锁口钢套箱围堰运用于深水基础的可行性研究与探讨.doc

1、锁口钢套箱围堰运用于深水基础的可行性研究与探讨【摘要】在目前深水基础施工当中，绝大多数技术方案采用单/双壁钢套箱或钢吊箱围堰。单/双壁钢围堰确实有技术成熟、可靠性高等优点，却也有着一定的限制，围堰浮运拼装对河流的通航和净高均有一定要求。本文对组合式截面围堰-锁口钢套箱围堰在深水基础施工中应用性进行探讨研究。 【关键词】深水基础 锁口钢套箱 组合截面 围堰插打 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 一、工程概况 武汉鹦鹉洲长江大桥 2#墩为悬索桥的中主塔墩，其下部结构基础为39 根 2.8m 钻孔灌注桩，承台截面为圆端矩形，顺桥向尺寸 34.0m，横桥向尺寸 70.0m，主墩布置见“

2、图 1-12墩基础布置图” 图 1-1 2#墩基础布置图 图 1-2 2#中塔地质断面图 墩位处覆盖层厚 16.219.8m，上部为2 层新近沉积松散状粉细中砂（厚度 6.710.0m） ，下部为3 层稍密中密状粉砂（厚度6.212.4 m） 。 下伏基岩为二叠系下统孤峰组（P1g）生物碎屑灰岩，岩面高程-10.1-12.8m。岩体较完整，岩质硬，强弱风化带不发育。该岩层天然抗压强度为 54.60mpa115.3mpa。 二、钢围堰结构布置 锁口钢套箱围堰由钢管主体、侧板、加劲板、阴阳锁口和止水口等部分组成，锁口式钢套箱围堰与传统钢套箱围堰所不同的是：现场安装时侧板的连接是通过锁口，而不是通过

3、螺栓连接。 锁口钢套箱围堰总体布置见：图 2-1 锁口钢套箱围堰平面图。 图 2-1 锁口钢套箱围堰平面图 钢套箱围堰单片由 150cm 钢管桩外侧贴厚度为 1cm 钢板组成，从而形成四方形，钢管桩与外侧板设加劲肋，沿钢管桩高度方向每 40cm 布置一层。四方形围堰体两侧均安装锁口。 锁口式套箱围堰设计的关键部位是侧板的锁口。锁口的刚度、强度、止水功能及施工便捷程度是成功与否的关键。锁口钢套箱围堰采用双子母扣锁口结构，锁口选用 300mm 、36mm 两种型号的无缝钢管，子母扣结构见 图 2-2 子母扣结构平面图；图 2-3 子母扣连接示意图。为了便于锁口钢套箱围堰的插打施工，锁口子母扣之间间

4、隙设置为 2cm，因此锁口的封水能力不高，设计上也未要求两单片锁口钢套箱围堰侧板紧密连接。围堰的封水依靠图中阴影部分的封水填充区 ,采用导管法灌筑水下絮凝砂浆。施工中,通过锁口可以对侧板的垂直度、 平面位置进行调整。 图 2-2 子母扣结构平面图 图 2-3 子母扣连接示意图 为保证在施工中锁口钢套箱围堰底部稳定，对围堰底部进行加强，拟定在锁口钢套箱 150cm 钢管桩内进行钻孔灌注桩施工，桩径采用120cm，桩长布置为 15m，其中 10m 桩长嵌入弱风化岩层中。 钻孔桩间隔布置，即每隔一片锁口钢套箱布置一根钻孔桩。围堰共需 78 片锁口钢套箱，39 根管桩内钻孔桩。 三、设计计算分析 设计

5、计算标准： 设计施工最高水位：+24.0m； 设计流速：2.0m/s； 1.主要计算工况的选定 锁口钢套箱围堰施工的主要计算工况选择。 (1)锁口钢套箱插打阶段，受水流冲击力等影响，单片锁口钢套箱围堰的稳定。 (2)锁口钢套箱围堰插打完成后，围堰内清淤阶段，围堰内清淤降低围堰内土压力，形成围堰内外较大土压力差，检验此阶段围堰，特别的底部的稳定性。 (3)完成围堰插打和钢护筒内钻孔后，围堰内抽水，围堰内外最大水头差阶段，检验围堰的整体稳定。 主要计算工况的划分和设计条件见 图 3-1 3-2 3-3 锁口钢套箱围堰计算工况。 图 3-1 锁口钢套箱围堰计算工况一 图 3-2 锁口钢套箱围堰计算工

6、况二 图 3-3 锁口钢套箱围堰计算工况三 2.进行模型建立 依据计算，最大弯矩及应力出现在第二工况阶段，第二工况结算计算如下： (2)工况二：围堰内清土至基底后单桩稳定 进行围堰内清理基底开挖后，管桩受到主动土压力、动水压力，被动土压力还是按土弹簧模拟， 此时土层还有一层，m=12.88。在清理前先进行围堰顶内撑施工。 模型计算如下 桩底最大支反力为 F=7995 KN 参照桩底剪力对管桩内钻孔桩进行配筋。 底最大弯矩为 M=1943 KNm 参照此弯矩进行桩底配筋及计算入岩深度。最大变形为 21.3mm 对于临时围护是可以接受的变形。 最大弯矩 M=1943 KNm 位置为桩底，参照此弯矩

7、对基底嵌固桩配筋计算及入岩深度计算。 最大应力位于基底 71 MPa 3.围堰抗浮力计算 钢围堰面积约 2836 平方米，按设防水位+24.0m，基底面高程-5.5m计，围堰最大浮力为 8.366 万吨。钢围堰自重 4842t；封底混凝土14558.4m3，重 3.49 万吨。 钢护筒与封底混凝土接触面粘结力： 2#墩桩基采用 300cm 钢护筒，单根钢护筒与封底混凝土接触面为61.26m2,2#墩共 39 根桩基，接触面共 2389.2m2,粘结力取值 15t/m2，即全部钢护筒与封底混凝土粘结力为 3.583 万吨。 钢管桩内钻孔桩摩阻力：钢管桩内采用 120cm 直径钻孔桩，桩长设计为

8、15m，嵌入岩层 10m，桩基础与岩层摩阻力取值 25t/ m2，管桩内钻孔桩产生摩阻力 3.67 万吨。 锁口钢套箱钢管桩内注水，注水重量为 4066.2t 围堰的抗浮力为：钢围堰自重 0.483 万吨+封底混凝土自重 3.49 万吨+封底混凝土与钢护筒粘结力 3.583 万吨+钢管桩内钻孔桩产生摩阻力3.67 万吨+管桩内填充水 0.406 万吨=11.632 万吨。围堰抗浮力大于围堰排水量 8.366 万吨，抗浮力系数达 1.39。围堰不会上浮。 四、施工方案 1.施工方案简述 完成钻孔桩的施工后，拆除施工作业平台上部分辅助设置，搭设锁口钢套箱围堰插打施工作业平台，插打导向定位桩，第一道

9、支撑的内围囹首先布置好，内围囹由截面为 50cm100cm 的钢箱梁构成，沿着内围囹逐片插打锁口钢套箱围堰。插打的顺序先从上游至下游，在下游处合拢。 锁口钢套箱插打深度由进入弱风化生物碎屑岩为准，插打的位置、倾斜度均应符合设计要求。 完成全部 78 片锁口钢套箱围堰插打后，布置完成第一道围堰内撑，安排冲击钻机在锁口钢套箱围堰的 150cm 钢管桩中进行钻孔，钻孔桩的深度为岩层以上 5m 至嵌入弱风化岩层 10m，钻孔桩有效桩长约为15m，完成钻孔后，按照钻孔桩的要求，下放钢筋笼，采用垂直导管法进行水下混凝土灌注。 全部锁口钢套箱的钢管桩不采用逐桩钻孔，而是每两片锁口钢套箱设置一个钻孔桩，间隔一

10、片，均匀布置。 五、锁口钢套箱围堰初步研究结论 与常规的单/双壁钢套箱、钢吊箱围堰相比较。 优点 缺点 1.避开了双壁钢围堰浮运方案中围堰浮运施工，避免了围堰定位锚锭系统的工序；不需要大面积占用航道；不受 2#墩河底防护的影响。 1. 锁口钢套箱围堰制作钢材用量较大，与双壁钢围堰方案的钢材用量相当。2.与双壁钢套箱围堰整体下水浮运不同，锁口钢套箱围堰为单片锁口套箱插打，施工较为便利。 2. 施工中需要进行两次钻孔桩施工：桥梁桩基和围堰底部加强桩基。两次钻孔桩施工均要布置作业平台，工序较多，材料用量较多。 3.可以克服和规避河床面高差对施工带来的不利影响。 3. 此施工方案尚未有过施工实例，没有施工经验可借鉴。 4.锁口钢套箱围堰所制作的材料均为施工常用材料，完成施工后，易于周转、回收再利用。 【参考文献】： 1 JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范 2 GB50017-2003钢结构设计规范 3 JTJ215-98 港口工程荷载规范 4 JTJ 213-98 海港水文规范 5 陈绍蕃钢结构设计原理 6 华孝良 徐光辉 桥梁结构非线性分析