深厚砂层中引孔参数对钢管桩围堰变形影响分析.pdf
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1、-7-第7 期深厚砂层中引孔参数对钢管桩围堰变形影响分析李希名,孟兴涛,毕晓鹏,全文博,孙凡,樊文康(陕西建工机械施工集团有限公司,陕西 西安 710032)【摘要】锁扣钢管桩是水中承台施工中广泛采用的桩型之一,硬质复杂地质条件下钢管桩无法直接打入,往往需要通过引孔施工辅助钢管桩插打。依托工程实际,采用数值计算结合正交实验法方法,通过比较极差值探究引孔参数对钢管桩围堰变形影响的主次关系。结果表明:换填土黏聚力是影响钢管桩围堰变形的主要因素,随着换填土黏聚力的增大,管桩围堰的变形逐渐减小;随着引孔直径的增大,钢管桩围堰的变形逐渐增大,换填土内摩擦角和引孔深度对钢管桩变形几乎没有影响。【关键词】引
2、孔参数;锁扣钢管桩;数值计算;正交实验;围堰变形【中图分类号】TU753.62【文献标志码】A【文章编号】16713702(2023)070007050引言随着环保要求和循环经济逐步深入,钢管桩围堰现已被广泛应用于水中承台施工1。但普通钢管桩围堰施工依然存在一定的局限性,对于较硬的强、中风化岩层及深厚砂层地层,若采用震动锤强行插打,可能会引起钢管桩底部及锁扣处发生变形,进而对钢管桩围堰的作者简介:李希名,男,工程师,研究方向为地基基础。Analysis of the Effect of Pilot Hole Parameters on the Deformation of Steel Pipe
3、 Pile Cofferdam in Deep Sand Layer LI Ximing,MENG Xingtao,BI Xiaopeng,QUAN Wenbo,SUN Fan,FAN Wenkang(SCEGC Mechanized Construction Group Co.,Ltd.,Xian Shaanxi 710032,China)Abstract:Locking steel pipe pile is one of the pile types widely used in the construction of water bearing platform,and steel pi
4、pe piles cannot be directly driven under hard and complex geological conditions,and it is often necessary to assist steel pipe pile insertion through lead hole construction.Relying on the actual engineering situation,numerical calculation combined with orthogonal experimental method was used to expl
5、ore the primary and secondary relationship between the influence of the lead hole parameters on the deformation of the cofferdam of steel pipe piles by comparing the range values.The results show that the cohesion of the refill soil is the main factor affecting the deformation of the cofferdam of st
6、eel pipe piles,and the deformation of the cofferdam of the pipe pile gradually decreases with the increase of the cohesion of the refill.With the increase of the diameter of the lead hole,the deformation of the steel pipe pile cofferdam gradually increases,and the friction angle and the depth of the
7、 lead hole in the replacement soil have almost no effect on the deformation of the steel pipe pile.Keywords:lead hole parameters;locked steel pipe pile;numerical calculation;orthogonal experiment;cofferdam deformation稳定性及防水性能产生影响2。因此,较多学者提出引孔施工工艺改变钢管桩插打困难的建议。贺红星等3针对薄覆盖层硬质河床钢管桩插打困难问题,提出旋挖钻机与全套管全回转钻机联
8、合的组合引孔作业方式,成功应用于蟠龙大桥主墩钢围堰施工。郭飞、冯前进、高明慧等4-6为将钢管桩打入主墩承台下部的坚硬地层,采用旋挖机引孔后再进行钢管桩插打,进而保证钢管桩入岩深度。上述研究主要分析了引孔换填的施工工onstruction Security工程安全C2023年第41卷第7期-8-onstruction Security工程安全C工程质量第41卷艺,但鲜见分析引孔参数和换填土特性对钢管桩围堰性能的影响。综上所述,本文以西安市地铁 10 号线跨渭河大桥 W07 号主墩锁扣钢管桩围堰引孔施工为研究背景,分析不同引孔尺寸及换填土特性对钢管桩围堰变形的影响。1工程概况西安市地铁 10 号线
9、跨渭河特大桥为多跨长联曲线上加劲连续钢桁梁桥,主跨跨度 300 m,联长 1 412 m。位于河道内的 W07 号墩为门式框架空心墩,承台采用分离式矩形承台,纵横宽度均为 18.2 m,高 4.5 m。桩基采用 32 根2.0 m 钻孔灌注桩。渭河属于常径流全砂富水河道,经调查,5 年一遇洪水位标高为 363.32 m,11 月份至次年 4 月水位标高均357 m,围堰设计水位按 5年一遇水位+1.18 m 计算,围堰设计顶标高为 364.5 m,设计底标高为 332.5 m,最终围堰设计深度为 32 m。由于围堰施工处于枯水期,因此仅插打了 26 m 钢管桩,若汛期水位上涨有超过设计水位趋势
10、时,将钢管桩接长至 32 m。围堰结构立面图如图 1 所示。W07 号墩位于主河道内,水深15 m,水流流速2 m/s,承台顶位于河床下 6.3 m,河床以下地层从上到下依次为粉细砂、中砂、粗砂,属于深厚砂层地质。承台深度范围内地层参数如表 1 所示。施工点位于霸渭湿地保护区,环保要求高,且围堰施工选在枯水期进行,工期紧张,施工筹备时间短。综合考虑工程施工工期及水文地质条件等因素,对钢板桩围堰、锁扣钢管桩围堰、双壁钢围堰的工艺优缺点、施工工期、经济性等方面进行对比研究7,确定 W07 承台围堰施工采用82010 mm 的“C9”型锁扣钢管桩,材质 Q235b,桩长 32 m,共设置四道双拼型钢
11、围檩,围檩上设置 4道角撑,第一道围檩采用双拼 2HN600200型钢,角撑采用60916 mm 钢管,第二、三、四道围檩均采用3HN700300 型钢,角撑采用80016 mm 钢管。考虑到钢管桩插打深度及河床地质特性,采用常规手段进行插打,很容易出现钢管桩底部和锁扣处发生变形,影响施工质量及进度,最终采用引孔施工技术辅助插打钢管桩。2钢管桩围堰引孔施工技术2.1引孔平台搭建施工前搭建钢栈桥为旋挖钻机及履带吊提供水上作业平台。本工程钢栈桥从上至下分别设置 1.5 m 钢管护栏、8 mm 厚花纹钢桥面板、22 a 分配梁、321 型标准贝雷架、双拼 45 a 桩顶承重横梁、6308 mm 的螺
12、旋钢管桩基础组成,相邻钢管桩之间设置 16#槽钢平联和 90 型剪刀撑,保证钢栈桥可同时承受旋挖钻机、履带吊等重型机械及各类材料堆放的作用力。钢栈桥搭建完成后,采用反循环钻机完成桩基施工。2.2旋挖钻引孔根据钢管桩定位,首先在桩孔位置施打1 70014图 1围堰结构立面图(单位:mm)表 1地层参数表砂层编号砂层名称分层情况/m湿重度/(kNm-3)压缩模量Es/MPa内摩擦角/承载力/kPa2-4-1粉细砂355.7348.3117.65.8221502-5-2中砂348.31343.6118.17.4252202-5-3中砂343.61330.2118.97.727250-9-第7 期的大
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