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桥墩钢板桩围堰的设计与监测

更新时间:2009-03-28

纬七路桥梁横跨南京市外秦淮河,钢板桩围堰针对连续梁桥9号墩,位于秦淮河中,围堰选用单壁钢板桩+内支撑施工,平面尺寸为83.3 m×16.9 m,长边与水流方向一致。9号墩由C,A,J,B,D线共5个桥墩基础组成,共计5个承台,承台下设有50 cm素混凝土垫层。总体地形呈东高西低,所处位置河流总体呈南北走向,东侧河床底标高6.74 m,西侧河床底标高3.63 m,水深1~3 m。

本文以纬七路桥梁9号桥墩钢板桩围堰为工程背景,着重介绍涉水钢板桩围堰设计情况,并结合监测数据与设计结果进行不同工况下对比分析,为类似工程设计、施工提供参考。

1 工程概况

1.1 水文条件

拟建桥区范围内地表水系主要为外秦淮河,勘察期间秦淮河水位6.95~7.20 m,水深1~3 m,外秦淮河水位受上游及下游河流水位、人工港灌排调节影响,常年水位变化一般不大。本工程围堰基坑及墩柱施工在3-5月份施工,一般水位为7.2 m,设计水位为8.5 m。

1.2 场地地质条件

9号桥墩处工程地质剖面图如图1所示。

 

①a淤泥 ③-1粉质黏土

②-1粉质黏土夹粉土 ③-2a粉质黏土夹黏土

②-2淤泥质粉质黏土夹粉土 ③-2粉质黏土夹粉土

③-4a粉质黏土 ⑤-1强风化泥质粉砂岩

④粉质黏土泥 ⑤-2a中风化粉砂质泥岩

卵砾石、中粗砂 ⑤-3微风化泥粉砂岩

图1 9号桥墩工程地质剖面图(单位:m)

拟建场区属秦淮河漫滩地貌单元,工程范围内表层分布①填土;②-1层、②-2a层性质一般;②-2层属软土层,性质差;③~④层土性质较好。⑤层为基岩,强度一般~较高。

1.3 本工程钢板桩围堰特点

目前钢板桩围堰施工技术已广泛应用于涉水桥梁墩柱施工中,且技术已经十分成熟[1,2]。工程设计中,主要关注钢板桩的插入深度、内力、变形控制[3-5],本工程区别一般工程的主要特点是:

左桌上的工匠大叔们不服气,由包袱里抽出泥刀,齐刷刷站起来:“要钱没有,要命,我们这里有四条,你们来拿!”匠作行的爷们,喝了一肚子黄粱酒,硬气。

1) 钢板桩围堰平面呈长方形,顺流方向长,长边中部容易产生较大变形。

工况4。下挖至深度10.3 m,混凝土垫层封底。

钢板桩采用拉森IV W型,参数如表1所示。

针对以上特点,对于围堰尺寸引起的变形问题可以通过优化土方开挖顺序、及时布设刚支撑增加局部稳定等措施进行控制;对于河床起伏较大问题,选择水中筑岛方式解决。

2 钢板桩围堰结构设计计算

2.1 钢板桩围堰结构设计

综合场地地质条件、水位、承台位置、标高及尺寸、施工作业面等因素,围堰结构设计见图2、图3。

  

图2 钢板桩围堰平面布置图(单位:m)

  

图3 钢板桩围堰布置图(单位:高程,m;尺寸,mm)

9号桥墩钢板桩围堰监测从钢板桩打设完成开始,至承台浇筑完成后结束,历时3个月。

2) 沿围堰横向河床顶面起伏较大,具有约3 m的高差,对侧钢板桩所受水土压力不对称。

文化认同与中亚影响——当代文学在新疆跨语际传播的问题与出路……………………………………………王 玉(1):117

 

表1 钢板桩性能参数表

  

型号(B×h)/mm×mm有效宽B/mm有效高h/mm腹板厚t/mm每米板面截面面积/cm2理论质量/(kg·m-2)惯性距Ix/cm4截面模量Wx/cm3600×21060021018.0225.5177567002700

2.2 钢板桩围堰总体施工方案

在河中先填土形成筑岛平台,在其上插打围堰外侧钢板桩,插打顺序自外侧上游角桩沿顺时针和逆时针同步插打至内侧下游角桩处合龙,安装第一道围檩和支撑,围堰内填土至+9 m,旋挖钻在围堰内筑岛平台上施工钻孔桩。钻孔桩施工完,小型挖机配合长臂挖机分层开挖围堰基坑内土,及时抽水,挖至设计标高以下0.5 m安装各道围檩支撑,挖至设计基坑底标高后,及时浇筑干封垫层混凝土,混凝土达设计强度后拆除第3道临时支撑,然后施工承台、墩身,最后依次拆除各道围檩、支撑及钢板桩。

2.3 钢板桩围堰结构设计计算

9号桥墩钢板桩围堰支护结构安全等级为二级,作用在钢板桩围堰外侧的土压力采用朗肯主动土压力,围堰内侧的土压力采用朗肯被动土压力[6-7],结构内力计算方法采用增量法[8],外荷载相当于前一个施工阶段完成后的荷载增量,支承由支撑弹性作用和地层弹性作用组成。求得的围护结构位移和内力相当于前一个施工阶段完成后的增量,当墙体刚度不发生变化时,与前一个施工阶段完成后的墙体已产生的位移和内力叠加,可得到当前施工阶段完成后体系的实际位移和内力。

2.3.1 基本计算参数

依据工程地质勘察资料及场地处置情况,钢板桩围堰深度内主要土层物理力学参数见表2。

 

表2 土层特性参数表

  

层号土类名称层厚/m重度/(kN·m-3)浮重度/(kN·m-3)c/kPaφ/(°)1填土2.2619.09.02.015.02 淤泥质粉质黏土12.5717.77.710.58.83粉质黏土5.5019.79.745.3013.8

2.3.2 计算工况划分

依据钢板桩围堰的总体施工工序,将主要工况划分如下(钢支撑均不预加轴力)。

在《世界遗产名录》中,欧美之外最具有代表性的矿冶文化遗产是位于日本岛根县的石见银山银矿遗址,石见银山遗迹及其文化景观的成功申遗为我国矿冶文化遗产保护提供了成功案例,我国可以借鉴其有效经验。至今,我国只有青城山—都江堰、大运河两处世界文化遗产属于工业遗产,没有一项矿冶文化遗产成功申遗,可以说中国矿冶文化遗产保护之路任重而道远。

CL-40M高压灭菌器,日本ALP;千级洁净室、MS3基本型旋涡混合器,德国IKA;Easymax拍击式均质器,AESChemunex;AnaeroPack厌氧培养罐,日本三菱MGC;JJ1000电子天平(感量0.01 g),常熟市双杰测试仪器厂;GHP-9270隔水式恒温培养箱,上海一恒科学仪器有限公司。

镇街人大是人大工作的基石和桥头堡,发挥着联系、组织、服务、宣传代表的主渠道和桥梁的作用。章丘区人大常委会坚持从制度入手,规范镇街人大建设,报请区委批转了《区人大常委会党组关于进一步加强和规范镇(街道)人大工作的指导意见(试行)》,从7个方面对基层人大工作作出明确规定,为镇(街道)人大开展工作提供了重要遵循。同时实行常委会主任、副主任联系指导镇(街道)人大工作制度,进一步推动基层人大工作开展。截至目前,全区18个镇街全部建起了代表之家,并在城市社区和村文化大院建立了36个代表联络站。

工况1。下挖深度1.5 m,并架设首道钢支撑。

工况2。下挖至深度5.8 m,并架设二道钢支撑。

工况3。下挖至深度8.3 m,架设三道钢支撑。

二是物理科学。物理科学作为基础型学科,在电气自动化的成长过程中发挥了巨大的推动作用。固体电子学的发展,推动了三极管的发明与大规模集成电路的制造,促进了电气自动化的发展。在今后,物理科学仍然是影响电气自动化发展的的关键。

2.3.3 围堰的计算结果

本报讯 日前,财政部、农业农村部、中国银保监会共同印发《关于开展三大粮食作物完全成本保险和收入保险试点工作的通知》,推动保障水平在目前种子、化肥等物化成本和地租成本的基础上,进一步增加劳动力成本至覆盖全部农业生产成本或直接开展收入保险,切实促进农业保险转型升级,保障农户种粮积极性。试点保险标的为关系国计民生和粮食安全的水稻、小麦、玉米三大主粮作物。

计算的工序按照上节所述工况进行划分,按照不利原则,选取基坑中部CX02测斜孔位置作为典型断面进行计算结果分析,见图4。

  

图4 钢板桩围堰各工况下计算结果

由图4可见,随着围堰挖深增加,最大深层水平位移和最大弯矩的位置逐步下移,最大弯矩与最大水平位移的高程关系相对应。从弯矩和水平位移的量值增加角度分析,当围堰挖至设计高程时为最危险工况。此时,最大水平位移为53.02 mm,高程为-0.3 m,即坑底开挖面以上1.0 m,最大弯矩值为376.38 kN·m,高程为-1.3 m,即开挖面位置。从工况4弯矩图的形状分布角度分析,由于受到钢支撑轴向约束,弯矩分布曲线出现明显反弯点,缩短钢板桩计算跨距,从而降低了钢板桩的应力,类似分段受均布荷载的简支梁弯矩分布曲线[9]

钢支撑轴力计算结果见表3。

在最佳的实验条件下对鱼进行麻醉,每组鱼进行尾部静脉抽血,大约取5 mL注入离心管中,在4 ℃下静止2 h,用离心机离心10 min,离心力为1780 g,取上清液置于-20 ℃冰箱中备用。本实验中血液生化指标均使用试剂盒测定。

 

表3 各工况下支撑轴力计算结果汇总表

  

工况开挖面高程/m支撑轴力/kN1层支撑2层支撑3层支撑23.21036.1230.7570.651099.564-1.3532.77758.761241.84

由表3可见,全部3层支撑的受力峰值较为接近,分别在各下层支撑未架设之前达到峰值,由此可见,每层刚支撑架设是下一层土方开挖的前提条件;另外,1层支撑随着基坑开挖深度的增加,支撑轴力呈减小趋势,总体呈受压状态;2层支撑与1层支撑出现了同样的量值变化规律;3层支撑在全部支撑中受力最大,主要是随着基坑开挖深度的增加,钢板桩外侧的土压力合力作用点随之下移,故3层支撑对钢板桩围堰的整体稳定控制非常重要,因此在围堰垫层混凝土浇筑后,未达到混凝土强度时,原则上不允许换撑或拆除3层支撑。

3 钢板桩围堰监测

3.1 监测内容和方法

3.2.1 钢板桩深层水平位移监测

依据上述分析,对9号桥墩钢板桩围堰的监测内容重点为钢板桩变形和支撑轴力监测。钢板桩变形主要以设置测斜孔的方式对钢板桩深度范围变形进行监测,另外以钢板桩顶水平位移作为辅助;由于刚支撑与围檩采用焊接方式连接,支撑轴力监测用应变计进行替代。主要监测点布置见图2。

测斜孔沿围堰长边各布置3孔,共计6孔,间距约25 m,与桩同深,布设位置为距桩外侧0.5 m位置;桩顶与测斜孔同位置布设桩顶水平位移监测点,共计6点,监测元器件为莱卡小棱镜;支撑轴力监测点每层5点,每点布设2个应变计,共计30个应变计。

3.2 监测结果

钢板桩围堰平面尺寸83.3 m×16.9 m,钢板桩桩长18 m,桩端位于③-1粉质粘土层,顶标高+9.0 m;设3道内支撑,采用直径630 mm×壁厚12 mm钢管支撑,其中第3道支撑为临时支撑;围檩主梁第1道采用2H588×300型钢梁、第2道及第3道采用3H588×300型钢梁;坑底插入木桩、干封浇筑50 cm混凝土垫层。

测斜孔埋设时间为钢板桩打设结束后,围堰开挖前,支撑轴力监测点布设与支撑架设同步完成。

钢板桩围堰基坑的围护结构属于柔性结构[10-11],钢板桩自身刚度相对于其他刚性围护结构较弱,如灌注桩、地连墙等。钢板桩在支护体系中的主要作用是挡土和防水,两侧水土压力通过钢板桩传递至钢围檩,再传至内支撑,最终由内支撑消耗。由于力的传递路径和钢板桩自身特点,对于钢板桩+内支撑的支护体系,监测重点应当视钢板桩自身的变形和内支撑体系受力情况,由二者变化的累计量和变化速率分析评估围堰基坑的整体稳定情况。

3.2.2支撑轴力监测

  

图5 钢板桩深层水平位移与曲率监测结果

由图5可以看出,钢板桩最大水平位移位置随开挖深度增加呈下移趋势,基本在开挖面附近。在开挖初期(工况1、2),架设1层支撑,桩顶约束明显,钢板桩受土压力作用曲率变化较为均匀;随着挖深增加、钢支撑架设(工况3、4),钢板桩所受外侧土压力增加,向坑内产生位移,受到2、3层支撑作用,钢板桩柔性结构的特性展现出来,在有支撑作用的位置,变形明显受到约束,曲率产生较大波动。当垫层混凝土达到设计强度并拆除3层支撑时(工况5),钢板桩向坑内有轻微的位移,最大约5 mm,位于垫层以下1 m深度范围内,说明垫层对钢板桩亦起到了横向支撑的作用。

另外,钢板桩在不同深度的实际水平位移受支点约束明显,与设计计算结果存在一定差异,即在钢支撑作用位置水平位移明显受限。

成束的微电极可以同时记录超过200个细胞的电活动,但由于这些电极被置于细胞膜外表面附近,而非细胞膜内,只能检测到电活动中最剧烈的电位变化——动作电位。它们听不到那些乐曲中弱音——那些微小而不引起动作电位的电位变化。但这些阈下电位变化却至关重要,是它们的逐渐累积确定了神经元何时会产生动作电位。

钢板桩深层水平位移监测孔选择与设计断面相对应位置,即图2中CX02监测孔,监测工况与设计工况相对应,增加工况5为垫层混凝土强度达到设计强度后,拆除3层支撑后的工况。CX02测斜孔监测数据如图5所示。

为方便进行支撑轴力数据对比,轴力监测点选取与测斜管CX02相对应的监测断面进行分析,即钢板桩围堰长边中部,支撑轴力监测数据见表4。

 

表4 各工况下支撑轴力实测数据汇总表

  

工况开挖面高程/m支撑轴力/kN1层支撑2层支撑3层支撑23.21278.530.7846.01179.94-1.3423.41067.91116.45-1.3401.21200.6

对比表3和表4可以发现,钢支撑轴力值在各工况下总体的变化趋势上,计算值与实测值的变化规律基本一致,即当支撑布设之后,挖至下层支撑标高以下0.5 m位置时,出现了轴力的峰值。但1、2层支撑轴力峰值均较计算值略大,而3层支撑轴力峰值较计算值略小,且随着工况变化,1层支撑轴力衰减很快,2层支撑轴力值衰减幅度较小,存在这样的差异主要原因是计算中存在多种简化和假定,实际情况会有所差异;另外,淤泥质粉质黏土层厚度较大,计算时输入参数未考虑土质随深度变化而存在的差异;同时,现场工况可能与计算工况有一定的差异。

总体而言,对于钢支撑轴力,实测值和计算值在量级上和变化规律上均呈相互印证的关系,说明设计计算比较符合实际。

1.肠型。通常表现为急性型,病程多为3~6 d,主要发生在20~60日龄以内的幼兔。急性症状常见于腹泻或血便,突然发病倒地,头向后仰,后肢划动,四肢痉挛,常因脱水、中毒及继发细菌感染而亡;慢性个例多腹胀,喜卧,精神沉郁,食欲减退,粪便干硬而带血,经10 d后体质衰弱而亡;耐过个例,常见于顽固性腹泻,肛门常被粪便污染,食欲不振,消瘦、贫血形成僵兔。

4 结论

1) 本文采用增量法对纬七路桥梁9号桥墩钢板桩围堰进行设计计算,依据各工况计算结果,分析钢板桩围堰在各工况下的内力变化及变形规律,并与监测结果进行对比,二者在变化规律及量级上均较为吻合,说明设计简化、参数取值及计算结果较为符合实际,确保了工程顺利、安全施工。

2) 钢板桩围堰属于柔性围护结构,自身刚度较弱,钢板桩在不同深度的实际水平位移受支点约束明显,与设计计算结果存在一定的差异,但总体变形形状二者基本一致。

3) 钢板桩最大深层水平位移的位置随着围堰土方开挖深度的增加而逐步下移,且位于开挖面附近。

创新是工会工作充满活力和生机的不竭动力,创新要自觉地围绕全面深化改革的总目标,要团结和动员广大职工积极投身到全面建成小康社会、实现中华民族伟大复兴的中国梦的伟大实践中去。只有这样,才能真正增强工会工作的活力,增强工会组织的凝聚力。

4) 内支撑体系对于钢板桩围堰的稳定至关重要,随着开挖深度增加,钢板桩外侧水土压力合力作用点下移,伴随着相应位置钢支撑的架设,已架设的上部支撑轴力呈逐步减小的趋势。

5) 由于3层支撑布设位置影响承台施工,同时不具备换撑空间条件,在施工时选择了较厚的素混凝土对围堰进行封底,待达到设计强度后拆除影响施工的3层支撑。在实施过程中监测结果显示,钢支撑轴力和钢板桩深层水平位移均未出现异常突变,说明厚垫层对钢板桩亦起到了横向支撑的作用,为获得足够的施工空间起到重要作用。

“虽然对于伦理道德不曾说及,而那种偶像破坏的精神与力量却是极大,给思想界开了一个透气的孔,这可以算是第一个思想革命家。”〔10〕

参考文献

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杜强,汪春桃,徐春明,陈小浩,王亮
《交通科技》 2018年第02期
《交通科技》2018年第02期文献

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