橋梁墩基礎(chǔ)圍堰法施工中鋼板樁受力

PAGE9橋梁墩基礎(chǔ)圍堰法施工中鋼板樁受力分析摘要：鋼板樁具有防水性能好、可重復(fù)利用、施工速度快等諸多優(yōu)點，鋼板樁圍堰法在深水基礎(chǔ)施工中極具優(yōu)勢，因此在橋梁建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。本文以XX河特大橋為工程背景，采用有限單元數(shù)值分析法分析了17#主墩基礎(chǔ)鋼板樁圍堰法施工時鋼板樁在四種工況下的受力情況。關(guān)鍵詞：鋼板樁圍堰法施工數(shù)值分析一、工程概況XX河特大橋位于XX縣XX鎮(zhèn)和XX鎮(zhèn)口交界處，橋梁中心里程為K49+373，起訖里程為K48+676.4～K50+069.6，橋長1393.2m。該橋以主跨(68+120+68)m連續(xù)梁跨越XX河。XX河規(guī)劃為五級航道,通航凈空80×8m，最低通航水位29.58m。XX河特大橋上部結(jié)構(gòu)型式為：（5×30m）裝配式預(yù)應(yīng)力砼箱梁＋2×（4×30m）裝配式預(yù)應(yīng)力砼箱梁＋（35＋60＋35m）懸澆連續(xù)箱梁＋（68＋120＋68m）懸澆連續(xù)箱梁＋（50＋90＋50m）懸澆連續(xù)箱梁＋（4×30m）裝配式預(yù)應(yīng)力砼箱梁＋2×（5×30m）裝配式預(yù)應(yīng)力砼箱梁，全橋共九聯(lián)。17#主墩基礎(chǔ)位于XX河河道內(nèi)，采用樁基礎(chǔ)，空心墩。XX河特大橋樁基礎(chǔ)設(shè)計均為摩擦樁，φ1.2m樁基176m/8根，φ1.5m樁基120m/4根，φ1.8m樁基7344m/200根。上部結(jié)構(gòu)30m裝配式預(yù)應(yīng)力砼箱梁216片。二、結(jié)構(gòu)概況17#墩基礎(chǔ)施工采用鋼板樁圍堰法。鋼板樁采用拉森Ⅵ型鋼板樁，材質(zhì)SY295，單根長度為20m，圍堰平面尺寸為28.8×13.2m，共設(shè)置兩道內(nèi)支撐。圍堰頂高程為+31.82m，圍堰底高程為+11.82m，封底混凝土厚2.5m。立面布置如圖一所示。圖一17#墩鋼板樁立面布置如圖三、基本參數(shù)鋼板樁截面特性如表一所示，土層參數(shù)如表二所示：單根鋼板樁每延米鋼板樁寬側(cè)厚壁厚面積慣性矩截面矩BHtAIXZXmmmmmmcm2/mcm4/mcm3/m60021018225.5567002700表一鋼板樁截面參數(shù)特性值土層名稱層頂標(biāo)高層底標(biāo)高重度（kN/mm3）內(nèi)摩擦角（°）粘聚力（kPaa）粉砂27.525.7920.922.56.8粉質(zhì)粘土25.799.3919.621.411.5粉土9.391.3918.826.38.5表二17#墩土層參數(shù)表四、計算分析由于鋼板樁圍堰的入土深度較大，土體對入土部分的圍堰起到了嵌固作用，此時圍堰上端受到內(nèi)撐的支撐作用，下端受到土體的嵌固支承作用。在計算中，先假設(shè)內(nèi)撐對鋼板樁為剛性支撐，計算出鋼板樁作用于圈梁的反力，將該反力作用在內(nèi)撐上計算出鋼板樁與內(nèi)撐連接處的最大位移，最后對鋼板樁施加強制支座位移，得出鋼板樁的內(nèi)力和應(yīng)力。等值梁法計算鋼板樁圍堰，為簡化計算，常用土壓力等于零點的位置來代替正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點的位置。計算土壓力強度時，應(yīng)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），如表三所示。本文計算作出如下假設(shè)：1.假設(shè)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(shè)置為鉸接，故等值梁相當(dāng)于一個簡支梁，方便計算。4.假設(shè)鋼板樁在封底砼面以下0.5m處固結(jié)。5.土壓力計算采用不考慮水滲流效應(yīng)的水土分算法，即鋼板樁承受孔隙水壓力、有效主動土壓力及有效被動土壓力。土層名稱KaKp被動土修正系數(shù)k粉砂0.4460.6682.2401.4971.65粉質(zhì)粘土0.4650.6822.1491.4661.628粉土0.3860.6212.5911.6091.72表三鋼板樁極限土壓力修正系數(shù)工況一：第一道內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)清淤至24.908m，計算模型如圖二所示，計算結(jié)果如圖三、圖四所示。圖二工況一鋼板樁計算模型圖三工況一鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖四工況一鋼板樁反力圖(kN)由圖三、圖四可知，鋼板樁最大的彎矩為195.3kN.m，作用于第一道內(nèi)支撐的反力為63.0kN。工況2：第二道內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)加水至圍堰外水位，水下吸泥、清淤至18.908m。計算模型如圖五所示，計算結(jié)果如圖六、圖七所示。圖五工況二鋼板樁計算模型圖六工況二鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖七工況二鋼板樁反力圖(kN)由圖六、圖七可知，鋼板樁最大的彎矩為187.8kN.m，作用于第一道內(nèi)支撐的反力為-13.8kN,作用于第二道內(nèi)支撐的反力為162.2kN。工況3：封底砼達到強度后，圍堰內(nèi)抽光水。計算模型如圖八所示，計算結(jié)果如圖八、圖九所示。圖八工況三鋼板樁計算模型圖九工況三鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖十工況三鋼板樁反力圖(kN)由圖九、圖十可知，鋼板樁最大的彎矩為170.9kN.m，作用于第一道內(nèi)支撐的反力為4.9N,作用于第二道內(nèi)支撐的反力為223.3kN。工況4：承臺、墩身施工后向鋼板樁與承臺間回填砂土并在頂部澆注40cm厚C25砼冠梁，拆除第二道內(nèi)支撐。本工況下假設(shè)等值梁下嵌固點位于砼冠梁1/2厚度處，即24.708m。計算模型如圖十一所示，計算結(jié)果如圖十二、圖十三所示。圖十一工況四鋼板樁計算模型圖十二工況四鋼板樁彎矩圖(kN.m)圖十三工況四鋼板樁反力圖(kN)由圖十二、圖十三可知，鋼板樁最大的彎矩為88.3kN.m，作用于第一道內(nèi)支撐的反力為17.2N。根據(jù)上述工況計算，將鋼板樁內(nèi)力及內(nèi)支撐支撐反力計算結(jié)果匯總?cè)缦卤砣?。計算工況鋼板樁最大彎矩(kN.m))第一道內(nèi)支撐反力(kN)第二道內(nèi)支撐反力(kN)工況一195.363-工況二187.8-13.8162.2工況三170.94.9223.3工況四88.317.2-表三鋼板樁內(nèi)力及內(nèi)支撐支撐反力小結(jié)：在整個鋼板樁圍堰施工過程中，鋼板樁最大彎矩及第一道內(nèi)支撐最大反力均出現(xiàn)在工況一。隨著工況的推進，鋼板樁最大彎矩逐漸減小，第一道內(nèi)支撐反力由正變負(fù)