钢板桩围堰施工方案.doc
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1、观澜河大桥钢板桩围堰施工方案一、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(
2、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
3、径1.5m的单排钻孔灌注桩基础。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
4、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,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
5、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
6、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1、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
7、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
8、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. 型号尺寸规格单根钢板桩单根每米壁宽DimensionsPer pliePer 1m of pile wall widt
9、hType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mmmmmmcm2Kg/mcm4cm3cm2/mKg/m2cm4/mcm4/m SP-40010010.561.184812401521531208740874 SP-4001251376.42602220223191150168001340 SP-40017015.596.9976.14670362242.5190386002270 SP-L50020024.3133.81057960520267.621063003150 SP-L50022527.615312011400680306240860038
10、20 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。1、2主墩及施工便道采用长
11、度为9m的钢板桩3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
12、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。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
13、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= z1m2 +2c1m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=11kPa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= tan(450-302)= 0.577,m2 = 0.333被动土压力相关
14、系数:1m= tan(450+302)= 1.732,1m2 = 3.000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 =12 P1h Ea1 =12 80 8 m=320KN 相对于第2道围檩的力臂L1 =5-(1/38)=2.333 m、围堰外侧封底砼标高至河床顶4.8m厚主动
15、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 = 12h2 2 m2= 12194.820.333=72.887 kN Ea2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-(1/34.8)=8.2m、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=2cm,计算可得h0=2cm=211190.577=2 m,可求得 h3=4.2-2=2.2 mPa 3
16、=h3 m2+ Pa 2 =19 (4.2-2)0.333+30.37=44.29 kpa主动土压力合力Ea3 Ea3= 12h3 Pa 3=122.244.29=48.719 kNEa3作用点距离土层底的距离 为1/3土层厚h3 /=1/32.2=0.733 m相对于第2道围檩的力臂L3=5+4.8+2+(2.2-0.733)=13.627m、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 =12 P1/h1/ Eb1=12 128 12.8 m=819.2KN Eb1作用点距离水面以下2/3水,则有
17、合力点相对于第2道围檩的力臂L2/ L1/ =5+(4.8-1/312.8)=10.333 m、钢板桩有效入土深度4.2m厚被动土压力合力Eb2根据朗金被动土压力公式得:h2/ =4.2m厚土层地的主动土压力Pb2/Pb2/=h1m2+2c 1 m =h2/2 1m2+2c 1 m =194.23.0+2111.732 =277.504 kpa被动土压力合力Eb2 =12 Pb2/ h2/ Eb2 =0.5277.5044.2=582.758 KNEb2作用点距离土层底的距离 为1/3土层厚, 则有合力点相对于第2道围檩的力臂L3/L2/=5+4.8+(4.2-1/34.2)=12.6 m(6
18、)、稳定性判断 、 在保持围堰内外侧水头差一致时,对第2道围檩支撑处取力矩来判断稳定性。 、围堰外侧水及主动土压力的倾覆合力矩为MCa MCa= MC1+ MC2 +MC2 = Eb1L1+ Eb2L2+ Ea3L3=320KN2.333 m+72.887KN8.2 m+48.719KN13.627 m=2008.127 KN、围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为MCb MCb = MC1+ MC2 = Eb1L1/+ Eb2L2/=819.2KN 10.333 m +582.758 KN12.6 m=15807.55KN 安全系数K=15807.552008.127= 7.812。通过验算
19、,钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m,安全。、当内外水头差3m时:围堰内水面钢板桩静水压力计算 P1/= Wh P1/= Wh=10(5+4.8)= 98kpa。 围堰内钢板桩静水压力合力Ea1 Eb1 =12 P1/h1/ Eb1=12 98 9.8 m=480.2KN Eb1作用点距离水面以下2/3水,则有合力点相对于第2道围檩的力臂L2/ L1/ =5+(4.8-1/39.8)=5.733 m围堰外侧水及主动土压力的抗倾覆合力矩为 MCb/ =MC1+ MC2 = Eb1L1/+ Eb2L2/=480.2KN 5.733 m +582.758 KN12.6 m=10095.74KN安全系
20、数K=10095.742008.127= 5.032。安全1、钢板桩施工的一般要求(1)钢板桩的设置位置要符合设计要求,便于桩基础施工,即在基础最突出的边缘外留有埋护筒、浇筑砼的余地。(2)钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐,避免不规则的转角,以便标准钢板桩的利用和支撑设置。各周边尺寸尽量符合板桩模数。(3)整个施工期间,在挖土、吊运、浇筑混凝土等施工作业中,严禁碰撞支撑,禁止任意拆除支撑,禁止在支撑上任意切割、电焊,也不应在支撑上搁置重物。2、钢板桩施工的顺序(1)钢板桩位置的定位放线(2)挖沟槽(3)安装导梁(4)施打钢板桩(5)安装围檩拉杆(5)回填砂砾土(6)拔除钢板桩3、钢板桩的检验
21、、吊装、堆放(1)钢板桩的检验对钢板桩,一般有材质检验和外观检验,以便对不合要求的钢板桩进行矫正,以减少打桩过程中的困难。外观检验:包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意:a)对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除;b)割孔、断面缺损的应予以补强;c)若钢板桩有严重锈蚀,应测量其实际断面厚度。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。材质检验:对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验。包括钢材的化学成分分析,构件的拉伸、弯曲试验,锁口强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试验。每20-50t重的钢板桩应进行两个试件试验
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