鎖口鋼套箱圍堰運用于深水基礎的可行性研究與探討

1、<p>　　鎖口鋼套箱圍堰運用于深水基礎的可行性研究與探討</p><p>　　【摘要】在目前深水基礎施工當中，絕大多數(shù)技術方案采用單/雙壁鋼套箱或鋼吊箱圍堰。單/雙壁鋼圍堰確實有技術成熟、可靠性高等優(yōu)點，卻也有著一定的限制，圍堰浮運拼裝對河流的通航和凈高均有一定要求。本文對組合式截面圍堰-鎖口鋼套箱圍堰在深水基礎施工中應用性進行探討研究。 </p><p>　　【關鍵詞】深水基

2、礎 鎖口鋼套箱 組合截面 圍堰插打 </p><p>　　中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　一、工程概況 </b></p><p>　　武漢鸚鵡洲長江大橋2#墩為懸索橋的中主塔墩，其下部結(jié)構(gòu)基礎為39根φ2.8m鉆孔灌注樁，承臺截面為圓端矩形，順橋向尺寸34.0m，橫橋向尺寸70.0m，主墩布置見“

3、圖1-12＃墩基礎布置圖” </p><p>　　圖1-1 2#墩基礎布置圖 </p><p>　　圖1-2 2#中塔地質(zhì)斷面圖 </p><p>　　墩位處覆蓋層厚16.2～19.8m，上部為①2層新近沉積松散狀粉細中砂（厚度6.7～10.0m），下部為②3層稍密～中密狀粉砂（厚度6.2～12.4 m）。 </p><p>　　下伏基巖為二

4、疊系下統(tǒng)孤峰組（P1g）生物碎屑灰?guī)r，巖面高程-10.1～-12.8m。巖體較完整，巖質(zhì)硬，強弱風化帶不發(fā)育。該巖層天然抗壓強度為54.60mpa～115.3mpa。 </p><p>　　二、鋼圍堰結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　鎖口鋼套箱圍堰由鋼管主體、側(cè)板、加勁板、陰陽鎖口和止水口等部分組成，鎖口式鋼套箱圍堰與傳統(tǒng)鋼套箱圍堰所不同的是：現(xiàn)場安裝時側(cè)板的連接是通過鎖口，而不是通過螺栓連

5、接。 </p><p>　　鎖口鋼套箱圍堰總體布置見：圖2-1 鎖口鋼套箱圍堰平面圖。 </p><p>　　圖2-1 鎖口鋼套箱圍堰平面圖 </p><p>　　鋼套箱圍堰單片由Φ150cm鋼管樁外側(cè)貼厚度為1cm鋼板組成，從而形成四方形，鋼管樁與外側(cè)板設加勁肋，沿鋼管樁高度方向每40cm布置一層。四方形圍堰體兩側(cè)均安裝鎖口。 </p><p&

6、gt;　　鎖口式套箱圍堰設計的關鍵部位是側(cè)板的鎖口。鎖口的剛度、強度、止水功能及施工便捷程度是成功與否的關鍵。鎖口鋼套箱圍堰采用雙子母扣鎖口結(jié)構(gòu)，鎖口選用Φ300mm 、Φ36mm兩種型號的無縫鋼管，子母扣結(jié)構(gòu)見 圖2-2 子母扣結(jié)構(gòu)平面圖；圖2-3 子母扣連接示意圖。為了便于鎖口鋼套箱圍堰的插打施工，鎖口子母扣之間間隙設置為2cm，因此鎖口的封水能力不高，設計上也未要求兩單片鎖口鋼套箱圍堰側(cè)板緊密連接。圍堰的封水依靠圖中陰影部分的封水

7、填充區(qū) ,采用導管法灌筑水下絮凝砂漿。施工中,通過鎖口可以對側(cè)板的垂直度、 平面位置進行調(diào)整。 </p><p>　　圖2-2 子母扣結(jié)構(gòu)平面圖 </p><p>　　圖2-3 子母扣連接示意圖 </p><p>　　為保證在施工中鎖口鋼套箱圍堰底部穩(wěn)定，對圍堰底部進行加強，擬定在鎖口鋼套箱Φ150cm鋼管樁內(nèi)進行鉆孔灌注樁施工，樁徑采用120cm，樁長布置為15m

8、，其中10m樁長嵌入弱風化巖層中。 </p><p>　　鉆孔樁間隔布置，即每隔一片鎖口鋼套箱布置一根鉆孔樁。圍堰共需78片鎖口鋼套箱，39根管樁內(nèi)鉆孔樁。 </p><p><b>　　三、設計計算分析 </b></p><p><b>　　設計計算標準： </b></p><p>　　設計施工最

9、高水位：+24.0m； </p><p>　　設計流速：2.0m/s； </p><p>　　1.主要計算工況的選定 </p><p>　　鎖口鋼套箱圍堰施工的主要計算工況選擇。 </p><p>　　(1)鎖口鋼套箱插打階段，受水流沖擊力等影響，單片鎖口鋼套箱圍堰的穩(wěn)定。 </p><p>　　(2)鎖口鋼套箱圍堰插

10、打完成后，圍堰內(nèi)清淤階段，圍堰內(nèi)清淤降低圍堰內(nèi)土壓力，形成圍堰內(nèi)外較大土壓力差，檢驗此階段圍堰，特別的底部的穩(wěn)定性。 </p><p>　　(3)完成圍堰插打和鋼護筒內(nèi)鉆孔后，圍堰內(nèi)抽水，圍堰內(nèi)外最大水頭差階段，檢驗圍堰的整體穩(wěn)定。 </p><p>　　主要計算工況的劃分和設計條件見 圖3-1 3-2 3-3鎖口鋼套箱圍堰計算工況。 </p><p>　　圖3-1

11、鎖口鋼套箱圍堰計算工況一 </p><p>　　圖3-2鎖口鋼套箱圍堰計算工況二 </p><p>　　圖3-3鎖口鋼套箱圍堰計算工況三 </p><p><b>　　2.進行模型建立 </b></p><p>　　依據(jù)計算，最大彎矩及應力出現(xiàn)在第二工況階段，第二工況結(jié)算計算如下： </p><p&g

12、t;　　(2)工況二：圍堰內(nèi)清土至基底后單樁穩(wěn)定 </p><p>　　進行圍堰內(nèi)清理基底開挖后，管樁受到主動土壓力、動水壓力，被動土壓力還是按土彈簧模擬， </p><p>　　此時土層還有一層，m=12.88。在清理前先進行圍堰頂內(nèi)撐施工。 </p><p><b>　　模型計算如下 </b></p><p>　　樁

13、底最大支反力為F=7995 KN參照樁底剪力對管樁內(nèi)鉆孔樁進行配筋。 </p><p>　　底最大彎矩為M=1943 KNm 參照此彎矩進行樁底配筋及計算入巖深度。 </p><p>　　最大變形為21.3mm 對于臨時圍護是可以接受的變形。 </p><p>　　最大彎矩M=1943 KNm 位置為樁底，參照此彎矩對基底嵌固樁配筋計算及入巖深度計算。 </p

14、><p>　　最大應力位于基底 71 MPa </p><p>　　3.圍堰抗浮力計算 </p><p>　　鋼圍堰面積約2836平方米，按設防水位+24.0m，基底面高程-5.5m計，圍堰最大浮力為8.366萬噸。鋼圍堰自重4842t；封底混凝土14558.4m3，重3.49萬噸。 </p><p>　　鋼護筒與封底混凝土接觸面粘結(jié)力： <

15、;/p><p>　　2#墩樁基采用Φ300cm鋼護筒，單根鋼護筒與封底混凝土接觸面為61.26m2,2#墩共39根樁基，接觸面共2389.2m2,粘結(jié)力取值15t/m2，即全部鋼護筒與封底混凝土粘結(jié)力為3.583萬噸。 </p><p>　　鋼管樁內(nèi)鉆孔樁摩阻力：鋼管樁內(nèi)采用Φ120cm直徑鉆孔樁，樁長設計為15m，嵌入巖層10m，樁基礎與巖層摩阻力取值25t/ m2，管樁內(nèi)鉆孔樁產(chǎn)生摩阻力3

16、.67萬噸。 </p><p>　　鎖口鋼套箱鋼管樁內(nèi)注水，注水重量為4066.2t </p><p>　　圍堰的抗浮力為：鋼圍堰自重0.483萬噸+封底混凝土自重3.49萬噸+封底混凝土與鋼護筒粘結(jié)力3.583萬噸+鋼管樁內(nèi)鉆孔樁產(chǎn)生摩阻力3.67萬噸+管樁內(nèi)填充水0.406萬噸=11.632萬噸。圍堰抗浮力大于圍堰排水量8.366萬噸，抗浮力系數(shù)達1.39。圍堰不會上浮。 </p

17、><p><b>　　四、施工方案 </b></p><p><b>　　1.施工方案簡述 </b></p><p>　　完成鉆孔樁的施工后，拆除施工作業(yè)平臺上部分輔助設置，搭設鎖口鋼套箱圍堰插打施工作業(yè)平臺，插打?qū)蚨ㄎ粯?，第一道支撐的?nèi)圍囹首先布置好，內(nèi)圍囹由截面為50cm×100cm的鋼箱梁構(gòu)成，沿著內(nèi)圍囹逐片

18、插打鎖口鋼套箱圍堰。插打的順序先從上游至下游，在下游處合攏。 </p><p>　　鎖口鋼套箱插打深度由進入弱風化生物碎屑巖為準，插打的位置、傾斜度均應符合設計要求。 </p><p>　　完成全部78片鎖口鋼套箱圍堰插打后，布置完成第一道圍堰內(nèi)撐，安排沖擊鉆機在鎖口鋼套箱圍堰的Φ150cm鋼管樁中進行鉆孔，鉆孔樁的深度為巖層以上5m至嵌入弱風化巖層10m，鉆孔樁有效樁長約為15m，完成鉆

19、孔后，按照鉆孔樁的要求，下放鋼筋籠，采用垂直導管法進行水下混凝土灌注。 </p><p>　　全部鎖口鋼套箱的鋼管樁不采用逐樁鉆孔，而是每兩片鎖口鋼套箱設置一個鉆孔樁，間隔一片，均勻布置。 </p><p>　　五、鎖口鋼套箱圍堰初步研究結(jié)論 </p><p>　　與常規(guī)的單/雙壁鋼套箱、鋼吊箱圍堰相比較。 </p><p><b>

20、;　　優(yōu)點 缺點 </b></p><p>　　1.避開了雙壁鋼圍堰浮運方案中圍堰浮運施工，避免了圍堰定位錨錠系統(tǒng)的工序；不需要大面積占用航道；不受2#墩河底防護的影響。 1. 鎖口鋼套箱圍堰制作鋼材用量較大，與雙壁鋼圍堰方案的鋼材用量相當。 </p><p>　　2.與雙壁鋼套箱圍堰整體下水浮運不同，鎖口鋼套箱圍堰為單片鎖口套箱插打，施工較為便利。 2. 施工中需要進行兩次鉆

21、孔樁施工：橋梁樁基和圍堰底部加強樁基。兩次鉆孔樁施工均要布置作業(yè)平臺，工序較多，材料用量較多。 </p><p>　　3.可以克服和規(guī)避河床面高差對施工帶來的不利影響。 3. 此施工方案尚未有過施工實例，沒有施工經(jīng)驗可借鑒。 </p><p>　　4.鎖口鋼套箱圍堰所制作的材料均為施工常用材料，完成施工后，易于周轉(zhuǎn)、回收再利用。 </p><p>　　【參考文獻】：

22、 [1] JTJ041-2000《公路橋涵施工技術規(guī)范》 </p><p>　　[2] GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》 </p><p>　　[3] JTJ215-98 《港口工程荷載規(guī)范》 </p><p>　　[4] JTJ 213-98 《海港水文規(guī)范》 </p><p>　　[5] 陳紹蕃《鋼結(jié)構(gòu)設計原理》 </p&