高鐵橋梁水中樁基鋼管樁平臺施工技術

張 峰

(中鐵二十局集團第六工程有限公司，陜西 西安 710032)

高鐵橋梁水中樁基鋼管樁平臺施工技術

張 峰

(中鐵二十局集團第六工程有限公司，陜西 西安 710032)

結(jié)合滬昆客專貴州段大平寨特大橋18號水中墩樁基承臺施工實例，闡述了鋼管樁平臺施工技術措施，對操作平臺荷載進行了檢算，并介紹了水上鉆孔樁基施工及鋼板樁圍堰施工技術，以供參考。

水中墩，鉆孔樁，鋼板樁平臺，技術措施

1 工程概況

滬昆客專貴州段CKGZTJ-9標段大平寨特大橋17號、18號、19號、20號橋墩上部結(jié)構(gòu)為1聯(lián)(40+56+40)m變截面預應力混凝土連續(xù)單箱單室梁；18號墩位于六枝河邊上，橋墩采用φ2.0 m鉆孔樁基礎，樁長49 m～68.5 m不等，共9根樁，承臺底部標高為42 m，位于河床面以下4 m，承臺頂部標高46.99 m；橋墩高32 m，墩基礎處河床面標高為46.0 m，設計施工水位為52.0 m，上層河床處為厚9 m的粉質(zhì)黏土，其下為圓礫土及其他土層；根據(jù)現(xiàn)場情況采用搭設鋼管樁操作平臺施工。

2 鋼管樁平臺施工

18號墩施工平臺外圍尺寸為17 m×17 m的正方形；采用16根φ600 mm(δ=6 mm)鋼管樁作支墩，根據(jù)局部沖刷線標高37.39 m，鋼管樁樁底標高36.5 m，鋼管樁下端插打至河床面6 m，鋼管樁頂標高以高出施工水位(52.0 m)1 m；利用20 t浮吊將鋼管樁運輸就位后，在鋼管樁頂部用3根攬風索固定控制鋼管樁的傾斜；攬風索錨定在工作船或已沉入的鋼管樁上，浮吊將60A振動打樁機吊至鋼管樁頂上并與鋼管樁進行剛性連接，振動打樁機將鋼管樁逐漸振入土層中，當鋼管樁振沉到工作臺高度時應停振，接長鋼管后再振沉，直到設計位置。

鋼管樁施工完畢后，縱、橫向在每兩根相鄰的鋼管樁之間用[10槽鋼焊接設置成剪刀撐，剪刀撐上撐距離樁頂1 m，上下?lián)尉嚯x2 m，在每根鋼管樁中灌滿中粗沙和水以加強鋼管樁的剛度。

鋼管樁平臺立面圖見圖1。

鋼管樁頂上安裝樁帽及縱橫梁，樁帽采用厚度δ=20 mm鋼板及加勁肋(15 cm×10 cm×2 cm)焊接而成；縱梁采用12 m和6 m長的Ⅰ45工字鋼焊接接長，每2片為1組，鋼管樁與縱梁間采用φ20 mm高強螺栓固定；橫梁采用6 m長Ⅰ32b工字鋼，3片為1組，縱梁與橫梁間采用16 mm鋼筋抱箍抱死；最后在橫梁上鋪設枕木形成鉆機工作平臺。鋼管樁平臺平面圖見圖2。

3 操作平臺檢算

平臺支墩為16根φ=600 mm(δ=6 mm)鋼管樁，插入河床面以下6 m；考慮鉆機擺放的最不利情況，即由4根鋼管樁支承1臺沖擊鉆機進行鉆孔施工。

3.1 上部荷載P

每臺沖擊鉆機G1=30 t/臺×1臺=30 t。

Ⅰ45工字鋼縱梁G2=0.082 t/m×13 m×4=4.3 t。

Ⅰ32b工字鋼橫梁G3=0.70 t/根×4根×3=8.4 t。

[10槽鋼剪刀撐G4=0.06 t/根×8根+0.08 t/根×16根=1.8 t。

操作平臺及其他材料、設備G5=5 t。

特殊荷載G6=10 t。

P1=(G1+G2+G3+G4+G5+G6)×10=595 kN。

考慮鉆機沖擊荷載影響，上部荷載P=1.3P1=1.3×595=774 kN。

3.2 鋼管樁承載力FR

FR=nfUL+nPifi。

n=4，f=20 kPa，U=πD=π×0.6=1.884 m，L=6 m，Pi=150 kPa，fi=π(R2-r2)= π(0.32-0.2942)=0.011 1 m2。

FR=4×20×1.884×6+4×150×0.011 1=910 kN。

∵FR>P，∴平臺支墩承載力檢算合格。

3.3 穩(wěn)定性檢算

考慮最不利情況，即洪水淹沒操作平臺(洪水位按十年一遇水位55.7 m考慮)，對操作平臺進行傾覆穩(wěn)定檢算。

3.3.1 洪水沖擊力(洪水流速按3 m/s計)

P水=K·A·(r/2g)·V2。

K=0.73，r=10 kN/m3，g=9.8 m/s，V=3 m/s。

A=0.6×8×4×2(考慮漂流物擋水)+1×20=58.4 m2。

P水=0.73×58.4×[10/(2×9.8)]×32=196 kN。

3.3.2 最大應力σmax

Mmax=(P水/n)×h=(196/16)×9=111 kN·m。

Wx=(π/32D)(D4-d4)D=60 cm，d=58.8 cm。

Wx=[π/(32×60)]×(604-58.84)=1 646 cm3。

σmax=Mmax/Wx=111/(1 646×10-6)=68 MPa。

∵σmax<[σ]=170 MPa，∴操作平臺穩(wěn)定檢算合格。

3.3.3 3Ⅰ32b工字鋼橫梁檢算

已知Ⅰ32b工字鋼Ix=11 621 cm4，Wx=726 cm3，g=57.7 kg/m，b=132 mm，h=320 mm，最大跨度為7.1 m。

1)均布荷載q。

鉆機荷載Q1=300×1.3=39 t；枕木及其他材料Q2=3 t；施工荷載Q3=2 t；特殊荷載Q4=10 t；P=(Q1+Q2+Q3+Q4)×g=54×10=540 kN。q1=(P/S)×L1=[540/(7.1×7.1)] ×(3.3+1.5/2)=43.4 kN/m。

q2=(P/S)×L2=[540/(7.1×7.1)] ×(2.3+1.5/2)=32.7 kN/m。

2)最大應力σmax(qmax=q1=43.4 kN/m)。

Mmax=qmaxL2/8=43.4×7.12/8=273.5 kN·m。

σmax=Mmax/Wx=273.5/(726×3)=126×103kPa=126 MPa。

3)最大撓度fmax。

fmax=5q2L4/384EI=5×43.4×103×6.54/(384×2.1×105×106×11 621×10-8×3)=0.014 m。

∵σmax<[σ]=170 MPa,fmax<[f]=L/400=0.018 m，

∴ 3Ⅰ32b工字鋼橫梁檢算合格。

3.4 兩片Ⅰ45工字鋼縱梁檢算

Ⅰ45工字鋼受力示意圖(見圖3)。

已知Ⅰ45工字鋼Ix=34 950 cm4，Wx=1 533 cm3，g=81.86 kg/m，b=152 mm，h=450 mm，最大跨度為7.1 m。

3.4.1 荷載P1及P2

Ⅰ32b工字鋼Q1=(57.7 kg/m×12 m×3根)×10=21 kN。

P1=(q1×L+Q1)/2=(43.4×7.1+21)/2=165 kN。

P2= (q2×L+Q1)/2=(32.7×7.1+21)/2=127 kN。

3.4.2 最大應力σmax

C截面處彎矩最大：RA=[P1×(b+c)+P2×c]/L=[165×(1.5+2.3)+127×2.3]/7.1=129.5 kN。

Mmax=RA×a=129.5×3.3=428 kN·m。

σmax=Mmax/Wx=428/(1 533×2)=140 MPa。

3.4.3 最大撓度fmax

C截面處撓度最大：fmax=P1×a/6EIL[(2a+c)L2-4a2L+2a3-a2c-c3]=165×103×3.3/(6×2.1×105×106×34 950×10-8×2×7.1)×[(2×3.3+2.3)×7.12-4×3.32×7.1+2×3.33-3.32×2.3-2.33]=0.015 m。∵σmax<[σ]=170 MPa，fmax<[f]=L/400=0.018 m?！?Ⅰ45工字鋼縱梁檢算合格。

4 水上鉆孔樁基施工

采用3臺沖擊式鉆機施工,先設置鋼護筒,用厚δ=10 mm的鋼板在現(xiàn)場用卷板機卷制而成，鋼護筒總長17.5 m,底節(jié)長度為9 m，頂節(jié)長度為8.5 m,兩節(jié)鋼護筒接長采用法蘭盤、螺栓連接；鋼護筒利用已搭設好的操作平臺及鉆機吊裝設備進行定位，定位架采用φ20 mm鋼管和16 mm槽鋼加工而成，內(nèi)徑2.35 m，高1.5 m，采用振動打樁機將鋼護筒刃腳插打沉至河床面以下6 m；為防止沖孔時護筒移位，應將鋼護筒的上部用鋼絲繩錨固在平臺鋼管樁上，以利鋼護筒的定位及穩(wěn)固。

5 鋼板樁圍堰施工

水中樁基澆筑完成后，利用鋼板樁圍堰進行承臺的施工。

6 施工效果

深水橋梁樁基施工中，利用鋼管樁做支撐，工字鋼當縱、橫梁，上面滿鋪枕木搭成的水上操作平臺，施工簡單可行，安全有保證，給樁基施工提供安全可靠操作平臺；深水中樁基承臺施工時，采用鋼板樁圍堰，施工安全有保證；在18號墩樁基承臺、墩身4個月施工工期中，無任何安全事故。

7 結(jié)語

深水樁基施工中，工作平臺及圍堰方式?jīng)Q定施工的成敗，鋼管樁構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系整體穩(wěn)定性較好，并且材料易購、易安裝、易拆除，安全有保證；鋼平臺在深水橋梁樁基施工中應推廣。

[1] 劉少志.濱州黃河大橋水中墩施工技術方案[J].交通科技，2006(8)：62.

[2] 葉 新，藍 斌.鋼板樁圍堰施工工藝和技術舉措[J].中國市政工程，2008(5)：41.

Steel-board platform construction technology of water pile foundation of express-railway bridge

ZHANG Feng

(ChinaRailway20thBureauGroup6thEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710032,China)

Combining with the No.18 water pier pile foundation bearing construction example of Dapingzhai extra-large bridge at Guizhou section of Hu-Kun passenger special railway line, the paper describes the steel-board pile platform construction technology measures, checks and calculates the operation platform load, and finally introduces water bored pile foundation construction and steel-board pile cofferdam construction technologies, with a view to provide some guidance.

water pier, bored pile, steel-board platform, technical measures

1009-6825(2014)11-0196-02

2014-02-07

張 峰(1982- )，男，工程師

U445.4

A