斜河床面上大型承台的一种施工方法

胡振伟

（广东省长大公路工程有限公司，广东 广州 510620）

1 概述

汕（头）湛（江）高速公路清远清新至云浮新兴段西江特大桥项目位于肇庆市、云浮市，起讫点桩号K113+300～K116+300，跨越西江。西江特大桥全桥共7联，长度3×（3×30 m）+2×45 m+4×47 m+（202 m+738 m）+4×45 m，主桥为边跨 202 m（清远侧）+主跨738 m的双塔双跨吊悬索桥，主墩下设20根280 cm灌注桩。承台为哑铃形状，尺寸为59.1 m×15.7 m×6 m，承台顶、底标高分别为4.0 m及-2.0 m，承台高6 m，平面面积744 m2，承台C40混凝土共计4 464 m3。图1为西江特大桥主桥桥型布置图，图2为主墩承台平面结构图。

17#主墩承台位于西江堤岸附近，该位置原始河床面标高为-5.5～7.0 m不等，原始河床面倾斜，且高差较大。20年一遇洪水位为16.85 m，最低通航水位为0.73 m，施工期常水位为2～5 m。承台底标高-2 m，考虑1 m左右封底厚度，承台施工基坑深达8 m，面积约1 300 m2。基坑环境恶劣，地形地质变化大，水文条件复杂，优选一种安全、可靠、经济适用的施工方法显得十分必要[1]。

2 施工方法比选

针对斜河床面特点，结合施工经验，选取填筑砂岛+钢板桩围堰、对河床面高挖低填+双壁钢围堰、钢管桩挡土+钢板桩围堰三种施工方法进行比选，见表1。

综合比较后，选用钢管桩挡土+钢板桩围堰的施工方法，即在岸侧插打钢管桩抵挡高处土压力，对围堰内进行高挖低填，插打钢板桩，并设置多道强圈梁-内撑结构，使得钢板桩围堰形成整体，承受斜河床所产生的不平衡水土压力[2]。

该工程岸侧搭设1 m-δ10 mm钢管桩挡土、承台四周插打一圈拉森Ⅳ型钢板桩，封底完成后边抽水边增设两层圈梁和内撑，圈梁采用双/三拼H582型钢，横纵向支撑采用0.82m-δ8mm 钢护筒，角斜撑采用0.426m-δ6 mm钢护筒，形成施工围堰，分两层施工承台钢筋混凝土。

3 施工工况计算分析

施工范围地质层从上往下分布淤泥质黏土、粉质黏土、粉砂、细砂、粗砂等，钢管桩顶标高8 m，围堰计算施工最高水位取5.0 m，钢板桩顶标高按6.0 m；靠岸侧围堰外土面标高最高为2.0 m，靠河侧围堰外土面标高最低为-4.5 m；封底厚度0.8 m，承台分两次浇筑，各3 m[3]。

粉质黏土的饱和重度为γsat=19.45 kN/m3；粉质黏土的浮重度为γ′=9.45 kN/m3；粉质黏土的自然重度为 γ=18.5 kN/m3；黏聚力 c=26.94 kPa，内摩擦角=17.78°。

主动土压力系

图1 西江特大桥主桥桥型布置图（单位:cm）

图2 主墩承台平面结构图（单位:cm）

表1 施工方法比选表

被动土压力系

主动土压力计算公式见式（1）：

被动土压力计算公式见式（2）：

式中：z为土压力计算点至土面的深度。

整个钢板桩围堰施工过程中，考虑钢板桩受力情况的变化可分解为以下几种工况进行计算：

工况一：

（1）类别一。靠岸侧，外侧水位5.0 m，外侧土面2.0 m，钢板桩长度为15.0 m，内撑一4.5 m，内侧抽水、开挖至0.5 m，准备安装内撑二。

（2）类别二。靠河侧，外侧水位5.0 m，外侧土面-4.5 m，钢板桩长度为21.0 m，内撑一4.5 m，内侧土面标高-2.0 m，内侧抽水至0.5 m，准备安装内撑二[4]。

工况二：

（1）类别一。靠岸侧，外侧水位5.0 m，外侧土面2.0 m，钢板桩长度为15.0 m，内撑一4.5 m，内撑二2.0 m，内侧抽水、开挖至-2.8 m，准备封底之前。

（2）类别二。靠河侧，外侧水位5.0 m，外侧土面-4.5 m，钢板桩长度为21.0 m，内撑一4.5 m，内撑二2.0 m，内侧抽水、开挖至-2.8 m，准备封底之前。

以工况一的类别一为例，分析其受力图，如图3所示。

用等值梁法计算钢板桩，首先计算钢板桩墙上土压力强度等于0的点E离挖土面的距离y，由主动土压力Pp=5.03 z-39.3=0，得z=7.81 m。

当h2+h3＜7.81 m时，由γw（h1+h2）=17.76 h3+73.86，得 h3=-1.625 m。

图3 钢板桩OE的受力计算模型（单位:m）

即在点D处由黏聚力产生的与土体深度无关的被动土压力（极限值为73.86 kPa）未达到极限值即可抵消水压力（45 kPa），则梁OD为钢板桩的等值梁，取梁OD为研究对象，其中内撑一点B及钢板桩等值梁端点D处等效为固定铰支座，主、被动土压力、水压力均乘以1.2的荷载系数，利用MIDAS建立梁OD的连续梁计算模型，计算结果如下：

支反力：FB=45.6 kN（压力）；FD=75.9 kN（压力）。

变形最大值：ΔLmax=1.4 mm＜变形允许值L/400=4 000 mm/400=10 mm。

弯矩最大值：Mmax=59.9 kN/m2＜M=408.6 kN/m2。剪力最大值：Qmax=75.9 kN＜M=2061 kN。

计算钢板桩的最小入土深度最大值：t0=y+x。

板桩实际埋深应位于x之下，所需设计板桩的入土深度取为

故钢板桩所需总长为L=5.5 m+6.35 m=11.85 m＜15 m，实际插打钢板桩长度15 m满足要求。

同法计算其他工况结果见表2。

表2 钢板桩围堰各工况受力计算统计表

由表2可知，钢板桩满足要求。圈梁一每延米所受最大压力为F内撑一=100.7 kN，圈梁二每延米所受最大压力为F内撑二=257.1 kN。根据圈梁一、二每延米受力情况，利用MIDAS软件建立圈梁、内撑的有限元分析模型，经计算，结果满足要求。据经验公式，对基坑底部管涌和隆起分别验算，其结果满足要求[5]。

4 方案实施

（1）靠岸侧土面自然放坡开挖，降低土面标高。

（2）拆除桩基钻孔区平台，靠岸侧插打钢管桩形成挡土墙，整个围堰区域高挖低填。

（3）安装第一层围囹（兼作导梁），插打钢板桩，止水、抽水。

（4）围堰内开挖整平，安装第一层圈梁及内撑，继续开挖整平，安装第二层圈梁及内撑。

（5）搭设封底混凝土浇筑平台，浇筑封底混凝土。

（6）桩头清理，第一层承台混凝土浇筑，拆除第二层圈梁及内撑。

（7）第二层承台混凝土浇筑，拆除第一层圈梁及内撑。

（8）塔座施工完成后，拆除围囹，再拆除钢板桩及靠岸侧钢管桩挡土墙。

5 结语

综上所述，该项目承台施工采用钢管桩挡土+钢板桩围堰的施工方法，针对不同施工阶段，通过对钢管桩、钢板桩、内撑等临时结构进行严格计算分析，克服了斜河床面上大型深基坑施工难题，优化出最优施工方案，大大减少了大面积填筑与开挖，同时避免大型钢结构加工安装，节约工期和成本，利用钢管桩、钢板桩和型钢等周转材料组织施工，施工安全，质量可靠，其技术达到业内先进水平，该施工方法在该项目成功实施，效果优秀，为今后类似工程提供了经济、可靠、实用的施工技术。

[1]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[2]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[3]江正荣，朱国梁.简明施工计算手册[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，2016.

[4]盛红专，石柱，陆尚武.复杂水文条件下的大型承台施工技术[J].中外公路，2006，26（2）：128-130.

[5]丁如珍.五河口斜拉桥特大型承台施工技术[J].桥梁建设，2005（1）：52-54，76.