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吴淞江特大桥围堰设计与施工围堰设计充分考虑了吴淞江水流速快、水位变化大的特点,通过精确计算确定了围堰的尺寸、入土深度及稳定性要求。施工过程中,首先利用振动锤将钢板桩打入河床,形成封闭的围堰结构。随后进行抽水作业,排除围堰内的积水,为后续承台和墩身施工提供干燥环境。
为保证施工安全,项目团队采用了先进的监测技术,实时监控围堰的变形和渗漏情况,并采取有效的防渗措施,如设置止水帷幕和注浆加固。此外,施工过程中注重环境保护,通过优化泥浆处理工艺,减少对周边水体的污染。
总体而言,吴淞江特大桥围堰设计与施工体现了科学规划与技术创新的结合,为桥梁主体工程的顺利推进奠定了坚实基础,也为类似工程积累了宝贵经验。
将么层的淤泥层视为亚砂土上的均布荷载,计算亚砂土的被动土压力:
华能电厂济南分厂1#锅炉施工组织设计将其换算为当量亚砂土层厚:
h′=q/=30.6/25=1.224m γ:亚砂土取17KN/m3
Pa′=2×c×Kp1/2=2×5×tg(45°+20°/2)
=14.428KN/m
Pb=γ·h·Kp1/2
=17×(h1+h11′) ·Kp+2c Kp1/2
=17×(4.2+1.224) ×tg2(45+20/2)+2×5×tg(45+20/2)=202.4KN/m
Ep=1/2γ·h2·Kp+2c·h·Kp1/2
=1/2×17×5.424×2.04+2×5×5.424×1.428
被动土压力作用点位置:
yc=h/3·(a+2b)/(a+b)
=5.4/3×{202+2×14.428}/(202+14)=1.92m
根据主动土压力及位置,被动土压力及位置、动水压力及位置,验算钢板桩的入土深度,选择钢板桩截面。
L=11.4+1.2=12.6m
根据计算的主动土压力与被动土压力,主动土压力及其作用位置,简化受力模式如下:
RA=(l1+l2)/(l1+l2+l3)×Ea+(l3+l2)/(l1+l2+l3)×E水
M=RAl3=22.79t·m
w=22.79t·m/140Mpa=1627.8cm3
查钢板桩规格、型号,可选用德国位森II型,t =15mm b=40mm槽型结构。
D、计算封底砼施工时,围堰的受力计算
根据变更后的地质情况和变更后的图纸,确定如右图标的情况。
封底砼结束后,抽水深3.2m时,即加焊第二道支撑时,围堰的受力分析:
水压力:与以上的动水压力相等。
土压力:外侧土对围堰产生的主动土压力:
当Z=4.5时,Pb=22.796t/m2
=4/17×0.916
内侧封底砼所受的压力:根据上述水压力与主动土压力:取1/2封底混凝土厚度做为支点。
R混凝土=(2.13+2.59+1.51)/7.75×E水2+2.13/7.75×E水1
=0.8038×1/2×22.796×2.155+0.609×1/2×3.2×0.2748×1/2×3.2×3.2=24.85t/m
δ=R/A=24.85t/1m2<C20
对顶支撑处取矩,水产生的力矩与主动土压力产生的力矩
Mw+M主=E水1×2.13+E水2×(2.59+2.13)+Ea
×(1.51+2.59+2.13)
=1/2×3.2×3.2×2.13+1/2×3.2×3.8×4.72+1/2×0.116×0.13×6.23=10.91+28.7+0.05=39.66t/m
封底混凝土产生的力矩:
M砼=5.117×7.75=39.656t·m
由以上水压力、主动土压力计算可知,钢板桩受力如下情况:
钢板桩型号、规格选择:
按对B点取矩求支反力Ra
Ra=[E动水×1.33+E水1×3.46+E水2×6.05+Ea×7.57]/9.08=25.57t
Mmax=25.57×1.51+2.262×1.52=42.05tm
Mmax=[δ] ·W
W=42.05tm/160Mpa
=2628cm3<2962cm3
德国拉森V型满足要求。
水压力强度:P水=γ·h=1t/m3×7.75m=7.75t/m2
Pb=22.796t/m2
Ea=1/2×22.796×2.155=24.57t/m
荷载近似等量简化如图:
Pb=γ·h1=1×3.2=3.2t/m2
Pc水=γ·(h1+h2)=1×7.75=7.75t/m2
Pc2=22.796t/m2
q1=1/2Pb=1/2×3.2t/m2=1.6t/m2
=5.475+10.35=15.83t/m2
按两不等跨连续梁计算:
n=1.1875 按 1.2取值
Mbc=0.134×q2·l1
=0.134×15.83×3.82
钢板桩型号、规格的确定:
δ=Mb/w w=35.43/160=2214cm3
用拉森V型可以满足要求。
综合以上三种情况对钢板桩型号的计算,采用德国拉森V型才能满足要求。
VB左=K·q·l1=0.655×15.83×3.8=39.4t
VB右=K·q2·l2=0.729×1.6×3.2=3.73t
V= VB左+ VB右=43.13t/m
因此第二层支撑每延米顶力要求Ra=43.13t/m
Rb正=20×43.13×=862.6t
短边:18m R′B正=18×43.13=776.34t
支撑按4.25m间距布设。
每根支撑力:N=4.25×43.13=183.3t
围堰四周用2H400b做为圈梁,中间用Φ80钢管,壁厚8mm焊成网状支撑结构,并将第一层与第二层通过20×20的方钢焊成整体空间结构,计算支撑稳定:
受压钢管按4.5m自由长度计,且安全系数取2.0,受压稳定验算:
长度系数按两端铰接μ=1
λ=μ·l/r=1×4.5/(1/4×d)=0.5
δ=N/(Aφ)=183.3t/0.017584m2=103.7Mpa<140Mpa
根据上述计算结果,每根顶撑受压力为183.3t
说明每跨环梁受均布荷载作用力:q=N/1=43.13t/m2
Mmax=ql2/8=43.13/16/8=86.26t·m
δ=86.26t·m/(2886×2cm3)=149.4Mpa
τ=N/A=183.3t/(197.8×2cm2)=46.3Mpa
δ总=(δ2+3τ2)1/2=169.56Mpa
封底砼结束后,抽堰内外的水、土压力差作用,验算封底砼所受作用力情况。
由于有封底砼,因此这时不考虑涌砂、管涌、基底隆起现象,只验算整体抗浮稳定和强度。
由于围堰内抽干水后,内外水压力差形成的力将对其产生向上浮力,将由围堰自重、支护自重、围堰与土的摩阻力及混凝土自重来平衡。
计算安全系数:K=PK总抗浮力/Pf浮力
Pf上浮力=V混凝土+V空
=18×20×1.5×7.0×18×20=3060t
PK总抗浮力=G混凝土+P摩阴力+P锚力
=2.5t/m3×18×20×1.5+λ·L·∑fi·hi+C·πD·L
=1350+0.4×76×(4.3×10+35×4.2)+0.67×3.14×1.2×1.4×28
=1350+5776+99=7225
摩阻力按4KN/m2计
代入上式 K=PK/Pf=7225/3060=2.36>1.05 安全
b、封底混凝土强度验算
封底混凝土在水压作用下,可以视为简支单向板计算,封底层顶因下底面水压向上作用,产生弯曲拉应力。
取1.0m宽一条作为研究对象。根据液体压强理论,一定深度压强相同。
=513t/m2=5.31Mpa>1.2Mpa
考虑由于桩的间距比较小,将封底砼分切成若干片,按简支的双向板计算:
lx/ly=1.0,λ0=1
高铁客专隧道大管棚施工技术交底M=0.0368λ0×qclx2
=0.0368×γ0×4.75×3.12
δ=M/W=1.6798t ·m/(1×1.52/6)=0.4479Mpa<1.2Mpa
为了保证业主项目的工期,我们将围堰施工与钻孔施工工序并行,到平台拆除前完成围堰的下打与第一道顶撑,平台拆除后,清淤。
钢板桩施打前,测量组放样定位,控制围堰长、短边的钢板桩位置,定出围堰的角点及长、短边的是间点。每点处打两根钢板桩,两相邻点的钢板桩用槽钢焊接,做为打钢板桩的导向。
施打时先将钢板桩逐根施打到稳定深度,然后依次打到设计深度,并由上游分两头向下游合龙,注意检查桩身的垂直度。由于左右两幅基础承台错位近12m,桥梁中心处两承台相距不到3.0m(如图),右幅围堰合拢于A点。
钢板桩打完后,及时支顶最上一层内支撑tcces 32-2022 低预应力预制混凝土耐腐蚀实心方桩技术规程,内支撑的材料采用Φ80的钢管成425×425方格形式布置,然后再进行清淤。由于上下两幅基础承台标高不同,下游承台高出上游承台2.1m,而且上下两幅承台内侧间距只有1.065m,上下两幅围堰同时施工的难度很大。因为围堰稳定的前提外侧四周压平衡,若两承台同时施工,就会破坏围堰外侧压力平衡。因此施工时先施工一侧,考虑到围堰外侧的主动土压力很大,采用先施工下游标高低的承台,待承台砼结束施工时再抽排上游围堰内的水。
继续抽水直至堰内水抽完后,进行承台施工。