钢管桩排架在深水河道桥梁桩基施工中的应用

樊　恩（昆山市交通航务工程公司， 江苏 昆山 215300）

钢管桩排架在深水河道桥梁桩基施工中的应用

樊恩
（昆山市交通航务工程公司， 江苏 昆山 215300）

本文通过珠砂港大桥深水区域桩基排架工程的设计验算以及实际施工，详细介绍了钢管桩排架工程的设计验算与施工技术，可为同类桥梁建筑基础排架工程施工提供参考。

深水区域；钢管桩排架工程；单桩承载力；稳定性；荷载试验

一、桥梁工程概况

昆山珠砂港大桥位于昆山市224省道上，桥梁为7跨，跨径25m，桥宽28m，总长度约181.48m。场地分类为Ⅱ类，桥涵类别为大桥。本桥桩基础设计采用单排桩，单桩为直径1.5m大直径钻孔灌注桩，其中有两排桥墩基础位于河道深水区域。本桥横跨珠砂港泄洪通道，河道宽度65m，水深约5m，淤泥层深度约4m。

二、排架结构形式的选用

经详细勘测河道桥位处河床断面土质水流情况，综合考虑排架施工的稳定性要求，拟采用直径¢32cm壁厚d10mm12m长钢管桩搭设排架，采用槽钢12作水平撑、剪刀撑，钢管桩排距4m，钢管桩间距3m；采用淤泥层下卧层灰色粉质粘土作为持力层，钢管桩入持力层2.1m深度。

三、排架荷载组合的确定

荷载组合具体如下：1180型正循环磨盘钻机（含导管、料斗、55m导管以及所有附件）：12.5T；2灌注桩钢筋骨架：5T；3首批开盘混凝土：7.5T；4首批开盘混凝土加导管自由下落1米产生冲击荷载：10T；5施工活载：2T；6考虑安全系数：1.3最不利情况下单桩设计承载力为：P=（12.5+5+7.5+10+2）×1.3/6=8.02T。

四、排架设计验算

1 珠砂港河床底部土层参数

本次钢管桩排架设计采用12m长，直径Φ320×10mm的钢管桩，入土深度6.1m时，进入持力层深度2.1m。

2 钢管桩（考虑桩底端闭塞效应及其挤土效应）

单桩承载力计算公式：[P]=λsUΣli

[P]=（0.7×1.005×50×2.1+0.56×0. 08×1000）/9.8=12.1T＞P=8.02满足设计要求

式中：hb-桩底端进入持力层深度2.1m；

ds-钢管桩内直径0.32m；

λs-侧阻挤土效应系数，经查表闭口钢管桩λs=1，敞口钢管桩λs=0.7，本次设计施工采用敞口钢管桩λs值取0.7。

λp-桩底端闭塞效应系数，闭口钢管桩λp=1，对于敞口钢管按式（2）、（3）计算确定，

表1

hb/ds=2.1/0.32=6.5≥5λp=0.8×0.7 =0.56。

[P]-单桩轴向受压容许承载力（kN）

U-桩的周长（m），U=0.32×π= 1.005m；

li-局部冲刷线以下各土层厚度（m），分别为4m，2.1m；

τi-与对应的各土层与桩壁的极限摩阻力（kPa），分别为20kpa，40kpa；

αi、α-分别为震动沉桩对桩周摩擦力和桩底承压力的影响系数，取1.0和0.7；

σR-桩头处土的极限承载力，取1000kPa；

3 强度验算

Ф320mm钢管桩力学特性：A= 0.08cm2，钢管桩的容许压应力[σ]＝140MPa，弹性模量E＝2.1×105MPa（按A3号普通碳素钢计算）。

σ＝P/A＝8.02×10-3×9.8/ （0.08×10-4）＝98MPa＜[σ]，桩身强度满足要求。

4 主拱钢管桩稳定性验算

钢管桩插入河床地持力层2.1m，外露9.9m，按一端固定，一端绞接计算，

L0＝0.7L＝0.7×12=8.4m

I=π×（0.324－0.34）/64＝1.17×10-4m4，A＝0.08m2。

截面最小回转半径r＝[1.17×10-4/0.08]1/2＝0.038m。

杆件长细比λ＝8.4/0.038＝221，可知稳定性系数ψ＝0.54。

其中：r-相应的回转半径；

I-惯性矩；

λ-构件在弯矩作用平面内的长细比；

稳定验算：σ＝P/ψA=8.03×1000 ×9.8/（0.54×0.08）＝1.8MPa＜[σw] =145MPa（钢材容许应力σw），钢管桩稳定性满足要求。

五、排架施工工艺

排架施工工艺流程为：测量定位→沉桩施工→接桩→打桩→工作平台制作→加固。

1 测量定位：沉桩前，使用电子经纬仪将沉桩设备预就位，在沉桩设备浮吊初就位并将桩吊起后进行第二次即准确就位。

2 沉桩施工：（1）平面控制：采用两台电子经纬仪前方交会法进行控制。平面偏位≤20cm，倾斜度≤1%。（2）高程控制：施打时标高控制在+10cm以内。（3）稳桩加固：沉桩结束后及时进行纵横向的夹桩加固，防止桩基在水流和风浪的影响下发生偏位。

3 接桩：坡口搁在焊道上，使上、下节桩对口的间隙为2～3mm。

4 打桩：使桩机夹持钳口中心（可挂中心线陀）与桩位基本对准。调平，进行校核，确保无误。

5 工作平台制作，桩顶切割形成U型槽，采用I32a工字钢作为每排桩的盖梁与钢管桩焊接为整体。

6 加固：钢管桩排与排间和每排中桩与桩间采用12号槽钢作水平支撑和剪刀斜向支撑。槽钢与钢管桩、I32a工字钢盖梁之间焊接采用普通交流电焊机。

结语

钢管桩排架在桥梁深水区域桩基施工、栈桥工程以及跨河桥梁上部结构整体支架施工中应用较为广泛，文中介绍的钢管桩排架是墩台基础完全处于深水区域的情况，该法具有工序简单，施工方便等特点，可循环倒用等优点对类似的支架工程施工具有参考价值。

[1] JTJ041-2000，公路桥梁施工技术规范[S]．

[2]周水兴．路桥施工计算手册[M]．北京：人民交通出版社．

[3]包世华．结构力学[M]．武汉：武汉工业大学出版社．

[4]姚玲森．桥梁工程[M]．北京：人民交通出版社．

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