1观澜河大桥钢板桩围堰安全施工方案观澜河大桥钢板桩围堰安全施工方案一、工程概况一、工程概况本工程为翠幽路（观澜大道五和大道）工程 观澜河大桥工程，为满足日益增长的交通量需求和解决观澜街道东西向联系不畅的问题，需要新建桥梁连接观澜河两边道路，新建桥梁为双向四车道，两侧设置4.5 米宽的人行道。翠幽路道路等级为城市次干道。新建桥梁修筑的起点桩号为 K0+430.460，修筑的终点桩号为K0+593.340，桥梁全长 162.88 米。桥梁段道路中心线平面上处于直线上，立面上处于纵坡为+0.3%和-0.4%的直线上，道路中心线与观澜河河道中心线成 90角正交。观澜河桥为单幅桥设计，斜交角 0，全桥宽24.0m，从左向右依次为 4.5m（栏杆、人行道） 、7.5m（机动车道） 、7.5m（机动车道） 、4.5m（栏杆、人行道） 。跨径布置为： 531.2=156m。新建桥梁修筑的起点桩号为K0+430.460，修筑的终点桩号为 K0+593.340，桥梁全长 162.88 米。(1)桥梁上部结构上部结构均采用 31.2m 预制预应力混凝土小箱梁结构，裸梁高度为1.6 m，每块预制边梁和中梁顶面宽 2.85m 和 2.4 m，底面宽 1.0 m。全幅桥梁横桥向宽度范围内共布置 8 片预制小箱梁，预制小箱梁之间设置厚度为 0.18 m 的 C50 混凝土横向湿接缝。桥梁结构按 A 类预应力混凝土构件设计，结构体系为桥面连续的简支梁桥。(2)桥梁下部结构桥墩均采用桩柱式桥墩接盖梁形式，采用 3 根直径 1.5m 的单排钻2孔灌注桩基础。桥台为一字台，桩基为直径 1.2m 钻孔灌注桩。桩基为嵌岩桩，持力层为中风化花岗岩。二、工程地质条件根据钻探揭露、拟建道路沿线场地内各岩土层的原位测试数据及室内土工试验结果，对各岩土层工程地质特征评价如下：1 杂填土、2 素填土：松散稍密状，稍湿湿，以回填的黏性土为主，含砂，局部夹杂碎石、砖块、砼块等，孔隙比大，密实度及均匀性较差，工程力学性质差，未经处理不宜作为拟建道路路基持力层或下卧层。1 黏土：软塑可塑状，稍湿饱和，具高压缩性，较高含水量，局部为淤泥质土经上部荷载（上部土自重+附加荷载）压缩排水形成，属软弱土，该层工程力学性质仍较差，未经处理不应作为拟建道路路基持力层或下卧层。2 中砂：松散状，湿饱和，该层工程力学性质差，属具有中等液化可能的饱和砂土层，未经处理不应作为拟建道路路基持力层或下卧层。3 粗砾砂: 松散稍密状，饱和，该层工程力学性质仍较差，局部属具有中等液化可能的饱和砂土层，未经处理不宜作为拟建道路路基持力层或下卧层。4 粗砂: 稍密中密状，饱和，该层工程力学性质一般，可作为拟建道路路基持力层或下卧层。5 淤泥质土、6 淤泥：流塑软塑状，饱和，属高压缩性土，3含水量高，性质极差，承载力低，工程力学性质极差；对该层上覆土层较薄地段，应针对该层进行专门处理后方可考虑作为拟建道路路基持力层或下卧层。7 黏土：可塑硬塑状，稍湿饱和，该层工程力学性质一般，可作为拟建道路路基持力层或下卧层。8 粗砂: 稍密中密状，饱和，该层工程力学性质一般，可作为拟建道路路基持力层或下卧层。黏土：可塑硬塑状，稍湿湿，该层工程力学性质一般，可作为拟建道路路基持力层或下卧层。1 砂质黏性土、2 砾质黏性土：花岗岩风化残积形成，呈可塑硬塑状，工程力学性质稍好，可作为拟建道路路基持力层或下卧层。1 全风化花岗岩：承载力相对较高，工程力学性质相对较好，可作为拟建道路路基持力层或下卧层。2 强风化花岗岩：承载力较高，工程力学性质较好。3 中风化花岗岩：桥梁钻孔均有揭露，分布较为稳定，工程力学性质良好，承载力高，但局部岩面起伏大，为拟建桥梁桩基础良好的桩端持力层。4 微风化花岗岩： 大部分桥梁钻孔均有揭露，工程力学性质很好，承载力极高。但该层局部岩面起伏大，分布较复杂（因为3 层中风化花岗岩中局部夹杂微风化花岗岩夹层，所以微风化花岗岩中夹杂中风化花岗岩夹层的可能性较大)。二、施工方案的总体设计二、施工方案的总体设计41、桥梁桩基、承台的相关参数：1#和 2#墩各计设计有 3 根直径为 1.5m 的钻孔灌注桩。桩基标高参数为：1#主墩桩顶标高 37.405m、桩底标高 0.595m，原地面标高37.6m，2#主墩桩顶标高 36.998m、桩底标高 11.498m，原地面标高37.25m。3#主墩桩顶标高 36.016m、桩底标高 17.016m，原地面标高36.35m。2、地质资料情况介绍 根据设计院提供的地质资料，结合现场桥位情况，桥位附近靠1#墩一侧，自上而下为粗砾砂层（4.2m 左右） ，淤泥质土层（1.5m 左右） ，砾质黏性土层（810m 左右） 。靠 2#墩附近自上而下为粗砾砂层（5.5m 左右） ，砾质黏性土层（810m 左右） 。靠 3#墩附近自上而下为粗砾砂层（2.7m 左右） ，淤泥质土层（2.5m 左右） ，砾质黏性土层（6.7m 左右） 。3、水文资料：设计洪水位为 43.67m， 。施工常水位按 41.5m 考虑，便道及主桥筑岛围堰最高水位按 41.5+0.5m42.0m 考虑。水的正常流速按 1.0m/s 考虑。 4、钢板桩围堰简介。 根据河床地质和水文情况及施工要求，初步确定从两侧河堤桥梁上游修筑施工便道，再沿桥梁上游投影边修筑 6m 的便道，标高按42.0m，便道两侧均采用钢板桩围堰，中间预留 16m 的过水面。主桥墩水下承台、墩柱（身）桩基施工采用钢板桩筑岛围堰施工方案。1、2、3 号主墩各打设一个水中钢板桩筑岛围堰，钢板桩围堰尺寸5定为：单个主墩为 12m26m。钢板桩选用 SP-型，1、2 主墩采用长度为 9m 的钢板桩。3 号主墩采用长度为 12m 的钢板桩本工程投入的拉森钢板桩采用 SP-型拉森钢板桩，宽 400mm，高170mm，厚 15.5mm，理论重量 76.1 Kg/m，要求拉森钢板桩无穿孔，修边调直后方可使用。拉森钢板桩技术参数拉森钢板桩技术参数. 尺寸规格单根钢板桩单根每米壁宽型号DimensionsPer pliePer 1m of pile wall width宽度/w 高度/h厚度/t截面积 理论重量惯性矩截面模数截面积理论重量惯性矩截面模数Typemmmmmmcm2Kg/mcm4cm3cm2/mKg/m2cm4/mcm4/m SP-40010010.561.184812401521531208740874 SP-4001251376.42602220223191150168001340 SP-40017015.596.9976.14670362242.5190386002270 SP-L50020024.3133.81057960520267.621063003150 SP-L50022527.61531201140068030624086003820 SP-W60013010.378.761.82110203131.2103130001000 SP-W60018013.4103.981.65220376173.2136324001800 SP-W60021018135.31068630539225.5177567002700拉森钢板桩两侧用 HW250*250*11*11H 型钢围檩进行连接，围檩与每根拉森钢板桩之间空隙需打入木楔抵紧。转角需设置专用构件，外侧采用32 钢筋对两侧钢板桩进行对拉，对拉水平间距为 3.0m，高度在钢板桩下 1.0m。围堰内填筑透水性较好的砂砾材料。详见观澜河大桥筑岛围堰平面布置图及结构图。61、2 主墩及施工便道采用长度为 9m 的钢板桩73 主墩及施工便道采用长度为 12m 的钢板桩6、钢板桩围堰的计算及验算为确保大桥主墩钢板桩围堰的安全，在围堰设计时，需要对围堰的稳定性、安全性进行验算，确保施工过程安全。第一种方法，建立近似的计算模型，采用计算机程序进行计算。第二种方法，采用传统的手工计算方式，通过参考相关的专业书籍、规范、及计算手册，通过计算，来确定围堰的稳定性、安全性，是否满足施工需求。钢板桩围堰的稳定性验算（1） 、计算工况选定8通过分析施工过程的工艺流程，结合理论知识，可以确定 3 号主墩的最不利情况下的工作状况为混凝土搅拌运输车：通过便桥车辆荷载按 10m3（44 吨）混凝土搅拌运输车（满载）考虑。混凝土搅拌运输车后轴单侧为 4 轮，单轮宽 30cm，双轮横向间距 10cm。两后轴间距135cm，左侧后双轮与右侧后双轮间距 190cm，车总宽度 250cm。混凝土搅拌运输车前轴重 F1=88KN，后轴重 F2=352KN。荷载图式如下：按 70 吨考虑，换算后为 30KN/m2。q9此时，围堰内的土面比围堰外河床面要低 4.8m，土压力达到最大，易失稳。（2） 、计算的理论依据及计算模型取 1 延米长的钢板桩为计算单元体，按板桩墙计算。通过参考相关计算手册、专业理论教材，确定按悬臂板桩的土压力计算模型来模拟计算，土压力理论采用朗金土压力。计算时，考虑到此时围堰的围檩拉已经安装，对围堰的安全性有帮助，但在计算过程中，不参与计算相对保险系数加大。按悬臂板桩的土压力计算公式来计算钢板桩的最小入土深度及围堰的受力状况、稳定性等。主动土压力：A 点（h=0）:PaA=0Ea= zm2 -2cm被动土压力：Ep= z +2c1m2 1m公式中： 土的自重（KN/m3 ） C 土的粘聚力（kPa ） 土的内摩擦角 Z 计算点距离土面的距离（m）5（3） 、计算参数的确定根据设计图纸提供的地质资料得知、主墩附近的详细地质参数取定如下：粘性土：自重 =19kN/m、内摩擦角=30、粘聚力 C=11kPa10按照朗金土压力理论，查相关计算手册及通过公式计算可得：主动土压力相关系数：m= = 0.577，m2 = 0.333tan（450-302）被动土压力相关系数： = = 1.732，= 3.0001mtan（450+302）1m2 第 2 到围檩距离河床底的距离为 5.0m，钢板桩封底砼底有效入土深度 4.2m（4） 、计算受力模型及工况示意图 围堰外侧水及主动土压力围堰内静水及被动土压力（5） 、计算过程、 围堰外迎水面钢板桩水压力计算 P1= Wh P 每延米板桩壁河床处水的压强（kpa） 。 W水的密度。 P1= Wh=108= 80kpa。h 水深（m） 迎水面钢板桩水压力合力 Ea1 Ea1 = P1h12 Ea1 = 80 8 m=320KN 12 11 相对于第 2 道围檩的力臂 L1 =5-（8）=2.333 m1/3 、围堰外侧封底砼标高至河床顶 4.8m 厚主动土压力合力 Ea2根据朗金土压力计算公式：h2 =4.8m 厚土层地的主动土压力 Pa 2Pa 2=h2 m2 = 194.80.333=30.37kpa。主动土压力合力 Ea2 Ea2 = h2 2 m2= 194.820.333=72.887 kN 1212Ea2作用点距离土层底的距离 为 1/3 土层厚相对于第 2 道围檩的力臂 L2=5+4.8-（4.8）=8.2m1/3 、钢板桩封底砼底有效入土深度 4.2m 厚主动土压力合力 Ea3h3 =4.8m 厚土层地的主动土压力 Pa 3拉应力与压应力得临界高度 h0=,计算可得2cmh0=2 m,可求得 h3=4.2-2=2.2 m2cm2 1119 0.577Pa 3=h3 m2+ Pa 2 =19(4.2-2)0.333+30.37=44.29 kpa 主动土压力合力 Ea3 Ea3=h3 Pa 3=2.244.29=48.719 kN 1212Ea3作用点距离土层底的距离 为 1/3 土层厚h3 /=2.2=0.733 m1/3 相对于第 2 道围檩的力臂 L3=5+4.8+2+(2.2-0.733)=13.627m12、围堰内水面钢板桩静水压力计算 P1/= Wh P1/= Wh=10（8+4.8）= 128kpa。 围堰内钢板桩静水压力合力 Ea1 Eb1 = P1/h1/12 Eb1