流溪河特大桥双壁钢围堰设计与施工

维普资讯 http://www.cqvip.com 建筑・规划・设计　２００８年第３期　民蕾科技　流溪河特大桥双壁钢围堰设计与施工　吴宇丁卫林黄忠睦　（中国中铁四局集团第六工程有限公司，安徽芜湖２４１０００）　摘要：通过对武广客专线新广州站流溪河特大桥１６１＃墩深水基础双壁钢围堰的设计与制造的介绍，阐述了双壁钢围堰设计方法和制造的一　般工艺。　关键词：双壁钢围堰；设计；制造　１工程概况　跨流溪河（６０＋１００＋６０）ｍ连续粱为武广铁路客专线新广州站重点控制　工程之一。其中１６１＃Ｊ￣于Ⅳ级航道内冰深约１５ｍ，设计施工水位为＋３．　６ｍ。承台设计为１２根　２．０ｍ桩基低桩承台，尺寸为１５．８×１１．６×４ｍ，承台　底标高为一８．９９６ｍ，墩位处岩面标高约为一８，０ｍ。承台入岩深度约１，Ｏｍ，岩　层为弱风化灰岩，岩质硬，基本承载力为６ＯＯ一８００ｋＰａ，机械无法开挖。岩层　上覆盖层厚４—５ｍ，为细砂层。　本基础采用水下控制爆破清除影响围堰下沉的岩层，再搭设水中平台　施工桩基，然后利用水中平台下沉双壁钢围堰的方法实施基础施工。主　要阐述双壁钢围堰的设计与施工。　２双壁钢围堰设计　初步设计阶段对钢管桩平台、钢吊箱、钢板桩围堰、单壁钢围堰、双壁　钢围堰等施工方案的技术性进行了比较，并对围堰形状（圆形、圆端形、矩　形）进行了经济陛分析，通过综合比较，最终确定采用矩形双壁钢围堰施工　主墩基础。　为减小阻水面积，双壁钢围堰内边尺寸比承台放宽１０ｃｍ，即内部平面　尺寸为１６ｍ×１　１．８ｍ。设计壁厚为０．９ｍ，围堰外围尺寸为１７．８ｍ×１３．６ｍ×　１５，４５ｍ（钢壳顶标高比施工水位高出￣８５ｍ），共分三层　（４．８ｍ＋４，８０５ｍ＋５．８４５ｍ），每层分８块制作安装，围堰内设置三层　８０ｃｍ钢　管斜支撑。围堰封底设计为２ｍ厚的Ｃ３０混凝土。　钢围堰由钢板和型钢焊接而成，围堰壁、分隔仓均为水密结构，各部结　构如下：（１）井壁。围堰周围由内外两层钢壁组成，壁板厚６ｍｍ，沿周围分布　－／Ｌ１００×１００×６角钢的竖向加劲杆（第二节为ＬＩＯ０×１００×１４竖向加劲　杆），肋的间距内外壁间距平均为５０ｃｍ。内外壁上每隔０．９—１．２３４ｍ设有　１５０ｍｍ×１０ｍｍ水平环形钢板，同一平面上的内外水平环形板问以角钢　／－７５×７５×６相连，形成水平环形桁架，使得内外壁组合成整体。（２）隔仓。　在内外壁问设有隔仓，在平面上将围堰钢壳等分为１２个互不相通的仓室，　隔仓板厚６ｍｍ。（３）刃脚。围堰在下沉时，在刃尖部分０．９９２ｍ的高度范围内　填充Ｃ２０细石砼，并在内壁板设置Ｚ＿７５×７５　ｘ　６ｍｍ刃脚加劲杆，水平间距　为５０ｅｍ。双壁钢围堰设计见图１所示。　．　３围堰验算　３．１验算内容。　由于围堰采取边抽　水边安装内支撑的　施工方式，因此验　算围堰的变形、应　力、抗倾覆稳定性　和抗浮力稳定性　时，只需计算水头　立面图　最大的工况。在水　头最大时验算如下　围堰各构件应力及　．０　孑　－　一。０　一　：　、　…围堰最大位移、抗　●　１　－！　倾覆和抗浮稳定　‘　・．　．』—————一：竺　　一　五ｊ　性：　、　－　；，　ｊ　：　静水压力计　■一．　一一一　一＜ｔ一ｊ∥　．　二　算：围堰内水全部　抽空，承台未施工。　这时围堰外水位　平面图　３．６ｍ，围堰内外水　图ｌ围堰总体设计图　头差１２．５９６ｍ，计　算在静水压力和动力水压力共同作用下各构件应力及围堰最大位移；　静水＋动水压力技术：围堰内水全部抽空，承台未施工，断面平均水流　速度１．９７ｍ／ｓ，围堰内外水头差１２．５９６ｍ时（堰外水位３．６ｍ），计算在动水压　力下围堰抗倾覆稳定性；　抗浮计算：在围堰内河水抽空后承台施工前，计算竖向荷载作用下围　堰的抗浮力稳定性。　３．２围堰结构分析模型。由于钢围堰为空间结构，为接近实际工况，钢　围堰翰　－还采用有限元空间模拟进行验算，验算软件采用迈达斯６．７．１版　本。围堰共离散为３４０７２个单元，其中梁单元５４９４个，桁架单元１２４８个，　板单元１３９５０个，８节点实　单元１３３８０个。围堰全部采用Ｑ２３５钢材，壁　舱内填充Ｃ２０混凝土。　根据各构件受力特点，将内外钢壁板、水平加劲钢板、隔舱板、垫板模　拟为板单元；竖向加劲角钢、内支承钢管模拟为粱单元；水平直、斜支承角　钢模拟为桁架单元；舱内填充混凝士及封底混凝土模拟为８节点实体单　元。考虑到封底混凝土埋于河床土层中并与桩基钢护筒联结，故将封底混　凝土视为固结端，约束其各方向自由度。　３３荷载计算。计算荷载有竖向荷载与水平荷载。竖向荷载主要包括钢　围堰自重、舱内混凝土自重、封底混凝土自重及浮力；水平荷载主要有围堰　外静水压力、围堰外动水压力。　（１）竖向荷载。为降低壁板及竖向加劲角钢的应力，舱内填充混凝土至　承台顶，即标高－４．９９６ｍ处。钢围堰、舱壁内混凝土及封底混凝土自重共为　１９７５０＋３０３．７×２５×１０＋１７．８×１１．８×２×２．５×１０＝２００６９．５ＫＮ。　浮力计算中围堰高度取施工水位３．６ｍ到围堰底面标高一１１Ｄｍ，长　１７．８ｍ，宽１３．６ｍ，河水重力密度１０ＫＮ／ｍ’。　围堰受到总浮力为：１４．６×１３．６×１７．８×１０＝３５３４４ＫＮ。　封底混凝土与桩基钢护筒、钢围堰内壁之间的粘结力取Ｔ＝１２０ＫＰａｏ　钢围堰内壁、钢管桩粘结高度２ｍ，钢护简直径２．４ｍ，共１２根，钢围堰内壁　平面尺寸为１６ｍ×１１．８ｍ，故其粘结力为：２．４×　×２×１２×１２０＋（１６＋１１．８）　×２×１２０＝２８３７６ＫＮ，则向下的摩擦力为２８３７６ＫＮ。　（２）水平荷载。根据　十提供的水文资料，围堰外静水压力水位取施工　水位３．６ｍ，施工水深１２．５９６ｍ。动水压力按《铁路桥涵设计基本规范》　（ＴＢ１０００Ｚ１—２ｏｏ５）￣　Ｆ　ＫＡ　ｇ　：５７８ＫＮ。　其中Ｋ为形状系数，取１５；Ａ为阻水面积，１３．６×１４６＝１９８．６ｍ　；ｖ为设　计水流速度，取１９７ｍ／ｓ；＂／为河水重力密度，取１ＯＫＮ，ｍ　把集中力等效为倒　三角形面荷载，经计算在３．６ｍ水位处面荷载为６ＫＮ／ｍ：，－１４．６ｍ处为０。按线　性分布等效。动水压力作用点水面以下１１３水深处，即ｈ－１４．６／３＝４．８７ｍ处。　３．４计算结果。（１　澈『应．力。按工况进行受力计算，支承｝冈管与竖向加劲　角钢为梁单元，最大应力指轴力与两个方向弯矩组合应力的最大值；水平支　承角钢最大应力指轴向拉压应力最大值：内外壁钢板与水平加劲钢板应力指　ＶＯＮ—ＭＩＳＥＳ应力（即按第四强度理论验算），验算结果均符合规范要求。结　构构件塌　勘贼２。水平由略姘　皈支承钢萑噶　勘位置出甥｜觯二层　外围短钢管（Ｎ１７—２）中，竖向角钢（Ｎ８）最大应力出现在第三节围堰中部外层　角隅附近，水平支承角钢（Ｎ７）￣＿ＬＪ３出现在围堰最高—层角隅处，水平加　劲钢板（Ｎ４　：应力出现在第三节围堰第三、五两层（从上往下数）内侧角隅　处，壁板（Ｎ１　：应力出现在第三节围堰中部角隅处外层壁板。　（２）结构变形。分别计算　表ｌ构件最大应￣（Ｍｐａ）　维普资讯 http://www.cqvip.com 民菅科技　２００ｌ８年第３期　建筑・规划・设计　某热电厂１　２０Ｍ高烟囱滑模施工中出现的　些问题的原因及处理　一杜广伟杜广庆　（辽宁省第三建筑工程公司。辽宁辽阳１１１０００）　摘要：分析了某热电厂１２０Ｍ高烟囱滑模施工中出现的一些问题的原因，提出了相应处理措施。　关键词：１２０Ｍ高烟囱；滑模施工；问题；原因；处理　某热电厂１２０Ｍ高烟囱，是采用内砌外滑间歇技术分段进行施工，　在施工中出现了如下问题：　１当滑升到５７注时，滑模上平台发生扭转现象。其原因是砌筑平　台的边缘与简壁内衬相刮，而使平台产生扭转现象，其次因收分模板　尺寸不一致以及千斤顶的爬升行程不相同而产生平台的扭转。　处理方法：首先采取提高与上平台扭转相反一侧千斤顶的行程来　调整上平台扭转，经过滑升就能使上平台扭转调整过来。其次半收分　模板沿上平台扭转方向相反方向倾斜，经过一段时间的滑升，上平台　扭转现象就能调整过来，然后将收分模板恢复到原来垂直位置上来。　２烟囱滑模施工中产生主体倾斜，上平台水平位移，主要原因是　上平台千斤顶爬升的高度不同步，而产生偏差，以及平台上的荷载分　布不均匀，上平台抱杆上料方向的荷载较重和内砌筑平台与筒壁内衬　相刮而产生主体倾斜。另外每班的滑升高度超高也会产生主体倾斜。　在调倾斜时，对抱杆方向的材料分布到平台的各个方位上，将爬升较　慢的千斤顶提高一个行程，待倾斜调整过来后，在将千斤顶调整到同　水平面上，并用水准进行抄平，以保证上平台平衡，每ｌＯｍ高进行一　次抄平工作。其次在施工中应注意滑升的速度不要滑升的过快，最好　每一作业班组滑升高度不超过１．８ｍ，如果超过１．７ｍ砼出模以后应处　于塑性状态，很容易使主体产生倾斜。　还要注意在施工中每提升一次应检查砌筑平台能否与内衬相刮，　如发现及时处理。施工到６０ｍ时，上平台水平位移偏离紧井架中心　一７５０ｍｍ，对此情况，我们决定停滑两天，待砼强度达到６ｏ％以后，进行　上平台水平位移的处理，采取将平台水平位移方向两侧的模板与砼简　壁表面离开５０－－８０ｍｍ的缝隙，然后将两侧的支承杆割断在割断支承杆　之前，首先将２０组辐射用木板及木楔垫好后，方可割断支承杆，在调　整平台水平位移时，用５ｔ导链一头挂在竖井架方梁上，另一头挂在提　升架上，在导链拉上平台时，使平台不产生扭转。在拉上平台时要慢慢　地拉动导链，同时用激光及时找正，用尺量方梁的各方面的尺寸，若相　同既停止调整。然后将模板紧靠到砼简壁上，有缝的地方用废灰袋子　堵塞严，防止漏浆，将割断的支承杆钢筋按国家规范规定用塔接焊焊　牢，最后拿去垫在辐射下的木板及楔，完成上平台水平位移的调整工　作。在做这项工作时，要细心观察所有滑模构件是否变形的，如发现应　及时处理。如有较小的水平位移时，可采取提高倾斜一侧千斤顶的行　程，经过几次的滑升即可解决。　３高滑升在ｌ１２ｍ处，由于在这段时间滑升速度较快，混凝土尚处　于塑性状态强度不够，造成支承杆严重的失稳。我们就在混凝土壁内　予埋两组暗楔上，用３分半钢丝栓于暗楔上，将３分半钢丝绳绕烟囱　外壁一周，然后固于暗楔上，再用５分钢丝绳拉于支承杆失稳相对的　方向上的辐射梁上，中间用一个５ｔ钢丝绳拉紧，以防止支承相对的方　向继续发展，当提升模板时，将导链慢慢放松、边提升边放松导链，模　板提升完毕，立即将导链拉紧。在以后的滑模施工中，滑升速度一定要　控制好、避免支承杆产生失稳。　（上接１６９页Ｊ足要求。　台上翻转，将内壁板置于平　台上，焊工进入块件壁内，　将内壁板与水平环板、竖肋　由于动水压力较小，仅为５７８ＫＮ，经过等效面荷载计算，对围堰底的反　力几乎没有影响。　钢围堰的整体稳定性仅表现为围堰在动水压力作用下的抗倾覆能力。　ｌ下车｝一钾撮对接．骨Ｉ　ｌ肋对接・角钾｜Ｉｃ断　ｌ　｝　计算时将钢围堰底作为检验围堰在动水压力作用下是否倾覆的取矩点。　动水压力产生的倾覆弯矩Ｍ倾＝５７８　ｘ（１４．６－４．８７）＝５６２３ＫＮ．ｍ，钢围　堰自重产生的稳定力矩即为：Ｍ＝１９７５　ｘ　１３．６／２＝１３４３０ＫＮ．ｍ，显然钢围堰整　体稳定ｌ生能得到很好保证，抗倾覆验算满足要求。　（４）封底砼厚度验算。考虑水下混凝土表层质量较差、养护时间短等因　素，取Ｃ２０水下混凝土容许拉弯应力［　５００　ｋＮ／ｍ＇－，封底砼按均布荷载　下的四边固结双向简支板计算，ｋｘ＝４．２ｍ，Ｌｙｒ＝４．２ｍ（桩间距为４．２ｍ），当　Ｌｘ／Ｌｙ＝１．０时：Ｍｘ＝Ｍｙ＝０／）３６８　ｘ　ｑＬ￣＝０．０３６８　ｘ　ｈ２－＿－－０．０３６８　ｘ　１０　ｘ　１４．６ｚ＝７８．　４４ＫＮ．ｍ，封底砼简支板Ｗ＝ｂｈ２／６＝２．８ｍ’，则　＝Ｍ／Ｗ＝７８．４４／Ｚ８＝２８ＫＮ／ｍ　＜　［　５００　ｋＮ／ｍ－＇ｏ　角钢焊接，单面焊补焊围堰　外壁板间连接。（５）焊缝检　查、补焊。所有对接焊缝均　为三级熔透焊缝，节间角焊　缝为双面连续填角焊。焊角　高度Ｋ＝６ｍｍ；水平环板、竖　肋与壁板为交错间隔焊：焊　２００ｍｍ空１００ｍｍ。　塑　焊缝要确保质量良好，　４钢围堰块件的制作　４ｌ制作工艺流程　由于钢围堰为矩形，各块件均为直边形状，线性简单，围堰尺寸及变形　易于控制，制作较为方便，故采用现场制作。围堰块件制作场地选择在岸边　空地制作，制作前将空地硬化平整，平整度控制在２ｒａｍ以内。加工工艺如　下：（１）下料。下料所划的切割线必须准确清晰，下料允许瀛差±１ｍｍ、对角　线偏差±２ｒａｍ。单元件宽度、高度下料时要考虑焊接收缩量，一般控制在　Ｌ／１０００。壁板下料宽度允洚偏差±１ｍｍ。切割后的熔渣予以清除。（２）外壁　板及桁架骨肋焊接。将外围壁钢板平铺在平台上横向对接（先焊单面），先　将竖肋角钢与外壁板、水平环板与外壁板焊接，然后将桁架直撑杆焊接在　外壁板的水平环板上，再在直撑杆上焊接内壁板上的水平环板，水平环板　焊接完成后，再焊接内壁板上的竖肋角钢，最后焊接桁架斜撑杆，至此，桁　架骨肋焊接完成。水平环板焊接前，在与竖肋相交的位置预先开口。水平环　板搭接时不小于２０ｃｍ的搭接长度。（３）焊接内壁板。将内壁板铺在已焊接　完毕的桁架骨肋上，将壁板与水平环板、竖肋角钢点焊，并将内壁板进行单　面对接焊接。（４）围堰块件翻转、补焊。将初步焊接的围堰块件用吊机在平　密封不漏水，以煤油渗透试　验检验渗漏情况，如有渗漏　处，进行补焊直至不渗漏。　结束语：通过对流溪河　大桥钢围堰的设计与制作，　有如下体会：（１）在河床经过　清礁，清除下沉困难的条件　图２制作工艺流程图　下，水深超过１０ｍ的深水基础宜采用双壁钢围堰方案施工，由于双壁钢围　堰具有较大的刚度和抗倾覆能力，闭水性能较好，因此和钢板桩围堰相比，　更具有施工密水性和安全性。（２）为方便围堰块件拼装焊接，设计水平环板　时，应在端部预留２０ｃｍ左右，待块件拼装时焊接。另外在块件拼装时，应设　置竖向拼接板，以调整环块拼接时的误差，同时又能保．正凌缝的密水性。（３）　钢围堰节间环板的厚度应尽量采用较厚的钢板（如１６ｒａｍ），因为实际施工　时上下两节必然会产生一定的偏差，竖　力，节间环板采用厚板有利于节段间传力。　参考文献　【ｌ】武汉军山长江公路大桥异形钢囤堰设计　桥粱建设，２０００（４）．