型钢_钢板桩围堰_在低桩承台施工中的应用

　　作者简介:张生(1963—

),男,工程师,毕业于石家庄铁道学院经管系,现主要从事道、桥、隧施工技术管理工作

型钢“钢板桩围堰”在低桩承台施工中的应用

张生

(中铁十九局集团一公司,辽宁辽阳111000)

摘　要:京沪高速铁路跨越津静公路的连续梁桥水中承台施工中,尝试采用I36b 工字钢插打而成的“钢板桩围堰”,介绍了钢围堰结构构造型式、设计计算、主要施工技术及施工注意事项,通过实践取得了较好的效果。实践证明,型钢“钢板桩围堰”适用于基坑开挖不深、粘性土层、地下水不丰富的华北大平原及西北黄土高原地区。关键词:低桩承台;钢围堰;工字钢

中图分类号:U445.556　文献标识码:B 　文章编号:167223953(2009)0320056203

1工程概况

京沪高速铁路天津特大桥跨越津静公路的连续梁为一联(32+48+32)m 双线连续箱梁,位于天津市西青区104国道与津静公路交叉路口东侧,线路与道路中心交点里程为D K127+865.71,交角为°20′。津静公路主路宽35m ,双侧布置的人行道宽3m ,公路东侧有一条东西走向的排河,河宽17m 。这一联连续梁共有4个桥墩,主墩为D175、D176,边墩为D174、D177,墩身均为双线圆端型实

体墩,基础为灌注桩和双层钢筋混凝土承台基础。其中,D177墩位于排河之中,准备筑岛施工;D175、D176墩紧靠公路不能放坡开挖:因此,这3个桥墩的低桩承台均采用工字钢做成的“钢板桩围堰”进行施工。桥位处地表的杂填土下面有粉质粘土、粘土、粉土、粉砂类土等。桥位处的地下水位较高,但水量并不丰富,4个桥墩处的地下水位分别为-0.3m 、-0.4m 、-2.6m 、-0.7m (河水水面)。

2围堰的选择

[122]

京沪高速铁路天津特大桥中,跨越道路的连续

梁桥墩都是低桩承台,开挖深度一般在6.0m 左右,土质以杂填土、粘土、粉质粘土为主,地下水位较浅且不丰富。在不能放坡开挖时,只能用围堰法施工。

围堰有木板桩围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰等几种。从经济方面考虑,用木板桩做围堰要损耗大量木材,损耗量一般超过40%,双壁钢围堰和钢板

桩围堰多用于深水基坑施工。本工程基坑开挖深度

只有6.0m 左右,显然不适合用双壁钢围堰。如用新钢板桩做围堰,钢板桩的损耗量一般达到20%左右,用旧钢板桩做围堰,损耗量一般在40%以上(即无法修复平直、重复使用和无法拔出的),所以本工程使用常规钢板桩围堰显然不经济。基于以上经济和施工可行性考虑,经多方研究决定采用现有的一批I36b 工字钢代替钢板桩来做围堰,大型工字钢刚度大,拔出来的工字钢经过整修,一般都能继续使用,损耗量很小,比较经济。

3

型钢“钢板桩围堰”的设计

3.1

型钢“钢板桩围堰”的布置

型钢“钢板桩围堰”用Ι36b 工字钢插打而成,按

一顺一丁的方式打入,转角处每一边各先打入一根丁打的工字钢互相对接,再用一根∠12.5号的等边角钢封住转角。型钢“钢板桩围堰”中工字钢和等边角钢的布置见图1。

以D175为例加以说明。D175墩有12根 1.50m 灌注桩,桩长为m ,下层承台尺寸(14.60×10.60×3)m ,底面标高-3.815m ;上层承台尺寸(10.1×6.1×2)m ,顶面标高+1.185m 。地面标高+1.800m ,地下水位-0.400m 。封底混凝土厚度0.5m ,基坑的开挖深度为1.8m +3.815m +0.5m =6.115m 。型钢“钢板桩围堰”的内口尺寸要比下层承台的平面尺寸每边大2m ,其内口尺寸为18.6m ×14.6m 。围堰的每个长边用52根丁打的Ι36b 工字钢和51根顺打的Ι36b 工字钢,每个短边用41根丁打的Ι36b 工字钢和40根顺打的Ι36b 工字钢,四边共用Ι36b 工字钢368根。经计算(见下文)工字钢的入土深度要求≥3.6m ,用11.0m 长的工字钢,实际入土

成果Fruit s and Application

　　　与应用

深度为4.385m,符合要求。钢围囹和钢支撑都用两根I36b槽钢对扣、用缀板焊接组成,相互连接处加焊垫板和加劲肋板。按需要设两层支撑,支撑顶面标高分别为+1.800m和-0.515m,每层支撑长边设4道,短边设3道。型钢“钢板桩围堰”的平面布置见图1。

3.2设计检算[3]

3.2.1工字钢入土深度的检算

工字钢入土深度的检算原则为主动土压力对A 点(第2层支撑点,见图1)的力矩M an和被动土压力对A点的力矩M pm应该平衡(M pm≥M an,先令第一层支撑力为0)。四层土的重度和内摩擦角分别是:杂填土,γ1=18.5kN/m3,φ1=23°;粉质粘土,γ

2=18.9kN/m3,φ2=22°;粘土,γ3=19.2kN/ m3,φ3=23°;粉质粘土,γ4=19.6kN/m3,φ4= 22°。为简化计算,把四层土的重度和内摩擦角都化简为平均值。开挖深度为L=6.115m,工字钢入土深度为L1= 4.385m(试算时先假定的),外侧土层的平均重度γ外=19.2kN/m3,内侧土层的重度γ内=19.6kN/m3,外侧土层的平均内摩擦角φ外=22.4°,内侧土层的内摩擦角φ内=22.0°,加上地下水的影响,经计算,主动土压力系数K an=0.45,被动土压力系数K pm=2.19,得出工字钢入土深度应≥3.6m,工字钢实际入土深度=4.385m,符合要求。

3.2.22道支撑的检算

基坑开挖过程中,随着不断地抽水、挖土、加设支撑,工字钢和支撑的内力是不断变化的。为简化计算,把工字钢看成是一端固定的连续梁,支撑处是个铰支座。经对各种工况分析后得出,第1道支撑处受力最大值为5.47kN/m,加上预加力20kN,每杆支撑轴力为3.8m×5.47kN/m+20kN=40.8kN;第2道支撑处受力最大值为76.2kN/m,加上预加力20 kN,每杆支撑轴力为3.8m×76.2kN/m+20kN= 309.6kN。而Q235钢的抗压强度为215MPa,2根[36b槽钢能够承受的最大轴向压力为2928kN。因此,在考虑压杆稳定以后,支撑受力也是安全的。

4　型钢“钢板桩围堰”的施工

4.1施工步骤

型钢“钢板桩围堰”的施工步骤如下:测量放线→打定位钢管桩、安装导向框→按一丁一顺顺序插打Ι36b工字钢→四角插打4根∠12.5角钢→下挖至0.4m处安装第1层钢围囹和钢支撑→继续下挖,出水后堵塞缝隙、抽水,挖至2.7m处安装第2层钢围囹和钢支撑→继续下挖至基坑底设计标高→抽水,灌注封底混凝土→凿桩头→下层承台施工→下层承台四周安装临时支撑→拆除第2层钢围囹和钢支撑→上层承台施工→基坑内回填至+1.000m 处→拆除第1层钢围囹和钢支撑→拔出Ι36b工字钢→墩身施工。

4.2施工注意事项

　　①插打工字钢的顺序是由一个转角开始,分别向两边插打,最后在矩形基坑的对角处合拢。②先在导向框上划出每一根工字钢的位置,插打时一丁一顺要靠紧,尽量减小工字钢间的缝隙。③用一台16t汽车吊吊着DZ J60型振动桩锤插打和抽拔工字钢。④人工开挖基坑,一定要遵循先支后挖的原则,钢支撑支好以后才能向下继续开挖。⑤钢围囹与丁打的工字钢之间若有空隙,要插入薄钢板垫紧。钢支撑一端的两侧焊上钢牛腿,用两个10kN的千斤顶加压,保证钢支撑能够支牢顶紧。⑥开挖后若出水,可以用沾胶水的麻丝、棉絮等堵塞漏水处。(下转第69页)

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以后,就开始支撑的施工,并对支撑系统进行监测。在支撑及承台施工过程中,主要监测支撑的变形、钢板桩的变形、基坑内流动水量及围堰的位移等。

(3)对本基坑钢板桩、支撑及围堰的观测结果表明:变形、位移未超出设计要求,围堰能满足施工的要求。在监测过程中也发现,钢板桩在第2层与第3层支撑之间有稍大的弯曲变形,原因主要是在施工过程中安装好环形导梁后,没有及时把导梁和钢板桩连接,达不到支撑的效果,致使钢板桩发生弯曲;发现后经局部加支撑并焊接,确保了正常施工。

参考文献

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[2]刘成宇.土力学[M].北京:中国铁道出版社,2004

[3]薛正群,顾卫东.单层钢板桩深水围堰[J].公路,2003

(3):81285

[4]张正伟,袁俊英.单层钢板桩围堰在深水基础中的应用

[J].江苏交通科技,2008(4):29232

C o nstru ctio n T ech niq u es fo r Sing le2lay ered S teel2p late P ile C o fferd am s in

D eep W ater

Q iao Peishou

(5th Engineering Co.Ltd.,14th Engineering Bureau G roup,Railway Building C orporation of China,Y anzhou272000,China)

Abstract:During t he const ruction of t he piers of t he Jiuhuahe Bridge,single2layered steel plates were used for t he const ruction of t he underwater cofferdam.Wit h t he p roject as a p ractical example,t he stability of t he single2layered steel2plate piles,and t he piling of t he flushing sand are examined and calculated so as to determine t he design parameters,with the forces exerted on the steel2plate piles,and the sealed depth of the bot2 tom calculated so as to provide a solid basis for the construction.The monitored data during the construction showed that the single2layered steel2plate piles were rational in design,and stable in structure,and thus ensured the smooth progress of the construction.The project may serve as a useful reference for other similar ones.

K ey w ords:steel2plate cofferdam;botto m sealing;support;monitor

(上接第57页)⑦拆除第2层钢围囹和钢支撑时,一定要先在下层承台的四周做好临时支撑;拆除第1层钢围囹和钢支撑时,一定要先把基坑回填到+1.0 m处,回填土一定要密实,压实度要≥93%。

5　结束语

　　在京沪高速铁路天津特大桥进行的低桩承台施工中,采用Ι36b工字钢插打而成的“钢板桩围堰”,取得了较好的经济效益,加快了工程进度,是一个成功的尝试。型钢“钢板桩围堰”在基坑开挖不深、粘性土层、地下水不丰富的华北大平原及西北黄土高原地区有广泛的使用前景。

参考文献

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铁道部建设司标准情报所,2002

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[3]梁受华.钢板桩施工浅谈[J].广州建筑,19(4):51254

Application of Type2steels2assembled Steel2plate Cofferdams to the Construction of Low er2pile B earing Platforms

Zhang Sheng

(1st Engineering Co.Ltd.,19th Engineering Bureau Group,Railway Building C orporation of China,Liaoyang111000,China)

Abstract:During t he const ruction of t he bearing platforms of t he Beijing2Shanghai high2speed railway con2 tinuous bridge cro ssing t he Jin2Jing Highway,type2I36b I steels were t rial2assembled into steel2pile coffer2 dam for t he const ruction,t he st ruct ural forms of,and design calculations and main construction techniques for,and t he main point s for attention during t he const ruction of which are dealt wit h in detail in t he paper. The steel2plate cofferdam has resulted in very good effect s in practice.It is found applicable to lower foun2 dation pit s,clay soil,and water2lacking areas,such as t he Nort h China Plain and Nort h2west Highland. K ey w ords:lower2pile bearing platform;steel cofferdam;I2steel

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