钢栈桥延伸法及复合挡土墙结构在扩建船闸围堰施工的应用

2020-06-27谢志杰罗锦雄黄茂兴

广东水利水电 2020年6期

谢志杰，罗锦雄，黄茂兴

(广东省源天工程有限公司，广东广州 511340)

1 工程概况

某水利枢纽二线船闸工程布置在已建一线船闸右侧，两条船闸的中心轴线平行，中心距为90 m，设计最大船舶等级为1 000 t级。二线船闸基坑采用(单排、双排)地连墙+上部挡水建筑物的形式，即作为船闸施工期间的挡水围堰结构，也是船闸基坑的支护结构[1]，其中，上游纵向、横向全年围堰顶标高为▽17.52m；下游纵向、横向全年围堰顶标高为▽13.91 m。

上游纵向围堰(双排地连墙+上部挡水结构)轴线大部分位于一线船闸上游航道右侧水域，需先在水上修筑好施工平台后方可进行施工。按原设计方案，采用抛填钢筋石笼护坡后内侧再抛填袋装土、回填土，从而形成地连墙施工平台。但该施工方案无法保证施工期间一线船闸不封航、不断航原则。

为此，针对上游纵向围堰在一线船闸上游航道右侧狭长水域处的施工，在需要保证通航的条件下，提出了采用复合挡土墙作为平台临水侧支挡结构，以及延伸法搭设钢栈桥平台用以施工复合挡土墙结构中的大直径钢管桩措施[2]。

2 应对措施探讨

2.1 复合挡土墙结构

针对使用期间复合挡土墙的安全验证，设计单位对被动土压力(设计高水位)、使用期主动土压力(设计高水位)、使用期地震被动土压力(设计高水位)、使用期地震主动土压力(设计高水位)、地面荷载5种荷载按不同的工况组合(8项)进行分析验算[9]，得出使用期内复合挡土墙倾覆力矩最大值所对应的的工况组合能满足结构稳定要求。

上游纵向围堰施工平台选用了复合挡土墙的结构类型：由钢管桩、钢板桩及预制钢筋石笼3部分组成[8]。其中，钢管桩规格为直径1 000@2 000，δ=20，主平台段桩长为28 m，副平台段桩长为33 m。钢板桩规格为拉森Ⅲ钢板桩(钢板桩型号为400×125)，单根钢板桩长度为9 m。钢筋石笼需预制，单个石笼规格为1 500 mm×1 000 mm×1 000 mm(长×宽×高)，笼体框架主筋采用φ16，装填块石的粒径应大于200 mm(如图1所示)。

图1 复合挡土墙结构及围堰施工平台剖面示意(单位：高程m，尺寸mm)

2.2 钢栈桥平台结构

钢栈桥平台荷载考虑以下5种主要荷载：结构自重；人机荷载；施工堆载荷载；打桩机荷载；履带吊荷载。根据实际情况，将钢栈桥平台分3个部分(即引桥段、主平台段、副平台段)，并预设了结构形式，按应力计算、位移计算及支点反力计算3个模块、14种工况组合分别进行计算，按整体建模作为计算模型，利用 MIDAS CIVIL 2015 计算程序进行验算。

表1、表2为复合挡土墙结构荷载作用结果和倾覆力矩最大值对应的组合工况分析。表3、表4为延伸钢栈桥平台设计参数及结构形式[4-7]。

表1 各荷载作用结果

表2 倾覆力矩最大值对应的组合工况

表3 延伸钢栈桥平台设计参数

表4 延伸钢栈桥结构形式(由下至上)

通过各种工况受力计算，钢栈桥预设方案中各构件受力均未超材料设计强度值，结构变形位移较小，设计方案可行。

3 工程应用

3.1 延伸法施工钢栈桥平台

延伸钢栈桥平台施工采用“钓鱼法”[3]，即采用KATO HD 2045大型挖掘机配合VH 350型振动锤，激振施打钢栈桥基础钢管桩。先起吊钢管桩至设计桩位，经测量定位缓慢下放管桩，并在自重情况下入土稳定，观测其垂直度；满足要求后开始低档锤击下沉，采用吊打以防偏位，待钢管桩入土一定深度后高档锤击下沉，至钢管桩露出水面长度为1.5～2.0 m时，接高钢管桩，继续下沉至设计标高。

钢栈桥钢管桩基础作业方式采用单工作面逐跨推进，每一跨便桥钢管桩施打沉放完成后即依次由下而上进行下斜撑、桩顶接头、下横梁、贝雷梁、横向分配梁以及[18a槽钢面板安装施工，面板铺好并检查完毕以后，履带吊以刚完成施工的这一跨钢栈桥为施工平台，前行进行下一跨钢便桥施工。以此类推，钢栈桥从岸边向水域逐跨逐跨地往外延伸，从引桥段到主平台段，再到副平台段(以及上游段)，直至所有跨段完成施工，最终形成整个钢栈桥平台。

在钢栈桥平台搭设过程中，在需要施工φ1 000 mm钢管桩的位置，平台上预留相应桩位的桩孔，以便桩机在此处施工φ1 000 mm钢管桩。