第40卷第18期 2 0 1 4年6月 山 西 建 筑 Vo1.40 No.18 SHANXI ARCHITECTURE Jun. 2014 ・217・ 文章编号:1009—6825(2014)18—0217—04 双壁钢围堰设计与施工计算 粱延强 (武汉铁四院工程咨询有限公司,湖北武汉430000) 摘要:结合南京江心洲夹江大桥主墩深水基础工程的实况,介绍了主桥索塔基础施工方案,从钢围堰尺寸、构造、材料等方面对 双壁钢围堰的设计与施工计算进行了论述,可为类似工程钢围堰设计和施工计算提供参考。 关键词:深水,基础,双壁钢围堰,设计,施工,计算 中图分类号:U443.162 文献标识码:A 1 工程概况 2主桥索塔基础施工方案介绍 南京长江隧道是江苏省南京市城市总体规划确定的“五桥一 南京江心洲夹江大桥主桥索塔基础设计为:14根直径2.5 m 隧”过江通道中的隧道工程,位于南京长江大桥和南京长江三桥 的钻孔灌注桩,桩长60 m,低桩承台厚5 m,具体详见图1。钻孔 之间,穿长江左汉江为盾构隧道,跨长江右汉江为南京江心洲夹 灌注桩设计采用直径2.8 m钢护筒,承台底以下钢护筒作为桩基 江大桥。南京江心洲夹江大桥全长705 m,主桥为455 m的自锚 永久结构部分不予拆除。 式独塔悬索桥。桥址范围地层基本上是粉质粘土、淤泥质粉质粘 承台基础施工采用枯水期双壁钢围堰方案,施工水位按 土、细砂等土层。桥址处百年一遇洪水位11.15 m,最高通航水位 5.245 m考虑。由于围堰直径大,封底后所受江水浮力大,为了减 10.398 m,最低通航水位为2.139 8 m,测时水位4.750 m,根据统 少封底厚度与围堰高度,采取先成桩后封底的措施。 计,当年12月一次年2月份是南京枯水位季节。 3钢围堰尺寸、构造、材料 隧道相邻的边墙变成加厚的变截面;中导坑动土法,即中央导坑 可以进一步解决中隔墙中渗水漏水问题。C.用防水混凝土代替 的动土方案,就需要先开挖中间导洞,然后施工中墙,最后解决左 橡胶防水板,提高衬砌的质量,可以进一步起到防水作用。 右洞。2)连拱隧道的断面设计。由于连拱隧道断面的形式不同, 4结语 则需要设计不同的施工方式。例如:无导坑开挖施工技术,因为 左右中墙分离,所以应该把边墙设计为变截面形式;而三导坑或 曲中墙连拱隧道是我国高速公路最新型的隧道建设,本文通 者中导坑施工技术,则主要设计成曲中墙的断面形式,而且,中墙 过对曲中墙连拱隧道的调查研究,发现了中墙渗水漏水、中墙顶 和边墙需要设计成较矮的形式 j。3)连拱隧道的尺寸设计和方 开裂等问题,并从施工方法、设计形式、防排水技术等方面提出了 法设计。连拱隧道的尺寸设计包括洞体的开挖设计、中隔墙的结 相应的解决方案,希望可以通过这些方法解决以上问题,为我国 构设计、洞身的复合衬砌设计和防水设计。开挖高度为7 m一 公路建设事业又好又快发展做出贡献。 11 m左右,宽度为20 m~30 m左右,中墙宽度为1.5 m~2 m左 参考文献: 右。因为连拱隧道实际上是初期支护的连拱,此情况下,初期支 [1] 李志厚,朱合华,丁文其.公路连拱隧道设计与施工关键技 护需要承受复杂受力体系下的施工荷载和部分围岩的压力,而另 术[M].北京:人民交通出版社,2013:180.185. 一部分的围岩压力则由二次衬砌承担,此时的设计方法称为荷 [2] 雷华,陈树汪,王明华.云南省公路连拱隧道的技术进步 载一结构法。表1给出了一些中墙厚度及高度的建议值。4)防 [J].云南思小高速公路隧道施工监测月报,2011(5):244. 水问题的多方面思考。a.把防水和结构设计相结合。在不削弱 245. 结构的前提下,把两侧二衬形成独立环,根据单洞整体式进行断 [3] 邓少军,阳军生,张学民.浅埋偏压连拱隧道施工数值模拟 面施工,这样就可以有效减少在设钢拱架地段预先埋下的加强连 及方案比选[J].地下空间与工程学报,2014(6):940-943. 接筋把防水板刺破的机会,也可以对中隔墙顶上事先已铺好的防 [4] 伍振志,付志锋,王文静.浅埋松软地层开挖中管棚注浆法 水板起到一定的保护作用。b.在施工过程中适当加大中隔墙的 的加固机制及效果分析[J].岩石力学与工程学报,2011 厚度,并在其中凿开一定的空隙,形成新的直接的排水通路,这样 (24):526-531. Inquiry on construction technology of dual—arch tunnel tll curved middle-wall Bo xia0.fei (Shanxi rraf ̄Construction Quality Safety Supervision Bureau,Ta ̄uan 030006,China) Abstract:Through analyzing and explonng dual・arch tunnel technology with composite curved middle—wall and dual・・rach tunnel with three—layer isolation wall,the paper summarizes current curved middle wall dual・tunnel problems,such as Serious wall isolation leakage,limited dual—arch tunnel maintenance length,and inflexible defects and SO Oil,and finally puts forward corresponding technology perfecting scheme and creative techniques. Key words:curved middle-wall,dual—arch tunnel,waterproofing and drainage,construction technology 收稿日期:2014-04—15 作者简介:梁廷强(1982一),男,助理工程师 第40卷第l8期 2 0 1 4年6月 梁廷强:双壁钢围堰设计与施工计算 ・219・ 第二,按新版《机械设计手册》第一卷第四篇第一章内容,四 23.5 )X2.9=223.21 t。抗浮检算公式为:F=Q1+Q2+Q3+Q4。 周固定。 b取1 000 mm时:o-…n-.O/(b/t) q。 a/b=1 001.4/1 000=1.001 4, =0.307 8,t=0.6 em,q= 3.2×10一 t/era 。 贝4 3 353.55+424.5h=260+834.07h+184.73h+923.63+223.21。 h=3.28 nl。 5.3封底混凝土强度检算 施工水位5.245 m,封底混凝土顶面标高一2.655 m。 1)封底混凝土厚取3.50 rll。 有: =0.307 8 X(100/0.6) ×2.9×10一=2.479 5 t/cm2= 248.0 MPa>[ ]=215 MPa。 b取900 mm时: …= (b/t) q。 a/b=1 000/900=1.111 1, =0.310 9,t=0.6 em,q= 3.2 X10一 t/era 。 双壁钢围堰抽水后,作用于封底混凝土底面的水压力: Pf=(5.245+2.655+3.50)×1.00=11.40 t/m 。 封底混凝土的重量:P2=3.50 X2.4O=8.40 t/m 。 封底混凝土底面受到的净竖向压力:P=P 一P2=11.40— 有: 一=0.310 9 X(90/0.6) X2.9×10一=2.028 623 t/era ̄= 202.9 MPa>[ ]=215 MPa。 b取500 mm时: = (b/t) q。 a/b=1 000/500=2, =0.497 4,t=0.6 em,q=3.2 X10一t/c 。 有: =0.497 4×(50/0.6) ×2.9 X 10一=1.001 708 t/e = 100.17 MPa<[ ]=215 MPa。 b.内壁板: =6 mm水平肋竖向间距6=500 mill,竖肋间距 0=922.8 mm。 第一,按新版《机械设计手册》第一卷第四篇第一章内容,四 周固定。 b取900 mm时: …= (b/t) q。 a/b=922.8/900=1.025, =0.317 2,f=0.6 em,q= 3.2×10一 t/era 。 有: 一:0.317 2×(90/0.6) X2.9 X 10一=2.069 73 t/em2= 207.0 MPa<[ ]:215 l ̄IPa。 第二,按新版《机械设计手册》第一卷第四篇第一章内容,四 边简支。 b取900 mm时: =o/(b/t) q。 a/b=922.8/900=1.025, :0.298 5,t=0.6 cm,q= 2.925 X 10。 t/era 。 有: ~=0.298 5 X(90/0.6) X2.9 X 10~=1.947 713 t/cm2= 194.8 MPa<[ ]:215 NPa。 4.3结构检算结论 1)在施工过程中必须在双壁钢围堰的双壁间、承台顶面以下 填充C15混凝土。 2)双壁钢围堰间水平肋竖向间距要不大于900 mm,水平肋 竖向间距取900 mm时双壁钢围堰双壁间的注水标高应控制在施 工水位+5.245以下,才能满足强度要求。 5双壁钢围堰的施工计算 5.1 封底混凝土厚度确定 封底混凝土厚度的确定以双壁钢围堰总重+封底混凝土重 以满足克服抽水后双壁钢围堰总浮力的原则确定,并进行强度检 算;假设封底混凝土厚度为h。 5.2封底混凝土抗浮计算 1)封底混凝土底面上作用的向上水浮力:F=(1/4×1r× 25.5。一I/4×丌×2.8 ×14)X(5.245+2.655+h)=3 353.55+ 424.5h。2)双壁钢围堰高l2.5 Ill,自重按260 t计,则Q.=260 t。 3)封底混凝土重量为: =(I/4×订×23.5 一1/4×1r X 2.8 × 14)×h X2.40=834.07h。4)双壁钢围堰间填充混凝土重量(承 台顶以下填充混凝土): =1/4×叮r×(25.5 一23.5 )X(h+5)X 2.40:184.73h+923.63。5)双壁钢围堰承台顶面以上双壁间灌 H=5.245—2.345=2.9 m高的水。Q4=1/4× ×(25.5 一 8.40:3.00 t/m 。 封底混凝土底板中心的弯矩: =1/16×P×口 X(3+肛)。 贝0:M=1/16 X 3.00×(23.5/2+0.25) X(3+1/6): 85.500 t。m。 =1/6 X1.00 X3.50 =2.042 In 。 :M/W:85.5/2.042:41.87 t/m :0.42 MPa< 0.55 MPa。 2)封底混凝土厚取3.30 rlf。 双壁钢围堰抽水后,作用于封底混凝土底面的水压力: P1=(5.245+2.655+3.30)X1.00=11.20 t/m 。 封底混凝土的重量:P2=3.30×2.40=7.92 t/m 。 封底混凝土底面受到的净竖向压力:P=P 一P2=11.20— 7.92=3.28 t/m 。 封底混凝土底板中心的弯矩: =1/16×P×。 X(3+ )。 贝0:M=1/16×3.28×(23.5/2+0.25) X(3+1/6)=93.镐t・m。 =1/6×1.00 X3.30 =1.815 m。。 盯=M/W=93.48/1.815=51.50 t/m =0.52 MPa<0.55 MPa。 3)封底混凝土厚取3.20 rfl。 双壁钢围堰抽水后,作用于封底混凝土底面的水压力: P1=(5.245+2.655+3.20)X1.00=11.10 t/m 。 封底混凝土的重量:尸2=3.20×2.40=7.68 t/m 。 封底混凝土地面受到的净竖向压力:P=P 一P2=11.10— 7.68=3.42 t/m 。 封底混凝土底板中心的弯矩:M=1/16 XP Xn X(3+ )。 贝U: =1/16 x3.42 X(23.5/2+Q 25) x(3+1/6)=97。47 t・rlrl。 =1/6×1.00×3.20 =1.71 m 。 则: = g/=97.47/1.71=57.00 t/m :0.57 lVlPa> 0.55 MPa。 从以上检算表明:封底混凝土厚取3.30 rn,满足弯拉强度 要求。 4)封底混凝土3.3 m厚时剪应力。 3.28 X 1/4 X竹×(23.5 一2.8 X 14)/(订X 23.5×3.3)= 4.68 t/m =0.05 MPa<1.1 MPa,满足要求。 6结语 采用先成桩后封底方案下满足抗浮要求封底混凝土厚可取 3.26 m,满足弯拉强度要求封底混凝土厚度应不小于3.30 m;综 合考虑封底混凝土厚度取3.30 In,能够同时满足抗浮要求、封底 混凝土弯拉及剪切变形强度要求。应最终确定的封底混凝土厚 度3.3 m大于抗浮封底混凝土厚度,钻孔桩钢护筒与封底混凝土 间的粘结力、桩身混凝土抗拔力全部作为安全系数考虑,可不列 入抗浮计算。 .第40卷第18期 220. 2 0 1 4年6月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURE Vo1.40 No.18 Jun. 2014 文章编号:1009—6825(2014)18-0220—02 钢箱连续梁桥大节段吊装施工设计计算分析 林桢楷 (广东省公路勘察规划设计院股份有限公司,广东广州510640) 摘要:以在建佛陈大桥为工程背景,从大节段吊装施工阶段主梁受力、变形情况,成桥状态下主梁关键部位上下缘应力大小、成 桥位移,钢箱梁制造线形计算等几方面内容与常规小节段悬拼施工进行对比分析,从设计计算方面论证了钢箱连续梁桥中跨大节 段整体吊装施工方案的可行,性,分析结论对同类桥型设计具有一定参考意义。 关键词:钢箱连续梁,大节段吊装,施工方案,设计 中图分类号:U448.215 文献标识码:A 在钢箱粱桥施工中借助桥面吊机进行小节段悬臂拼装已具 2.1 大节段起吊阶段验算结果 备成熟经验,该法对吊装设备要求较低且施工过程梁段坐标具有 佛陈大桥中跨大节段吊装长度为82.8 m,其起吊状态相当于 可调性。但不同于斜拉桥、悬索桥等桥型在施工过程中可以通过 一一个82.8 m的简支梁,因此设计时应对该阶段大节段主梁上下 拉索的张拉力对梁段标高进行主动调整,钢箱连续梁桥节段标高 缘应力进行验算。主梁上下缘应力如图2,图3所示,从图中可以 旦出现误差很难在后续施工中进行调整,线形控制难度较大。 看出:起吊阶段主梁上缘跨中最大压应力为4.29 MPa,下缘跨中 近年来,随着吊装机械设备的发展,大节段整体吊装的施工方法 最大拉应力为80.7 MPa,均小于Q345qe的设计容许应力值。 得到越来越多的应用。相比小节段悬臂拼装,该方法能大幅度缩 短工期、降低施工风险,梁段在工厂内拼装为大节段更有利于焊 缝质量的保证…,同时也大大降低了主梁线形控制难度。 在大跨度钢箱连续梁桥施工中,大节段整体吊装施工方法使 用较少,可借鉴工程经验有限。在对该工法下主梁关键部位上下 缘应力、变形及钢箱梁制造线形等内容进行计算分析表明,佛陈 大桥大节段整体吊装施工方法主梁结构安全、施工过程中线形控 制难度较小,设计方案具有可实施性及安全性。 f 图1全桥有限元模型示意图 l{ { 1 工程概况及建模说明 1)工程概况。在建佛陈大桥为58.51 m+112.8 m+58.51 m: 229.82 m三跨钢箱连续梁桥,单幅桥宽l5.75 m。主梁采用变截 …… 砸嘲蕊圆啦匝【ⅢlI圜砸曩一一~_ 一 图2大节段吊装阶段上缘应力图 面箱梁,主墩墩顶钢箱梁梁高5 m,墩顶等高梁段两侧15.4 m区段 梁高从5 m按二次抛物线渐变至2.8 m,其余区段梁高为2.8 m。 图3大节段吊装阶段下缘应力图 大节段整体吊装时,在自重作用下就发生变形,这是与常规 全桥共计25个设计梁段。该桥施工工艺为边跨及墩顶梁段采用 小节段悬拼施工的最大差别。该阶段大节段变形情况见图4。 支架施工,中跨施工在南北岸MS1节段采用浮吊吊装到位后, MS2~MS6一MS2在工厂合并为一个长82.8 m的大节段运输到桥 位,采用桥面提升架整体提升吊装完成“中跨合龙”的施工方法。 2)建模说明。使用Midas Civil建立梁单元空间有限元施工 阶段模型(见图1),按照设计梁段划分单元,全桥共划分为380个 图4大节段吊装阶段主梁变形图 从图4中可知,大节段吊装时仅在自重作用下跨中就发生 单元,437个节点。主梁与桥墩间采用“弹性连接”并按照支座参 16.9 cm的下挠变形。大节段在吊装时无法设置预抛高来抵消施 数计算出各自由度方向刚度值以模拟支座作用,下部结构桩基底 工过程中的变形,这就要求其在工厂制造的过程中,将施工预拱 部固结,桩侧采用土弹簧模拟桩土作用。 度通过制造线形的方式预先考虑。 2设计验算结果分析 …, ,…】…,…,…】…,…,…2.2 大节段施工成桥阶段验算 ’…】… 】…,……,…】… The design and construction calculation of double wall steel cofferdam LIANG Ting-qiang (Wuhan Railway Fourth Engineering Consulting Limited Company,Wuhan 430000,China) Abstract:Combining with the deep foundation project practice of Nanjing Jiangxinzhou Ji ̄iang bridge main pier,this paper introduced the con— struction scheme of main bridge cable tower ̄undation,discussed the design and construction calculation of double wall steel cofferdam from steel cofferdam size,structure,material and other aspects,provide reference for similar engineering desin and constructgion calculation of double wall steel cofferdam. Key words:deep water, ̄undation,double wall steel cofferdam,design,construction,calculation 收稿日期:2014・04—11 作者简介:林桢楷(1986-),男,助理工程师