水中承台施工方案——经调查分析,桥位处施工水位拟定是为5.0m。
围堰的顶标高为如下图所示:施工水位+0.5安全高度+0.2m波浪高约▽5.7m.2.5m面板厚 =6mm横向肋为:[10@500竖向肋为:I14a@500面板四周设∟140×140×10角钢与相邻面板连接,连接螺栓开孔Ф22mm,孔距150mm单排,螺栓M20*65mm钢套箱拟设三层围令,上层围令设置标高▽4.5m处为内围令;中层围令设置标高▽2.5m处为外围令,下层围令设置标高▽0.7m处为外围令。
两层外围令旨在方便承台的施工。
尽量缩短承台工期,且两道外围令均在河床面上,日后由潜水工切割,将其回收。
一、设计依据1、仪扬河大桥施工图设计;2、实测河床断面图;3、历年的水文资料;4、各种桥涵设计、施工规范和设计计算手册;二、方案可行性研究及其对策1、筑岛围堰:根据施工图设计,主墩承台顶面在河床面以上,墩位处水深5.0m左右。
如采用土围堰(包括草袋土围堰或木桩土围堰),则围堰较高,必须将围堰做得很大。
这样压缩航道不但对航运产生不利影响,且工程量很大,费工费时,土壤又缺乏,无论是从工期还是造价上均不够合理,同时在施工过程中还存在巨大风险,故此方案不能采纳。
2、钢套箱围堰:利用钢管桩脚手平台拼装,下沉钢套箱比较方便,而且钢套箱仅需下沉2.5m左右是完全可能的。
在本桥的地质条件下,下沉2.5m最好采用单壁钢套箱,由于本身自重虽较小,但下沉较浅,这完全是可能的。
且单壁钢围堰待承台浇筑后又能回收利用,经济上及工期上均是合理的。
综上,最后研究决定,采用单壁钢围堰施工承台。
三、套箱围堰平面尺寸及标高的确定1、套箱围堰的标高拟定顶标高:根据历年水文资料及一般以十年一遇的水位作为施工水位,故将施工水位定为▽5.0m,因流速不大,只考虑0.7m安全高度,所以套箱围堰顶标高为5.7m;底标高:承台底标高为0.0m,封底混凝土厚度拟定为1.2m,围堰吸泥下沉后用蛇皮袋装粘土铺平的处理高度约为0.3m,再考虑套箱的底脚切入河床表面0.8m,则底脚标高应为-2.3m。
套箱围堰总高度为h=5.7-(-2.3)=8.0m2、套箱围堰平面尺寸的拟定套箱围堰下沉至设计标高后封底抽水,变水中施工为陆上施工,同时套箱又兼作浇筑承台的外模。
为了保证承台轴线的精确,故在承台外缘放出5cm,作为钢套箱在下沉时的偏差余量,所以在设计钢套箱围堰时,平面净尺寸为:净(16.5+2×0.05)×(7.7+2×0.05)=16.60×7.8m。
套箱围堰总高8.0m,拟分为上下两层。
底层高3m,上层高5m。
四、承台施工流程图:基桩浇筑完成拆除施工平台面层、贝雷拼装单壁钢套箱测量控制转至另半幅施工平台使用钢套箱加工或改造钢套箱吸泥下沉测量跟踪补水、保持水头平衡钢套箱沉至设计标高潜水工清底整理、清壁浇筑封底混凝土砼等强后井内抽水承台放样破桩头检测、绑钢筋浇筑承台绑钢筋、浇筑墩身拆除钢围堰准备潜水作业设备制定浇筑方案及设施报监理验收承台钢筋加工墩身钢筋加工转至另半幅施工承台使用报监理验收拆除下层、上层钢围令下达纠偏指令检查安全整修检查钢围令支撑情况五、钢套箱设计计算1、面板设计计算1)重量分块计算按现在的25T吊机和8m左右的吊距,宜将板块重量控制在5.0T以内。
钢围堰平面尺寸如下图所示:钢套箱总高度8.0m,上层套箱高度5.0m.块件估重:按保守估计,每平方最多不超过180Kg,G=4.15×5.0×0.18T/m2=3.74T<5.0T。
2)面板的强度和刚度验算钢套箱面板在拼装过程中及吸泥下沉过程,只需控制好内外水头,使之相等,面板的受力很小,在上述工况下可以不作验算,只是在封底抽水后,内外形成压力差,在此工况下,对面板需进行强度和刚度的验算。
(1)套箱面板强度验算:套箱的纵横向加劲肋间距均为50cm,面板厚度δ=8mm,最大水深h=5.0m,面板上水侧压力只有在封底抽水后形成,其最大水头差h =5.0-0.7=4.3m。
视面板为四周固结:P=r×h=1.0*4.3=43Kpa将面板压力简化为阶梯荷载时:P=r×(h-0.5/2)=40.5Kpa面板L1=L2=50cmL1/L2=1<2应按双向板计算利用《建筑结构静力计算手册》表4-4当μ=0时,(μ为泊桑比)M x =M y =0.0176×ql 2=0.0176×4.05×0.52=0.0178t ·mM X 0=M y 0=0.0513×ql 2=0.0513×4.05×0.52=0.0519t ·mM x μ=M y μ=M x +M y μ=1.3M x ×1780=2314㎏·㎝W=61×b ×h 2=61×50×0.62=3cm 2σmax =M1/W =2314÷3=771㎏/cm 2σmax =M2/W =5190÷3=1730㎏/cm 2<1.3[σ]=1885㎏/cm 2注:临时结构取1.3的容许应力增大系数(2)下层套箱面板强度验算下层套箱3.0m 高,在封底抽水后,除了顶部0.7m 高,受到水侧压力外,下面的2.3m 则埋入地下或是在封底混凝土的高度范围内不受力。
如图所示:最大水头差:h=5.0-0.2=4.8m ,将面板上压力简化为阶梯荷载时:P =r ×(h -245.0)=4.58t/㎡面板L1=50cm ;L1=45cm ;L1/L2=0.9查表可得:M x =0.0221qL 22=0.0205t ·mM y =0.0165qL 22=0.0153t ·mM X 0=-0.0588qL 22=-0.0545t ·mM x μ=M x +μM y =0.0205+1.3×0.0153=0.0404t ·mσmax =M/W =4040/3=1347㎏/cm 2<1.3[σ]=1885㎏/cm 2σmax =M 0/W =5450/3=1816㎏/cm 2<1.3[σ]=1885㎏/cm 2(3)面板的刚度验算查表4-4:f =0.0127cB ql 4式中:c B =)1(1223M Eh -⨯=)3.01(126.0101.2236-⨯⨯⨯=0.0415×106f =0.0127×641100415.0501005.4⨯⨯⨯-=0.77cm <[f]=600L =60050=0.83cm 综上计算,面板采用δ=6mm 是安全的,经济的。
3、竖向龙骨的强度和刚度验算1)受力分析钢围堰在制造、安装、下沉的过程中,竖向龙骨除了受围堰本身自重荷载外,基本不受力,只是在封底后,抽水的工况下,外面的水头差形成的压力,通过面板和横向肋传给竖向龙骨。
竖向龙骨作为简支梁一头由封底混凝土撑着,另一头由围堰内的钢围令支撑着。
为简化计算作如下假定:(1)、面板的水压,只传给横向肋;(2)、横向肋作为集中荷载作用在竖向龙骨上;(3)、面板不参与竖向龙骨的共同作用。
2)内力计算(1)横向肋的支点反力:@0.5mPi=R横=1/2ql=0.25q 式中q与该横向肋处的水头压力×0.5(2)竖向龙骨内力计算P1=2×0.25×0.5×0.15=0.0625TP2=2×0.25×0.5×0.75=0.1875TP3=2×0.25×0.5×1.25=0.3125TP4=2×0.25×0.5×1.75=0.4375TP5=2×0.25×0.5×2.25=0.5625TP6=2×0.25×0.5×2.75=0.6875TP7=2×0.25×0.5×3.25=0.8125TP8=2×0.25×0.5×3.75=0.9375T∑81=0.5×8=4TP9=2×0.25×0.5×4.25=1.0625TR'=(0.1875×0.3+0.3125×0.8+0.4375×1.3+0.5625×1.8+0.6875×2.3+0.8125×2.8+0.9375×3.3-0.0625×0.2)=2.322TR上=∑P1~8-R=4.0-2.322=1.678TR=R'+P9=3.3845TM6=R'×1.5-0.9375×1.0-0.8125×0.5=2.139t·mM7=R'×1.0-0.8125×0.5=1.825t·m由此可得:M max=M6=2.139t·mQ max=R=3.385t3)竖向龙骨强度验算拟采用[14a为竖向龙骨W=80.5㎝3σ=2.139×105∕80.5=2657㎏/cm2>1.3[σ]=1885㎏/cm2,不安全,需选更强大的截面作为龙骨拟选用I14为竖向龙骨,W=101.7㎝3;I=712㎝4;A=21.5㎝2,σ=2.139×105∕101.7=2103㎏/cm2>1.3[σ]=1885㎏/cm2现假定部分面板参与龙骨共同受力,考虑到剪力滞的影响,只假定15㎝宽的面板与竖向龙骨共同作用。
截面重心求算:x =5.219)6.0214(5.213.0156.0++⨯+⨯⨯=5.44㎝e1=5.44-0.3=5.14㎝;e2=7.6-5.44=2.16㎝;组合截面惯性距I =9×5.142+712+21.5×2.162=1050㎝4Y =14.6-5.44=9.16㎝σ=I M ·Y =105010139.25⨯×9.16=1866㎏/cm 2<1.3[σ]=1885㎏/cm 2τ=b I S Q ⋅⋅=55.07124.5810385.36⨯⨯⨯=504.8㎏/cm 2<1.3[τ]=1.3×850=1105㎏/cm 2通过上述验算,钢套箱面板采用δ=6mm ;横肋:[10@50㎝;竖向肋I14@50㎝;四边联结∟140×140×102、钢围令设计计算1)钢围令的布设(1)平面布设(顶层)如下右图所示(2)立面布设如N0.7页中图所示(3)钢围令受力分析从钢围令立面布设图中,可以看出底层钢围令在封底混凝土顶面标高0.0m 以上70cm 。