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1、天兴洲长江大桥项目深水高桩承台双壁钢吊围堰施 工 技 术研究报告天兴洲大桥项目部二零零七年四月目 录第一章 前 言- 1 -1.1 工程概述- 1 -1.1.1 结构形式- 1 -1.1.2 地形、地貌- 1 -1.1.3 工程地质- 2 -1.1.4 气象- 2 -1.1.5 桥渡水文- 2 -1.1.6 航道及航运- 3 -1.1.7 地震- 3 -1.1.8 主要技术标准- 3 -1.2本课题研究的主要内容- 4 -第二章 双壁钢吊箱围堰设计- 5 -2.1 基本设计情况- 5 -2.2 设计依据- 5 -2.3 设计参数- 5 -2.4 钢吊箱主要构件简述- 6 -2.5 确定计算模型
2、- 7 -2.5.1 坐标系选择- 7 -2.5.2 计算工况- 7 -2.5.3 有限元模型- 8 -2.5.4 边界条件- 14 -2.6 材料- 16 -2.7 载荷- 16 -2.7.1 外部水压力- 16 -2.7.2 内部水压力- 16 -2.7.3 水流压力- 17 -2.7.4 风载荷- 19 -2.7.5 重力- 20 -2.7.6 各工况的载荷组合- 20 -2.8 计算结果与分析- 22 -2.8.1 计算结果汇总- 22 -2.8.2 强度- 22 -2.8.3 刚度- 25 -2.8.4 稳定性- 26 -2.8.5 混凝土的强度- 27 -2.9 结论- 37 -第
3、三章 双壁钢吊箱施工- 38 -3.1 钢吊箱制作及运输- 38 -3.1.1 钢吊箱分块- 38 -3.1.2 放样并制作胎架- 38 -3.2 吊箱定位及组装- 41 -3.2.1 测量放样- 41 -3.2.2 底板拼装- 41 -3.2.3 悬吊系统- 42 -3.2.4 侧板、导向装置安装- 43 -3.2.5 钢吊箱下沉- 44 -3.3 封底混凝土施工- 45 -3.3.1 施工工艺- 46 -3.3.2 封底混凝土浇筑前准备工作- 46 -3.3.3 封底混凝土搅拌与浇筑- 48 -3.3.4 围堰内抽水- 50 -3.3.5 操作要点：- 50 -3.3.6 双壁钢围堰在施工
4、过程中易出现的事故及应对措施（见下表）- 51 -3.4 结论- 52 -第一章 前 言1.1 工程概述新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥是国家“十五”重点项目之一。该桥位于既有武汉长江二桥下游9.8Km处天兴洲江段。大桥正桥从北岸谌家矶长江大堤堤脚DK7+449.4向南跨长江北汊上天兴洲，越长江南汊至青山DK12+106.5止，全长4657.1m。公路桥在南汊正桥主孔和两端与铁路桥共桥，上下层布置，北端从027#墩往北公路从平面上脱离铁路中心线，平行于铁路桥中线跨越北汊，两桥中心线相距40m，公路桥位于铁路上游。我部施工的铁路桥主桥跨越长江北汊，全部位于直线上。大桥是连接长江南北交通的主要过江通
5、道，为即将建设的京广客运专线及武汉铁路枢纽服务。同时也是武汉市规划中的中环线的过江通道。1.1.1 结构形式大桥按正线四线设计，客运专线与级线间距8.6m，客运专线与级铁路线分别独立成桥，采用基础共用，墩身、梁体分离的形式。长江北汊中连续梁主桥062#066#墩采用12根2.5m钻孔桩，行列式布置，最大桩长85m；承台尺寸为23.116.85m。结构形式见图1.1。 图1.1 主桥基础结构形式图1.1.2 地形、地貌大桥桥位位于天兴洲微弯分汊型河段，天兴洲将长江分为南、北两个河道。长江两岸设有防洪干堤，堤顶高程+29.2m（北岸）。堤内地形平坦，为长江一级阶地，地面高程多为+21.0+25.5
6、m。汉口岸上主要为耕种区，分布较多鱼塘。1.1.3 工程地质本段覆盖层主要为第四系全新统及中、下更新统地层。桥址北岸以粘性土为主，厚35m左右；北汊以粉细砂为主，厚1535m；基岩主要由成岩程度较差的疏松砂岩、泥质粉砂岩、砂岩组成。1.1.4 气象桥渡区处于亚热带湿润区，夏季高温闷热，历史上最高气温41.3，最低气温-18.1，年平均气温16.8。有霜冻和降雪发生，雨量充沛。历史上全月降雨量最大在六月，为820.1mm，日最大降雨量最大为317.4mm，年平均降雨量12141448mm，降雨多集中在47月，约占全年降雨量的60以上。风向在六、七、八三个月以东南风为主，间有东北风及西南风，最大风
7、力为78级。其余各月多为北风及北东风，最大风力可达9级，多发生在9月份。最大风速达27.9m/，8级和8级以上大风年平均8.2天，最多16天。1.1.5 桥渡水文南北大堤间宽4.2Km。河道由于沿江两岸受节点控制及护岸工程的兴建，自20世纪30年代至今河道外型基本稳定，岸线变化相对较小，河床演变主要表现在河床冲淤、洲滩消长和汊道的兴衰变化。桥址河段在今后较长时期内仍将维持枯水单一，中、高水位双汊过流，主流在南汊的河势，但洲滩和汊道的局部冲淤变化仍将发生。三峡枢纽运用后对建桥河段河势的主要影响表现为河床有所冲刷下切，深槽也将有所冲刷扩大，预计桥址河段不会发生大的调整。桥址计划分洪情况下百年一遇洪
8、水位为+27.38m；三百年一遇洪水位北汊为+28.16m。百年一遇洪峰流量北汊22100m3/s。二十年一遇最高通航水位+25.68m，最低通航水位+9.62m。桥址位于汉口水文站下游约10Km，其水文情况可反映桥址河段基本水文特征（根据实际统计汉口站水位与桥位处水位相差0.32m。经长江委研究统计历年水位如下表1-1。表1-1 历年日平均最高水位统计情况表（黄海高程）频率月份10.5%1%2%5%10%20%15.75215.00214.30213.26212.47211.6222月16.47215.72214.92213.77212.88211.9423月19.32218.39217.4
9、7216.14215.11213.9924月20.58219.94219.25218.34217.56216.6925月22.36221.75221.19220.39219.66218.8626月24.34224.32223.66222.73221.89220.96210月23.57223.57222.80221.76220.87219.84211月20.64220.64219.92218.96218.14217.23212月17.67217.67216.91215.87215.04214.112105月23.18223.18222.63221.82221.06220.252114月21.43
10、220.79220.16219.31218.57217.732123月19.04218.37217.63216.63215.81214.902610月27.02226.52225.99225.23224.57223.8121.1.6 航道及航运武汉河段自长江大桥以下为一级航道。天兴洲南汊为青山夹水道，为目前的主航道。北汊为沙口水道，只能通行小型船舶（级航道），在枯水期施工时可申请封航。1.1.7 地震大桥场址的地震基本烈度为度。1.1.8 主要技术标准铁路线路等级：客运专线，级；铁路正线数目：四线；铁路正线间距：客运专线5m，级线4.2m，客运专线与级线间距8.6m；旅客列车设计行车速度：20
11、0Km/h；通航净空尺度：最高通航水位+25.68m，最低通航水位+9.62m；北汊通航孔通航净空尺度：航道等级为（），净宽不小于60m；净高在最高通航水位以上不小于10m。1.2本课题研究的主要内容目前，对桥梁深水基础而言，钢吊箱围堰的应用越来越广泛，但吊箱结构的受力分析、拼装、下沉定位、抗浮、抗沉等施工技术问题，需进一步进行研究，使吊箱围堰结构合理，重量轻，制造、安装、下沉简便，施工安全。1）以双壁钢吊箱为整体研究对象，提出了将三维整体非线性仿真模分析引入钢吊箱的设计过程中，以在安全性和经济性之间寻找合适的平衡点为目标的设计新思路。2）在双壁钢吊箱围堰施工中，创造了利用钢护筒拼组下沉钢吊箱
12、，同时采用定位轮导向进行钢吊箱下沉定位的新方法。第二章 双壁钢吊箱围堰设计2.1 基本设计情况武汉天兴洲公铁两用长江大桥深水高桩承台钢吊箱结构是一个双层板梁组合结构，由底板、侧板、内支撑系统、吊挂系统（抗拉、浮支柱）系统组成。 主要针对三种工况进行计算：1） 钢吊箱就位漂浮，浇注1.2 m封底混凝土（未固结）；2） 封底混凝土固结，舱间注水并抽干钢吊箱内部的水；3） 承台浇注（固结）完毕，拆除抗浮支柱及内部水平支撑。2.2 设计依据1) 公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85）2) 钢结构设计规范（GB50017-2003）3) 王国正，翟履谦：钢结构原理与设计，清华大学出版社，19
13、934) 魏明钟：钢结构。武汉理工大学出版社，20025) 武汉天兴洲公铁两用长江大桥相关结构物图纸2.3 设计参数1) 钢吊箱设计施工水位为+20.252 m（黄海高程），吊箱顶面标高+21.000 m，底面标高+5.000 m；平面尺寸26.00 m19.70 m16.00 m（高度）1.40 m（舱厚），如图5.1、5.2。2) 钢吊箱的材料为A3钢。3） 承台顶面标高+11.500 m，底面标高+6.500 m，承台尺寸为23.10 m（水流方向）16.80 m（线路方向）5.00 m（高度）。4） 钢吊箱封底混凝土标号为C25，砼的重度取=23 kN/m3。封底厚度1.5m，先封1.
14、2m，剩余30cm做抽完水后找平处理。 5） 水流速度1.75 m/s，基本风压0.1 kN/m2，（公路桥涵设计通用规范全国基本风压分布图）。6） 波浪压力按照1.5 m波高计算（相当于6级风的情况）。2.4 钢吊箱主要构件简述箱各种主要构件如下：内外壳板板厚6mm；隔舱板板厚10mm；内外壳板处设10430的加强垫板； 底板板厚6mm；肋骨H20300/10558/16300；龙骨为H（2040016350）/101000/20500。内部水平支撑均采用240a拼成的箱形截面，与内壳板连接处设置10500的加强垫板。经过分析和比较，确定设置2道水平支撑。抗浮支柱（吊挂系统）也采用240a拼成的箱形截面。支在底板纵横龙骨的交叉点处。图2.1 钢吊箱平面图160031400312003100038001200壳板 隔舱板
