用5751012000 mm(竖向2根焊接接长到24000mm),围堰平面尺寸为21.617.6m(每边扩大1.5m),共设置5道内支撑,承台底面以下2m为C30封底混凝土。围堰桩顶标高为+3.6m,第一道内支撑位于桩顶以下2m,标高为+1.6m,以下逐道间距3+3+2.5+2.5m逐道支撑,第五道支撑到封底混凝土顶距离为3.5m(此值保证承台模板的支立),如图1。图1 钢管桩围堰及内支撑位置示意图3. 结构应力验算3.1 地质资料479#墩址回填土筑岛厚度约4m为素填黄土,回填土以下为粉细砂。3.1.1
4、筑岛回填黄土填土厚度4m,内摩擦角1=14,1=18.0kN/m3;主动土压力系数Ka1=tg2(45-1/2)=0.61。3.1.2粉细砂厚度20m,内摩擦角2=32,2=19.5kN/m3;主动土压力系数Ka2=tg2(45-2/2)=0.307。3.2 结构参数钢管桩:630 mm10 mm24000mm;按16Mn钢,抗弯容许应力w=250Mpa;弹性模量E=210Gpa。拉森钢板桩:Q345钢,575mm10mm24000mm,截面模量W=1346cm3/m,抗弯容许应力w=250Mpa;弹性模量E=210Gpa。内支撑:Q235钢,容许压应力=160Mpa;抗弯容许应力w=170M
5、pa;容许抗剪应力=95Mpa。3.3.钢管桩强度验算说明:验算时的荷载最不利位置均位于第五道支撑到封底混凝土底面段3.5m+2m=5.5m范围。理由是:(1)该段为开挖最深段,土压力最大;(2)该段跨度最大(5.5m)。分析:3.3.1开挖到桩顶以下约2.5m深处,设置第一道支撑。设置第一道支撑前,管桩在外侧土压力下桩顶向内侧倾移,这一倾移使得管桩外侧土压力由静土压力(开挖前)变为主动土压力(开挖后)。此时,桩外侧为主动土压力,内侧为部分被动土压力及静土压力。(之所以称之为部分被动土压力,是因为桩顶向内侧倾移或有倾移趋势,但这一被动土压力远未达到临界状态的被动土压力朗金理论中的被动土压力土体
6、被压临界破坏时的土压力。)3.3.2封底混凝土底部以上共18.5m,设置第一道支撑后,向下逐段(或逐层)开挖的过程中,钢管桩不会再向内侧倾移。原因是:各道横向内支撑约束了管桩向内侧倾移。3.3.3钢管桩实际会产生微小的向内侧倾移量,这一微小倾移量为内支撑的弹性压缩量,这一微小倾移量使得管桩外侧土压力由静土压力变为主动土压力。3.3.4封底混凝土层以下5.5m范围内土层受力相对较复杂:开挖顶层土时,桩端部外侧一定范围内为部分被动土压力;开挖到一定深度后,随着各道内支撑的设置及向下开挖卸载,其外侧的部分被动土压力逐渐减小,直到最后成为主动土压力;而管桩内侧土则反之,开始在桩端部内侧一定范围内为主动
7、土压力,开挖到一定深度后,随着各道内支撑的设置及向下开挖卸载,其内侧的主动土压力逐渐增大,直到最后成为被动土压力。3.3.5不考虑临界状态管桩的最小入土深度。理由是:设置的各道支撑限制了管桩的倾移,不会产生朗金被动土压力理论中或板桩计算理论中的临界状态。3.3.6基于以上各条分析,针对改进方案,对长24m的钢管桩结合拉森板桩围堰进行受力验算。经上面各条分析,钢管桩受力模型为下图(图2):图2图2中:取单位宽度1m为计算对象,则;取最不利荷载AB段为验算对象:计算假定:五道内支撑视为刚性;各支撑间的钢管桩段由连续梁简化为简支梁。因此,计算跨度LAB= 5.5m;以一根钢管桩结合一片拉森板桩为一个
8、组合单元进行计算,宽度为630+575=1.205m;于是,(减30kN/m是由于带水开挖)Mmax=Mpa由计算资料知1m宽度内拉森板根数为100cm57.5cm=1.74根所以, W拉森板=13461.74=773.6W=W管桩+W拉森板=2264+773.6=3037.6cm3w=151.24 Mpaw=250 MPa结论:从整体结构验算结果得知,钢管桩结合拉森钢板桩强度满足要求。3.4 拉森钢板桩强度验算(属于局部强度验算)图3 拉森板桩最不利荷载位置受力图(取高度方向10cm板带)在最大土压力处取宽575cm、高10cm的拉森板带作为计算对象,如图3。最大土压力p=130.7kN/m
9、2;高10cm范围内钢板的荷载线集度为q=0.1130.7=13kN/m;计算跨径为;受力模型为一端固结、一端铰接的板。Mmax=w=322.3 Mpaw=250 MPa结果分析:在对拉森板不加支撑的情况下,靠一端焊接于管桩上的固结作用,其抗弯强度是不能满足要求的。拉森板一半的长度为287.5mm,在其中部加焊竖向钢板时(图4),计算跨径变为575/4=143.75mm。图4 锁口拉森板桩加强示意因此,这时的Mmax=w=80.58 Mpaw=250 Mpa结论:在拉森板桩的中点附近加焊竖向钢板后,拉森板可满足强度要求。3.5 拉森钢板桩刚度验算(局部稳定验算)加焊竖向钢板情况下(如图4):0
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