雙壁鋼圍堰施工方案-secret..doc

國道主干線哈爾濱繞城公路東北段某大橋 雙壁鋼圍堰施工方案 某大橋35號、36號墩雙圓形雙壁鋼圍堰施工方案1.雙圓形雙壁鋼圍堰設計圍堰的設計本著受力條件好、穩(wěn)定性強、方便施工、節(jié)約材料和可回收的原則進行設計,某大橋35號及36號墩承臺為條形29.5m 13.9m 3m ,頂面水深14m 。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸設計成內(nèi)徑20米、外徑22.4米的雙圓形結(jié)構(gòu)(如圖,即充分發(fā)揮了圓形結(jié)構(gòu)受力條件好的特點,又最大限度的節(jié)省了材料。圍堰利用自身浮力進行回收。 1.1 因素的確定1.1.1根據(jù)承臺形狀和結(jié)構(gòu)受力分析,將圍堰平面布置成雙圓組合形(如圖1。 1.1.2根據(jù)面板的局部和自重確定面板厚度為5mm 。 1.1.3依據(jù)20150001100005=R t 確定為薄殼筒狀無蓋無底結(jié)構(gòu)。 1.1.4 殼體滿足以下三方面條件,適用無矩理論。(1 幾何方面 沿殼中面光滑連續(xù)無斜率和曲率的突變,殼體的厚度也無突變。(2 載荷方面 沿殼面連續(xù)分布而無突變。 (3 邊界條件 撓度與轉(zhuǎn)角不受約束。 1.2 設計采用的理論1.2.1 以薄殼筒狀體線性理論設計結(jié)構(gòu)。 1.2.2 以軸心受壓穩(wěn)定設計加強圈、支撐桁架。 1.3 荷載1.3.1 以承臺底標高為最大壓力計算位。 1.3.2 最大水深為16.5m,其中土深為3.5m 。1.3.3 因有較密定位樁及防沖樁,不考慮水流和浪擊等橫向不均勻載荷。1.3.4 因有施工平臺,圍堰軸向荷載不計。1.3.5 因為采用浮沉工藝,堰底與地面不均勻接觸、構(gòu)件吊裝等受力狀態(tài),不予計算。1.3.6 在最大抽水深度下,考慮了壁間有水9米深,以減少壁板局部計算荷載。 1.4 規(guī)范有關采用 GB 50017-2003 1.4.1 強度設計 2/215mm N f = (Q235鋼 1.4.2 穩(wěn)定 (1 軸心受壓f AN (2 軸心受壓構(gòu)件腹板參與受力的寬度h 0 的確定yw f t h 235400。(3 格構(gòu)式雙肢組合構(gòu)件綴件為綴條時,換算長細比按xx ox A A1227+=計算。 分肢長細比 ox 7.01 時,不必驗算分支穩(wěn)定。(4 綴條計算 剪力確定 23585y f AfV =。(5 最大長細比 150max = 2.圓形雙壁鋼圍堰受力計算 2.1結(jié)構(gòu)設計雙圓形雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)設計如圖,共分為4個部分,即刃腳段、雙壁加強段、單壁段、內(nèi)部橫向支撐梁。刃腳部分面板采用8mm 鋼板,角度為30度;雙壁加強段內(nèi)外面板及隔板均采用5mm 鋼板,內(nèi)部為空間桁架結(jié)構(gòu),水平主桁加強圈采用10010010或75758角鋼,綴條用63635角鋼,豎向間距按不同的高度荷載計算求得;豎向加勁肋采用50505或63635角鋼,周向間距按不同的高度荷載計算求得;圍堰中支撐桁架用10010010或75758角鋼相扣成方管,空間用75756做綴條組成桁架,豎向間距與加強圈相同。 2.2計算簡化為簡化圓形鋼圍堰的受力計算,采用如下方法:(1對環(huán)板和水平斜撐計算時考慮壁板40倍板厚的寬度參與受力;(2豎向加勁肋按多跨連續(xù)梁計算,同時考慮壁板40倍板厚的寬度參與受力;(3壁板按支撐在豎向加勁肋上的多跨連續(xù)板計算。2.3受力工況澆筑承臺前鋼圍堰最大抽水狀態(tài)為最不利工況。鋼圍堰受力主要計算荷載有靜力壓力、土壓力、施工荷載以及壅水所產(chǎn)生的壓力等。澆筑承臺時鋼圍堰外設計施工水位采用13m ,土埋置深度3.5m ,壁倉內(nèi)的水位9m ,計算水流流速1.5 m/s 。根據(jù)以上簡化計算方法,壁板、豎肋按簡化公式進行局部計算。水平加強圈及水平斜撐可采用簡化公式計算。 3.雙圓形雙壁鋼圍堰空間分析計算 3.1結(jié)構(gòu)分析模型用空間模型進行分析計算,外壁板、內(nèi)壁板、水平加強圈采用空間板殼單元,豎肋采用空間梁單元,水平斜撐采用空間桁架單元,即兩端與水平加強圈采用鉸接連接。 3.2計算分析主要計算荷載:靜水壓力、土壓力、浪擊力與風荷載(處作用較小此處可忽略不計、施工荷載。 3.3計算過程3.3.1 加強圈設計計算(1壁板參與受力的寬度h 0 的確定 yw f t h 235400 采用Q235鋼 w t h 400=405=200mm(2依據(jù)無矩理論,均勻外壓力作用下的筒壁內(nèi)力只有周向力,無彎矩。周向力按公式N 0=P 0R 0計算。 式中P 0外壓(N/mm 2 圖3R 0外圓半徑 (mm(3依據(jù)線性理論,周向力由雙壁板和加強圈共同承受,那么壁筒任意高度上的一個加強圈與壁板組合將成為雙肢格構(gòu)軸心受壓結(jié)構(gòu)(如圖示。(4每個雙肢格構(gòu)的承壓能力 A f N =1 式中f =215N/mm 2(Q235鋼以換算長細比ox 確定的折減系數(shù)。A 加強圈與壁板組合后的總面積。 換算長細比的計算加強圈采用10010010角鋼,A=6852 mm 2;x =85.5; 綴條用63635角鋼x A 1=614.32=1228.6 mm 24.866.12286852275.8527212=+=+=x x ox A A 查表(b 類截面=0.645A f N =1=2150.6456852=950201N加強圈采用75758角鋼,A=4606 mm 2; x =84.4; 綴條用63635角鋼x A 1=614.32=1228.6 mm 2 856.12284606274.8427212=+=+=x x ox A A 查表(b 類截面=0.655A f N =1=2150.6554606=648634N(5豎向間距S L 確定0101R P N N N L S =P 0在圍堰上沿高度變化,最大為刃角頂面 0.186N/mm 2 最小間距mm L S 45611200186.0950201=取450mm(6 綴條計算 綴條用63635角鋼 A 1=614.3mm 2 i y =12.5mmL 0=1528mm =45015024.1225.1215280=y i L 查表=0.426 折減系數(shù)0.6+0.0015=0.6+0.0015122=0.783 剪力確定 N f Af V y 1733285215685223585max =N 1=Vmax/2=17332/2=8666N =N1/A1=8666/614.3=14.10.783f =0.7830.426215=71.7 3.3.2 豎向加勁肋的計算采用50505或63635角鋼,根據(jù)受力和加工條件將截面布置成如圖4所示 圖4 (1 組合后截面數(shù)據(jù) 50505角鋼A =1480mm 2 y 1=14.9mm y 2=40.1mm I y =590000mm 4 w 1=39600mm 3 w 2=14700mm 3 63635角鋼A =1614mm 2 y 1=20.8mm y 2=47.5mm I =1125232mm 4 w 1=54098mm 3 w 2=23689mm 3 (2間距的確定荷載 圍堰外壓隨深度變化而變 化,為了增加圍堰在水中的穩(wěn)定,同 時減少外壁的計算壓力,考慮內(nèi)外壁 間水位9米高。周界固定整個面板受均布荷載。 根據(jù)剛性薄平板的計算公式(h 0.2b ,確定間距。fh b cp -=20(負號表示上緣纖維受拉 式中:計算應力 c 由a/b 值確定的系數(shù),查表 取得(a/b 1p 0外壓荷載,沿面板高度不同而度化。b 加強圈凈間距 a 加勁肋間距 h 板厚 當b a 時,已不符合周界固定條件,應按多跨連續(xù)板計算,確定間距。 f h a p =243 以上方法應在每個加強圈間距中計算,因為他們的p 0值是不同的。 (3驗算加勁肋角鋼與面板共同抗彎強度,角鋼在加強圈位置斷開應按簡支梁計算線荷載 q j =a p 082b q M j =2/215mm N f W Mx= 式中:W X 角鋼與面組合后的抗彎模量(取14700mm 3 當用50505角鋼檢算通不過時,換用63635角鋼,W X =23689 mm 3檢算。 3.3.3支撐桁架計算 (1受力分析圍堰在中間支撐兩端設計加工不易保證其剛度,為簡化計算忽略圍堰的中間支撐兩端的剛性,根據(jù)無矩理論,引用加強圈壓力,中間支撐計算壓力(圖6 N=2N1cos式中雙圓圍堰在中間支撐兩端切線與中間支撐軸線的夾角N=2950201cos47.3790(2采用 10010010或75758角鋼相扣成方管,組成雙肢柱桁架,截面數(shù)據(jù)10010010角鋼A1=19262=3852mm2I x1=6231667mm4 i x1=40mm I x=4705588200mm4i x=782mm l0=14276mmx=18.3綴條用75756角鋼A1=879.7mm2l0=1817mm i y0=14.9mm x=1223.2141827212+=+=xxox AA查表=0.966208215966.0167770412868491=fAN75758角鋼,綴條用75756角鋼,計算略。(3綴條計算 150122=受力檢算與加強圈綴條檢算相同,計算略。4.抗滑、抗傾覆、抗浮穩(wěn)定性驗算4.1抗滑穩(wěn)定性驗算在圍堰下水之前要在冰面上測放出圍堰的準確位置,并且在圍堰的內(nèi)外打入鋼管樁同時起導向作用和約束鋼圍堰不發(fā)生滑移。圍堰內(nèi)部的導向樁和施工平臺連起來形成整體,增強穩(wěn)定性和增大抗沖擊力。在圍堰的第一階段下沉時冰也對圍堰也起約束和導向作用。在圍堰的內(nèi)部上游打入4根鋼管樁,主要用來抵抗因水流的沖擊而產(chǎn)生向下游滑移的頃向,鋼管樁打入河床深度不小于5米,上部和施工平臺相連接。計算簡化模型如圖8所示。選用325壁厚為10mm 的鋼管樁 W x =755.7cm 3 流水壓力公式為P=0.8Arv 2/(2g式中:0.8為圓形阻水系數(shù);A 為圍堰的阻水面積;r 為水的容重; v 為水流速q=p/13=0.822.4l 13101.52/21013=20.2KN/mM max =9ql 2/128=920.2KN/m 132/128=240KNm f =M max /4W x =240KNm/4755.7cm 3=79.4MP a P可以抵抗浮力5.施工5.1雙壁圍堰的制作雙壁圍堰的制作在工廠中加工,按互換件和對號入座的辦法制成塊件,汽車運至江邊后,人工在冰上拖至墩位處進行現(xiàn)場拼裝。各節(jié)、塊之間安設防水膠條,在墩位處設跨施工平臺龍門吊對組裝后圍堰翻身,盡量避免立焊或仰焊,現(xiàn)場搭設施工大棚,保證焊接質(zhì)量。圍堰焊接后應有一定的剛度,圍堰內(nèi)外壁進行滿縫施焊,確保無焊傷、無漏焊、無砂眼。鋼板與角鋼水平桿的焊縫長度,大于100mm,間距不大于80mm。角鋼骨架的焊接進行滿焊,在骨架塊的外壁板上,焊接吊環(huán),組裝成型后對圍堰尺寸、高度、傾斜角以及焊質(zhì)量進行檢查驗收,并作漏水試驗確保不漏水。5.2圍堰下沉圍堰分兩階段下沉,第一階段在鉆孔樁施工之前將圍堰下沉到河床;第二階段待鉆孔樁完成后再將圍堰下沉到設計位置。第一階段在施工平臺的軍用梁上固定若干10T倒鏈,用于固定已拼裝好的圍堰懸浮于水中,在圍堰入水前先用測量儀器測放準確承臺的位置后在圍堰的上下游分別打入導向鋼管樁,同時利用冰的作用使圍堰入水位置準確并能夠抵抗水的沖擊。圍堰下放到水面以上位置處固定倒鏈使其處于懸浮狀態(tài),然后再拼裝第二節(jié)圍堰,第二節(jié)圍堰和第一節(jié)圍堰加固好以后再繼續(xù)下放,當不下沉后在圍堰的雙壁間對稱注水使其下沉。圍堰下沉著陸河床后暫不再下沉圍堰,把圍堰和導向鋼管樁固定將懸掛倒鏈鎖死。第二階段在施工平臺上進行鉆孔樁施工,待承臺內(nèi)鉆孔樁全部完成后再采用吸泥法下沉圍堰達到設計位置,利用吸泥機和砂石泵配合使用在圍堰內(nèi)側(cè)刃腳附近將泥砂吸出,注意吸泥機和砂石泵要在圍堰四周均勻布置,保證圍堰均勻平穩(wěn)下沉。 5.3封底圍堰下沉完畢,對圍堰內(nèi)河床按方格網(wǎng)坐標分區(qū)域逐塊吸泥,將泥砂清理干凈,由潛水員下水逐塊、逐片檢查,測量標高合格后才能澆注水下封底混凝土。在各階段施工時均要注意圍堰內(nèi)外的水面高差平衡,防止出現(xiàn)翻砂現(xiàn)象。封底前由潛水員對承臺的各樁樁頭進行清理確保封底混凝土和樁基良好連接,增強封底混凝土的抗壓能力減少封底混凝土的厚度。封底混凝土采用一次性布設導管法,剪球順序由四周向中間,施工時防先剪球的導管混凝土擴散到未剪球的導管位置。圍堰在抽水前由潛水員到水下檢查封底是否嚴密如有較大漏洞要采取措施堵塞。5.4防冰排措施某大橋橋址上游共有5座橋,這5座橋的最大孔徑為90米,本橋的最大孔徑為138米,距濱北鐵路橋僅2公里,且橋位處主河道較寬近400米,大面積冰排都可以平穩(wěn)通過,所以本橋位處的防冰排壓力并不是很大。但防冰排工作也不可忽視,在便各墩位及圍堰的上游均要采取必要的防冰措施。施工過程中在流冰期(每年的4月1日至4月20日派專人密切觀察流冰情況,并在上游架設過江纜繩用于導向小船人工疏導冰排,同時