張程然,祝兵,張振,趙雨佳,宋凡
深水基礎啞鈴型新型組合圍堰結(jié)構(gòu)計算方法研究
張程然,祝兵,張振,趙雨佳,宋凡
(西南交通大學 土木工程學院,四川 成都 610031)
作為國內(nèi)首座公路與高鐵合建鋼箱梁斜拉橋,宜賓臨港長江公鐵兩用大橋3號主墩基礎施工期間,采用啞鈴型新型鋼-混組合圍堰。針對組合圍堰特殊結(jié)構(gòu)形式,制作1:100圍堰模型,通過水槽試驗中獲得最大流速下圍堰結(jié)構(gòu)各隔艙的水流壓力。建立了施工期間組合圍堰有限元分析模型,分別依據(jù)《公路橋涵通用規(guī)范》和水槽試驗計算、測量了組合圍堰水流壓力,建立了對應的數(shù)值模型進行分析。最終匯總施工期間現(xiàn)場監(jiān)控測量數(shù)據(jù),與數(shù)值計算結(jié)果進行比較。研究結(jié)果表明,通過試驗測量流水壓力方法能有效提高計算分析精度,尤其是組合圍堰迎水面以及受到水流沖擊作用較大的區(qū)域。
組合圍堰;水流力;水槽試驗;施工監(jiān)控;基礎施工
防水、擋土是橋梁基礎工程施工中最為關鍵的環(huán)節(jié)之一[1]。橋梁深水基礎施工中,圍堰的水流力作用是基礎施工中的一個重要課題[2]。尤其是對于內(nèi)河的深水大跨度橋梁工程,由于受到橋區(qū)一年中水文氣候變化的影響,橋區(qū)水流速度隨季節(jié)變化往往波動劇烈,不同季節(jié)水流力差異明顯。因此,在上述區(qū)域進行橋梁施工建設期間,必須將圍堰水流作用力作為需要考慮的主要荷載之一。圍堰的水流力是典型的大尺度柱狀結(jié)構(gòu)物繞流問題[3],是流體力學的經(jīng)典問題。目前國內(nèi)橋梁建設工程中,為大家所普遍接受的計算方法是《公路橋涵通用設計規(guī)范》中的計算方法。工程實踐表明,上述規(guī)范中的方法對于單樁、單柱的水流力計算效果較好。但是對于群樁、組合墩柱以及幾何形態(tài)較為復雜的結(jié)構(gòu)物,適用性較差。當前,針對復雜的圍堰結(jié)構(gòu)水流力研究,主要采用模型試驗以及數(shù)值模擬確定。胡勇等[4]利用數(shù)學模型和理論試驗的方法,通過對施工期間不同形狀、不同流速工況下的水流力進行研究,得出了順向水流力和橫向水流力的變化規(guī)律和計算方法。劉浪[5]針對現(xiàn)有設計規(guī)范只能計算簡單形式橋墩及基礎水流力和波浪力的問題,提出了圓端形橋墩及群樁承臺復合結(jié)構(gòu)水流力和波浪力計算方法及計算參數(shù)。祝兵等[6?7]基于三維波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)學模型,模擬了圓端形、啞鈴形圍堰下沉施工的波浪力作用。紀尊眾等[8]通過現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬分析的方法,對鋼吊箱圍堰上動水壓力和波流力進行研究,對現(xiàn)行規(guī)范中的矩形圍堰計算公式進行優(yōu)化完善。TI等[9]通過現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬的方法比較了圓端型跨海橋梁圍堰在波浪作用下的壓力分布。Kim等[10]采用數(shù)值模擬比較了不同表面圓柱形圍堰的水動力特性,發(fā)現(xiàn)波紋型表面相較于普通表面更有利于抵抗水流引起的動水壓力。LIANG等[11]通過現(xiàn)場實測和有限元計算模擬的方法比較了海河特大橋鋼管圍堰應力、應變特性??v觀國內(nèi)外研究成果可知,針對深水基礎橋梁圍堰施工期間的水流力研究,已經(jīng)具備了一套較為完整的體系。然而,由于水文條件的差異、工程背景的不同,上述研究中的對象多為構(gòu)造單一的矩形、圓形鋼套箱、鋼吊箱和鋼板樁圍堰等,對于大尺度組合結(jié)構(gòu)圍堰研究依舊處于空白。因此,本文以宜賓臨港長江公鐵兩用大橋為研究背景,針對施工中特殊的啞鈴型構(gòu)造組合圍堰,通過水槽試驗的方式獲得了施工期間圍堰受到水流力作用的特性。依據(jù)規(guī)范規(guī)定水流力計算結(jié)果與試驗測定水流力結(jié)果進行有限元模型分析,結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)進行對比,得出進行水流力試驗的必要性。
宜賓臨港長江公鐵兩用大橋(以下簡稱臨港橋)位于宜賓市內(nèi),該橋為蓉昆高鐵、渝昆高鐵及連接宜賓北岸臨港區(qū)、南岸翠屏區(qū)市政交通的共同過江通道。臨港橋為雙塔四索面平層公鐵兩用斜拉橋。
臨港長江公鐵兩用大橋主橋全長1 073 m,橋跨布置為(72.5+203+522+203 +72.5) m,為國內(nèi)首座公路與高鐵合建鋼箱梁斜拉橋、世界跨度最大公鐵兩用鋼箱梁斜拉橋。臨港橋主橋立面圖如圖1所示。
單位:m
臨港橋采用矩形承臺基礎,承臺尺寸67 m×35.75 m×7 m。承臺頂面高程252.3,位于河床底面基巖上方。3號主墩基礎施工區(qū)段內(nèi),長江枯水期最高施工水位260.0,洪水期間最高施工水位269.0,對應最大水深16.7 m。臨港橋3號主墩基礎立面如圖2所示。
單位:m
臨港橋位于長江上游地區(qū),該河段為雨源性山區(qū)河流,水位變化劇烈??菟跒槊磕?1月至次年5月,圍堰施工區(qū)域水位保持在258.0~260.0附近,圍堰所處區(qū)域水流速度約為3 m/s;每年6月~10月,該區(qū)段內(nèi)長江水位進入汛期,最高水位可超過267.0,汛期水位最大流速接近4 m/s。橋區(qū)近年水位統(tǒng)計信息如圖3所示。
圖3 臨港橋區(qū)水位統(tǒng)計信息
臨港橋3號主墩圍堰采用“啞鈴型”構(gòu)造,平面尺寸85.4 m×50.0 m,中部設置3層鋼管支撐,臨港橋圍堰平面設計如圖4所示。
3號主墩圍堰采用鋼?混組合結(jié)構(gòu)形式,下部為直徑1.5 m混凝土咬合樁,樁長16.2 m,上部為雙壁鋼圍堰,高度9.0 m,兩者通過位于中部的冠梁進行連接。
施工期間,在長江水位較低時,首先完成咬合樁施工,開挖內(nèi)部土體,并由上而下依次完成圍堰內(nèi)部鋼支撐安裝工作。來年汛期到來前,安裝上部雙壁鋼圍堰部分。組合圍堰完成后頂部標高270.5,最大容許施工水位269.0,組合圍堰結(jié)構(gòu)立面如圖5所示。
鋼?混連接段為確保組合圍堰整體穩(wěn)定性以及止水能力的關鍵點,是組合圍堰設計的重點。本工程中采用“預埋板+剪力鋼筋”構(gòu)造設計,在下部咬合樁冠梁施工期間,安裝兩側(cè)預埋板,植入中部剪力鋼筋。待冠梁施工完成后,分節(jié)段接長上部雙壁鋼圍堰。鋼圍堰底部通過焊接方式與冠梁上方預埋板連接成一體,待接長完成后,澆筑中部夾艙砼以提高組合圍堰整體穩(wěn)定性、止水能力。組合圍堰鋼?混連接段構(gòu)造設計如圖6所示。
單位:m
單位:m
單位:cm
3號主墩圍堰結(jié)構(gòu)數(shù)值計算中,主要考慮圍堰工作期間的自身重力、土體壓力以及不同水位高度條件下的靜水壓力、水流壓力。
3.1.1 結(jié)構(gòu)自重
自重取?9.81 m/s2。
3.1.2 樁身土壓力
樁身土壓力依據(jù)3號主墩區(qū)域基礎不同開挖深度確定,樁身土壓力按照公式計算:
按《公路橋涵設計通用規(guī)范》JTG D60—2015規(guī)定,考慮施工機具荷載,換算土層厚度0.7 m。
3.1.3 靜水壓力
靜水壓力依據(jù)施工期間不同水位進行計算,靜水壓力按照以下公式進行計算:
式中:F為咬合樁每延米所受荷載;為水的密度(取10 kN/m3);為距離水面高度,m;為重力加速度,取=9.81 m/s2。
3.2.1 規(guī)范計算
流水壓力按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)4.3.9中的公式計算。作用在橋墩上的流水壓力標準值可按下式計算:
式中:F為流水壓力標準值,kN;為橋墩形狀系數(shù),取0.8;為橋墩(圍堰結(jié)構(gòu)物)阻水面積(m2),計算至一般沖刷線處,取(圍堰結(jié)構(gòu)迎水面弧長)50.0 m×11.79 m(計算至一般沖刷線高度)=589.62 m2;0為水的容重,取10 kN/m3;為洪期最大流速,取3.8 m/s。
計算組合圍堰總水流壓力F=3 360.8 kN。參照規(guī)范要求,流水壓力著力合力點位于水位線下0.3倍水深迎水面處。有限元模型主要計算荷載如圖7所示。
3.2.2 縮尺模型測量
由于組合圍堰體量大,構(gòu)造特殊,為啞鈴型結(jié)構(gòu),不完全適用于規(guī)范流水壓力計算公式。為精確獲得組合圍堰結(jié)構(gòu)在水流作用下的流水壓力分布特征,基于重力相似準則制作了幾何比尺λ=100的縮尺模型,將其置于西南交通大學深水大跨橋梁實驗室的推板造波試驗水槽進行水流力試驗。試驗水槽整體尺寸為60 m×2.0 m×1.8 m,水槽試驗布置方案如圖8所示。
(a) 靜水壓力;(b) 樁身轉(zhuǎn)到土壓力;(c) 流水壓力
圖8 水槽試驗布置方案
組合圍堰結(jié)構(gòu)相似模型測量點壓力通過采用CY201點壓力計進行測量,其有效精度0.1%,滿足試驗測量需求。點壓力計測點按照圍堰分倉設計進行布置,每一隔艙設置一個點壓力測點,全模型沿環(huán)形分布共設置22處點壓力計測點,模型點壓力測點布置如圖9所示。由于水流引起的動水壓力沿高度方向分布基本一致,因此壓力計布置于入水0.2 m高度處。
單位:mm
試驗測試前,對壓力計讀數(shù)進行清零,此后通過水槽造流系統(tǒng)進行造流。當流速穩(wěn)定后,收集各測點的壓力讀數(shù),得到水流引起的動壓強,根據(jù)重力相似準則將試驗所得壓強分布換算為實際比例,換算比例1:100。根據(jù)壓力結(jié)果與各隔艙受力面積計算得到各部分的水流力荷載,最終得到作用于實際結(jié)構(gòu)的壓力分布如圖10所示。
由圖10可知,相較于按照規(guī)范要求所得的壓力分布集中作用于迎水面處(忽略其余各面流水壓力作用力),通過試驗測得動水壓力更加真實。這也是規(guī)范計算流水壓力相較于試驗測量流水壓力在實際工程應用中的最大區(qū)別。
單位:kN
組合圍堰結(jié)構(gòu)模擬中,針對下咬合樁結(jié)構(gòu),較為常用的計算方法有等效剛度法、忽略素樁法 等[12]。在等效剛度法計算中,通過將咬合樁換算為剛度相等地下連續(xù)墻進行模擬。但該方法忽略了由于施工本身導致的樁身垂直度偏差、測量放樣誤差等普遍缺陷,易導致計算結(jié)果偏于不安全。如果采用忽略素樁法,由于不考慮素樁受力,從而大幅度削弱了圍堰結(jié)構(gòu)整體承載能力,此方法將導致結(jié)構(gòu)設計不經(jīng)濟。介于上述方法存在的問題,本文中采用有效咬合厚度法對組合圍堰結(jié)構(gòu)進行計算。取咬合樁有效咬合厚度=830 mm,有效咬合厚度計算法如圖11所示。
單位:mm
臨港橋3號主墩基礎組合圍堰數(shù)值計算模型由Midas Civil建立。組合圍堰下部咬合樁、上部雙壁鋼圍堰內(nèi)外壁板結(jié)構(gòu)采用板單元進行模擬。上部雙壁鋼圍堰中鋼支撐、斜撐、豎肋等構(gòu)件采用梁單元進行模擬。組合圍堰鋼?混連接段內(nèi)部夾艙混凝土采用3D實體單元進行模擬。計算模型共生成單元總數(shù)為92 332,節(jié)點總數(shù)為88 540。組合圍堰計算模型如圖12所示。
3號主墩圍堰計算過程中,依據(jù)現(xiàn)場施工工序,結(jié)合當?shù)厮恼{(diào)查情況,制定如表1所示施工階段。圍堰施工階段驗算共分8個階段,包含下部咬合樁施工、鋼圍堰接長、洪峰過境、水位回落等階段。
表1 主要施工階段列表
3.5.1 地質(zhì)條件
組合圍堰所處區(qū)域上部土為人工筑島雜填土、河床面以下為原狀卵石土,基巖面以下為中風化泥巖,各土層詳細參數(shù)如表2所示。
表2 土層參數(shù)
組合圍堰下部咬合樁采用直徑1.5 m的鉆孔灌注樁,咬合樁平均樁長16.2 m。咬合樁下部堪入基層泥巖面平均深度4 m。組合圍堰所處區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)如圖13所示。
3.5.2 地基邊界模擬
組合圍堰結(jié)構(gòu)計算模型邊界采用底部土彈簧進行模擬,彈簧范圍由嵌入咬合樁堪入底部基層泥巖平均長度確定。土彈簧剛度依據(jù)《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》附錄P提供的方法。將下部咬合樁分成若干段,確定每段計算寬度、地基水平抗力系數(shù)C,該段樁的長度,土彈簧水平剛度K計算公式:
根據(jù)地勘資料,依據(jù)規(guī)范要求,計算土彈簧的X,Y水平方向剛度(水平方向剛度相等、底部按端承樁設計原則進行固結(jié)),通過m法計算土彈簧邊界約束值如表3所示。
表3 土彈簧約束取值
臨港橋3號主墩圍堰施工枯水期開挖深度深,汛期水位高,組合結(jié)構(gòu)圍堰承受荷載大,在施工期間需要對圍堰的工作狀況進行監(jiān)測。組合結(jié)構(gòu)圍堰監(jiān)測主要包含圍堰內(nèi)部鋼管支撐、上部雙壁鋼圍堰壁板應力以及咬合樁水平位移等內(nèi)容。
鋼管內(nèi)支撐為組合圍堰內(nèi)部重要持力構(gòu)件,在組合圍堰中提供水平面內(nèi)支撐,確保壓力荷載作用下圍堰結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。
為保證測量準確性,每根鋼管支撐上沿環(huán)形方向共布置4個應變計,應變計對稱布置,布置方式如圖14所示。
圖14 鋼支撐軸向應力測試
臨港橋3號主墩圍堰壁板采用工程測量中三軸45°應變花測量法,通過計算不同角度的應力計應變,監(jiān)測組合圍堰鋼壁板應力情況。三軸45°應變花測量法應變計布置如圖15所示。
受施工現(xiàn)場環(huán)境條件制約,臨港橋3號主墩圍堰下部咬合樁水平位移采用傾斜探頭進行測量,即通過測量不同時間點咬合樁傾斜角度,并利用公式將其換算為水平位移值。咬合樁水平位移測量原理以及計算公式分別如圖16和式(5)所示。
圖15 組合結(jié)構(gòu)雙壁鋼圍堰壁板應力測試
單位:mm
圖17 臨港橋3號主墩圍堰監(jiān)控主要測點平面布置
式中:Δ為樁頂水平位移,mm;為樁長,mm;1為初始水平傾角;2為變化后水平傾角。
結(jié)合現(xiàn)場情況,臨港橋3號主墩基礎施工期間圍堰主要設置咬合樁水平位移監(jiān)測點8處,壁板應力監(jiān)測測點3處,鋼支撐軸向應力測點2處,組合圍堰結(jié)構(gòu)監(jiān)控測點布置如圖17所示。
3號主墩圍堰監(jiān)控期間,利用自動化設備對數(shù)據(jù)進行24 h不間斷收集。匯總組合圍堰全過程監(jiān)控數(shù)據(jù)及數(shù)值計算模擬結(jié)果進行分析。
匯總組合圍堰第2道橫撐軸向應力計算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),如圖18~19所示。由監(jiān)測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),組合圍堰內(nèi)部鋼支撐應力變化較為均勻。當橋區(qū)水位較低時,支撐軸向應力伴隨基礎開挖深度的增加而增加。水位上升后,鋼支撐應力逐漸增大,在最高水位267.0時達到最大,現(xiàn)場實測最大應力分別為106.4 MPa和102.4 MPa。由于在采用規(guī)范計算流水壓力中,忽略組合圍堰結(jié)構(gòu)中部流水壓力,故在數(shù)值模擬中,計算軸向應力小于實驗確定結(jié)果。相較于規(guī)范計算結(jié)果,在最高水位267.0下,圍堰內(nèi)部支撐1計算值與實測值偏差分別由14.3 MPa下降至9.3 MPa、鋼支撐2偏差值由12.0 MPa下降至5.7 MPa,計算偏差分別縮小4.67%和5.56%。
圖18 鋼支撐1軸力軸向應力
在組合圍堰鋼壁板應力測量中,位于中部的鋼壁板應力測點1與計算結(jié)果吻合度較高,通過規(guī)范計算結(jié)果以及試驗確定值結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果均相當接近。鋼壁板主應力在水位上升條件下,主應力逐漸增大,實測最大應力100.7 MPa,現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)與計算結(jié)果如圖20所示。
圖19 鋼支撐2軸力軸向應力
圖20 測點1鋼壁板最大主應力
在組合圍堰迎水面鋼壁板測點3處,通過規(guī)范流水壓力計算規(guī)則,最終計算結(jié)果為98.4 MPa。當采用水流試驗測量水流壓力時,計算結(jié)果為82.4 MPa。相較于現(xiàn)場測量最大值86.3 MPa,當采用規(guī)范計算方法時,偏差絕對值為14.02%。采用水流試驗實驗確定流水壓力計算時,絕對偏差值為4.52%。組合圍堰結(jié)構(gòu)鋼壁板測點3,計算與監(jiān)測結(jié)果如圖21所示。
組合圍堰下部咬合樁變形為施工安全控制質(zhì)量關鍵點。選擇現(xiàn)場測量中位于組合圍堰中部、迎水面及象限點具有代表性的咬合樁測量結(jié)果進行數(shù)據(jù)整理。
5.3.1 組合圍堰中部
在組合圍堰中部咬合樁測量結(jié)果中,咬合樁2現(xiàn)場測量變形結(jié)果伴隨開挖深度的增加、水位的上升變形逐漸增大,測量最大變形13.4 mm。待水位回落后,咬合樁變形下降。在圍堰中部咬合樁變形計算中,由于受到流水壓力影響較小,兩者未見明顯差異。咬合樁測點2變形監(jiān)測以及數(shù)值模擬結(jié)果如圖22所示。
圖21 測點3鋼壁板最大主應力
5.3.2 組合圍堰迎水面
在組合圍堰現(xiàn)場監(jiān)測測量中,位于迎水面的咬合樁5和6變形相較于中部咬合樁變形明顯增大。圍堰現(xiàn)場監(jiān)控測量中,咬合樁5和6最大變形分別為17.4 mm和15.6 mm。
對于圍堰中部咬合樁,當采用規(guī)范計算樁身變形時,咬合樁變形相較于實驗測定值計算,變形明顯增大。當最高計算水位取267.0時,組合圍堰咬合樁5和6計算偏差相較規(guī)范規(guī)則計算偏差分別由?5.8 mm下降至?4.0 mm和?5.6 mm下降至?4.4 mm,偏差絕對值減少10.34%和7.89%。咬合樁變形測量及模擬結(jié)果如圖22~24所示。
5.3.3 組合圍堰象限點
位于象限點咬合樁7號測點結(jié)果如圖24所示,在采用實驗測定水流力結(jié)果計算后相較于規(guī)范計算值偏小。相較于規(guī)范計算偏差由?1.8 mm下降至?1.4 mm,偏差絕對值減少5.97%。
圖22 中部測點2咬合樁變形
圖23 迎水面測點5咬合樁變形
圖24 迎水面測點6咬合樁變形
圖25 象限測點7咬合樁變形
1) 利用水槽試驗獲得了“啞鈴型”新型組合結(jié)構(gòu)圍堰的水流力特征分布,可用于指導類似組合圍堰結(jié)構(gòu)設計。
2) 建立組合結(jié)構(gòu)圍堰的有限元計算模型,驗證了組合結(jié)構(gòu)圍堰設計的合理性,根據(jù)有限元模型計算結(jié)果明確了主墩基礎施工期間,組合結(jié)構(gòu)圍堰結(jié)構(gòu)控制的要點。擬定了切實可行的監(jiān)控方案,針對組合結(jié)構(gòu)圍堰的鋼橫撐應力、壁板應力、咬合樁變形等進行了監(jiān)測,上述方法可直接用于類似結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控控制。
3) 通過數(shù)值計算和實測對比發(fā)現(xiàn),水槽試驗對組合圍堰模型各區(qū)段的水流力測定,有效提升了有限元模型計算準確度。其中橫撐應力計算偏差減少約5%,圍堰壁板最大主應力計算偏差減少約10%,咬合樁變形計算偏差減少約10%。
綜上,對類似大型水中臨時結(jié)構(gòu)進行設計驗算時,從確保安全性的角度出發(fā),需要對其進行水流力試驗,明確其水流力分布特點,從而有效提高設計計算準確度,保證建設工程質(zhì)量的安全可靠性。
[1] 張飛科. 啞鈴型雙壁鋼圍堰抽水后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究[J].鐵路工程技術與經(jīng)濟, 2018, 33(5): 20?24. ZHANG Feike. Study on structural stability of dumbbell type double wall steel cofferdam after drainage[J]. Railway Engineering Technology and Economy, 2018, 33(5): 20?24.
[2] 李戰(zhàn)榮. 雙壁鋼圍堰在巖石河床深埋大體積深水基礎施工中的應用[J]. 鐵道建筑技術, 2017(7): 49?52. LI Zhanrong. Double-wall steel cofferdam applied in construction of deep-buried large volume deep water foundation on rocky riverbed[J]. Railway Construction Technology, 2017(7): 49?51.
[3] KANG A, ZHU B. Wave–current interaction with a vertical square cylinder at different Reynolds numbers[J]. Journal of Modern Transportation, 2013, 21(1): 47?57.
[4] 胡勇, 楊進先. 施工期橋梁圍堰水流力研究[J]. 橋梁建設, 2010(5): 12?15. HU Yong, YANG Jinxian. Study of current forces onto cofferdams used in construction bridges[J]. Bridge Construction, 2010(5): 12?15.
[5] 劉浪. 跨海橋梁下部結(jié)構(gòu)波流力計算方法研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2017. LIU Lang. Research on computing method of wave- current force on sea-crossing bridge substructures [D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2017.
[6] 祝兵, 康啊真, 邢帆, 等. 三維波浪與圓端形吊箱圍堰相互作用的數(shù)值模擬[J]. 橋梁建設, 2013, 43(6): 82?87. ZHU Bing, KANG Azhen, XING Fan, et al. Numerical simulation of interaction between three dimensional wave and round-end boxed cofferdam[J]. Bridge Construction, 2013, 43(6): 82?87.
[7] 黃博, 段倫良, 祝兵. 三維波浪作用下鋼吊箱圍堰下放過程受力研究[J]. 西南交通大學學報, 2018, 53(3): 525?532. HUANG Bo, DUAN Lunliang, ZHU Bing. Study of three-dimensional wave forces on lowering of steel-suspending cofferdam[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(3): 525?532.
[8] 紀尊眾, 樊立龍, 趙多蒼, 等. 大尺度矩形鋼吊箱上波流力計算方法研究[J]. 鐵道建筑技術, 2019(3): 1?6. JI Zunzhong, FAN Lilong, ZHAO Duocang, et al. Study on computational method of mave current force on large-scale rectangular steel boxed cofferdam[J]. Railway Construction Technology, 2019(3): 1?6.
[9] TI Z, WEI K, QIN S, et al. Assessment of random wave pressure on the construction cofferdam for sea-crossing bridges under tropical cyclone[J]. Ocean Engineering, 2018, 160: 335?345.
[10] Kim J, Jeong Y J, Park M S. Structural behaviors of cylindrical cofferdam with plane and corrugated cross section under offshore conditions[J]. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2017, 7(9): 334?340.
[11] LIANG D, WEI L, DU C. Cofferdam construction monitoring of Haihe bridge[J]. Advanced Materials Research, 2014, 935: 215?219.
[12] 陳海兵, 梁發(fā)云, 何招智. 咬合樁在鄰近高填土基坑中的工程應用與實測分析[J]. 土木建筑與環(huán)境工程, 2014, 36(3): 1?5. CHEN Haibing, LIANG Fayun, HE Zhaozhi. Application of secant piles in excavation pit adjacent to the high-filling surcharge loads and insitu measurements[J]. Journal of Civil, Architectural and Environmental Engineering, 2014, 36(3): 1?5.
Study on calculation method of a new type dumbbell composite cofferdam structure in deep water foundation
ZHANG Chengran, ZHU Bing, ZHANG Zhen, ZHAO Yujia, SONG Fan
(School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
Yibin Lingang Changjiang river rail-cum-road bridge is the first steel box girder cable-stayed bridge built by roadway and high-speed railway. A new dumbbell type concrete-steelcofferdam was used during the foundation construction of No.3 main pier. For the special structure of the combined cofferdam, a 1:100 composite cofferdam model was carried out to study the current force distribution characteristics of each compartment of the cofferdam structure at the maximum flow rate. The finite element analysis model of the composite cofferdam structure during construction was established, and the numerical analysis was carried out according to current pressure calculated by Chinese General Design Code for Bridges and Highway and the data provided by flume experiment respectively. As a result, the current force data provided by the flume experiment is better than the design code calculation result based on the construction monitoring especially for the water facing surface of the combined cofferdam and the area subject to the impact of water flow.
composite cofferdam; current force; flume experiment; construction monitoring; foundation construction
U443.16+2
A
1672 ? 7029(2020)08 ? 1957 ? 13
10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20190926
2019?10?21
高鐵聯(lián)合基金重點支持項目(U1834207);四川省應用基礎研究重大前沿項目(2017JY0003)
祝兵(1965?),男,江蘇無錫人,教授,從事橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測檢驗研究;E?mail:zhubing126@126.com
(編輯 涂鵬)