南京建邺路西延跨河桥淤泥质土层中钢板桩围堰

摘　要：以南京建邺路跨河桥工程为背景，介绍了承台施工中淤泥质土层中钢板桩围堰的抗倾覆、抗隆起、抗渗透、整体稳定性四个方面设计和验算，指导施工，确保施工质量和安全。

关键词：承台；淤泥质；钢板桩；设计；验算

一、 工程概况
     南京市建邺路西延跨河桥建设工程西起莫愁湖东路K0+000，东至虎踞南路K0+230.568，跨越秦淮河，实现莫愁湖东路与东岸建邺西路相接，路线全长230.568m。南京市建邺路西延跨河桥工程包括桥梁工程、路基工程、路面工程。路幅设计宽度为24米，路幅分配为：2.5米人行道+9.5米车行道+9.5米车行道+2.5米人行道；桥跨布置形式为：30米+45米+30米预应力混凝土连续梁；设计为双向四车道。桥梁下部结构设计为钻孔桩基础，2#、3#墩位于秦淮河中，桩径1.5m，每墩2个承台，每个承台下有4根桩基。根据设计变更通知（编号：BRDJ-JYJ-02）：2#承台顶面标高3.0m，3#承台顶面标高1.2m，承台结构尺寸5.4m×5.4m×2.0m（高）。
二.地质水文条件
　　2.1工程地质条件
　　墩位处河床为斜坡面，根据地质勘查报告墩位处的地层结构为第四季土层：1-1层杂填土：杂灰～灰黑色，稍密，主要由煤渣、碎砖、碎石及块石等硬质物组成，混有较多粘性土，硬质物含量40～70％，粒径一般3～10cm，个别达15cm以上。秦淮河西岸至莫愁湖东路地段普遍分布。1-2层素填土：灰黄间灰色，松散～稍密，主要由粘性土组成，局部夹有较多碎石、碎砖及植物碎屑，分布无规律，总体含量10～15％，粒径一般1～4cm。秦淮河西岸至莫愁湖东路地段局部缺失。1-3层淤泥质素填土：黄灰～灰色，松散，主要由流塑状的粘性土组成，局部以粉性土为主，夹少量碎石、碎砖及植物碎屑。秦淮河中该层顶部分布有10～20cm厚的浮淤。主要分布于秦淮河中及秦淮河东岸。2-1层淤泥质粘土：褐灰色，流塑，局部软塑，夹淤泥质粉质粘土，含较多腐植物碎屑，局部夹层面粉土。无摇振反应，光滑，干强度高，韧性高。整个场地分布，东岸该层较薄。2-2层粉质粘土夹粉土：灰～青灰～褐灰色，软塑为主，局部流塑，水平层理较发育，局部呈“千层饼”状，夹大量薄层粉土，含少量腐植物碎屑。摇振反应缓慢，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。整个场地分布。2-2A层粉质粘土：青灰色，软～可塑，粉质较重，局部夹粉土，含少量腐植物碎屑。无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。该层呈“透镜体”状分布于秦淮河东岸2-2层中。2-3层粉砂夹粉土：灰～青灰色，饱和，稍～中密，成分以石英、长石及云母为主，水平层理较发育，夹大量粉土及植物碎屑。该层局部混有少量卵砾石，含量一般5～15％，粒径一般1～4cm，次圆状，石英砂岩质。该层仅部分钻孔揭示。
　　2.2工程水文条件
　　桥址段秦淮河宽77m，岸坡已进行了整治与加固，现主要为走道与亲水平台。秦淮河水深约1.4m～6m，淤泥一般厚0.1～0.3m。目前是汛期的后期，水位在6.3m，每天水位变化在0.3m。
三．施工方案确定
　　水中承台基础施工原计划采用钢围堰，但考虑到工期的较长，经过对比分析，决定拟采用钢板桩围堰的施工方案。根据此桥的水深、水文、地质及上游三叉河口限止通航等相关情况，我们对钢板桩和钢围堰两种方案进行综合比选后认为：采用钢板桩围堰施工方案比钢套箱围堰相比具有工期短、工艺简单、较少占用水面、安全、施工风险易于控制等诸多优势。
四.钢板桩围堰设计
　　根据承台的平面尺寸：5.4m×5.4m确定围堰尺寸定为：8m×8m。选用12m拉森Ⅳ型钢板桩进行围堰施工，利用钻孔用固定平台（8.4m×7.2m）作钢板桩插打导向架装置。钢板桩顶标高：+7.2m,底标高-4.8m。
五. 钢板桩围堰设计计算
　　根据地质勘探报告，现选取最不利情况，即3#—A墩作为计算依据。拉森Ⅳ型钢板桩技术参数为：截面尺寸为：宽度＝400mm；高度＝310mm；每延米重量75Kg；每延米面积236cm2；截面矩W＝2037cm3。现场实测和地质报告结合后水文地质情况（3＃-A墩处）现场河水位标高+6.7，河床标高+3.27，厚度3.43m。按等弯矩布置确定各层支撑的间距，则钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度：

　　
　　       在本工程施工过程中，采取边降水（开挖），边支护的措施，不考虑水抽完或开挖到基底标高不采取支护的不利情况。根据上述计算，不存在倾覆的危险因素。当基坑底为软弱有地下水的粘性土层时，钢板桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态会受到破坏，就有可能发生坑壁两侧土的流动，产生坑底隆起的现象，进而造成基底破坏等严重情况。为了避免这种现象发生，施工时需对地基稳定性或地基强度进行验算。当桩入土深度较深，且本身刚度较大，即插入坑底深度时（式中a为变形系数，
　　，
　　其中为计算宽度；m为土的地基系数的比例系数，E、I分别为支护桩的弹性模量和惯性矩），软土基底丧失稳定，即会隆起，假定地体G沿ABCD绕圆柱面中心O点向坑内滑移。当坑内土体排水不好时，有可能处于悬浮状态，因而可略去其坑内土体的抗隆起作用。
六.施工中的验证
　　通过四个围堰施工过程的检验，钢板桩围堰的性能满足要求，证明围堰构造的抗倾覆、抗隆起、抗渗透、整体稳定性四个方面的设计满足施工要求，确保围堰合理受力，结构稳定，为围堰的施工提供了安全可靠的理论依据，平均每五天完成一个围堰的插打、支撑，大大的缩短了施工工期。在淤泥质土层中因摩擦力比较小，对γ、φ、C参数的确定至关重要，需谨慎选取。
　参考文献： 
　[1] 建筑施工手册（第四版）.中国建筑工业出版社，2006.
　[2] 杨文渊、杨文渊、徐犇,简明公路施工手册(第3版),人民交通出版社,2006.