南方某市政大桥穿越深厚淤泥层钢护筒内力及稳定性分析.pdf

南方某市政大桥地质为深厚淤泥层深度 左右设计采用钢护筒穿越淤泥层 原设计中钢护筒壁厚为 实施过程中由于钢护筒壁薄刚度较小吊装过程中发生变形 钢护筒下沉期间采用振动锤锤击在激振力作用下钢护筒变形严重导致在钻孔过程中经常出现卡钻、卡锤情况 通过模拟检算钢护筒下沉时在振动锤作用下的变形及应力情况合理确定钢护筒壁厚为 关键词:钢护筒壁厚钢护筒变形应力检算稳定性分析中图分类号:.文献标识码:引言我国部分河流及海湾淤泥层较厚为保证施工安全通常采用钢护筒穿越淤泥层 如果钢护筒壁过薄施工过程中容易发生较大变形难以保证成孔质量如果太厚则经济性较差且吊装难度较大 若采用经验估算容易出现较大偏差 文章通过合理选取计算参数和计算方法对钢护筒壁厚进行理论计算确定合理的钢护筒壁厚 工程概况某大桥全长.桥梁沿线穿越养殖鱼塘及既有河涌根据地质资料显示穿越地段为深厚淤泥层深度约 工程地质参数见表 计算依据参照公路桥涵地基与基础设计规范()、建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范()、钢结构设计标准()及该桥施工图纸进行计算 计算参数.振动锤参数根据施工单位提供的图纸及相关文献对振动锤作用参数进行查询具体参数为:自重 最大激振力.钢护筒参数护筒直径为.钢板厚度取 钢材类型为 弹性模量.容重/线膨胀系数.泊松比.桥址区域所在地平均钢护筒长度为 由 单节拼接而成表 桥址工程地质参数土层编号时代成因岩土名称状态地基承载力特征值/饱和单轴极限抗压强度/侧摩阻力标准值/杂填土松散素填土松散淤泥流塑粉质粘土可塑粉砂、细砂淤泥质粉砂、细砂松散中砂松散粉质粘土可塑淤泥质粉质粘土流塑粉砂、细砂稍密中砂、粗砂稍密砾砂中密砂质粘性土可塑砂质粘性土硬塑混合岩全风化碎裂状混合岩等坚硬土状强风化碎块状强风化、强 中风化碎裂岩碎裂状混合岩混合岩中风化中风化混合岩中风化 年 第 期 北方交通.桥址地质参数按照护筒穿越淤泥层底部 考虑根据相关文献 现将相关土体参数汇总如下具体如表 所示:表 土体参数取值岩土名称弹性模量/泊松比密度/(/)粘聚力/摩擦角/()膨胀角/()摩擦系数杂填土.淤泥.粉质黏土.综上按不利情况考虑取为黏性土土体容重为/粘聚力 为 内摩擦角 取 计算工况计算分两种工况进行 工况一为钢护筒内外均含填土即施工阶段完成瞬时钢护筒到既定位置处工况二为施工完成后钢护筒内无土但含泥浆阶段如图 和图 所示:图 工况 施工阶段图 工况 成孔阶段 钢护筒荷载计算.钢护筒侧压力计算()钢护筒外土压力计算参考建筑地基基础设计规范()考虑最不利土压力即被动土压力 对于粘性土被动土压力计算方式见式:()式 中:为土的重度为被动土压力系数 为土的粘聚力 为填土内摩擦角故在深度 处的被动土压力为:./即在深度 处钢护筒单位面积受到的土压强为.()钢护筒内泥浆压力计算通常情况下泥浆密度大于水的密度 为此将偏安全的取水作为泥浆的密度即 /则故在深度 处的水压力为:./即在深度 处的钢护筒单位面积受到的水压强为.()钢护筒在工况 下的压强差压强差 为:.钢护筒侧摩阻力()单桩轴向承载力根据相关文献 计算考虑按照单桩承载力进行反算 依据公路桥涵地基与基础设计规范()第 节进行计算其中单桩轴向受压承载力特征值按照式 计算:()式 中:为单桩轴向受压承载力特征值单位为 为桩身周长单位为 为承台底面或局部冲刷线下各土层的厚度单位为 为与 对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值单位为 为桩端截面面积由于该项目为一钢护筒横截面面积较小故不予考虑为修正后的桩端土承载力特征值该项目钢护筒与单桩的区别在于钢护筒内外侧均会受到侧摩阻力故此时钢护筒的侧摩阻力 可表示为式:()计算示意图如图 由于杂填土无参考摩阻力标准值故按照最不利荷载进行计算取值同淤泥一北方交通 年 第 期致 钢护筒全长 打入粉质黏土长度按照 计图 计算图示故桥址区域单根钢护筒的静止侧摩阻力分别为:.时 .(.).()钢护筒侧摩阻力当钢护筒静止存在于土体中其与土之间存在静摩阻力 对钢护筒进行强制振动钢护筒会将振动传递给与钢护筒接触的土壤颗粒 土壤颗粒之间继而发生相对运动减少颗粒间的相互摩擦造成静摩擦阻力急剧下降 目前国内外工程证实在实际施工过程中振动锤高速振动会导致桩周围土壤产生液化导致桩侧静摩阻力降低 即土阻力降低系数通常取.计算综合考虑滑动摩擦阻力降低系数为.此时计算钢护筒两侧总的滑动侧摩阻力为:.时 .有限元模型分析.模型建立计算采用 软件单元为 共计 个单元 个节点 分两种壁厚(、)和两种工况进行 为避免失真约束条件为钢护筒下端全部为(沿轴向)方向约束其中关于 轴或 轴对称的两点分别为、和、约束 建立钢护筒长度为 摩擦力按照切向考虑.静力分析对直径.的钢护筒进行计算分析结果见表 厚度钢护筒在工况二作用下应力超出设计容许应力不满足规范要求 厚度钢护筒在工况二作用下满足规范要求表 直径.钢护筒受力计算结果护筒类型计算工况最大 应力值/横向正应力/容许应力/轴向位移/横向位移/工况一.工况二.工况一.工况二.屈曲分析屈曲分析约束条件同.节 屈曲分析按照工况一进行荷载施加方式如图 约束条件为钢护筒底端全部为(沿轴向)方向约束其中关于 轴或 轴对称的两点分别为、和、约束 钢护筒工况一时最大直径下线弹性屈曲稳定系数为.小于稳定系数 钢护筒工况一时最大直径下弹性屈曲稳定系数为.大于.钢护筒线弹性屈曲满足要求 屈曲分析结果如图、图 所示:图 钢护筒一阶屈曲模态 结论通过计算分析得出以下结论:()采用 壁厚的钢护筒采用震动锤沉管 桩基施工时钢护筒应力大于钢材的容许应力钢护筒的强度不满足要求结构弹性屈曲系数小于不满足稳定性要求()采用 壁厚的钢护筒采用震动锤沉管 桩基施工时钢护筒应力小于钢材的容许应力钢护筒的强度满足要求 年 第 期 鲁德新等:南方某市政大桥穿越深厚淤泥层钢护筒内力及稳定性分析图 钢护筒一阶屈曲模态()采用 厚钢护筒撞击施工过程中结构的弹性屈曲稳定系数大于 满足稳定性要求参考文献 胡健马新风.超厚砂卵石层地质条件下大直径钢护筒沉放技术.中国水运(下半月)():.张立奎米长江欧阳祖亮等.大直径长钢护筒陆地施工方案比选.桥梁建设():.张海顺陈宁贤唐友刚等.海上超长大直径永久钢护筒合理壁厚计算.铁道工程学报():.孙平宽.海洋环境桥梁桩基钢护筒设计与施工技术研究.西安:长安大学.吴纬功胡伟才.水下大直径桩基钢护筒施工技术.中国水运.航道科技():.尚龙章欣韩志忠.芜湖长江公路二桥钢护筒制作、运输与沉放技术.中国港湾建设():.彭明刚黄顺佩杜长铃等.大直径长桥桩钢护筒贯入施工参数优化研究.水利水电快报():.王俊召周小棚吴志敏.基于有限元的钢护筒埋深设计及应用研究.西部交通科技():.姚帅彪商朋朋李浩师等.某桥梁深水基础施工中钢护筒变形原因分析及对策.沈阳大学学报(自然科学版)():.(.).(上接第 页).北方交通 年 第 期