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吴淞江特大桥深水围堰设计与施工

吴淞江特大桥深水围堰设计与施工

吴淞江特大桥位于苏州绕城高速公路东南段至上海段，全桥长878.1米，分上、下两幅，主桥为60+100+60连续变截面箱式结构采用挂蓝施工。引桥为以30m空心箱梁为主的先简支后连续的结构形式。吴淞江航运比较繁忙，属于超五级航道，规划四级。为了使桥主跨与航道平行，保证通航宽度，该桥与吴淞江成斜交形成角度为55。，其主桥上、下两幅桥墩设置的桩号不同，相差近12m左右。四个主墩均位于吴淞江中，距岸边分别30m和70m，主墩桩基础是由8根Φ2.5m的群桩组成上接大体积砼承台，承台位于河床下4.0m，水深近5.0m，属于深水，长桩施工。

总结我国桥梁深水基础施工中的各种围堰类型，根据围堰的特点可知：双壁钢围堰的刚度大，能承受向内向外的压力，结构相对稳定，也能为顶部施工平台提供支撑条件，但相对费用比较昂贵，回收率不高。根据以上对主墩地质情况分析，10m范围内全部为淤泥质粘土，标高变更后降低，这就增加了围堰高度，一次投入资金比较大，根据吴淞江地理环境，航运比较繁忙，而且主墩临近主航道，钢围堰的就位、安装非常困难。

根据原我局深水基础的施工总结，钢管桩围堰纵向刚度比较大，而且施工中也容易使钢管下打到地层中，但锁口封水比较难，安全系数不大。但是由设计图可知，承台底标高在淤泥下3.5m左右，锁口在淤泥层中3区地下车库施工组织设计，不易封水。

钢板桩围堰是深水基础、基坑支护的很有效的，施工比较简单，结构受力明确的一种围堰形式。根据以上地质情况，淤泥层较厚，水深为4.0m，采用钢板桩围堰，施工中下打方便，靠锁口于淤泥中封水比较容易，成功率大，较以上两种费用低。而且吴淞江水位变化不明显，也没有海水的顶推，因此向外压力不用考虑。这也是钢板桩围堰与钢套箱围堰的差别。只是钢板桩围堰同以上两种方案比，钢板桩刚度小，需加强密内支撑。

钢板桩围堰是由封底砼、内支撑、围囹堰体、导向结构组成。根据图纸提供的资料，承台底标高在淤泥层下3.5m，而且淤泥质亚粘土层深为10.3m水深4.0m。因此设钢板桩穿过淤泥，进入亚砂土4.2m进行验算，内支撑按堰体等弯矩并结合承台施工的实际情况分布。水流及行船浪击堰体按动水压力考虑。封底砼用1.2m厚C20。

根据地理、地质情况，对围堰的受力情况进行分析：

动水压力，取安全系数2。

围堰施工时，捶打钢板桩，内外压力相等。当围堰合拢后，围堰将水体分成内外两部分，外侧水为流动水，内侧为静水，围堰受外侧动水压力和浪击压。

当围堰施工完成后，进行清淤到封底砼底标高，这时围堰除受外侧动水浪击压力外，还我内外淤泥压力差。而且堰体存在由内外压力形成的倾翻力矩作用，为施工安全起见考虑围堰合拢后第一道支撑。

当水位到第二道支撑标高时，围堰反支撑受力稳定情况。

清淤、抽水到第三道支撑标高时，围堰及支撑受力稳定情况验证。

封底砼施工完成后，等强度达到要求后，进行堰内抽水时，堰体的受力情况与支撑结构的验算。

封底稳定包括：水的浮力、动水压力与护筒围堰内侧的粘结情况，砼形成板的稳定。

根据吴淞江设计资料提供的水流速度V=1.5m/s验算每米钢板村承受的力：

P=K·H·V2/2g×B×D

g为重力加速度9.8m/s2

P=2×4×1.52/(9.8×2)×1×1=0.918t

为了施工安全起见，施工时采用先由平台基础钢管桩加一层横梁作为临时内支撑。

围堰板桩插打完成后，及时支顶最上一层内支撑，内支撑的材料采用Φ80的钢管成425×425方格形式布置，然后再进行清淤，清淤结束后，验算由内外形成的压差及动水压力作用时围堰的受力情况。

计算外侧主动土村力及其作用点亚粘土的粘聚力5Kpa

内摩擦角：粘土、亚砂土φ=20°

淤泥质亚粘土：φ=5°

容重：γ1=17KN/m3

淤泥质亚粘土:C=2Kpa

将外侧淤泥层上的水视为当量厚度的淤泥质亚粘土厚

h1′=hw·γ2/γ水=4×10/17=2.35m

=94.15KN/m2

Ea=1/2(29.894+94.15)×4.5=279.1KN/m

水压力Ea=1/2×10×8.5=361.2KN/m

主动土压力点离P点距离

yc=h/3·(a+2b)/(a+b)

=4.5/3×(94.15+2×29.89)/(94.15+29.89)

若将以上土压力计算时按粘土、亚砂土透水成饱和状态考虑，主动土压力应计算其

=10.15KN/m2

=36.614KN/m

yc=h/3·(a+2b)/(a+b)

=4.5/3×(36.614+2×10.15)/(36.314+10.15)

计算内侧被动土压力及其作用点:

将么层的淤泥层视为亚砂土上的均布荷载,计算亚砂土的被动土压力:

将其换算为当量亚砂土层厚:

h′=q/=30.6/25=1.224mγ:亚砂土取17KN/m3

Pa′=2×c×Kp1/2=2×5×tg(45°+20°/2)

=14.428KN/m

DLT889-2015 电力基本建设热力设备化学监督导则Pb=γ·h·Kp1/2

=17×(h1+h11′)·Kp+2cKp1/2

=17×(4.2+1.224)×tg2(45+20/2)+2×5×tg(45+20/2)=202.4KN/m

Ep=1/2γ·h2·Kp+2c·h·Kp1/2

=1/2×17×5.424×2.04+2×5×5.424×1.428

被动土压力作用点位置:

yc=h/3·(a+2b)/（a+b）

施工方案包括的内容=5.4/3×｛202+2×14.428｝/(202+14)=1.92m

根据主动土压力及位置，被动土压力及位置、动水压力及位置，验算钢板桩的入土深度，选择钢板桩截面。