深水橋梁承臺施工雙層鋼套箱設計

張傳琦

(西寧城市建設開發有限責任公司， 青海西寧 810000)

深水橋梁承臺施工雙層鋼套箱設計

張傳琦

(西寧城市建設開發有限責任公司， 青海西寧 810000)

深水對基礎施工的影響，是橋梁深水基礎施工中需要解決的問題?；A的施工和設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。到現在的混凝土圍堰，鋼板樁圍堰等經歷了漫長的時期。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計，有關經驗可供相關專業人員參考。

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中，屬于一種較為先進的新技術。雙壁鋼圍堰是一個內、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護和維修然后重復利用。這樣做不僅節省時間，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雜設備，使工作變得簡單易進行。

1 工程概況

(1)橋梁構造

某特大橋橋梁總長1 213 m，下部結構采用樁孔灌注樁+空心薄壁高墩(高60 m)，上部結構采用連續剛構T梁和變截面懸澆剛構箱梁。其中，主跨6#、7#、8#、9#墩位于江水中，7#和8#墩間設為航道。橋梁中心樁號K20+756(左幅)，K20+158.5 (右幅)，上部結構采用5×35mPC連續鋼構T梁+ (81 m+3×150 m+81 m)變截面懸澆鋼構箱梁+5× 40 m+5×35 m+40 mPC連續鋼構T梁(左幅)，5× 35 mPC連續鋼構T梁+(81 m+3×150 m+81 m)變截面懸澆鋼構箱梁+5×40 m+4×35 m+2×40 mPC連續鋼構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。承臺的一般構造見圖1。

(2)水文資料

線路區內樹枝狀水系發育，主干溪流為閩江、吉溪。南平境內的大小溪流以北東部、西南部為發源地，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。

依據水質分析成果可知，測區內地下水對混凝土結構具有微腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結構均具有微腐蝕性。地表水(閩江)對混凝土結構具有弱腐蝕性，其余地表水體對混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。

(3)氣象資料

線路區屬亞熱帶季風濕潤氣候區，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，冬季多偏北風，最大風速24 m/s。

圖1 主橋水中承臺-般構造圖(單位:mm)

2 設計及計算參數

根據計算，選定雙壁鋼圍堰基本構造如下:

(1)雙壁內外兩層間隔:1.0 m;

(2)鋼套箱高度:7.0 m;

(3)鋼圍堰內層長:24.0 m;

(4)鋼圍堰內層寬: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支撐，第一道支撐設在距底3 m，第二道距底5 m，兩道內支撐的層間距離2.0 m。內支撐為C40槽鋼，兩道內支撐間用C40槽鋼在上下兩層的撐的三等分點上對應連接，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。鋼套箱一般構造見圖2。

圖2 鋼套箱-般構造圖(單位:m)

3 鋼套箱計算結果

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水工況進行闡述，此時，鋼圍堰側板受圍堰外側靜水壓力+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

根據有限元理論，對鋼圍堰側板單元進行離散，鋼圍堰側板與封底混凝土間簡化成固結狀態。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 鋼圍堰側板有限元模型

圖4 鋼圍堰側板加載有限元模型

(2)計算結果(見圖5～圖12)

圖5 鋼圍堰側板變形圖

圖6 鋼箱圍堰側板鋼板彎曲應力圖

圖7 鋼箱圍堰側板鋼板剪切應力圖

圖8 鋼箱圍堰側板主、次龍骨彎曲應力圖

圖9 鋼箱圍堰側板主、次龍骨剪切應力圖

圖10 鋼箱圍堰內撐變形圖

圖11 鋼箱圍堰內撐彎曲應力圖

圖12 鋼箱圍堰內撐軸力圖

從上述計算結果來看，可知:

圍堰側板鋼板最大彎曲應力為74.6 MPa < 188.5 MPa，最大剪切應力為50.4 MPa <110 Mpa;圍堰側板型鋼最大彎曲應力為91.0 MPa < 188.5 MPa，最大剪切應力為32.0 MPa <110 MPa;鋼圍堰內撐最大應力為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 結論

[1] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2] 劉自明.橋梁深水基礎[M].北京:人民交通出版社，2003.

[3] 趙明華.土力學與基礎工程[M].湖北武漢:武漢理工大學出版社，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，四川滎經人，工程師，從事市政基礎設施建設管理工作。