（中鐵五局集團(tuán)貴州工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

1 工程概況

新建興泉鐵路梅江特大橋位于江西省贛州市寧都縣竹笮鄉(xiāng)，中心里程為DK80＋182，全長(zhǎng)1900.06m，全橋樁基均采用機(jī)械成孔，主橋梁22～26#墩于梅江河內(nèi)，設(shè)計(jì)樁徑為1.6 米樁長(zhǎng)22 米。根據(jù)當(dāng)?shù)睾拥拦芾砑碍h(huán)保要求設(shè)計(jì)將承臺(tái)厚3.5 米其中2 米全部埋入中風(fēng)化巖層中，由于施工河域范圍內(nèi)無(wú)碼頭設(shè)施及中型船舶通行，無(wú)條件采用單雙壁鋼圍堰。根據(jù)用拉森鋼板樁現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，用液壓打樁機(jī)只能將鋼板樁打入強(qiáng)風(fēng)化0.3 米時(shí)鋼板樁開(kāi)始嚴(yán)重變形及卷口。因此鋼板樁需嵌入強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化巖層2 米中風(fēng)化層是不可能。為了解決上述難題及施工需要，迫切需要一種全新的嵌巖鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)施工技術(shù)。

圖1 主橋立面圖

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

根據(jù)設(shè)計(jì)勘察資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，梅江河寬度為280 米，施工水位175.78m，枯水期水位為171.18m，水中墩承臺(tái)底標(biāo)高23#-26#依次為167.27m、166.27m、165.77m、166.27m。河床常水位深4.5 米，地質(zhì)情況為中粗砂、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化砂巖。以25#墩為例地質(zhì)情況為：河床1 米中粗砂層，下部為1 米強(qiáng)風(fēng)化砂巖，承臺(tái)嵌入中風(fēng)化砂巖1 米。中粗砂;浮容重γ=19kN/m3；摩擦角φ=5°；黏聚力C=20kPa；強(qiáng)風(fēng)化砂巖浮容重γ=20kN/m3；摩擦角φ=20°；黏聚力C=15kPa；中風(fēng)化砂巖浮容重γ=23kN/m3；摩擦角φ=40°；黏聚力C=35kPa。25#墩地質(zhì)情況見(jiàn)圖2。

圖2 25#墩地質(zhì)情況立面圖

3 水下嵌巖鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

鋼板樁采用拉森Ⅳ型長(zhǎng)度為12 米，采用4 道圍囹?yàn)殡p拼Ⅰ45a,內(nèi)支撐采用Φ609×10 鋼管。鋼板樁圍堰平面尺寸為17.8×13.8 米。鋼板樁根據(jù)承臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)高，需嵌入中風(fēng)化砂巖6.5 米。考慮以最不利工況50年一遇最高洪水位標(biāo)高25#墩為例設(shè)計(jì)。見(jiàn)圖3圍堰結(jié)構(gòu)立面圖及平面圖。

圖3 圍堰結(jié)構(gòu)立面圖及平面圖

3.2 有限元結(jié)構(gòu)模型的建立

根據(jù)橋墩承臺(tái)設(shè)計(jì)平面尺寸、標(biāo)高、地質(zhì)水文情況結(jié)合拉森鋼板樁、型鋼、鋼管等材料，應(yīng)用路橋有限元軟件建立模型。

3.3 拉森Ⅳ型鋼板樁受力分析云圖如下：

圖4 鋼板樁彎矩剪力分析圖

根據(jù)圍囹受力，第三層圍囹受力最大，根據(jù)圍堰圍囹支撐分縱向和橫向二個(gè)方向進(jìn)行受力計(jì)算，按照連續(xù)簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)軟件分析云圖計(jì)算結(jié)果，鋼板受力最大Mmax=38.13KN.m，Q=120.80KN。鋼板樁強(qiáng)度檢算:

鋼板樁采用拉深SP－IV 型，W = 2270 cm3，強(qiáng)度[σ]=215MPa，[τ]=110MPa，樁長(zhǎng)12m。根據(jù)計(jì)算公式:

3.4 鋼板樁圍堰圍囹計(jì)算分析

圍囹經(jīng)有限元分析結(jié)果為：第一道41.7 KN/m,第一道127.28 KN/m,第一道221.4 KN/m,第一道209.72 KN/m,所以以最不利情況第三道圍囹221.4 KN/m對(duì)圍囹進(jìn)行分析驗(yàn)算如下：

圖5 圍囹彎矩圖及剪力圖

根據(jù)第三層圍囹圍囹彎矩圖及剪力圖分析云圖，根據(jù)圍堰圍囹支撐分縱向和橫向二個(gè)方向進(jìn)行受力計(jì)算，按照連續(xù)簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圍囹受力最大Mmax=313.03KN.m，Q=409.07KN。圍囹采用雙Ⅰ45a 型鋼材料力學(xué)性能參數(shù)及指標(biāo)。雙Ⅰ45a 型鋼 Wx= 2845240.56mm3A= 20400mm2圍囹強(qiáng)度檢算:

3.5 鋼板樁圍堰內(nèi)支撐計(jì)算分析

鋼圍堰內(nèi)支撐采用的是φ609 園鋼管材料，驗(yàn)算時(shí)考慮到支撐預(yù)壓力和溫度的影響，驗(yàn)算時(shí)軸力宜乘以1.2 倍的增大系數(shù)。內(nèi)支撐最長(zhǎng)度為12.9 米，支撐彎矩圖及軸力圖如下：Nmax=806.3KN，Φ609mm 鋼管的穩(wěn)定性驗(yàn)算 圓管壁厚 t=10 mm，A=37950.44 mm2 回轉(zhuǎn)半徑 i =427.107 mm ly=6922938104.18 mm4 軸力云圖見(jiàn)圖6。

圖6 內(nèi)支撐不利內(nèi)支撐軸力圖

采用的內(nèi)支撐鋼管足穩(wěn)定性要求。

3.6 鋼板樁圍堰穩(wěn)定性計(jì)算

圖7 穩(wěn)定性計(jì)算圖示

結(jié)論：鋼板樁及圍囹強(qiáng)度、穩(wěn)定性等主要參數(shù)均符合要求，從計(jì)算看出嵌巖鋼板柱圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常好。

4 關(guān)鍵施工工藝技術(shù)

4.1 施工工藝框圖

主要施工工藝是利用施工的棧橋、施工平臺(tái)為為輔助設(shè)施為基礎(chǔ)，。施工工藝流程圖見(jiàn)圖8。

圖8 關(guān)鍵工藝流程框圖

4.2 關(guān)鍵技術(shù)蜂巢定位板的使用

水下巖層槽的形成工藝：在平臺(tái)開(kāi)槽處的首次利用定位板鉆孔，形成兩排緊挨著的孔洞群，拆除蜂巢定位板，首次逐次孔鉆進(jìn)，再調(diào)整蜂巢定位板錯(cuò)位D/2 鋼護(hù)筒直徑進(jìn)行重新安裝并固定，錯(cuò)位安裝定位板（詳細(xì)見(jiàn)圖9中的圖片），與原來(lái)已成孔位錯(cuò)位D/2 進(jìn)行固定（見(jiàn)圖9）。

圖9 關(guān)鍵工藝定位板結(jié)構(gòu)圖

4.3 關(guān)鍵技術(shù)水下巖層槽的形成及鋼板樁安裝封底

水下嵌巖鋼板樁圍堰關(guān)鍵工藝：在橋梁樁基完成后，在平臺(tái)上開(kāi)出與承臺(tái)對(duì)應(yīng)的矩形槽，安裝多孔蜂巢雙層精確定位板裝置，引導(dǎo)鉆機(jī)逐孔鉆進(jìn)、掃孔，最后在水下巖層中形成鋼板圍堰嵌巖所需要形狀槽。安裝鋼板樁圍堰并臨時(shí)固定，在水下巖層槽中鋼板樁與周邊存在一定的空間，利用研發(fā)的巖鋼板樁圍堰水下巖層部分的雙面同步混凝土封閉施工技術(shù)達(dá)到完全的封閉。實(shí)施效果如圖10。

圖10 實(shí)施效果

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述工程實(shí)例，可以看出適用于砂類(lèi)土、粘土層等的鋼樁圍堰通過(guò)上述技術(shù)創(chuàng)新后解決了鋼板樁用難以用振動(dòng)錘打入中風(fēng)化、微風(fēng)化的地層施工難題。鋼板樁嵌入巖層施工工藝是一種全新的技術(shù)創(chuàng)新及工藝技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)為利用先在水下巖層成槽、安裝鋼板樁、水下巖層槽內(nèi)封閉等主要工藝，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)擬建承臺(tái)周邊的水環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境影響小，同時(shí)減小了對(duì)地基巖層的擾動(dòng)和破壞。最大限度的擴(kuò)展了鋼板柱圍堰的適用范圍。相比一次性使用的單雙壁鋼圍堰可反復(fù)使用、適應(yīng)性臺(tái)、節(jié)約大量鋼材、節(jié)能環(huán)保、成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。