单层钢板到桩深水围堰工程实例分析.doc

单层钢板桩深水围堰工程实例分析 摘要：常熟至福山公路B标望虞河大桥主墩水中墩采用单层钢板桩深水围堰方案施工，本文根据现场设计、施工、监测情况，对围堰封底、支撑作了具体分析。 关键词：钢板桩；围堰；封底；支撑 工程概况 本工程基坑围堰位于常熟市常熟至福山公路望虞河上。望虞河是太湖流域东北部的一条入江河道，主要为太湖泄洪之用。望虞河大桥主桥为悬浇预应力混凝土连续箱梁。主墩4号、5号墩为水中墩，采用单层钢板桩深水围堰方法施工。本文以4号墩围堰施工为例对单层钢板桩深水围堰作具体分析。主墩为埋置式承台，埋入河床泥面以下0.7m左右。由于望虞河连接长江，受潮汐水位影响比较大，施工期间水位为1.5m~2.0m。钢板桩顶标高控制为2.5m。基坑底至施工水位平均为11.0m。本桥承台尺寸为6.7m×14.7m，采用10m×18m的钢板桩围堰进行施工，钢板桩长为18m。其尺寸见示意图。 工程地质情况 本基坑钢板桩埋深范围内地质情况为： ⑴层 第一层 亚粘土，灰黄色，软塑~可塑 高程为 -5.8m ~ -11.1m。 ⑵层 第二层 粉砂夹亚粘土，灰、灰黄色，稍密~中密 高程为 -11.1m ~ -13.3m。 ⑶层 第三层 亚粘土，灰黄色，密实 高程为 -13.3m及以下。 表1. 基坑中土性参数表 层号 名称 重度r (KN/m3) 粘聚力c (KPa) 内摩擦角Φ (°) ⑴ 亚粘土 19.4 33.4 12.8 ⑵ 粉砂夹亚粘土 18.8 10 19.3 ⑶ 亚粘土 19.6 35.6 14.6 方案的选取 本基坑设计时，首先按先抽水再挖土的干挖法设计，对选用钢板桩长度、基坑稳定性能进行验算。 3.1 坑底涌砂验算 本基坑范围内的亚粘土及粘土的含砂量较大，土层中间又有一层粉砂夹亚粘土层，所以对基坑内抽水可能引起涌砂的危险。 对基坑进行涌砂验算（如图2（a）所示），不产生涌砂的安全条件为： K·i·rw≤rb 式中：K—安全系数； i—水力梯度，i=h’/(h1+t)； rw—水的容重； rb—土的浮容重。 本基坑中：t=6.5m；h1=9.7m；h’=11.0m； e=0.82；rs=2.719；rb=0.94g/cm3 K=rb/(i·rw)=0.94/(0.679·1)=1.4 3.2 坑底隆起验算 开挖基坑时，在坑壁土体自重及外荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象（如图2中（b）所示）。滑动安全系数为： Ks=(π+2a)Su/(rH+q) =(π+2·1.22)·28.6/(19.3·3.2+78)=1.1 3.3 方案选择 由以上验算发现本基坑在使用18m的钢板桩的情况下，对基坑不出现涌砂情况的安全系数为1.4，而一般取值须要2.0；不出现隆起的安全系数为1.1 ，1.2。所以，选用干挖法时的危险性比较大，在本基坑中宜采用湿挖法施工。即在完成钢板桩施工后，进行水下吸泥，水下混凝土封底，再进行支撑、抽水，最后进行承台的施工。 4．围堰封底施工 4.1水下混凝土性能 围堰水下封底应全断面一次连续浇注完成。为此，首先组织尽可能大的混凝土供应和浇注能力。围堰封底混凝土为450m3，采用2台泵机泵送，混凝土供应量为60~70m3/h。浇注在7小时之内完成。其次，研究水下混凝土的配合比设计，采用低热水泥和良好的粗、细骨料，掺加适量粉煤灰和外加剂。从而使混凝土拌和物和易性良好，可泵性好，初凝时间长，坍落度损失小。 4.2施工方案 封底混凝土采用单导管法浇注，横向10米内使用2根导管。导管设计作用半径为3.0m。实践证明在此作用半径下能够从一端向另一端斜面推进，进行水下封底混凝土的浇注。在施工过程中出现一次导管堵塞现象，按首批混凝土浇注方法重新开灌，以后混凝土浇注顺利进行，最后成功完成水下混凝土的浇注。 4.3封底厚度的确定 封底混凝土厚度主要考虑以下两个因素： ①封底混凝土底面在受到内外水头压力差的作用下，若钢板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏时，则必须有足够抵抗封底混凝土及围堰整个被浮起的能力。 ②在围堰整体能稳定时，必须考虑封底混凝土在抵抗向上的水压力及其它荷载时能正常工作。不至因产生向上的挠曲和折裂致使围堰穿孔。在本基坑设计时，水下混凝土的容许弯拉应力，考虑表层混凝土质量差、养护时间短等因素，取为100~200Kpa。 所以，混凝土封底应有足够的厚度，以确保围堰的安全。 本基坑封底混凝土厚度取为2.5m，混凝土的计算弯拉应力为157Kpa；混凝土抗浮力时需要基桩提供112KPa的摩阻力，能够满足要求。 另外，在本基坑设计中考虑了以下的有利因素：a有上浮趋势时土体对围堰的向下摩阻力；b钢板桩自重的作用于封底混凝土的抗浮力；c基桩的锚固力。从本基坑设计中体