XX大橋水中墩基礎輔助設施施工方案(同名41258)

docdocdocPAGEdocPAGE17docdocPAGE目錄一、工程概況 2二、鋼圍堰設計方案 2三、結(jié)構(gòu)計算 43.1鋼圍堰結(jié)構(gòu)分析 53.1.1電算模型： 53.1.2橫肋、豎肋——梁單元應力水平 63.1.3腹桿——桁架單元應力水平情況 73.1.4面板——板單元應力分布情況 83.1.5鋼圍堰變形情況。 83.2鋼圍堰抗浮性能分析 93.3鋼圍堰渡洪安全分析 103.3.1鋼圍堰抗滑移性能分析 103.3.2鋼圍堰抗傾覆性能分析 113.3.3鋼圍堰抗撕裂性能分析 123.3.4鋼圍堰抗大塊漂石撞擊性能分析 12四、結(jié)論 12

石梯巴河特大橋水中墩基礎輔助設施施工方案一、工程概況石梯巴河特大橋中心里程為DK90+723，橋跨布置：1×24+10×32+(48+2×80+48)連續(xù)剛構(gòu)+25×32+1×24m，采用2×80m主跨跨越巴河主航道，橋梁全長1462.94m。12#、13#、14#三個主墩位于水中，主墩墩高為69m，3個主墩承臺平面尺寸均為15.8m×19.3m，高度4m，承臺底面設計高程均為244.748m?；A為梅花形布設的17根2m樁基礎構(gòu)成，其中12#墩樁基深22m，13#墩樁基深19m，14#墩樁基深16m。根據(jù)大橋施工圖結(jié)構(gòu)布置情況以及墩位處水文地質(zhì)情況，12#、13#、14#墩采用雙壁鋼圍堰方案進行基礎施工。二、鋼圍堰設計方案鋼圍堰設計方案如下：圍堰壁厚采用I10工字鋼作為豎肋，∠100×100×6㎜等邊角鋼作為橫肋，∠75×75×6㎜等邊角鋼作為腹桿新城空間框架結(jié)構(gòu)，雙側(cè)附以δ6㎜厚鋼板形成組品快件，整個圍堰分為三節(jié)制作。單節(jié)分為14塊，其中一號快10件，2號塊2件。2號塊對稱件2件。塊件間采用δ10㎜厚連接板焊接連接。平面尺寸設計為18.8m×22.412m，圍堰內(nèi)外壁間距為1m，內(nèi)壁承臺邊線最小距離為50㎝。結(jié)構(gòu)如下列圖示：平面布置圖1號塊結(jié)構(gòu)圖2號塊結(jié)構(gòu)圖三、結(jié)構(gòu)計算若不能再枯水期完成基礎施工，汛期水位上漲，水流量、流速增加，對鋼圍堰較容易造成滑移、傾覆、撕裂、漂石撞擊等安全風險。力學計算分為兩部分。包括鋼圍堰結(jié)構(gòu)最不利工況抗力分析與驗算及整體渡洪安全性分析。3.1鋼圍堰結(jié)構(gòu)分析本工程采用midas-civil有限元分析軟件對鋼圍堰進行力學分析，力學模型建模思路，豎肋及橫肋按量單元考慮。橫豎肋交點按分離式節(jié)點設置，交叉節(jié)點間采用剛度較大的彈性連接。彈性連接類型考慮兩節(jié)點間相對位移接近完全約束。不考慮橫肋豎肋間相互傳遞力矩。腹桿按桁架單元考慮，即忽略腹桿桿端焊接對力矩的傳遞。壁板按板單元考慮。壁板與豎肋間連接視為節(jié)點剛接。邊界條件設置：圍堰刃腳底面節(jié)點僅約束豎向位移自由度，封底混凝土頂面的圍堰內(nèi)壁板節(jié)點約束水平方向的兩個位移自由度。由于圍堰結(jié)構(gòu)關(guān)于承臺縱橫軸線對稱，故模型可簡化為實際結(jié)構(gòu)的四分之一進行分析即可。對稱軸位置設置相應軸向位移自由度約束及三軸扭轉(zhuǎn)自由度約束。驗算最不利工況：堰內(nèi)水抽空，堰外水位達到253m高程時圍堰漫頂前最大水壓力電算情況如下：3.1.1電算模型：平面模型三維模型3.1.2橫肋、豎肋——梁單元應力水平橫肋豎肋最大應力為σmax=162.7Mpa，出現(xiàn)在第二層角支撐的支點位置，另外圍堰拐角及封底頂面橫橋向?qū)ΨQ軸位置也出現(xiàn)σ=137MPa左右的應力。但作為臨時結(jié)構(gòu)，相對于永久結(jié)構(gòu)其容許應力[σ]可適當增大通?？刂圃?.3[σ]=1.3×140=182MPa。因此σmax=162.7MPa<[σ]=182MPa。結(jié)構(gòu)安全。3.1.3腹桿——桁架單元應力水平情況腹桿（桁架單元）應力最大為σmax=162.37MPa，同樣出現(xiàn)在第二層角支撐的支點位置，σmax=162.37MPa<[σ]=182MPa，結(jié)構(gòu)安全。3.1.4面板——板單元應力分布情況面板應力云圖顯示最大應力僅為σmax=40MPa，遠小于[σ]=140MPa，結(jié)構(gòu)滿足受力要求。3.1.5鋼圍堰變形情況。圍堰在最不利工況下，最大變形發(fā)生在橫橋向下層支撐與封底砼之間結(jié)構(gòu)對稱軸附近。最大位移為5.04㎜，變形量較小滿足施工要求。根據(jù)上述電算結(jié)果可認為當水位超過2533.2鋼圍堰抗浮性能分析石梯巴河特大橋?qū)崪y河床面高程約245m左右。承臺底面設計高程均為244.748m。當前施工水位約249到251之間，河床覆蓋層極少，大部基巖裸露。具體結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。在鋼圍堰就位前對河床進行爆破處理，處理之后河床高程約為立面圖平面布置圖1鋼圍堰自重計算1.1計算鋼鋼圍堰自重鋼鋼圍堰材料總質(zhì)量為M=230t則鋼鋼圍堰材料的總自重為G1=Mg=230×10=2300（kN）。1.2計算封底混凝土重量混凝土容重為γ=23kN/m3封底混凝土平均厚度h=2.10m，根據(jù)實測經(jīng)過計算得。鋼圍堰內(nèi)層寬為a=16.8m，長為b=20.4m則封底混凝土的重量為G2=γ×h×a×b=16553kN1.3計算鋼圍堰內(nèi)水重考慮到洪水季節(jié)不施工，為防洪要求鋼圍堰內(nèi)應注滿水水容重取γ=10kN/m3水頭為9.63m，即鋼圍堰頂?shù)椒獾谆炷另斆娴母卟?.53。鋼圍堰寬a=18.8m，長b=22.4m鋼圍堰內(nèi)水自重G3=a×b×7.53×γ=31710kN。1.4為增加鋼圍堰自重，擬往鋼圍堰壁內(nèi)灌砂4m，可增加重量：G4=（18.8+22.4）*2*4*(14-10)=1318KN（為安全起見，河砂容重取14KN/m3。）1.5封底后鋼圍堰體系的自重G=G1+G2+G3+G4=2300+16553+31710+1318=51881kN2.浮力計算鋼鋼圍堰受到的浮力為：F1=γ×a×b×9.63=40554kN3.抗浮力計算安全系數(shù)K=G/F1=51881/40554=1.28>K0=1.1結(jié)論：鋼圍堰整體能夠滿足抗浮要求3.3鋼圍堰渡洪安全分析3.3.1鋼圍堰抗滑移性能分析3.3.1.1鋼鋼圍堰流水壓力計算作用于鋼鋼圍堰上的流水壓力可按下式計算：取K=1.47，g=10m/s2,v=4.76m/s（為洪水時的最大流速）,則：A=9.63×18.8=181P=1.47×181×10×4.762/(2×10)=3014kN3.3.1.2抗滑移驗算鋼圍堰所受總豎直力為：G-F1=51881-40554=11327kN,所受總水平力為P=3014KN。根據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》TB10002.5-2005的規(guī)定，鋼圍堰滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc=μ(G-F1)/P=0.4*11327/3014=1.5>1.2注：河床底為泥巖，按照《規(guī)范》規(guī)定，軟質(zhì)巖的基地摩擦系數(shù)為0.4-0.6，計算中μ取0.4。結(jié)論：鋼鋼圍堰能滿足抗滑移要求。3.3.2鋼圍堰抗傾覆性能分析經(jīng)分析，最有可能沿下游側(cè)刃腳傾覆，此時豎向力對其提供的穩(wěn)定力矩為：（G-F1）*a/2=11327*18.8/2=106473KN.m水平推力對其提供的傾覆力矩為：P*h/2=3014*9.53/2=14361KN.m由此可見，鋼圍堰的穩(wěn)定力矩遠大于傾覆力矩，完全能夠滿足抗傾覆性要求。3.3.3鋼圍堰抗撕裂性能分析面板的極限抗拉強度為140MPa。最大洪水時，其水平推力對面板產(chǎn)生的應力為：p/A=3014/18.8/9.53/1000=0.017MPa由此可見，最大洪水對面板產(chǎn)生的撕裂應力遠小于面板的極限抗拉強度，鋼圍堰完全可以滿足抗撕裂要求。3.3.4鋼圍堰抗大塊漂石撞擊性能分析從衛(wèi)星地圖上我們可以看出，石梯巴河特大橋上游約3km，下游約1.2km處各有一處河灘。經(jīng)現(xiàn)場測量，巴河經(jīng)過兩處河灘時水深約1m，而石梯巴河特大橋鋼圍堰處目前最大水深約10m。由此可以推斷，兩處河灘間為一水槽，鋼鋼圍堰所在位置相對上游河灘的最大高差約9m。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，石梯巴河特大橋上游3km范圍內(nèi)，兩側(cè)河岸穩(wěn)定，大塊巖石滑落河道的可能性極低。大塊漂石通常來自上游。當漂石通過鋼圍堰上游3km處的河灘時，其可能的最大速度為最大洪水流速4.76m/s。從河灘至鋼圍堰的距離約3000m，需用時至少3000/4.76=630秒?？紤]到洪水時，水面標高還將上漲約20m，鋼圍堰處的最大水深約30m。通過計算，巖石在30m深的水里，從水面到水底的沉底時間約3.2秒。即洪水時，鋼圍堰上游3000m處水面出現(xiàn)的漂石，3.2秒時間內(nèi)即已