深水橋梁承臺施工雙層鋼套箱設(shè)計

張傳琦

(西寧城市建設(shè)開發(fā)有限責任公司， 青海西寧 810000)

深水橋梁承臺施工雙層鋼套箱設(shè)計

張傳琦

(西寧城市建設(shè)開發(fā)有限責任公司， 青海西寧 810000)

深水對基礎(chǔ)施工的影響，是橋梁深水基礎(chǔ)施工中需要解決的問題?；A(chǔ)的施工和設(shè)計原理在一定程度上都會受到深水的影響。從最早最原始的土石圍堰，草土圍堰，木籠圍堰。到現(xiàn)在的混凝土圍堰，鋼板樁圍堰等經(jīng)歷了漫長的時期。無論是哪一種圍堰，它的主旨都是克服水對施工的影響。介紹了某深水橋梁承臺施工雙層鋼套箱設(shè)計，有關(guān)經(jīng)驗可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

深水橋梁;承臺;施工

0 引言

雙壁鋼圍堰在橋梁深水施工技術(shù)中，屬于一種較為先進的新技術(shù)。雙壁鋼圍堰是一個內(nèi)、外壁由鋼板圍焊而成，兩層壁中間用角鋼或者槽鋼進行連接，在鋼板上焊橫向和縱向的工字鋼來對鋼板進行加強。底板用工字鋼和角鋼以及T型鋼做龍骨，在上面焊接鋼板，再澆筑混凝土對其進行封底。有很多基礎(chǔ)都會配合鋼圍堰來進行施工[1-5]。雙壁鋼圍堰與其他形式的圍堰相比，有很多的優(yōu)點，比如:

(1)雙壁鋼圍堰有更高的強度。

(2)在施工的過程中，用混凝土封底后，抽水不會受到施工時水位的限制，不用再像以前一樣必須等到枯水期，從而縮短了工期。

(3)雙壁鋼圍堰施工完成就位后，可以作為樁基礎(chǔ)沖擊鉆的施工平臺，直接進行使用。

(4)如果是同一橋的不同承臺的施工的話，雙壁鋼套箱不用再進行制造，只需對使用過的鋼套箱進行養(yǎng)護和維修然后重復(fù)利用。這樣做不僅節(jié)省時間，更可以減少工人的工資以及昂貴的材料費，從而達到省時經(jīng)濟的目的。

(5)鋼套箱可以在河岸邊加工制作而成，這樣就不需要在河流上施工而需要的復(fù)雜設(shè)備，使工作變得簡單易進行。

1 工程概況

(1)橋梁構(gòu)造

某特大橋橋梁總長1 213 m，下部結(jié)構(gòu)采用樁孔灌注樁+空心薄壁高墩(高60 m)，上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)剛構(gòu)T梁和變截面懸澆剛構(gòu)箱梁。其中，主跨6#、7#、8#、9#墩位于江水中，7#和8#墩間設(shè)為航道。橋梁中心樁號K20+756(左幅)，K20+158.5 (右幅)，上部結(jié)構(gòu)采用5×35mPC連續(xù)鋼構(gòu)T梁+ (81 m+3×150 m+81 m)變截面懸澆鋼構(gòu)箱梁+5× 40 m+5×35 m+40 mPC連續(xù)鋼構(gòu)T梁(左幅)，5× 35 mPC連續(xù)鋼構(gòu)T梁+(81 m+3×150 m+81 m)變截面懸澆鋼構(gòu)箱梁+5×40 m+4×35 m+2×40 mPC連續(xù)鋼構(gòu)T梁(右幅)。主橋水中承臺共計四個(6#～9#墩)，左右幅兩個分離式承臺，間距1.2 m，尺寸為16.8 m×11.3 m×5 m，每個承臺配6根樁徑為2.8m的鉆孔灌注樁，主橋樁基采用搭設(shè)鉆孔平臺輔助沖擊鉆施工，承臺采用鋼套箱施工。承臺的一般構(gòu)造見圖1。

(2)水文資料

線路區(qū)內(nèi)樹枝狀水系發(fā)育，主干溪流為閩江、吉溪。南平境內(nèi)的大小溪流以北東部、西南部為發(fā)源地，流向西南、北東，匯聚于吉溪及閩江。河流、溪谷受降雨影響較大，雨季水量大，旱季河水較為干涸。流域范圍森林茂密，植被發(fā)育，地表徑流常年不斷，自然蓄水能力較強，水力、水電資源較豐富。本橋300 a一遇流量38 837m3/s，流速3.5 m/s。通航最高水位為+65.65 m，測量水位+60.0 m。

依據(jù)水質(zhì)分析成果可知，測區(qū)內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)均具有微腐蝕性。地表水(閩江)對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，其余地表水體對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。

(3)氣象資料

線路區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，具有大陸性氣候特征，兼受海洋性氣候影響，溫和多雨，陽光充足。氣溫北低南高，年平均氣溫17.4℃～19.3℃，年平均降雨量1 669～1 906 mm，全年雨日164～177 d，3～6月為雨季，雨量約占50%，10月至次年2月為少雨期，雨量約占全年20%，降雨分布不均勻，變化很大。夏季多偏南風(fēng)，冬季多偏北風(fēng)，最大風(fēng)速24 m/s。

圖1 主橋水中承臺-般構(gòu)造圖(單位:mm)

2 設(shè)計及計算參數(shù)

根據(jù)計算，選定雙壁鋼圍堰基本構(gòu)造如下:

(1)雙壁內(nèi)外兩層間隔:1.0 m;

(2)鋼套箱高度:7.0 m;

(3)鋼圍堰內(nèi)層長:24.0 m;

(4)鋼圍堰內(nèi)層寬:17.0 m;

(5)鋼圍堰外層長:26.0 m;

(6)鋼圍堰外層寬:19.0 m;

(7)鋼圍堰頂面標高擬為:+3.0 m;

(8)鋼圍堰封底混凝土:1 m;

(9)鋼圍堰第一道龍骨在距離底板1 m處，第二道在距離底板3 m處，第三道在距離底板5 m處，都用I40 a的工字鋼。豎向每隔1 m加一道I25 a的工字鋼。鋼板用厚度為0.005 m的Q235鋼板。在圍堰的中部做兩道內(nèi)支撐，第一道支撐設(shè)在距底3 m，第二道距底5 m，兩道內(nèi)支撐的層間距離2.0 m。內(nèi)支撐為C40槽鋼，兩道內(nèi)支撐間用C40槽鋼在上下兩層的撐的三等分點上對應(yīng)連接，做成豎向平面桁架連接成一整體。在雙層鋼板間用L125×10的角鋼進行連接。鋼套箱一般構(gòu)造見圖2。

圖2 鋼套箱-般構(gòu)造圖(單位:m)

3 鋼套箱計算結(jié)果

由于篇幅所限本文只針對封底混凝土達到強度后抽空圍堰內(nèi)水工況進行闡述，此時，鋼圍堰側(cè)板受圍堰外側(cè)靜水壓力+迎水面流水壓力作用。

壁板頂處靜水壓:P1=1.0×10×0.3=3.0 kPa

壁板底處靜水壓:P2=1.0×10×7.0=70.0 kPa

(1)計算模型

根據(jù)有限元理論，對鋼圍堰側(cè)板單元進行離散，鋼圍堰側(cè)板與封底混凝土間簡化成固結(jié)狀態(tài)。并采用大型空間有限元分析軟件MIDAS建立空間模型。該鋼圍堰加勁鋼板采用板單元進行模擬，主、次龍骨采用梁單元模擬，見圖3、圖4。

圖3 鋼圍堰側(cè)板有限元模型

圖4 鋼圍堰側(cè)板加載有限元模型

(2)計算結(jié)果(見圖5～圖12)

圖5 鋼圍堰側(cè)板變形圖

圖6 鋼箱圍堰側(cè)板鋼板彎曲應(yīng)力圖

圖7 鋼箱圍堰側(cè)板鋼板剪切應(yīng)力圖

圖8 鋼箱圍堰側(cè)板主、次龍骨彎曲應(yīng)力圖

圖9 鋼箱圍堰側(cè)板主、次龍骨剪切應(yīng)力圖

圖10 鋼箱圍堰內(nèi)撐變形圖

圖11 鋼箱圍堰內(nèi)撐彎曲應(yīng)力圖

圖12 鋼箱圍堰內(nèi)撐軸力圖

從上述計算結(jié)果來看，可知:

圍堰側(cè)板鋼板最大彎曲應(yīng)力為74.6 MPa < 188.5 MPa，最大剪切應(yīng)力為50.4 MPa <110 Mpa;圍堰側(cè)板型鋼最大彎曲應(yīng)力為91.0 MPa < 188.5 MPa，最大剪切應(yīng)力為32.0 MPa <110 MPa;鋼圍堰內(nèi)撐最大應(yīng)力為55.9 MPa < 188.5 MPa。因此該深水橋梁水中承臺雙層鋼套箱能夠滿足施工要求。

4 結(jié)論

[1] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 劉自明.橋梁深水基礎(chǔ)[M].北京:人民交通出版社，2003.

[3] 趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].湖北武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2000.

[4] Braja M，Das.Principles of Geotechnical Engineering[Z].1990.

[5] 王慧東.橋梁墩臺與基礎(chǔ)工程[M].北京:中國鐵道出版社，2005.

U445

B

1009-7716(2015)11-0122-03

2015-08-04

張傳琦(1973-)，男，四川滎經(jīng)人，工程師，從事市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理工作。