马鞍山长江大桥右汊中塔钻孔平台汛期稳定性分析及防控

　　摘要：右汊斜拉桥中塔施工是本项目的控制节点，汛期施工期间，考虑到平台上部荷载、水流对平台钢管桩的冲击力、高水位下造成的一般冲刷和局部冲刷等对钻孔平台整体稳定性影响，进行研究，根据现场实际情况，提出对钻孔平台防冲刷的应急措施。

　　关键词：平台,汛期,稳定,水位

　　1 研究背景

　　1.1研究目的

　　2010年是个高水位年，从5月份开始水位就较常水位高1~2m，从气象资料和长江委员会预测的数据来看，今年将发生20年一遇的洪水。中塔是本项目的控制性工程，直接影响到右汊主桥的按时完工，目前中塔正在进行基桩施工，汛期施工期间，考虑水流对平台的冲击力、高水位下的河床冲刷等对钻孔平台整体稳定性影响，进行研究，以指导施工。

　　1.2施工概况

　　马鞍山长江大桥右汊斜拉桥跨径布置为(38+82+2×260+82+38)m，全长760m，为三塔六跨的双索面半漂浮体系斜拉桥，下部采用哑铃式圆形承台及群桩基础。目前YZ3#中塔进行基桩施工，钻孔平台采用钢管+型钢结构，标高为+8.5，钢管桩型号为Φ630*8mm，护筒采用Φ2700*20mm，施工过程中考虑平台上最多可同时上7台YCJF-250钻机。

　　2 中塔平台汛期稳定性验算

　　2.1汛期影响平台稳定性的因素

　　⑴、平台上部荷载，主要为钻孔平台自身结构是否满足钻机等施工设备自重影响

　　⑵、汛期水流冲刷造成钢管桩入土深度不够对竖向承载力影响

　　⑶、汛期水流对钻孔平台整体稳定性影响

　　2.2 参数取值

　　2.2.1 荷载类型

　　钻孔平台结构自重、施工过程中平台上最多可同时上7台钻机作为平台最大竖向荷载，最高施工水位为+9.2m，水流速度为2.0m/s，河床最大冲刷标高为-12.345m。

　　⑴、钻孔平台结构自重：midas分析软件自行计入

　　⑵、7台钻机按照实际布置情况施加的竖向荷载

　　⑶、流水压力：根据《公路桥涵设计通用规范》可计算得P=1.63Kpa;

　　2.2.2工况及荷载组合

　　验算工况：水位在+8.5m时，平台上有7台钻机。

　　荷载组合：⑴+⑵+⑶

　　2.2.3 地质情况

　　表1 中塔墩位处地质情况

　　2.2.4 20年一遇的洪水冲刷深度

　　通过《马鞍山长江公路大桥水文分析计算专题报告》可查该河段一般冲刷深度为16.693m，局部冲刷深度为4.852m，根据河床标高-5.7m，水位+9.20m，可知：冲刷总深度为6.645m，一般冲刷线标高为-7.493m，局部冲刷线标高为-12.345m。

　　2.3 稳定性计算分析

　　2.3.1 钢管桩冲刷后承载能力验算

　　通过实际施工数据来看，取中塔入土深度为14m的φ630×6mm钢管桩进行承载力验算。

　　验算工况为：在20年一遇最高水位+9.2m时河床达到最大冲刷线-12.345m，平台上单位面积上只摆放一台YCJF-250钻机(钻机中最重的机型)。

　　数据分析：

　　(1)、YCJF-250自重35t，平台恒载重量按10t/根计算，按照35t钻机全部集中在单根钢管上，则单根钢管承载力最大为450KN。

　　(2)、按原河床标高计算的入土深度为14m，现已冲刷深度为6.645m，则剩余入土深度为7.355m，通过高程可很知已完全进入细砂层，其摩阻力τ=40 Kpa。

　　满足施工要求。

　　2.3.2 汛期钻孔平台稳定性验算

　　为验算钻孔平台在洪汛期间的整体稳定性，采用midas软件对整个支架钢管桩模型进行整体屈曲分析，临界系数为11.4，大于5，所以钻孔平台在洪汛期间的整体稳定性满足要求。

　　2.3.3 计算分析结论

　　通过以上计算可知，中塔钻孔平台的设计刚度和整体稳定性能满足洪汛期间安全要求。

　　3应急措施

　　汛期施工期间，加强对平台四周，特别上游侧平台贝雷上附着的漂浮物清理，以减少流水压力。

　　3.1 冲刷观测

　　项目部为监测河床冲刷情况特购买了一台HY-1500型便携式测深仪，每天对水深进行测量，及时了解河床冲刷情况，监测频率为每天两次，分为上午9点一次和下午17点一次，洪峰时期适当加密监测次数，YZ3墩上下游设6个冲刷观测点。

　　3.1.2 冲刷警戒线计算

　　本计算主要是计算单护筒的保证自身稳定性的情况下最少需要的入土深度，设为x

　　此处有：其中K为桥墩形状系数，对于圆形墩取0.8;

　　水的重力密度γ=10KN/m3 、重力加速度g=9.81m/s2、设计流速V=2m/s

　　桥墩阻水面积A计算至一般冲刷线，则 则可计算出

　　作用点高度

　　因此最大弯矩 由于护筒形成的摩阻力f要抵抗住流水压力形成的最大弯矩，取摩阻力为40KPa，护筒外径为2.7m。

　　则有，求解有x≥4.1m

　　根据护筒底标高为-15.9m，可计算出冲刷线标高要高于-11.8m，取-11m(x= 4.8)。

　　则此时护筒所承受的水平力 细砂层所能承受的最大水平推力 明显F>1.4·Fw 满足要求

　　因此冲刷警戒水位取-11m。

　　3.2 冲刷处理方案

　　根据观测记录数据，当发现因冲刷导致河床标高致-10m时，立即准备冲刷处理。物资部及时采购砂子及沙袋，生产部安排钢筋作业队及时加工钢筋网铁笼。

　　当河床标高致-11m时，即启动冲刷处理方案。立刻组织人员、机械先沿钢管桩四周抛铁笼，铁笼与钢管桩固定牢固，同时往铁笼里抛沙袋和铁笼围囹范围内沿护筒四周进行抛沙袋处理，沙袋标高控制在-8m左右，以减少对河床的冲刷。

　　平台四周沙袋采用铁笼集中堆放，上游钢筋笼下放位置距平台首排钢管桩1.3m，防止水流冲击力对平台产生影响。在平台内，采用在护筒及钢管桩周围散抛沙袋处理。

　　4 结语

　　通过对中塔施工区域的冲刷稳定研究,可以有效的指导中塔渡洪，为基桩钻孔平台在洪水期的安全稳定提供技术保障，同时在施工中依据理论数据和实际监测数据的比较，提前做好各项预警和防控措施，以减小了平台失稳机率，从而保证了整个右汊主桥的顺利施工。

　　参考文献：

　　[1] 《马鞍山长江公路大桥工程可行性研究报告》

　　[2] 《马鞍山长江公路大桥工程地质勘查报告》

　　[3] 《马鞍山长江公路大桥河工模型试验》

　　[4] 《马鞍山长江公路大桥水文分析计算专题报告》

　　[5] 《钢结构设计手册》(第三版) 中国建筑工业出版社

　　[6] 《装配式公路钢桥多用途使用手册》 人民交通出版社

　　[7] 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86) 2002

《马鞍山长江大桥右汊中塔钻孔平台汛期稳定性分析及防控》

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