临海工程桥墩承台钢围堰选型设计

临海工程桥墩承台钢围堰选型设计

伍琦敏

林同棪国际工程咨询（中国）有限公司广州分公司 广东广州 510320

摘要：近几年，国内新建的桥梁日益增多，水中承台基础安全施工成为当前较为重视的话题。对于临海桥梁工程大部分处于软土地质，土质较差，选择合理的围堰结构类型能够保证施工人员安全，造价经济。

关键词：桥梁、临海、软土地质、围堰

近年来，国家建设事业高速发展，国内新建了多座特大型桥梁（如港州澳大桥、舟山大桥、杭州湾大桥等），标志着国内桥梁设计与施工技术已达到先进水平。同时，深水桥梁基础施工的技术也日益走向世界前沿。水中建设承台情况一般考虑将水下施工环境转为陆地施工环境，这个过程需要修筑围堰结构。目前，钢围堰从结构上可分为钢板桩围堰、钢管桩围堰、单壁钢围堰、双壁钢围堰等；依据在水中的位置，可分为着床钢围堰和钢吊箱围堰；外形多种多样[1]。

1.工程概况

工程位于珠江出海口区域中山市，桥位位于典型的吹填岛人造河道上，本项目涵盖7座桥梁群设计，桥梁均横跨内河道，桥墩大部分位于河道内，本次以6号桥设计为例，桥梁总长157m，跨径布置形式32.5+85+32.5m，梁拱组合体系，桥面宽37.5m。根据现场钻孔揭露，上部第四系覆盖土层主要有人工填土，海陆交互相沉积成因的淤泥、粉质黏土，下伏基岩为燕山期花岗岩，现状淤泥层较厚，达到近20m左右，属于典型的软基地质。桥梁P1及P2桥墩位于河道内，桥洪水位为+3.374m，承台基础底标高为-4.059，拟采用1.5m厚混凝土封底，围堰深度达到9.0m，围堰尺寸31.49×15.68m。

桥位平面图

桥型立面图

2.围堰选型

围堰结构形式多种多样，每种形式都有自己的特点和适用条件，本项目为桥梁群，围堰形式需要满足重复利用、场地及吊装机械限制等条件，因此初步确定为钢板桩及钢管桩围堰两种形式，对比如下：

1）钢板桩围堰

钢板桩围堰因其防水性能好，目前常见的为单层围堰，多用于围堰深度小于5m以下，本次设计基坑深度超过9m，根据计算结果单层钢板桩围堰难以满足设计要求，需要采取一定的措施来增加钢板桩抗弯刚度方可满足结构受力要求。因此考虑双层钢板桩围堰，在双层围堰夹层中间填黏土或水下混凝土提高防渗能力，但钢板桩长度较长时，由于柔性较大、振动锤击振力过大容易造成钢板桩变形，施工过程中较易于脱扣导致桩间咬合不紧凑，存在漏水风险，施工工艺相对复杂，造价较高。

适用范围：

① 砂类土、粘性土、碎石土及风化土等坚硬河床，承台落在河床底[2]；

②不适用于软弱土层较厚的地质。

2）钢管桩围堰

锁扣钢管桩自身截面强度、刚度大，内部支撑少，性能安全可靠，安全风险低[3]。锁扣钢管桩适用于此类河床覆盖层厚、软弱下卧层地质承台围堰。钢管桩围堰按锁口结构及构造可分为C-O型、Ⅰ-C型及［-Ⅰ型钢围堰[4]。在钢管桩围堰插打结束并支撑固定好后，要向锁口钢管桩的锁扣部位注入填充剂进行堵漏。

适用范围：

① 水深0～20m，流速0～3m/s

② 钢管桩插入范围内无块石、漂石、硬质岩石之外的所有地层。

3.工程计算

P1、P2桥墩采用双承台，中间无横系梁，考虑造价经济采一个围堰设计，围堰平面如下所示：

根据地勘资料，选取P1、P2桥墩对应的最不利地质钻孔，自河床往下依次是淤泥质土、粘性土、强风化岩层，其中淤泥层厚度达到21m。围堰内部采用3道内支撑，布置形式如下表所示：

桥墩围堰基支护方案

1）根据施工顺序，本次共采用12个工况，钢管桩采用φ630×14mm，桩长31.0m，最大弯矩为3276.58KN.m，最大剪力为637.62KN，钢管桩内力包络图如下所示：

最大应力为155.439 N/mm² 满足

2）内支撑采用φ580×14mm钢管，最大内力为2155.12KN。

按压弯构件计算最大应力为191 N/mm² 满足

3）围檩采用两根Ⅰ56a普通工字钢，等效为多跨连续梁，最大应力计算结果如下

|σ= 185.8|≤f = 215.0(N/mm

²) |f / σ|=1.157 满足

|τ= 109.8|≤fv= 125.0(N/mm²) |fv / τ|= 2.586 满足

4）封底混凝土厚度验算

围堰封底考虑混凝土及回填碎石土反压的处理方式进行设计，根据封底材料自重及与摩擦力与浮力的比值，计算结果采用1.5m厚封底混凝土抗浮安全系数K=1.39>1.10，满足要求。

4.结论

临海桥梁工程所处地质一般较差，选用合理的水中承台围堰施工方法能够保证施工人员安全及经济可靠。锁扣型钢管桩刚度较大，施工方便、安全且回收利用率高，本桥梁工程基础承台围堰深度达到9.0m，且淤泥层达到21m深，普通的钢板桩很难满足结构受力要求，采用钢套箱或沉箱的方法施工需要对河床地基进行处理方能满足基底承载力要求，工艺相对复杂。采用锁口型钢管桩围堰结构计算能够满足设计要求。

参考文献

[1]安关峰、梁立农.《钢围堰工程技术指南》

[2] 何锋.近海桥梁水中承台施工实例分析[J].福建交通科技，2018，4:94-96

[3] 殷力立. 复杂条件下CO锁扣钢管桩深水围堰施工[J].黑龙江科技，2017，278（4）：92-93

[4]《钢围堰工程技术标准》GB/T 51295-2018