关键词： 水文
双壁围堰（精选十篇）
双壁围堰 篇1
水文资料:
该河常年流水, 水量随季节变化较大, 汛期为7月份～9月份, 水文资料Q1/100=20200m/s, H1/100=279.66m, V1/100=4.05m/s。该河水质良好, 对圬工无侵蚀性。河床受冲刷及采砂影响, 地形高低起伏, 施工难度很大。
2 双壁钢围堰施工工艺
2.1 双壁钢围堰施工工艺流程
测量定位→拼装首节双壁钢围堰→下放第一节双壁钢围堰→依次焊接并下放第二、第三节钢围堰→检查钢围堰顶面标高→就位、固定→潜水员检查箱底与河床接触情况→根据摸底情况抛填砂袋→安插封底混凝土导管→灌注封底混凝土→抽水并设置内支撑。
2.2 双壁钢围堰施工准备
双壁钢围堰在施工前需对人员机械等准备情况进行核查, 对平台的整体进行检查, 发现疲劳开焊等情况需提前修复, 保证钢围堰的顺利下放。加强现场设备的调度工作;根据施工进度, 即使调配机械, 做到随用随, 做到不误时间。
在整个钢围堰的施工过程, 主要机械情况如下表:
2.3 双壁钢围堰的拼装
钢围堰的拼装顺序是一次逐块拼装。底节钢围堰的安装要严格控制其平面位置尺寸及垂直度偏差, 经检测符合要求后方可固定钢围堰拼装。误差应符合下列规定:平面尺寸内测平面尺寸偏差小于长宽的1/500;相邻隔舱、顶面高差小于100mm。拼装时应选择合适的吊装、浮吊设备进行拼装见图。起吊时采用四根钢丝绳, 固定在钢围堰吊身上, 并系好揽风绳。当拼装某一块时, 发现其平面位置尺寸及垂直度与设计位置较大时, 应采用倒链式千斤顶, 尽量将该块段调整到设计位置以减少合拢段拼装时出现累积误差。
2.4 钢围堰的沉入
钢围堰首先进行底节下沉, 当吊点垂直安装完毕后, 首先将8个倒链同时上升, 吊起第一节钢围堰离开刃角受力点0.5m时, 拆除下部受力点。为了百分之百安全下沉, 先将对称的4个倒链下落0.5m时停止。再由4个对称倒链下落0.5m, 这样轮换下沉到设计标高。然后拆除4个吊点, 保留4个吊点准备第二节焊接。
第二节焊接程序:在第一节上对称块焊接, 3号块—7号块。焊接到第4号块—8号块时, 焊上4个吊耳, 然后再由4个倒链固定。拆除第一节的4个倒链, 进行1号—5号块焊接。考虑到第一节自浮的计算, 根据现场的设计情况, 再设2个吊点, 为了确保安全固定钢围堰左、右、上、下的移动, 双壁钢围堰刃角浇筑混凝土约35立方米。接上2号块和6号块。第一节焊接完后, 进行水密实验, 确保无渗漏现象, 然后第二节下沉。所有的倒链同时缓缓下落。下沉一定自浮不能下沉时, 注水到双壁钢围堰内使其下沉到计算标高, 稳固好围堰的晃动。
然后安装第三节, 第三节焊接程序:进行第三节焊接拼装前, 加强定位导向架在护筒的四角方向增加一组导向系。以第二节程序一样对称焊接完成后, 注水下沉离河床0.5m时停止注水, 派潜水员了解刃角接着河床的平面度。
2.5 施工平台及导管布置
在钢围堰顶利用工字钢搭设封底混凝土施工工作平台, 布置水下混凝土封底用导管。根据州河特大桥主墩双壁钢围堰的实际情况, 双壁钢围堰的内矩形尺寸为17.7m×14m, 外矩形尺寸为19.86m×16.16m, 各导管有效灌注半径暂取R=4.00m;双壁钢围堰内封底混凝土导管将沿直径R灌=8m圆周平均布置在钢护筒 (桩身) 空档处。
2.6 混凝土封底
灌注水下混凝土的施工顺序应为:先灌注钢围堰双壁间混凝土, 待其混凝土终凝后, 形成固结整体稳定双壁钢围堰;再灌注双壁间钢围堰内的封底混凝土。在灌注混凝土的过程中, 混凝土在不断的上升导管也要随之向上提升, 确保混凝土的下落深度和导管的埋置深度始终处于相适应的状态。混凝土灌注时, 要密切关注混凝土的扩散与堆高的情况, 根据实际的情况对导管的深度和混凝土的坍落度做适当的调整, 确保堆高的坡度小于1:5, 在对导管进行抽拔的过程中要严禁水的进入。等到混凝土的强度满足要求后, 再将其表面的松散层及时的凿除。
灌注过程中应实时按布置的测量点对基底的混凝土面进行检查, 保证基底混凝土面的平整。水下混凝土封底完成后, 其顶标高难以做到一致, 其顶标高应控制在+10cm到-20cm的范围内。
2.7 围堰抽水、支撑安装及封底
将堰按要求筑成后, 抽水至-3.0m标高处, 安装支撑, 支撑安装完成后再向围堰内加水至围堰的外水位, 然后进行水下吸泥、清淤至标高。
3 质量保证体系及保证措施
3.1 质量总体目标
确保全部工程达到国家现行的工程质量验收标准, 工程一次验收合格率达到100%。施工现场整洁, 环保措施落实, 做到文明施工。
3.2 质量保证措施
1) 思想保证措施
控制好工程质量是施工的关键, 在施工的过程中加强每一个工序的控制是确保过程质量的基础与保证。工程质量的控制是一个十分系统的工程, 需要各方人员的共同努力, 结合工程的实际情况制定合理的规章制度, 同时对施工人员加强教育, 确保其对施工工艺非常熟练, 落实责任制, 明确每个人的目标, 确保参与施工的人员都按照规范标准进行施工。
实施领导把关, 做到文明施工, 将“百年大计, 质量第一”的思想贯彻到参战的每一个施工人员的行动中。
2) 制度保证措施
质量责任制度:为确保施工质量, 自上而下逐级建立工程质量责任制, 签订质量责任书, 明确工作岗位的质量职责和义务, 建立完善的质量责任制度, 以确保施工质量得到有效控制。
质量一票否决权制度:项目施工全过程实行质量一票否决制, 派有资质和铁路施工经验的技术人员担任质检工程师、质检员, 负责内部质检工作, 并赋予质量工程师一票否决权力。凡进入工地的所有材料、半成品、成品, 质检工程师同意后才能用于工程。对工程验工, 必须经过质检工程师的签认, 一切需经监理签认的项目, 必须经质检工程师检验合格后方上报。质检工程师、质检员以施工规范、工程质量验收标准为依据, 行使一票否决权。
技术交底制度:在对分项工程施工前, 首先施工人员一定要十分熟悉施工图纸和施工规范的要求, 然后负责技术的工程师要向参建的人员进行必要的技术交底, 明确该项工程的设计要求、技术标准、功能作用及与其他分项工程的关系、施工方法、工艺和注意事项等, 要求全体人员明确标准, 做到人人按照要求施工。
4安全保证体系及安全保证措施
4.1安全目标
坚持“安全第一, 预防为主”的方针, 建立健全安全组织机构, 完善安全生产保证体系, 杜绝安全特别重大、重大、大事故, 杜绝死亡事故, 防止一般事故的发生。消灭一切责任事故, 确保人民生命财产不受损害。
4.2安全保证体系
1) 安全管理机构及安全人员职责
为加强安全领导, 进行系统化、网络化管理, 项目部成立由项目经理为组长, 安全主任、项目副经理、总工程师为副组长的安全领导小组;操作层为安检工程师、各队安全员;执行层为各相关部门及各施工队。
2) 施工现场安全技术措施
以建设安全标准工地为载体, 强化施工现场作业控制。各施工队结合本队施工的内容, 制订出各自的施工安全标准。
施工工地平整, 经常保持排水畅通, 工地内的各种道路平整、坚实, 保持畅通, 且有照明设施。施工现场设置安全警示标志, 设置安全生产宣传栏。在重点作业场所、危险区、主要通道设立“五牌一图”, 即:工程告示牌、安全生产记录牌、防火须知牌、安全无事故记录牌、工地主要管理人员名牌和施工总平面布置图。
5结论
综上所述, 在双壁围堰施工的过程中, 施工人员在施工的过程, 一定要对工程中经常出现的问题采取有效的措施, 尽量减少不良状况的出现。同时施工的过程中加强质量的控制。在运营时, 还需要做好管理工作, 及时的进行养护确保工程的使用寿命及安全。
参考文献
[1]张秀, 任学起.通榆运河特大桥基础钢板桩围堰施工实践[J].山西建筑, 2008 (25) .
[2]母泽友.柳河双线特大桥钢板桩围堰施工工艺探究[J].山西建筑, 2008 (17) .
[3]张世奎, 涂相友, 程菊花.涌潮区深水大桥主墩钢围堰的施工工艺[J].桥梁建设, 2003 (6) .
[4]王传鹏, 梁德礼, 于华, 潘向军.高压旋喷桩配合双壁钢围堰施工深水承台的实践[J].华东公路, 2002 (4) .
双壁钢接混凝土围堰设计与施工 篇2
双壁钢接混凝土围堰设计与施工
结合某沿海地区市政工程大桥实际,为了方便潮汐深水条件下的桩基承台施工,将双壁钢围堰与沉井技术有机结合,形成双壁钢接混凝土围堰.详细介绍了双壁钢接混凝土围堰的设计、制作和施工工艺,以供设计与施工参考.实践证明,双壁钢接混凝土围堰技术减少了钢材用量和降低了围堰加工难度,能够缩短工期、确保施工安全,具有较高的推广价值.
作 者：赵克东 Zhao Kedong 作者单位：中铁十四局集团有限公司,山东,济南,250014刊 名：国防交通工程与技术英文刊名：TRAFFIC ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR NATIONAL DEFENCE年，卷(期)：8(3)分类号：U443.162关键词：潮汐深水 双壁钢接混凝土围堰 承台施工
双壁围堰 篇3
摘要：四川省宜宾市屏山县岷江大桥主桥为T型刚构连续梁，其4、5号桥墩基础均采用双壁钢围堰施工，为保证围堰的结构设计经济合理，故对该桥4号、5号主墩承台围堰通过MIDAS程序进行三维空间建模，并对各种杆件赋予各自材料特性，结合具体施工流程.通过分析套箱和内支撑的不同施工阶段的最不利工况，找出施工工程中的主要控制工况，根据计算结果对围堰结构进行优化处理。结果表明：在工况3，即围堰封底混凝土浇筑完毕并达到设计强度后，对套箱内进行抽水时，围堰的受力与变形明显增大，可通过增大环板厚度等手段可显著减小围堰受力；此外，不同工况下围堰的应力集中部位比较明显，可以加强该部分构造；封底混凝土的厚度也可以通过MATLAB求得同时满足强度和稳定性的最优解。
关键词：承台；双壁钢围堰；受力分析；设计计算；有限元法
Abstract：The main part of the Minjiang Bridge that locates in Pingshan County Yibin City Sichuan Province，is a continuous girder of T-Shaped steel structure. Its foundation of number 4 &5 bridge pier both adopts the double-wall steel boxed cofferdams construction methods. In order to make sure the structural design of cofferdam is economical and reasonable，the three-dimensional finite element soft-ware MIDAS was used to analyze the cofferdam structures and define various bar their material properties，combined with specific construction process，。Through the analysis of the different construction of box and inside support phase the most unfavorable conditions，we can find the main working condition of control in construction engineering and to optimize the cofferdams structure according to the calculating results. The results show that the stress and deformation of the cofferdam are increased when the base sealing concrete for the cofferdams reaches its designed strength and when water inside the cofferdams is pumped out. We can reduce the force of the cofferdams by increasing of thickness of surrounding plates. Besides，the cofferdams stress focusing parts may obvious and different under vary working conditions，which can strengthen the formation of these parts；the thickness data of the bottom sealing concrete can be also obtained by MATLAB as well as satisfying the intensity and stability of the optimal solution.
Key words：cushion cap；double-wall steel boxed cofferdam；force analysis；design calculation；finite element method
1 概述
屏山岷江大桥位于四川省宜宾市 屏山县新县城旁的岷江之上，南北方向纵跨岷江。大桥桥梁全长816.08m，桥面宽度为16.5m，主桥为T型刚构连续梁，桥跨布置为130.5m（边跨）+235m（主跨）+130.5m（边跨），梁体采用悬臂现浇，共29节段，引桥北岸为3×30m预制简支梁跨，南岸为7×30m预制简支梁跨。
4号、5号主墩基础采用φ2.8m 钻孔灌注桩群桩结构，每个墩布置8 根桩，承台采用倒角矩形形式，承台的平面尺寸为16.8m×16.8m，水中墩承台顶面设计高程为+2.0m，采用水下混凝土封底，封底厚度為250cm。水中墩均采用双壁钢围堰施工，钢围堰沿着护筒周围的导向架下放，单个墩钢围堰外壁尺寸为21m×21m，钢围堰高度分别为18m、20m。
通过对国内外[1-6]多座桥梁双壁钢围堰的设计过程的研究，本文将对对该桥4号、5号主墩承台围堰通过MIDAS程序进行三维空间建模，并对各种杆件赋予各自材料特性，结合具体施工流程，分析套箱和内支撑的不同施工阶段的最不利工况，找出施工过程中的主要控制工况，并根据计算结果对围堰进行优化处理。
2 围堰结构构成和施工工艺
2.1 围堰结构组成
水中4#、5#主墩基础均采用双壁钢围堰施工，钢围堰内壁尺寸18m*18m，壁厚1.5m，钢围堰高分别为18m、20m，总体分3节制造，刃脚部分高度为1.65m，底节标准节高度为2m，次节、顶级标准节高度为2m。
围堰主要结构由由壁体、刃脚、内撑三大部分组成。
壁体主要由面板结构、水平桁架结构、钢箱结构构成。面板结构包括面板和加劲肋，两者之间通过焊接连接。外面板采用6mm 厚钢板，内面板采用5mm 厚钢板，加劲肋采用L75×7mm 角钢，间距为35cm。水平桁架由环板、斜杆组成，底节套箱环板采用截面为15×1.2cm 的钢板带，顶节套箱环板采用截面为20×1.2cm 的钢板带，斜杆采用2L63×40×5mm 不等边角钢，环板与面板间断焊接，环板与斜杆满焊，焊缝厚度均按薄板母材厚度控制。钢箱结构作为壁板的主承力结构，由钢板焊接而成，截面尺寸为1.0m×1.0m，总高度17m，与壁板相同竖向分为两节。
为便于围堰顺利下沉，在围堰底部设置了刃脚，高度为1.5m，呈三角形布置，外面板采用6mm 厚钢板，内面板采用5mm 厚钢板，面板加劲肋采用L75×7mm 角钢，面板与加劲肋间断焊接。
本围堰共设置2 道内支撑，均采用φ630×6mm 钢管。顶层内支撑中心标高为5.2m，底层内支撑中心标高为2.7m，钢管支撑在四个钢箱上，两层内支撑之间焊接φ273×6mm 钢管立柱。各构件间均为满焊，焊缝厚度按薄板母材厚度控制。
2.2 施工工艺
双壁钢套箱围堰施工工艺为：钻孔桩施工→围堰设计与加工→围堰拼装、接高、下放→围堰清基、封底→围堰抽水后按常规方法施工承台及墩身。
由于承台埋置入河床的深度较大，套箱内外侧的压力差大，在保证套箱及各层内支撑的结构安全、稳定的基础上，选定合适的施工流程：先在拼装平台上组拼第一节钢套箱，然后浇筑3m 高的压仓混凝土，将第一节套箱下放着床，以第一節套箱为标准，在第一节套箱上拼装第二节套箱，完成所有焊接工作后浇筑剩余3m 的压仓混凝土，套箱下沉至设计标高，套箱内开挖至封底混凝土底面，水下浇筑封
3 围堰受力分析
3.1 计算模型确定
为分析围堰在施工过程中的变形与受力情况，本文通过软件MIDAS建立模型进行数值模拟分析。根据围堰不同阶段的施工与受荷特点，对围堰在各个工况下的情况作了适当的简化[7，8]。
模型中对于不同的构件采用不同的单元进行模拟：围堰的内壁板和外壁板用板壳单元模拟；钢套箱内外壁板之间的水平桁架弦板、内支撑、隔舱板用梁单元模拟；钢套箱底封底混凝土用实体单元模拟；水平桁架斜杆和横杆用桁架单元模拟。将双壁钢围堰视作理想弹性材料进行计算，得出应力分布，其中钢材采用Q235，其设计强度为215MPa，弹性模量取2.10GPa，泊松比取0.3；混凝土采用C20，弹性模量取25.5GPa，泊松比取0.17.
图1 钢套箱壁板单元模型
图2 内支撑单元模型
图3 封底混凝土模型
3.2 荷载计算
4、5号主墩承台尺寸一致，5号墩围堰较高，抽水后钢围堰承受的侧压力较大，故以受力最不利的5号墩钢围堰进行计算。
（1）钢围堰水、土侧压力计算
5号墩钢围堰总高20m，围堰顶标高为+4.0m，围堰刃脚底标高为-17.0m，封底厚度为3m，墩位河床顶标高为-7.0m，施工水位+2.638，计算水位+3.0m，计算水深10m，主动土压力计算高度为7m。
水压力：
封底混凝土以上作用在围堰侧壁上的最大侧压力：
（2）水流冲击力计算
根据《公路桥涵设计通用规范》：
矩形阻水结构物形状系数：本例取0.934
图纸提供流速为3.94m/s
钢围堰迎水面宽度：b=21m
河床以上钢围堰高度：h=4.834m
水容重：
水流速度：V=39.4m/s
重力加速度：g=10m/s2
水流冲击力：FW=1165.58KN
流水压力：
3.4 围堰受力与变形分析
（1）工况1：钢套箱拼装，施工下沉到设计标高。
图4 工况1模型剖面图
所受荷载：自重、水压力、风荷载、土压力、水流冲击力。
图5 钢套箱整体位移分布图
钢箱的最大变形值为1.42mm，位于钢箱迎水面顶部中心处附近。
图6 钢套箱外壁板应力分布图
图7 钢套箱内壁板应力分布图
外壁板最大应力值为 30.65MPa位于刃角与隔舱板相交处；内壁板最大应力值为 36.31MPa，位于围堰迎水面方向顶部中心处。
图8 水平斜杆应力分布图
图9 水平桁架应力分布图
水平斜杆所受最大应力为22.13MPa，水平横杆所受最大应力为142.54MPa，位于围堰迎水面方向刃角处；竖向斜杆所受最大应力为6.32MPa。
（2）工况2：封底混凝土浇筑施工过程。
所受荷载：自重、内壁和外壁静水压力、土压力、混凝土侧压力、水流冲击力、风荷载、施工荷载。
具体受力情况见表1。
（3）工况3：封底混凝土达到规定强度，围堰内进行抽水。
图10 工况2模型及封底混凝土侧压力示意图
图11 工况3模型剖面图
所受荷载：自重、内壁和外壁静水压力、土压力、混凝土侧压力、水流冲击力、风荷载。
具体受力情况见表1。
（4）工况4：拆除内部支撑，进行承台施工。
图12 工况4模型剖面图
所受荷载：静水压力、封底混凝土自重、混凝土侧压力、水流冲击力、风荷载、内壁和外壁静水压力。
具体受力情况见表1.
4 结论
通过对围堰在四种工况下的受力进行分析，得到围堰不同工况下整体和各构件的位移、应力，如下表所示。
表1 各工况计算结果汇总
项目构件名称工况1工况2工况3工况4
位移（mm）整体结构1.421.424.856.52
外壁板1.421.424.856.52
内壁板1.311.304.736.51
应力
（MPa）外壁板31.9727.97144.5933.86
内壁板37.2637.48147.3680.47
水平斜杆-22.13-23.06-88.81-95.63
水平横杆-142.5-151.6-131.4-131.1
竖向斜杆-6.32-5.45-15.14-18.18
竖向角钢-12.9914.7629.8410.07
封底混凝土-----4.250.54
通过上述计算结果，结合实际的施工过程特点，可以得出以下结论：
1. 不同的工况围堰的结构和所受的荷载有所不同，本文考虑了各种荷载的组合，得出了围堰在施工过程中所会承受的最大应力，由计算结果可知，围堰的受力和变形均是满足要求的。此外，可以看出围堰在不同工况下均只有围堰四角距围堰底部 8m～ 9m 处发生应力集中现象，故可以针对该部分进行加强。
2. 四种工况全面地分析了围堰施工过程中的不同阶段，并且均考虑了荷载组合得出不同阶段的最大应力变形情况，围堰均满足要求，并较为经济合理。
3. 可见工况3，即封底混凝土达到设计强度后，对围堰内进行抽水，此时围堰内的应力值达到最大，是施工过程中最应该注意的控制工况；可以通过增大环板厚度、增大横撑截面积等方式来减小围堰在此阶段的受力。
4. 通过工况3、4对封底混凝土的应力的计算可知，在该厚度下，封底混凝土应力值较小，还不是最经济的情况，可进行优化。
双壁钢围堰的设计施工受到水流、风速、河床条件等众多因素的影响，较为复杂。岷山大桥4号、5号主墩双壁钢围堰已顺利施工完毕，在施工期间经受了洪水期高水位水压，证明了围堰设计的合理性，本文的研究成果可为同类的围堰施工提供一定的参考意义。
参考文献（References）：
[1]王贵春，皇甫昱.桥梁深水基础双壁钢围堰施工技术分析[J].铁道建筑，2007，（8）：55—60.
[2]吴 锋，方炫强.闵浦二桥大型承台钢套箱施工过程受力分析[J].公路，2010，（5）：27—30.
[3]李陆平，尤继勤，王吉连.蔡家湾汉江特大桥深水基础钢套箱围堰施工技术[J].桥梁建设，2010，（1）：59—62.
[4]张庭华.杭州湾跨海大桥南滩涂区承台钢吊箱围堰设计与施工[J].铁道工程学报，2005，（4）：30—33.
[5]谢媛媛，张建辉.阿蓬江大桥4号墩双壁钢围堰的设计和施工[J].铁道标准设计，2003，（S1）：162—166.
[6]张胜民.基于有限元软件ANSYS7.0的结构分析[M].北京：清华大学出版社，2003.
[7]毛伟琦.钢吊箱围堰的结构设計与施工中的几种方法[J].公路交通技术，2002，19（1）：40—43.
[8]金书滨，黄生根，常仲昆.岩溶地区桩基承载性能试验研究[J].中国岩溶，2005，24（2）：147-151
作者简介：
张三（1960–），男，博士，1983年毕业于后勤工程学院建筑工程系工民建专业，现任教授，主要从事岩石力学试验研究方面的工作。E-mail：zhangmail@mail.com。
基金项目：重庆市科学基金重点资助项目（035679）；2002年高等学校博士学科点专项科研资助项目（20020183061）
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在桩周非注浆点位臵形成沿桩身的浆液壳或单独存在固化或与泥皮发生物理化学反应而固化，增加了桩侧摩阻力。
以上两点可理解为，桩侧压力注浆类似于桩直径被增大的形状复杂的“多节扩孔桩”，即在注浆点附近形成浆土结石“扩大头”，在非注浆点处的桩身表面形成浆土结石体的复合桩身。
8、结论
冲孔灌注桩基础在当今国内外土木建筑深基础工程中是主要的手段和形式。可是单一工艺的灌注桩常常存在着自身一些克服不了的问题，以泥浆护壁法冲孔灌注桩为例，因为成孔工艺的固有缺陷，桩底沉渣与桩侧泥膜的存在，明显造成桩端阻力和桩侧摩阻力降低，对持力层为土砂层、砾石层等存在着持力层被扰动、水泡松软的现象，灌注桩灌注混凝土的过程中无可避免会有时出现一下桩身加土、局部断桩、离析之类的问题导致桩承载能力不能满足设计要求，原桩报废重新冲孔灌注会严重影响工期，且很不经济。
可以考虑采用灌浆加固补使其符合设计要求。鉴于上述情况，结合本工程实际经验，可以得出一个结论。就是结合灌注桩的具体情况，采用冲孔灌注桩与成桩后桩侧压力注浆相结合的施工工艺，可以充分发挥冲孔灌注桩施工工艺的优势，通过压力灌浆弥补其缺点，显著的提高经济效益和保证施工质量。但是需要根据具体情况采用合理的施工机具、合适的施工参数控制、具体情况具体分析，达到充分发挥该工艺的理想效果。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）。
水中双壁钢围堰施工技术 篇4
1.1 工程简介
北江特大桥全长3076.43m, 为跨越北江而设。50#~55#和64#~73#为水中承台, 共16个, 其中50#~55#水中承台位于北江副航道, 64#~73#水中承台位于北江主航道。52#~55#及65#~72#承台采用无底双壁钢围堰施工, 承台高度均为5m, 承台底标高为-9.941~-0.964m, 除69#、70#主墩外, 其余承台结构形式均为加台型 (3m底台+2m加台) 。围堰埋入河床深度为4.97~9.5m。
1.2 水文资料
根据佛山水文站提供的《珠三角城际交通佛肇段北江大桥施工工程水文测量及分析计算成果报告》可知, 北江5年一遇洪水施工水位为+9.18m, 水流最大流速为2.3m/s。2011年2~3月份施工期间常水位为+1.2m, 副航道水深3~4m, 主航道水深7~9m。汛期一般在5~8月。
1.3 工程地质资料
水中承台围堰深度范围河床地层为:淤泥, 粉质粘土, 中砂, 砾砂及泥质粉砂岩。主航道河床平均标高为-6.6m, 一般冲刷线标高为-8.107m;副航道河床平均标高为-2.6m, 一般冲刷线标高为-5.706m。
2 钢围堰施工
2.1 钢围堰加工制作
钢围堰统一在加工场分块分节加工制作成型, 半成品加工完成后经现场技术人员验收合格后, 由汽车吊配合平板车将分块加工完成的钢围堰运送到临时指定场地堆放。
下面以69#、70#围堰设计加工图例说明。69#、70#墩承台尺寸为21m×15.2m, 考虑到围堰下沉的施工误差, 围堰加工时每边扩大20cm, 即69#、70#围堰外围设计尺寸为24m×18.2m (内壁尺寸为21.2m×15.4m) , 围堰上下共分为3节 (8m+7m+3.5m) , 每节围堰共14块组成。
2.2 施工方法及施工工艺
2.2.1 围堰拼装前准备工作
根据地质资料显示, 北江特大桥承台埋深大, 本工程水中承台多数埋入河床以下, 承台底部距离下伏200~300k Pa泥质砂岩较近, 钢围堰基本嵌入基岩中, 围堰下沉到位困难。在桩基施工完拆除平台后, 利用特殊机械对围堰平面范围进行处理, 采取水下抓斗配合装砂船清理围堰范围内的表层软弱层河床;对于地质较硬砂岩河床, 利用水上浮船配合长臂挖机进行水下挖掘清理对应围堰区域内的河床至设计标高, 解决围堰下沉时, 仅采用常规高压水枪配合大功率污水泵即可完成吸泥下沉到位, 大大缩短吸泥下沉时间。
2.2.2 首节钢围堰拼装
(1) 临时钻孔平台改造及准备工作
将钻孔平台周边影响首节钢围堰就位及下沉的准630mm钢管桩及钻孔平台进行拆除。
为提高钢围堰下沉时导向系统的刚度及下沉时钢护筒的稳定, 利用双拼45a工钢在已成桩的钢护筒顶端相互连接形成横纵梁, 工钢横纵梁两端到围堰的内壁留有5cm间隙, 做到既可以满足在端头下挂钢围堰倒链的吊点, 又解决钢围堰拼装时的顶层定位限位装置。
在钢护筒距离水面以上1.0m处进行焊接拼装悬臂牛腿, 采用2*[36a槽钢作为拼装悬臂牛腿, 共需焊接16根, 单根长2.5m左右。作为首节围堰拼装时的临时支撑平台。
(2) 首节钢围堰拼装与就位
临时平台改造完成后, 利用浮吊进行钢围堰的分块拼装。首节钢围堰搁置在拼装悬臂牛腿上进行组拼。
为确保围堰的精准定位, 在围堰内壁间隔2.5m焊竖向焊接一道限位支撑, 平面位置对应抵住承台外侧钢护筒位置处, 定位支撑采用2*22a工钢焊接而成, 限位装置与钢护筒之间预留5cm的空隙, 避免产生摩擦影响围堰下沉。由于定位装置与围堰同步下沉, 保证了围堰的平面准确定位。
首块钢围堰由浮吊吊装摆放对应的悬臂牛腿拼装梁上, 经测量校核平面位置及垂直度满足要求后, 悬挂导链并拉紧稳固, 利用钢护筒顶部的横纵梁与钢围堰内壁临时焊接固定, 使分块临时固定后, 方可松开浮吊吊钩, 这样第一片围堰作为定位基准块, 浮吊依次吊装其余围堰, 依次就位完毕, 经测量校核其平面位置及垂直度均满足要求后, 利用临时悬挂平台依次满焊围堰横向、竖向合拢缝, 且对于焊缝密封性采用在焊缝上涂刷煤油, 观察是否侵过焊缝另一侧的方式进行检验。
2.2.3 首节钢围堰下沉
围堰下沉选择在北江水流较平稳时进行, 利用16个性能完好的30t手拉葫芦、16根直径准32.5mm的钢丝绳和30t的卡环将围堰吊在钢护筒上, 在现场统一指挥下, 16名操作工人同步拉动手拉葫芦倒链, 吊起10cm, 使首节钢围堰脱离装悬臂牛腿支撑, 确认检查倒链葫芦及吊点受力状态满足要求后, 割除钢护筒上的牛腿支撑, 牛腿要割除干净, 以免影响围堰下沉。
悬臂牛腿支撑全部切割完成后, 由现场指挥统一指挥调度下, 同时均匀拉动手拉葫芦倒链, 以每一次口哨令下放为原则, 使围堰在导向系统作用下徐徐入水。
然后用潜水泵分别向围堰舱内注水, 钢围堰在水配重作用下徐徐下沉, 同时测量观测围堰的顶面高差, 通过隔舱内的注水量调平, 待围堰下沉至2m时 (首节围堰顶面标高高于拼装平台约1.5m左右, 以电焊工便于首节围堰与第二节围堰焊接为准) , 停止注水。
钢围堰停止下沉后, 调平钢围堰, 用手拉葫芦将围堰悬挂在钢护筒顶部纵横向定位梁上, 且围堰与钢护筒之间的临时焊接, 确保稳定。同时为确保定位准确, 防治围堰在下沉过程中及围堰封底前, 由于受水流冲击、风力等影响导致围堰偏位, 围堰四周设置锚绳, 临时锚固围堰。
2.2.4 第二节钢围堰拼装、下沉
上述工作完毕后, 使用浮吊配合, 分块吊装加工完成的钢围堰至首节钢围堰上安装, 在吊装过程中, 现场施工人员随时观察围堰外侧对接标记是否一致合拢, 若发现偏差, 须重新吊起调整直至满足要求。
相邻两块钢围堰对拢后, 检查上下拼缝是否紧贴密实, 测量人员通过全站仪检查上下两块节段是否在同一条平面上, 检查合格后, 开始焊接。电焊结束后, 应用煤油对焊缝进行渗透试验, 检查焊缝的水密性, 如有渗漏应及时补焊。
采取对称加水的方法, 让处于悬浮状态的钢围堰缓慢下沉, 每下沉一定深度, 要全面检查是否漏水。
2.2.5 精确定位与钢围堰落河床
第二节钢围堰下沉一定高度后, 当接触河床面时, 先暂停下沉, 核对钢围堰的平面位置, 利用测量仪器对钢围堰进行正式定位, 通过调整手拉葫芦, 使钢围堰处于设计位置, 调整围堰四周上下的锚绳, 使钢围堰置于垂直位置, 且围堰中心与承台中心基本重合。
钢围堰着床前, 对所有锚锭设备及导向设施进行一次全面检查和调整, 用调整倒链和限位支撑的办法使钢围堰定位准确。
钢围堰定位后, 由于首节钢围堰刃角处为楔形结构, 该部位易产生应力集中, 造成刃角处变形破坏, 造成围堰局部破坏后漏水。为保证围堰刃角处有足够的刚度和强度, 采用10mm厚钢板对围堰刃脚进行加强, 并对刃脚满灌C30混凝土, 既加强刃脚强度, 又增加围堰自重。
围堰下沉采取吸泥结合隔仓内注水下沉方式。围堰下沉过程中伴随测量定位动态调整围堰平面位置, 使得围堰准确定位。
2.2.6 第三节钢围堰拼装、下沉
第三节钢围堰拼装下沉工艺与第二节相同, 此处不再进行赘述。
2.2.7 围堰终沉
当围堰下沉至最后1m进入到终沉终沉时, 适当放慢吸泥速度和数量, 当围堰四个控制点高差大于20mm时, 应及时纠偏, 以调整相应侧围堰底角部位吸泥速度为主。
围堰刃脚部位满足设计标高时, 停止吸泥, 现场加强观测, 8h内围堰下沉满足在1里面以内, 意味围堰终沉结束。围堰终沉到位后, 将围堰内壁与钢护筒顶部横纵梁之间临时焊接牢固, 确保围堰稳定。
2.2.8 钢围堰基坑内清基
钢围堰终沉就位后, 采用大功率吸污泵把钢围堰基坑范围内的流砂、淤泥清除, 直至满足设计标高, 达到封底混凝土厚度要求。
2.2.9 水下混凝土封底
利用临时钢平台作为封底混凝土灌注平台, 一台汽车泵停置在钢栈桥上, 利用吊斗结合导管分吊点进行封底混凝土灌注。
采用导管法进行封底混凝土灌注, 导管在布设时按如下原则进行:导管作用半径按3m考虑, 布设导管布置点, 导管作用范围覆盖整个混凝土浇筑区。导管与围堰内壁保持一定距离, 以利混凝土的均匀扩散。
封底浇筑应连续一次完成, 从周边开始, 依次推进, 最终在基底中心结束, 封底过程中加强量测, 避免封底超高或未到标高。
3 围堰应急保护措施
北江属于季节性河流, 水位高差较大, 正常年份汛期水位与常水位高差约5m左右, 5年一遇汛期水位与常水位高差达到8m, 防洪风险大。为了预防汛期来临时, 江水涨幅较高, 一旦围堰抽水完成后进行承台墩身施工, 水压差过大造成围堰损坏, 避免重新施做围堰, 将施工风险降低到最小。施工时在围堰上设置连通器水闸, 确保水位快速上涨时, 能够快速向围堰内灌水, 保证围堰稳定安全。
4 围堰施工监测
(1) 在围堰下沉、封底、支撑施工过程中, 必须动态监控围堰的平面位移、倾斜度、支撑受力变形情况。
(2) 承台墩身施工过程中, 动态监测围堰变形情况。
5 结束语
水中双壁钢围堰在深水基础中施工较常见, 施工中要综合考虑地质、水文、工期、围堰设计加工质量等综合风险因素。从北江特大桥水中双壁钢围堰的施工情况来看, 我们在超前策划下, 开工伊始, 我们积极沟通设计、海事、航道、业主、监理等部门, 把中心岛、河滩上的承台顶标高适当下沉 (承台顶没入地面) , 把主桥四个承台标高提高2m, 这样在保证总体工程量不减少及不增加本桥整体阻水比的前提下, 降低了围堰深度, 减小施工难度, 降低了施工风险, 对实现节点工期、安全、质量管理目标都更进一步提供了保障。
摘要：双壁钢围堰是大中型桥梁深水主墩施工的大型临时设施。本文以珠三角城际轨道交通佛山至肇庆段项目GZZH-4标北江特大桥施工实例, 介绍双壁钢围堰组拼、下沉着床的技术要点为论述, 本文将与大家讨论, 以供交流。
关键词：水中,双壁钢围堰,施工技术
参考文献
[1]珠三角城际轨道佛肇至肇庆段施工项目GZZH-4标实施性施工组织.
[2]北江特大桥水中承台施工专项方案.
[3]《高速铁路桥涵工程施工技术指南》 (铁建设[2010]241号) .
双壁围堰 篇5
大型双壁钢围堰气囊法下水施工技术及经济分析
大型双壁钢围堰体积和质量大,其下水作业难度较大.气囊法下水施工技术能很好地解决这一难题,具有简便易行、经济实用的`特点.此文以南京大胜关长江大桥主墩基础工程为例,介绍深水基础大型双壁钢围堰气囊下水施工技术的特点及其相应的控制技术和手段,对施工的具体工艺流程和操作步骤进行详细的阐述,对工程的施工组织设计和经济性进行深入分析和探讨.
作 者：文武松 李多修 Wen Wusong Han Ronghua 作者单位：中铁大桥局,南京大胜关长江大桥工程指挥部,江苏,南京,210039 刊 名：铁路工程造价管理 英文刊名：RAILWAY ENGINEERING COST MANAGEMENT 年，卷(期)：2010 25(1) 分类号：U445.55+6 关键词：双壁钢围堰 气囊法 下水施工 经济分析双壁围堰 篇6
一、设计内容简介
本设计的主要任务是针对水深8 m, 平面尺寸10 m×10 m、厚3 m承台设计一个双壁钢围堰。其主要内容是:1.结合工程实际, 确定钢吊 (套) 箱围堰的结构形式及主要尺寸;2.各施工工况荷载计算;3.钢围堰面板、竖肋、环板、横向桁架及封底混凝土设计;4.围堰整体稳定计算;5.围堰加工及下沉施工工艺。
二、设计步骤
1. 围堰尺寸拟定。
围堰的设计基本方法是先根据承台尺寸、水深、承台设计标高等条件拟定围堰尺寸, 然后依据各工况荷载对围堰各构件进行应力和稳定性验算。根据承台平面尺寸、围堰施工误差和立模要求拟定围堰平面尺寸, 根据水深、波浪高度、承台设计标高确定围堰竖向尺寸。围堰尺寸的拟定要符合施工条件以及经济性要求。
2. 荷载计算。
围堰在施工各个阶段其受力截然不同, 按混凝土封底抽水前后将作用于围堰的荷载划分为两个工况:工况一和工况二。工况一主要检算隔舱板强度。工况一为浇筑封底混凝土前围堰所受荷载, 主要是围堰入土部分土压力的作用。工况二为浇筑封底混凝土抽水后围堰所受荷载, 工况二是控制围堰检算的主要工况, 荷载组合为:波浪力+静水压力+流水压力+土压力+风力。
3. 隔舱板受力检算。
隔舱板的主要作用是在围堰施工时控制围堰倾斜等施工误差, 但在入土下沉过程中仍然承受面板传递的各种荷载, 在本设计中在隔舱板两端增设面板与隔舱板共同受力, 提高隔舱板抵抗外荷载能力。为加强稳定性, 沿隔舱板长度方向按构造配置加劲肋。隔舱板受力荷载主要是工况一, 即围堰入土后因围堰内外土压力不同对隔舱板产生荷载作用。
4. 内支撑受力检算。
内支撑的作用是在围堰内抽水后承受围堰壁板各构件传递的巨大水压力, 因此, 内支撑是保证围堰在工况二作用下保证稳定性的重要组成构件。本设计中内支撑与设置隔舱板处面板连接, 因此将隔舱板简化为承受连续荷载的连续梁, 内支撑简化为连续梁的支座, 计算出支座反力即计算出内支撑受力。
5. 水平桁架受力检算。
水平桁架连接内外壁板, 将外壁板承受荷载传递至内壁板, 然后内壁板将荷载传递给内支撑。水平桁架计算采用简化算法, 将作用于桁架上的均布荷载简化为作用于桁架节点上的集中荷载, 计算桁架组要受力杆件应力, 检算强度。
6. 水平环板受力检算。
水平环板为水平桁架提供连接内外壁板的平台, 所以, 设计中环板作为水平桁架的上下弦杆计算其受力。由于环板与面板焊接, 环板发生变形时与环板连接的部分面板必然参与受力, 根据《水利水电工程钢闸门设计规范》, 计算出参与环板受力面板宽度, 即可得到水平桁架弦杆截面形式, 依据水平桁架受力则计算出环板受力, 最后对环板强度进行检算。
7. 加劲肋受力检算。
本设计中加劲肋为L125×125×10角钢, 与面板焊接, 由于本设计中所受荷载较大故角钢间距较小, 为300 mm, 对角钢强度检算时, 将角钢当做简支梁计算其在最大均布荷载作用下应力, 与环板一样角钢与面板焊接, 则角钢受力时面板也参与受力, 依据《水利水电工程钢闸门设计规范》, 计算出参与角钢受力的面板宽度, 则可确定受力截面, 图1为封底混凝土顶处参与角钢受力面板宽度。
8. 面板折算应力检算。
面板是直接承受水压的围堰部件, 本设计内外壁板厚度均取为6 mm, 采用《水利水电工程钢闸门设计规范》中折算应力公式计算出面板在水压作用下的折算应力, 从而检算其强度。
9. 围堰稳定性检算。
围堰稳定性检算主要是检算围堰整体抗浮和封底混凝土抗浮稳定性及其强度检算。进行围堰整体抗浮稳定性检算即检算围堰自重是否大于水浮力, 封底混凝土抗浮检算即封底混凝土自重+混凝土与围堰内壁摩擦力>水浮力。封底混凝土强度检算即在内外水头差情况下将封底混凝土简化为简支梁的强度验算。
1 0. 围堰结构设计———有限元方法。
本设计中除通过手算的方式对围堰计算外, 还通过MIDAS有限元软件对拟定好尺寸的围堰进行建模, 通过有限元方法计算出各构件应力, 检查其强度与手算的差异。围堰模型中, 面板采用板单元, 竖肋、环板、内支撑采用梁单元, 水平桁架采用杆单元。由于围堰刃脚入土深度较大, 其受力约束也大, 所以模型中在围堰刃脚处在各个方向均施加约束。计算结果表明, 构件的强度除局部应力集中产生大应力外基本符合要求, 面板及竖肋的变形也在许可范围之内, 这也说明建立的模型是合理可行的。
双壁围堰 篇7
沱江二桥位于牛佛沱江桥下游, 主桥桥型采用 (85m+150m+85m) 连续梁桥, 引桥采用 (26.75m+4×27.5m+5×30m+4×27.5m+26.75m) 简支小箱梁, 引道14.05m。
16#墩施工里程为K0+526.80, 河床标高为+268.372, 17#墩施工里程为K0+676.80, 河床标高为+267.49。设计洪水位为+288.05m, 设计施工水位为+272.00m。根据沱江二桥大桥工程地质勘察报告, 工程地质特征为:卵石土、砂质泥岩夹砂岩。河道为Ⅳ级通航河道, 最高通航洪水位为+279.75m。
16#、17#墩基础分别为18根直径准200cm、桩长28m群桩钻孔桩基础, 承台为左右幅分离式14350×13500×4500mm圆端形承台。承台底面标高为+267.82m。
2 钢围堰结构设计
根据施工图设计资料, 16#、17#墩承台施工采用双壁钢围堰, 壁间距为1.5m, 按照此标准设计钢围堰, 经施工图预算发现用钢量较大, 过于保守, 施工成本较高, 且施工图设计16#、17#主墩采取筑岛围堰施工桩基, 再做双壁钢围堰施工承台。根据力学理论知识计算, 钢围堰壁承受的只有接近静态水水深的压力, 且封底之后水深只有4m左右, 根据设计计算, 将钢围堰壁间距优化设计至1.2m, 经过对钢围堰整体稳定性及结构受力验算, 完全能够满足施工安全要求, 同时节约钢材, 降低施工成本。
根据水中桥墩承台平面尺寸、标高和施工水位, 16#、17#桥墩钢围堰采取矩形双壁形式, 内壁与承台四周之间设1.25m宽预留工作面, 内外壁之间相距1.2m, 外壁宽度18.4m, 长度32.95m, 内壁宽度16.0m, 长度30.55m, 高度为8m, 顶面标高高出施工水位2m。
钢围堰结构设计详见断面示意图1、平面示意图2。
双壁钢围堰结构由双壁、水平内桁架、隔仓、刃脚、吊点、兜缆锚耳、内外连通钢管组成。根据吊装设备的要求, 16#、17#桥墩钢围堰竖向设计分成2节, 其中第一节高度为5.3m, 第二节高度为2.7m, 钢围堰每节由16个单元块组成, 用互不连通的隔舱将每个单元分开, 以使钢围堰在下沉、灌水时保持稳定。
钢围堰内外壁板为6mm钢板, 竖向肋设置2道∠75×50×6角钢, 横肋采用角钢∠75×8。
3 钢围堰加工制造
各分块钢围堰在岸边加工场地上加工, 本桥钢围堰共分32个单元, 每单元根据节段设计长度将内外壁的6mm的钢板沿高度方向对接。
钢围堰必须焊缝牢固, 密封不漏水, 且做煤油渗透试验, 防止下放后钢围堰每单元间渗水。若钢围堰焊缝不饱满漏水, 须采用重新吊起及抽水强排等措施, 后重新补焊接, 这样造成的工期损失及经济损失较大, 因此, 钢围堰加工制作的关键是确保焊接质量, 确保钢围堰拼接密封不漏水。
4 钢围堰拼装
拼装前检查各单元模块的强度、刚度, 各结构表面模板挠度须满足设计标准要求, 拼装成整体后确保钢围堰的稳定性。
桩基施工完成且混凝土强度满足要求后, 测量确定承台及钢围堰底面、顶面标高及中线, 在承台四周打准630×8mm钢管桩, 用工字钢连接作为牛腿, 在牛腿上架设工字钢作为拼装平台, 在平台上准确放出围堰各单元体轮廓位置, 试拼各格后, 方可全面焊接。围堰拼装过程中必须注意焊缝质量, 焊接完毕须进行水密试验并有检查记录, 确保钢围堰下沉不漏水。
5 钢围堰起吊下水
因本桥地质为砂质泥岩及砂岩, 承台设计为低桩承台, 泥岩开挖深度达到1.0m, 开始因对地质预估不准确, 在钢围堰拼装完成后直接吸泥抽砂下沉, 无法将钢围堰下放到既定位置。后经研究决定调整施工方案, 采用钢围堰在下沉前用长臂挖掘机先开挖钢围堰范围内河床基坑后再下沉钢围堰。
钢围堰能否顺利下沉到位, 是钢围堰施工能否成功的关键。
钢围堰下沉前需做好各项准备工作, 包含如下: (1) 钢围堰须安排在枯水期施工。根据往年此河段水文气象资料, 枯水期在12月份, 此时水位低、流速小; (2) 钢围堰落河床前对墩位进行复测, 确保钢围堰位置准确; (3) 清理基底, 使钢围堰就位处平整可靠; (4) 在岸边设观测站, 对钢围堰下沉作全程监测, 以便调整钢围堰下沉的精确位置; (5) 吊装前检查各种吊具、吊点, 确保吊装落床顺利; (6) 钢围堰焊接完成后须进行煤油渗透试验并做好检查记录; (7) 钢围堰内侧安装导向支架外侧作标记以方便控制钢围堰对接。
为精确控制围堰下沉位置, 在围堰吊起约30cm时, 调整平面位置后缓慢下沉, 每下降一定深度, 检查渗漏情况, 若漏水需做补焊处理后继续下沉至完全处于自浮状态, 检查合格后拆除吊点。
钢围堰拼装平台及吊装系统吊点平面示意图详见图3。
6 钢围堰接高下沉及就位
对称吊装节段钢围堰, 通过悬浮节钢围堰的手拉葫芦调整转动拼装节, 下降过程作业人员随时观察标记导向设备对接情况以及卡壳现象, 若不正常以便及时停机处理。
钢围堰竖向两节对接焊接后进行煤油渗透试验及全面测量和检查, 完全满足要求后放松吊点, 使钢围堰缓慢下沉, 同时检查渗漏情况并及时补焊处理。当钢围堰靠自重无法下沉时采用8台水泵对称注水增加重量下沉, 直至达到设计标高, 水下作业检查刃脚着床情况, 通过采取清基或封堵等措施, 以及在围堰内外侧固定, 确保稳定及施工安全。
7 钢围堰水下混凝土封底
因水下混凝土灌注面积大, 而且水位不稳定, 因此水下封底混凝土灌注是钢围堰施工成败的关键。主要采取措施是围堰定位后封底前, 每天测量观察围堰的稳定性, 水下混凝土灌注前, 逐一检查钢护筒的四周以确保封底时底板不漏混凝土。精确计算和布置导管, 灌注时先周围后中部的顺序, 采用两台输送泵同时泵送混凝土, 确保一次完成。
8 实施效果
水中承台施工采用双壁钢围堰作为临时设施, 在工程施工中运用广泛。但施工前需要综合考虑地质、水文、钢围堰制作等多方面因素。从沱江二桥水中基础双壁钢围堰施工过程情况看来, 由于以往类似工程施工项目少, 导致在施工中遇到了一些技术难题。具体如下:
(1) 在先施工的16#墩钢围堰施工过程中, 由于我们对地质条件考虑不周全, 钢围堰拼装完成后采取直接吸泥抽砂下沉, 造成无法下沉到既定位置, 后来组织研究及时优化方案, 增加了钢围堰在拼装下沉前用长臂挖掘机先进行钢围堰范围内河床基坑开挖, 确保钢围堰能顺利下沉到位, 为后续施工的17#墩钢围堰施工提供了经验。
(2) 在围堰焊接加工制作过程中, 对围堰焊接质量把控不严, 局部焊缝不饱满, 围堰拼装完成下水后造成钢围堰局部焊缝漏水现象, 隔舱板变形, 后采取抽水强排查找漏水点补焊, 另外补强钢围堰隔舱内的角钢骨架措施, 虽顺利完成了钢围堰施工, 但导致了16#墩钢围堰工期滞后。总结这一情况后对后续施工的17#墩围堰半成品焊接质量控制上, 严格认真检查并进行补焊, 杜绝了类似情况再次发生, 确保了在枯水期完成水中桥墩基础的节点工期。
此外, 我们在施工过程中, 重点抓了诸如钢围堰基槽开挖不够平整, 钢围堰与河床底面接触高差过大将造成钢围堰下放时倾斜等问题, 防止了钢围堰下沉倾斜, 并通过采用仓内刃脚处灌注混凝土 (配重及增强刃脚刚度) , 刃脚以上部分采用8台水泵同时对称注水, 以增加钢围堰重量及避免倾斜等措施, 使钢围堰能顺利下沉到位。由于方案制定合理、施工组织有序, 16#墩钢围堰施工遇到的技术难题解决及时彻底, 致使两个主墩承台施工中, 封底混凝土没有出现任何渗漏现象, 确保了施工安全和工程质量, 并且钢围堰节点工期提前5d完成, 为后续施工主墩及上部连续梁争取了富裕的工期。
9 结束语
本施工技术通过水中低桩承台钢围堰施工实例证明, 采用先开挖基坑再下沉到位的技术方案解决了围堰下沉砂质泥岩入土深度较大的施工难题;同时, 加强钢围堰拼装焊接质检、拼装检查, 使之能顺利投入使用, 通过上述两项措施确保了水中主墩施工的节点工期目标和质量目标, 为该项目的顺利实施鉴定了基础。实践证明该技术安全可靠, 降低了施工成本, 得到业主和监理的认可, 取得了一定的经济效益和社会效益。该施工技术为今后水中低桩承台双壁钢围堰施工提供了一些可借的经验, 可供施工技术人员参考。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》 (JTG/TF50-2011) .中华人民共和国交通运输部发布.
[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》 (JTGD63-2007) .
双壁围堰 篇8
某大桥为宇松高速公路跨越松花江项目, 桥址处为白山水电站蓄水区, 水位受库区存放水影响较大, 按现场调查水文资料, 蓄水高水位为413.5m。施工桥址处按设计提供最低地面标高为405.5m, 主河床下主要为砾砂、卵石、千枚岩。该桥有4个墩位位于水库库区内, 承台分为2级, 一级承台平面尺寸为10.4×7.6m, 底标高为401.72m, 最大水深11.28m, 采用双壁钢围堰为施工临时围挡结构。
2 钢围堰的传统算法
通常的钢围堰计算方式为不考虑结构的空间效应, 简单的将结构分为面板、面板横向加劲肋、竖向桁架等几项, 按荷载的传递顺序, 依次对结构进行计算, 计算的原则为:面板按照《船闸水工建筑物设计规范》, 按照双向板模型计算;面板横向加劲肋可简化成支撑于桁架的连续梁;竖向桁架按支撑于围檩的桁架模型计算。在拆分成平面杆系计算中, 没有考虑杆件之间协调变形对结构的影响, 按照以上的计算方法, 一般只针对最不利工况的最不利杆件计算, 不能掌握全部杆件的受力及变形情况, 且最不利杆件掌握的不一定准确, 不利于局部优化与加强。鉴于传统算法有以上缺点, 本次围堰设计探讨采用ANSYS大型通用有限元分析软件, 建立三维空间模型, 对其不同工况进行分析。
3 围堰模型
3.1 围堰结构形式
考虑水深条件及施工便利等因素, 围堰结构采用双壁型式, 内外面板使用10mm钢板, 面板横向加劲肋采用75#角钢, 横肋间距底部为500mm, 向上依次为600mm、700mm、770mm。内外面板横肋间设置竖向桁架, 桁架的弦杆采用L80×6角钢, 腹杆采用L75×6角钢, 竖向桁架按720mm间距布置。钢围堰的平面布置图及立面图分别如图1~图2所示。
3.2 模型采用的单元介绍
模型采用通用有限元分析软件ANSYS建立, 根据结构特点及单元特性, 选择SHELL93、BEAM189、LINK180三种单元模拟围堰结构, 采用的各单元特性如表1。
3.3 建立模型
模型建立采用自底向上的建模方法, 根据围堰初步拟定结构尺寸, 按点、线、面的顺序建立模型, 先建立关键点, 然后建立面板及隔仓板, 在横肋位置切割面, 再建立桁架结构的弦杆及腹杆, 最后按设计截面划分梁杆单元, 最后划分面单元, 给予结构材料及几何特性, 形成有限元模型。钢围堰的整体模型图及局部模型图分别如图3、图4所示。
4 计算工况与计算荷载
4.1 计算工况
按施工过程, 共需计算9个工况, 试算后, 本次计算主要考虑以下3个工况:
工况1:钢围堰带水下沉到位
工况2:浇筑封底混凝土完成
工况3:封底混凝土强度达到设计要求, 内部排水完成。
4.2 计算荷载
工况1荷载主要为静水压力、波浪力、水流力及围堰自重;工况2的荷载主要为静水压力、波浪力、水流力、围堰自重、混凝土自重及混凝土侧压力;工况3的主要荷载为静水压力、波浪力、水流力、围堰自重、混凝土自重及土压力。图5为工况3荷载计算简图, 荷载计算参照《建筑荷载规范》、《水利水电工程钢闸门设计规范》, 具体计算如下:
(1) 围堰内侧静水压力
围堰外侧水位413.5m, 施工时壳内水位控制在405.4m, 内壁静水压力
(2) 外侧静水压力
(3) 流水压力
流速V=3.07m/s
(4) 波浪力
(5) 主动土压力
考虑围堰下沉后, 由冲积影响, 外壁作用有土压力。
5 计算结果
在提取应力结果时, BEAM189和SHELL93单元可以直接提取范梅塞斯 (Von mises Mises) 应力, 该应力是基于剪切应变能的一种等效应力, 遵循材料力学第四强度理论 (形状改变比能理论) , 用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况, 它可以清晰描述出一种结果在整个模型中的变化, 从而使分析人员可以快速地确定模型中的最危险区域。本文钢材的强度判定采用第四强度理论, 提取应力时选择该选项。图6~图11为部分主要杆件应力结果的提取。
从图6~图11中可以得到内外面板、内外面板横向加劲肋及竖向桁架的应力, 并将其与规范值对比, 对比结果如表2。
从表2可以看出, 面板及面板加劲肋、竖向桁架弦杆强度满足要求, 不需做调整。而钢围堰中壳内腹杆一般受压杆稳定性控制, 单独提取杆单元轴力, 与容许轴力对比, 然后针对不同杆件的受力情况, 重新设计腹杆的截面, 并重新建模复核。本次结构共有直腹杆、斜腹杆6722根, 在初次建模过程中, 全部按L75×6角钢考虑, 计算其最长杆件的承载能力为88.88k N, 在后处理中利用excel筛选出大于容许承载力的单元和小于L63×6角钢容许承载力的单元, 然后对杆件进行优化设计。
6 结论
在有限元软件日益普及的今天, 利用软件自身的优势, 可以更准确地对复杂结构及杆件数量大的结构的受力情况进行分析, 减少人为简化结构造成的构造失实。从本文的分析结果看, 采用三维建模型式对双壁钢围堰进行建模分析, 能够在其杆件协调变形的基础上, 更准确地掌握杆件的受力及变形情况, 可以准确了解不同部位、不同杆件的受力情况, 能够更精准地进行优化设计。
参考文献
[1]赵海燕, 黄金枝.深基坑支护结构变形的三维有限元分析与模拟[J].上海交通大学学报, 2001 (4) .
[2]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社, 2001.
双壁围堰 篇9
衡阳湘江特大桥是武广铁路客运专线跨越湘江的特大桥梁,主桥桥型为(64 m+4×116 m+64 m)连续梁,152号～158号墩为主桥墩。
2 钢围堰设计
2.1 几何尺寸
152号～158号墩施工水深均大于10 m,均采用双壁钢围堰施工方法,其中155号墩施工水深最大。
围堰直径的确定:以155号墩为例,承台直径21.1 m,围堰施工误差为H/50 m+0.25 m(H/50为围堰倾斜误差;0.25 m为围堰定位误差;1/50为围堰最大倾斜度;H为围堰高度,H=16.4 m),承台立模作业宽度为0.8 m,围堰内壁直径=21.1 m+2×(H/50 m+0.25 m)+2×0.8 m=23.856 m,选定155号墩钢围堰内壁直径为23.8 m。
围堰的壁厚根据制造作业空间、下沉重率、受力分析和稳定性计算确定,155号墩钢围堰壁厚拟定1.0 m。为了满足吊装能力,155号墩钢围堰高为16.4 m,内壁直径为23.8 m,外壁直径为25.8 m。
2.2 受力分析
取单位宽围堰来考虑荷载。
1)静水压力:围堰在封底后抽水,围堰壁内外的静水压力最大,由于抽水后,水头差按ΔH=50.5-40=10.5 m计,水头压力按Pmax=10.5 t/m计。2)动水压力:河床标高为+43.5 m,下沉围堰前在墩位处清基,要求河床底标高不小于+37.0 m,水流速度按最大设计值计,则为1.93 m/s。
2.3 受力计算
浇筑承台前钢围堰最大抽水水头差时状况。
2.3.1 面板计算
1)荷载计算:面板最大荷载为静水压及动水压之和,在离施工水位10.5 m深处,其值qk=105.4 kN/m2。则单位宽度板上的均布荷载值pk=105.4×1=105.4 kN/m。2)内力计算:面板按连续板计算,其计算跨径为0.27 m。Mmax=αpka2=0.1×105.4×0.272=0.77 kN·m。3)强度:
2.3.2 竖肋计算
1)荷载计算,其中水平环板单位宽度间的径向力如表1所示。
由表1可知,竖肋间距约为480 mm,竖肋截面特性为:A=2 154 mm2,W1=139 807 mm3,W2=27 826 mm3。
计算得:最大弯矩Mmax=0.38 t·m,最大剪力Vmax=2.1 t,最大挠度fmax=1.7×10-3 mm。
2)截面验算:
3)挠度验算:
2.3.3 水平环板计算
本计算单中将斜撑间的环板简化成直杆,围堰共有11道水平环板框架体系受水压力,其值见表2,其中第9道环板体系受力最大。
2.3.4 刃脚抄垫计算
1)刃脚底宽度为90 mm,受第一节自重的作用,自重约为110 t,共分为8块,每块约14 t,每块下面用型钢抄垫3个点,其受力面积要求满足A=14×104/140=1 000 mm2,3点的抄垫面积完全满足要求。2)刃脚挠曲计算:由于采用先清基,后下沉钢围堰的施工方案,围堰刃脚直接落至河床,土压力挤压刃脚产生的内力很小,且围堰壁腔内刃脚高度范围灌注了混凝土,刃脚部分验算从略。
2.4 稳定计算
2.4.1 钢围堰环向稳定计算
围堰为圆环形结构,其受径向均力的作用下,按环形截面进行整体稳定计算,整体稳定时的临界荷载
其中,E=2×105 MPa;
故qc=463.3 N/mm。
而围堰的径向均布荷载最大值q0=8.04 t/m=80.4 N/mm。
其稳定系数
2.4.2 钢围堰封底混凝土强度计算
采用C25水下混凝土封底,高度为3 m,混凝土在围堰及钢护筒和桩基形成支点反力下,承受围堰抽水后产生的上浮力,刃脚底围堰内面积F1=515.5 m2,刃脚顶围堰内围面积F2=444.9 m2,围堰内共14根ϕ2.0 m桩,钢护筒直径取2.4 m,其所围面积ΔF=63.3 m2。最大水头差按Δh=50.5-37=13.5 m计。
1)封底混凝土弯曲应力验算。取1 m宽封底混凝土计算:Q=66 kN/m。按简支近似计算,跨度L=5.6 m(桩间距),偏安全。Mmax=259 kN·m。W=(100×3002)/6=1.5×106 cm2。σ=0.17 MPa<[σ]= 2.5/1.6=1.56 MPa(由于本结构为临时结构,故混凝土容许弯拉应力取1.6的安全系数)。2)封底混凝土抗浮计算。刃脚底515.5 mm2。浮力F=515.5 mm2,rh=54 128 kN。抗浮力:封底混凝土与钻孔桩摩擦力计算:封底混凝土与钻孔桩间摩擦系数取150 kN/m2;P2=14×2.4×π×3×150=47 500 kN。封底混凝土自重G3=31 510 kN。封底混凝土与围堰内壁摩阻为3 587 kN。抗浮力82 597 kN。安全系数K=P/F=1.5。
2.4.3 钢围堰整体抗浮力计算
1)竖向抗浮力计算。钢围堰自重:G1=2 500 kN。封底混凝土与钻孔桩摩擦力计算:封底混凝土与钻孔桩间摩擦系数取150 kN/m2;P2=14×2.4×π×3×150=47 500 kN,封底混凝土自重:G3=31 510 kN,钢围堰内隔仓注水重量:G=1 800 kN。竖向抗力合力:P=G1+P2+G+G3=83 310 kN。2)竖向浮力计算。浸入水中围堰内总面积:刃脚底515.5 mm2,刃脚顶444.9 m2。T=Ahγ=60 412 kN。安全系数K=P/T=1.38>K0,围堰整体稳定性满足要求。
3 结语
目前完成了衡阳湘江特大桥主桥153号墩钢围堰混凝土封底,事实证明了主桥钢围堰的设计方法是科学、合理的,提供了湘江流域水上桥梁深水基础施工经验。
摘要：结合具体工程实例,介绍了采用双壁钢围堰的施工设计,并进行了钢围堰设计的受力分析,成功进行了主墩钢围堰混凝土封底,得出了主桥钢围堰设计科学、合理的结论,积累了湘江流域水上桥梁深水基础施工经验。
关键词：钢围堰,施工,设计,结构计算,封底厚度
参考文献
[1]刘涛.循泵房围堰施工[J].山西建筑,2007,33(11):162-163.
[2]TB 10101-99,新建铁路工程测量规范[S].
深埋低桩承台双壁钢围堰设计与施工 篇10
东莞市东江梨川大桥工程起点为高埗镇莞潢路, 终点顺接东江大道与红川路, 是联接东莞市区与东江北部地区高埗镇和石碣镇的重要通道。本项目全线主要包含三个大型互通立交, 两座跨江大桥, 主要有中堂大桥引桥段、高埗立交、中堂水道主桥95m+168m+95m低塔斜拉桥) 、庆新路立交、东莞水道主桥 (单跨138m独塔无背索钢砼混合梁斜拉桥) 和东江大道立交。道路全长为2.294公里。
梨川大桥中堂水道大桥为95m+168m+95m跨塔梁墩固结体系预应力砼矮塔斜拉桥。14#、15#墩是中堂水道主桥的两个主墩, 主墩基础由12根D250cm嵌岩桩组成, 桩长31~39m。承台规格为20.1m×14.9m×4.8m (横×顺×厚) , 承台底设有2m的C25砼封底 (底标高-10.8m) , 考虑到增加主墩的高度和减小阻力影响, 将承台沉入河床以下穿过强风化层且嵌入中风化砂岩层, 承台底标高-8.8m。
2 方案比选
承台施工的方案和方法很多, 综合考虑方案的安全性、经济性、施工工期和施工可操作性, 可以选择不同的施工方案和施工方法。目前的施工方案主要有:钢板桩围堰施工、先桩基后基坑再双壁钢围堰施工、先基坑后双壁钢围堰再桩基施工、先基坑后桩基再双壁钢围堰施工等。
本桥原设计图纸主墩基础施工程序:施工临时便桥, 搭设水中施工平台→插打主墩钢护筒, 施工主墩桩基→套箱或围堰施工→主墩承台施工。
上述方案存在主要问题是由于本桥主墩承台埋置太深, 需要穿过整个强风化岩层, 地质又是泥质砂岩, 主墩桩基完成以后, 再进行基底的清挖是相当困难的, 且要将强风化岩以下3~4m清挖干净, 必须进行微爆破清挖作业, 其施工进度是相当缓慢, 无法保证工期需要。
经方案比选, 确定主桥14#、15#主墩基础采用先进行水下开挖和炸礁施工, 再搭设施工平台进行水上桩基施工, 最后采用双壁钢围堰法施工承台。
具体的施工程序如下:
施工前期准备→河床表层水下挖掘→强风化层水下爆破开挖→水下深基坑清底→搭设桩基施工钻孔平台→主墩桩基施工→部分拆除钻孔平台→拼装双壁钢围堰→接长桩护筒并安装吊架→安装沉降系统→利用电控系统整体下沉围堰至设计标高→水下砼封底→拆除吊架及沉降系统→抽水、切割桩护筒、破桩头→承台钢筋安装→浇筑承台砼。
3 双壁钢围堰设计
3.1 双壁钢围堰结构设计
中堂水道大桥14#、15#墩双壁钢围堰内壁尺寸为20.1m×14.9m, 壁厚0.8m。钢板厚度8mm, 横向加劲肋用∠50×50×5角钢, 间距0.35m, 竖向主龙骨采用∠70×70×6角钢加劲框, 间距0.8m。
考虑到加工、运输和施工方便, 钢围堰采用分节段方式制作。在高度方向分为3个节段, 自下而上分为3m+5m+5m;平面分14块 (纵向3块、横向4块) , 单块最大重量为6.3t, 单位用钢量为240kg/m2。块与块之间采用高强螺栓连接, 块间连接法兰竖向用20mm厚钢板、水平方向用10mm钢板, 法兰之间垫10mm的橡胶, 并双面涂刷胶水, 以加强止水效果。
围堰内砼封底厚度2m, 砼顶面高程即为承台底面高程, 舱壁砼填充高度为5m。
3.2 双壁钢围堰结构计算
3.2.1 设计荷载取值
静水压力 (三角形分布) 最大值为:103kpa。
计算断面流速为2.7m/s, 流水压力为:3.72kpa。
年平均风速为2m/s, 风压力为:1.76kpa。
计算中, 同时考虑静水压力、流水压力、风压力及其他施工荷载。
3.2.2 设计荷载组合
水平荷载:静水压力+流水压力+风压力+其他。
垂直荷载:围堰自重+舱壁砼+封底砼+浮力+其他。
3.2.3 设计工况
最不利的工况为封底砼完成后, 围堰内抽干水至封底砼顶面时, 围堰内外形成水位差的状态。本设计以此状态来验算钢围堰结构是否安全。
3.2.4 结构检算
经钢围堰抗浮检算, 抗浮安全系数为3.22;在围堰内部从封底砼顶面开始, 每隔2.5米设置内撑一道, 每道内撑设置为横桥向2道、顺桥向3道φ325钢管。
4 双壁钢围堰施工
4.1 水下基坑开挖与炸礁
水下基坑开挖选用反铲船一艘和开底自航运泥驳两艘, 反铲船长18m, 宽8m, 型深2m, 配备加长臂400钩机一台;每艘运泥驳仓容70m3/150×2匹马力。
水下炸礁为300t漂浮式炸礁船, 满载排水量300t, 配6台地质钻机。
水下钻孔孔位成梅花状布置, 孔距2.5m, 排距2m, 孔径125mm, 采用非电毫秒塑料导爆管微差起爆网路。
4.2 钢围堰的制作与拼装
单个钢围堰块件在现场进行加工制作。钢围堰制作平台用钢管和型钢制作, 尺寸为20×8m。
在制作过程中, 须进行以下检验:焊前检验、焊接过程中的检验、焊缝外观检查、水密性试验。
双壁钢围堰的制作着重控制尺寸和焊缝质量, 保证围堰的拼接侧板有良好的水密性。
4.3 吊架与吊放系统
吊架采用桩护筒接长作为支撑, 护筒顶架设纵横向双层贝雷片桁架作为承重构件, 贝雷片上部安装14台电动卷扬机及滑轮组组成吊放系统, 电动卷扬机通过电动控制开关柜进行控制。
钢围堰的升降系统由14台5T电动卷扬机及32T滑轮组组成 (1台JK-5电动卷扬机配备一个定滑轮、动滑轮组成一个起吊单元) 。
一个双壁钢围堰的最大重量为280t, 每个滑轮组承受的重量为280/14=20t, 卷扬机承受的牵引力为2.2t。卷扬机的安全系数为5/2.2=2.27。
4.4 整体下水
在正式吊装前一周, 观察东江水位的涨退潮情况, 确认东江水流速最低时的时间点。在拆除全部底部支撑型钢后, 钢围堰通过总控制柜控制依靠自重进行整体下放, 时间约20min, 实际整个过程顺利, 有效地保证了下放过程的安全, 达到了预定目的和效果。
经定位测量, 整体钢围堰的偏差为3cm。
4.5 水下砼封底
4.5.1 钢围堰堵漏和清底:
钢围堰就位后, 通过潜水员在水下对围堰底部的外侧进行砂包堵漏, 检查基坑底的平整度和泥浆堆积等情况, 保证封底的完整性。
4.5.2 填充内舱:
在钢围堰内舱里填充5米高的C25砼, 将底节钢围堰及接缝填充密实, 增加钢围堰的刚度和减少接缝渗水。
4.5.3 优化水下封底砼配合比:
C25水下砼配合比水泥用量增至500kg/m3, 粉煤灰单方增至70kg/m3, 砼初凝时间控制在10小时。由于水下砼的流动性较好, 水下流动半径达到8m左右。
4.5.4 导管布置:
整个水下砼封底共设置导管14根, 其中由于顶部吊装平台的阻碍, 靠栈桥平台较远的7根导管顶部接口设置在吊装平台顶面, 其余7根导管口设置在钢围堰顶部平台位置。
4.5.5 水下砼灌注:
整个水下砼灌注时间约16小时, 总砼方量为420m3, 采用一台臂长60m的砼泵车进行连续供料。在灌注过程中, 技术人员及时测量砼面的高度, 保证砼封底厚度及高程满足设计要求。
4.6 钢围堰的抽水及支撑
在钢围堰抽水时, 要随时观察变形情况, 确保钢围堰的整体完好性, 不变形、不大量渗水, 同时根据设计图对钢围堰逐节进行加固支撑, 加固支撑高度为2.5m。
围堰抽水完成后, 检查封底砼效果 (包括平整度、渗水情况) 和钢围堰的接缝抗渗效果。经现场检查, 封底砼无裂缝和渗水, 平整度符合设计要求。钢围堰接缝抗渗效果良好。
结语
通过计算与实际施工过程的对比, 双壁钢围堰的设计与施工是完全相符, 满足了承台与墩身施工的需求。在吊放过程中, 节省了大量的人工和施工成本, 保证了施工安全。
摘要：双壁钢围堰是深水基坑施工常用的支护方式, 由于其隔水性能良好, 受力简单明确, 方便施工, 得到了广泛的应用。本文以梨川大桥中堂水道主桥的双壁钢围堰为例, 简要说明低桩承台双壁钢围堰的设计和施工。
关键词：低桩承台双壁钢围堰,方案比选与设计,电控整体下放
参考文献
[1]深水基础双壁钢围堰嵌岩施工技术[J].科技资讯, 2010 (03) .
