橋梁基礎鋼圍堰工作狀態結構驗算

陳 正

（四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610041）

1 工程簡介

某大橋主橋為變截面C55 預應力砼連續剛構橋，主橋6#、7#墩基礎常年在庫區最低水位以下，各采用9 根直徑2.2m 的鉆孔灌注樁，樁基呈3×3 行列式布置，按嵌巖樁設計，樁長39m；承臺為14m×15m 矩形，高4.5m。

樁基護筒采用φ2.6m，壁厚16mm 鋼護筒。

圖1 平臺立面圖

2 橋梁基礎施工方案

橋區受三峽庫區蓄水影響，年水位落差達30m，根據總體施工組織設計結合項目工期安排，6#墩基礎水深超過22m、鋼護筒平均長度約28m，7#墩基礎水深超過37m、鋼護筒平均長度約42m，且基礎覆蓋層淺、河床坡比較大，如何在鋼護筒導向架上完成鋼護筒精確對接及下沉，是施工的難點之一。為保證施工工期，鉆孔需配置大量大型鉆孔機械，對鉆機性能要求高；設計鋼平臺頂至基樁底約57m，因此對泥漿的配制及鉆孔操作等施工工藝和施工組織管理方面都提出了更高的要求；三峽庫區內，水位高差變化大且頻繁，也增加了水上施工難度和危險性。

根據墩位處的實際施工水深和地質條件以及基礎設計的具體形式，采用“庫區無覆蓋層鋼護筒平臺施工方法”，另外，為保證平臺作業空間，還需結合鋼管樁與鋼護筒形成整體平臺，在樁基施工完成后拆除鋼管樁及頂部平臺系統，并開始鋼吊箱圍堰下放接長工作。

3 鋼圍堰結構

3.1 鋼圍堰總體布置

大橋主墩基礎鋼圍堰采用正方形雙壁殼體結構，鋼圍堰外邊長18m，內邊長16m，圍堰雙壁厚1.0m；鋼圍堰總高13m。

3.2 鋼圍堰總體構造

圍堰沿高度方向分成了2 個節段，即：6.0m（刃腳段）+7.0m（標準段）；每一邊分為兩個隔倉。圍堰制作材料均采用Q235B 鋼材，外壁板6.0m（刃腳段）采用16mm 厚鋼板，7.0m（標準段）采用12mm 厚鋼板，內壁板采用6mm 鋼板，壁板豎肋為L75×6 角鋼，內外壁板上的間距為36cm，鋼箱處豎向間距為50cm，橫向為40cm；鋼圍堰底部9m 范圍水平托架豎向間距值為1.0m，頂部間距采用2×1.25m 和1.5m，其水平斜撐桿采用L80×6 角鋼。鋼圍堰總體平面構造如圖2所示。

圖2 鋼圍堰平面構造圖

4 鋼圍堰工作狀態結構計算

鋼圍堰在其自身拼裝形成過程中和其下沉就位后的各種工作狀態下，均受到靜水、流水、風力等外界的作用，為了滿足在各種外界力的作用下，鋼圍堰結構能夠完好的工作，處于良好的工作狀態，從而實現它的各種功能，需要對其在各種狀態下進行結構計算。

4.1 圍堰堰壁在靜水壓力作用下的強度驗算

鋼圍堰在堰內抽水完成以后，由于內外水頭差較大，此時其處于不利的受力狀態下，應對無填壁砼的圍堰壁進行強度計算。圍堰壁豎向角鋼最大間距為a2=0.36m，水平環板及斜桿間距為b=1.0m。

因為：0.36m/1.0m=0.36＜0.5

按單向板計算，取下面的三等跨連續梁計算圖式，如[3]所示。

圖3 圍堰外壁板簡化計算圖式

則。

外圍堰壁的材質為Q235：

[σ] = 1.3×140=182MPa。

按規范規定，考慮臨時工程容許應力提高系數1.3。其斷面的慣性模量為24：

斷面容許的最大彎矩為：

由Mmax≤ [M]得：Mmax≤4368N·m

通過查表可得到三等跨連續梁跨中最大彎矩，進而反算最大水頭差為41.85m，則設計圍堰水頭差為159.3-146.3=13m＜41.85m 滿足設計要求。

4.2 壁板豎向角鋼受力計算

水平環板間距為1.0m，豎向角鋼按三等跨連續梁驗算。考慮部分壁板與豎肋共同受力，豎肋角鋼與堰壁的組合截面如圖4所示。根據三跨連續梁的內力分部情況，取負彎矩段進行驗算，參與受力的面板寬度取19cm。

圖4 豎肋角鋼與堰壁的組合截面

斷面慣性矩計算：

角鋼的截面參數可查得，設矩形截面的面積為A距，角鋼截面面積為A角，對組合截面形心軸取矩則有：

yc= 6.42cm

進而：

圍堰內抽水最大水頭差為h0= 11.8m，取13m 計算，不考慮夾壁混凝土作用，作用在豎肋角鋼上的最大壓力q=h0γ來考慮。假設寬a= 0.36m的q均由截面形式如圖所示的豎向角鋼承受。

最大彎距在支點處為4.77kN·m，最大剪力為28.66kN。

于是，截面受到的最大應力為103MPa,小于容許應力。

考慮圍堰抽水時，圍堰刃腳以上8m 已經澆筑完成夾壁混凝土，在13m 水頭差工況下，該區域受力能確保安全。

5 結論

通過以上計算可知，圍堰水頭差為13m 滿足設計要求，在堰內抽水達到最大水頭差時，圍堰壁豎肋角鋼處于良好的受力狀態，其受力處于合理狀態，整個圍堰結構在使用狀態下的整體強度、剛度均在規范允許范圍內，滿足施工需要。