吴淞江特大桥深水围堰设计与施工 一、 吴淞江特大桥主墩简介 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30 m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。 吴淞江特大桥主墩编号为68号与69号，主墩都位于主河道内，距岸边分别为70米和40米，上游侧与便桥相临，相距7.0米，目前水深4.0m，水流较缓慢流速1.5m/s。江水涨落不大，在丰水期水深5.0m，涨幅1.0m，据统计没有海水的顶拖现象。主墩承台底标高上下游不同，68号墩承台底标高分别为-5.8m和-3.7m，下游幅较深。69号墩上下游承台底标高分别为-4.88m与-3.97m。根据设计提供的地质资料，河床地质为粘土和亚粘土相间分层，厚度不一，渗透力差。 二、 几种方案的可行性比较 1．双壁钢围堰 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。 2．钢管桩锁口围堰 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，不易封水。 3．钢板桩围堰 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。 三、 围堰的组成结构 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。 四、 围堰受力计算 1． 根据地理、地质情况，对围堰的受力情况进行分析： (1) 动水压力，取安全系数2。 A、 围堰受力分析 （1） 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。 （2） 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。 （3） 当水位到第二道支撑标高时，围堰反支撑受力稳定情况。 （4） 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。 （5） 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。 （6） 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。 B、 动水压力计算： 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 K为安全系数取2.0 H为水深 V=1.5m/s g为重力加速度9.8m/s2 B桩板宽1.0m D水的密度 P=2×4×1.52/(9.8×2) ×1×1=0.918t 根据围堰设计资料及桥涵2-2-60资料，确定动水作用集中点为水面下水深1/3计算。Hc=1/3×4.0=1.33m，即：P作用于堰体标高为-0.1m位置处,根据结构在P作用下，围堰平衡只能由打入桩一定深度的被动土压力完成。 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。 C、 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 容重=17KN/m3 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 承台的底标高按-5.8米计，清淤底标高按-7.3米计。内外土层高差4.5米。 淤泥的强度压力 Pp=γ1•h•tg2(45°-φ/2)-2•C•tg(45°-φ/2) = γ1•h•tg2(45°-5°/2)- 2•C•tg(45°-5°/2) =17×(2.35+4.5) ×0.84-2×2×0.916 =94.15KN/m2 Pa=γ1•h1•Ka-2×2×Ka1/2 =29.894KN/m2 全部主动土压力 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) =1.86m 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 γ′=γ-γw浮容重： Pa=γ1•h′1•Ka-2×c× Ka1/2 =（17-10）×2.35×0.84-2×2×0.916 =10.15KN/m2 Pb=γ′1•(h′1+h1) •tg2(45°-5°/2)- 2•2•tg(45°-5°/2) =(17-10) ×6.85×0.84-2×2×0.916 =36.614KN/m 作用点距底: yc=h/3•(a+2b)/(a+b) =4.5/3×(36.614+2×10.15)/(36.314+10.15) =1.827m 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: q=(9.1-7.3) ×17=30.6KN/m2 将其换算为当量亚砂土层厚: h′=q/=30.6/25=1.224m γ:亚砂土取17KN/m3 被动土村力强度: Pa′=2×c×Kp1/2=2×5×tg(45°+20°/2) =10×1.428 =14.428KN/m Pb=γ•h•Kp1/2 =17×(h1+h11′) •Kp+2c Kp1/2 =17×(4.2+1.224) ×tg2(45+20/2)+2×5×tg(45+20/2)=202.4KN/m 被动土压力为: Ep=1/2γ•h2•Kp+2c•h•Kp1/2 =1/2×17×5.424×2.04+2×5×5.424×1.428 =171.5KN