雙排拉森鋼板樁作為承臺圍堰和樁基作業(yè)平臺的設計分析與應用

童祖玲 靳坤

摘要：南京外秦淮河入長江口三漢河人行橋工程因河口出水面狹窄、水深、河床淤泥質(zhì)圖覆蓋深等不利施工環(huán)境限制，為承臺施工造成極大困難。依據(jù)實際施工條件，經(jīng)過多種圍堰方案分析比較，最終在南京外秦淮河入長江口三漢河人行橋工程中采用雙排拉森鋼板樁（SP-V型）作為承臺圍堰，并以圍堰為基礎搭建樁基施工平臺。本文主要闡述了雙排拉森鋼板樁（SP-V型）圍堰及樁基施工平臺的設計及其可行性進行分析。

關鍵詞：雙排拉森鋼板樁；圍堰；樁基施工平臺；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土

中圖分類號：U445.556 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）05—152—03

引言

雙排拉森鋼板樁圍堰結構形式廣泛地運用于軟體地基上船塢建造中，近也逐漸被運用于深水域水流速度變化較大的橋梁承臺圍堰。

雙排拉森鋼板樁整體的剛性遠遠大于單排樁。雙排鋼板樁兼具重力式擋墻特點，自身穩(wěn)定性遠遠高于單排樁。此外，雙排鋼板樁止水擋土效果、應對水流沖擊及變化更勝于單排樁。其因施工的靈活性、可回收利用等優(yōu)點為水流較大、流速變化且施工區(qū)域狹窄而不便采用單排樁、鋼沉箱作為圍堰施工時提供了更好的選擇。

1工程概況

三汊河人行橋位于外秦淮河的三汊河口閘下游入長江口。橋位處河道寬度約200m，橋位東側(cè)約110m為三漢河口閘。

橋梁采用五跨異型曲線連續(xù)鋼箱梁，全長353.511m，其中最大跨徑58.62m，最小跨徑30.993m。下部共設有5個橋墩，其中#、3#橋墩位于河道中心，其余位于河口漫濰上。2#、3#承臺底標高為2.7，頂標高為-0.5m。

2圍堰設計

2.1設計原由

河床頂層為50cm厚的浮淤，其下層為29m厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層。

（1）若采用單排拉森鋼板樁圍堰，則需穿透29m厚的軟土層，鋼板樁設計長度達30m以上；且因位于河口位置水流較大多變，需采取防沖刷措施保證圍堰整體穩(wěn)定性。單排拉森鋼板樁圍堰不僅施工難度大，而且不經(jīng)濟。

（2）若采用鋼沉箱圍堰，采用大型船吊，且回收利用率小。施工速度慢，施工成本大。

（3）若采用雙排拉森鋼板樁，內(nèi)外排問吹填中粗砂，上部采用鋼筋拉結，內(nèi)設角撐。雙排拉森鋼板樁其自身具有擋土墻特性，穩(wěn)定性好，入土深度淺，抗水流能力強。且可以利用其重力式擋墻的特點，具有較高的承載力，以其為基礎搭建樁基施工平臺，可以不再另建樁基施工平臺，加快施工速度，節(jié)約施工成本。

經(jīng)過比選最終確定以雙排拉森鋼板樁結構作為承臺圍堰及樁基施工平臺基礎。

2.2圍堰設計

鋼板樁選用SP，V型拉森鋼板樁，圍檁角撐采用雙拼H400×400型鋼。圍堰設計如下：

3可行性驗算

目前國內(nèi)沒有規(guī)范或手冊記載雙排拉森鋼板樁理論驗算公式。在本工程進行設計驗算時查閱大量相關論文，并結合本工程設計的雙排拉森鋼板樁圍堰結構特點：寬高比為1.5/18，相當于單排樁，但其抗彎能力遠遠大于單排拉森鋼板樁，雙排拉森鋼板樁剛度較好，在安全驗算中，將雙排拉森鋼板樁近似視為剛性體，采用經(jīng)典力學模型進行保守計算，保證圍堰體系的安全性。

3.1計算參數(shù)

3.1.1鋼板樁型號：

拉森v型鋼板樁，其規(guī)格見圖3：

3.2計算方法

由于2#圍堰開挖深度大，故僅對2#圍堰進行計算。

為簡化計算，鋼板樁圍堰采用等值梁法計算，常用土壓力等于零點的位置來代替正負彎矩轉(zhuǎn)折點的位置。計算土壓力強度時，應考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(shù)（為安全起見，對主動土壓力則不予折減）。

本文計算作出如下假設：

（1）假設計算時取1m寬單位寬度鋼板樁。

（2）因土處于飽和水狀態(tài)，為簡化計算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力（c=0）。

（3）彎矩為零的位置約束設置為鉸接，故等值梁相當于一個簡支梁，方便計算。

（4）假設鋼板樁在封底砼面以下0.5m處固結。

（5）由于所處土層為淤泥粉質(zhì)黏土，為不透水層，故本工程土壓力計算采用水土合算法。

3.2.1工況簡述

工況一、第一道內(nèi)支撐安裝后，抽水至+3.0m，第一層內(nèi)支撐受力處于最不利狀態(tài)。

工況二、第二道內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)回水至圍堰外水位標高，水下吸泥、清淤至4.2m。

工況三、封底混凝土達到強度后，圍堰內(nèi)繼續(xù)抽水至0.5m。

工況四、安裝第三道內(nèi)支撐后，抽干圍堰內(nèi)水。

3.2.2各道工況驗算：

根據(jù)上述工況計算，鋼板樁內(nèi)力及內(nèi)支撐支撐反力計算結果匯總?cè)缦卤恚?/p>

由表7可知，鋼板樁應力滿足規(guī)范要求。

3.2.3內(nèi)支撐計算

鋼圍檁、支撐皆采用雙拼40工字鋼。由表3可知，第一道內(nèi)支撐最大支撐反力為150.51 kN，第二道內(nèi)支撐最大支撐反力為384.23 kN，第三道內(nèi)支撐最大支撐反力為272.71 kN。由于第二道內(nèi)支撐最大反力最大，只驗算第二道內(nèi)支撐。

4圍堰施工

4.1圍堰施工

安裝導向，選用75噸履帶吊車配合震動錘在施工完畢的棧橋上施打外排拉森鋼板樁及內(nèi)排拉森鋼板樁。拉森鋼板樁施工結束后，進行鋼板樁對拉鋼筋、首道支撐的施工，采用吸砂泵吹填砂至設計標高。

樁基施工結束后，進行抽水、圍檁支撐安裝、混凝土封底施工。施工過程中未出現(xiàn)安全事件，圍堰結構穩(wěn)定保證了承臺、墩柱的順利施工。

4.2施工過程中的監(jiān)測

雙排拉森鋼板樁技術運用尚不成熟，在施工過程中還需輔以圍堰監(jiān)測，確保圍堰的安全。

圍堰及樁基平臺施工結束后，在圍堰頂面四個角點布置沉降觀測點。每天安排測量人員早、中、晚、夜各測量一次。經(jīng)過一周觀測，圍堰已穩(wěn)定。

4.3汛期圍堰的穩(wěn)定性

汛期水位高漲至圍堰頂面以下70cm處，汛期監(jiān)測及圍堰實際使用狀況顯示，圍堰是穩(wěn)定的。

5結束語

南京三汊河口人行橋工程位于南京外秦淮河入長江口，在汛期水深達7.5m，河床軟土覆蓋深度大，采用常規(guī)單排拉森鋼板樁圍堰，其入土深度遠大于雙排拉森鋼板樁圍堰，在狹窄的河口施工極不方便，且采用單排拉森鋼板樁需另設樁基施工平臺，增加了造價。從三汊河口人行橋工程承臺圍堰的順利施工來看，采用雙排拉森鋼板樁作為承臺圍堰，兼做樁基施工平臺應用于區(qū)域狹小、水深大、河床軟土覆蓋深的橋梁下部結構施工是合理可行的，并且有其經(jīng)濟及工期優(yōu)勢。本工程對雙排拉森鋼板樁圍堰的成功應用，為以后類似工程提供借鑒。

但是，目前對雙排拉森鋼板樁圍堰的運用尚處于摸索階段，在設計驗算過程中偏保守，沒有將雙排拉森鋼板樁圍堰經(jīng)濟優(yōu)勢進一步發(fā)揮出來，在以后的運用中還需不斷地探索與驗證，努力形成更加符合實際狀況的設計和安全驗證方法。