鋼管樁排架在深水河道橋梁樁基施工中的應用

樊　恩（昆山市交通航務工程公司， 江蘇 昆山 215300）

鋼管樁排架在深水河道橋梁樁基施工中的應用

樊恩
（昆山市交通航務工程公司， 江蘇 昆山 215300）

本文通過珠砂港大橋深水區域樁基排架工程的設計驗算以及實際施工，詳細介紹了鋼管樁排架工程的設計驗算與施工技術，可為同類橋梁建筑基礎排架工程施工提供參考。

深水區域；鋼管樁排架工程；單樁承載力；穩定性；荷載試驗

一、橋梁工程概況

昆山珠砂港大橋位于昆山市224省道上，橋梁為7跨，跨徑25m，橋寬28m，總長度約181.48m。場地分類為Ⅱ類，橋涵類別為大橋。本橋樁基礎設計采用單排樁，單樁為直徑1.5m大直徑鉆孔灌注樁，其中有兩排橋墩基礎位于河道深水區域。本橋橫跨珠砂港泄洪通道，河道寬度65m，水深約5m，淤泥層深度約4m。

二、排架結構形式的選用

經詳細勘測河道橋位處河床斷面土質水流情況，綜合考慮排架施工的穩定性要求，擬采用直徑￠32cm壁厚d10mm12m長鋼管樁搭設排架，采用槽鋼12作水平撐、剪刀撐，鋼管樁排距4m，鋼管樁間距3m；采用淤泥層下臥層灰色粉質粘土作為持力層，鋼管樁入持力層2.1m深度。

三、排架荷載組合的確定

荷載組合具體如下：1180型正循環磨盤鉆機（含導管、料斗、55m導管以及所有附件）：12.5T；2灌注樁鋼筋骨架：5T；3首批開盤混凝土：7.5T；4首批開盤混凝土加導管自由下落1米產生沖擊荷載：10T；5施工活載：2T；6考慮安全系數：1.3最不利情況下單樁設計承載力為：P=（12.5+5+7.5+10+2）×1.3/6=8.02T。

四、排架設計驗算

1 珠砂港河床底部土層參數

本次鋼管樁排架設計采用12m長，直徑Φ320×10mm的鋼管樁，入土深度6.1m時，進入持力層深度2.1m。

2 鋼管樁（考慮樁底端閉塞效應及其擠土效應）

單樁承載力計算公式：[P]=λsUΣli

[P]=（0.7×1.005×50×2.1+0.56×0. 08×1000）/9.8=12.1T＞P=8.02滿足設計要求

式中：hb-樁底端進入持力層深度2.1m；

ds-鋼管樁內直徑0.32m；

λs-側阻擠土效應系數，經查表閉口鋼管樁λs=1，敞口鋼管樁λs=0.7，本次設計施工采用敞口鋼管樁λs值取0.7。

λp-樁底端閉塞效應系數，閉口鋼管樁λp=1，對于敞口鋼管按式（2）、（3）計算確定，

表1

hb/ds=2.1/0.32=6.5≥5λp=0.8×0.7 =0.56。

[P]-單樁軸向受壓容許承載力（kN）

U-樁的周長（m），U=0.32×π= 1.005m；

li-局部沖刷線以下各土層厚度（m），分別為4m，2.1m；

τi-與對應的各土層與樁壁的極限摩阻力（kPa），分別為20kpa，40kpa；

αi、α-分別為震動沉樁對樁周摩擦力和樁底承壓力的影響系數，取1.0和0.7；

σR-樁頭處土的極限承載力，取1000kPa；

3 強度驗算

Ф320mm鋼管樁力學特性：A= 0.08cm2，鋼管樁的容許壓應力[σ]＝140MPa，彈性模量E＝2.1×105MPa（按A3號普通碳素鋼計算）。

σ＝P/A＝8.02×10-3×9.8/ （0.08×10-4）＝98MPa＜[σ]，樁身強度滿足要求。

4 主拱鋼管樁穩定性驗算

鋼管樁插入河床地持力層2.1m，外露9.9m，按一端固定，一端絞接計算，

L0＝0.7L＝0.7×12=8.4m

I=π×（0.324－0.34）/64＝1.17×10-4m4，A＝0.08m2。

截面最小回轉半徑r＝[1.17×10-4/0.08]1/2＝0.038m。

桿件長細比λ＝8.4/0.038＝221，可知穩定性系數ψ＝0.54。

其中：r-相應的回轉半徑；

I-慣性矩；

λ-構件在彎矩作用平面內的長細比；

穩定驗算：σ＝P/ψA=8.03×1000 ×9.8/（0.54×0.08）＝1.8MPa＜[σw] =145MPa（鋼材容許應力σw），鋼管樁穩定性滿足要求。

五、排架施工工藝

排架施工工藝流程為：測量定位→沉樁施工→接樁→打樁→工作平臺制作→加固。

1 測量定位：沉樁前，使用電子經緯儀將沉樁設備預就位，在沉樁設備浮吊初就位并將樁吊起后進行第二次即準確就位。

2 沉樁施工：（1）平面控制：采用兩臺電子經緯儀前方交會法進行控制。平面偏位≤20cm，傾斜度≤1%。（2）高程控制：施打時標高控制在+10cm以內。（3）穩樁加固：沉樁結束后及時進行縱橫向的夾樁加固，防止樁基在水流和風浪的影響下發生偏位。

3 接樁：坡口擱在焊道上，使上、下節樁對口的間隙為2～3mm。

4 打樁：使樁機夾持鉗口中心（可掛中心線陀）與樁位基本對準。調平，進行校核，確保無誤。

5 工作平臺制作，樁頂切割形成U型槽，采用I32a工字鋼作為每排樁的蓋梁與鋼管樁焊接為整體。

6 加固：鋼管樁排與排間和每排中樁與樁間采用12號槽鋼作水平支撐和剪刀斜向支撐。槽鋼與鋼管樁、I32a工字鋼蓋梁之間焊接采用普通交流電焊機。

結語

鋼管樁排架在橋梁深水區域樁基施工、棧橋工程以及跨河橋梁上部結構整體支架施工中應用較為廣泛，文中介紹的鋼管樁排架是墩臺基礎完全處于深水區域的情況，該法具有工序簡單，施工方便等特點，可循環倒用等優點對類似的支架工程施工具有參考價值。

[1] JTJ041-2000，公路橋梁施工技術規范[S]．

[2]周水興．路橋施工計算手冊[M]．北京：人民交通出版社．

[3]包世華．結構力學[M]．武漢：武漢工業大學出版社．

[4]姚玲森．橋梁工程[M]．北京：人民交通出版社．

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