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1、桥梁深水承台施工双壁钢吊(套)箱围堰设计The Design of Steel Cofferdam Crane(Sets) Box for Construction of Pile Caps in Deep Water摘 要近年来我国修建了不少跨越大江大河甚至跨越海湾的深水基础，取得了很大的成绩。桥梁深水基础往往处于水深流急，地质条件极其复杂的环境，修建深水基础时采用的防水技术一般就是围堰和钢吊箱。双壁钢围堰具有结构强度高，防水性能好的特点，在桥梁深水基础中得到了广泛应用，并且它能承受较大的水压力，结构简单，施工简便。本设计就是对围堰进行结构和施工的设计。根据承台尺寸()及水深()拟定围堰结构
2、尺寸，在不同的施工工况荷载作用下对围堰的刃脚、壁板、竖肋、隔舱板、水平桁架等围堰各组成部分进行受力分析和验算，若不合格重新拟定尺寸，然后运用MIDAS有限元分析软件对围堰建模进行整体计算并将结果与手算结果进行对比分析，最后合理确定围堰分节下沉的施工方案。关键词：深水基础 双壁钢围堰 有限元分析 施工方案AbstractIn recent years many deep water foundations overcrossing great rivers even the bay are constructed in China and reach great achievement.Brid
3、ge deep water foundation is usually in the environment of deep water, torrent and complicated geographic condition.At the general situation cofferdam and steel hanging box are used to construct the deep water foundations with the function of waterproof performance . The double-wall steel cofferdam i
4、s widely applied in bridge deep water foundation due to that it is of characteristics of high structural strength and good waterproof performance and the double-wall steel cofferdam can bear major water pressure with simple structure and convenient construction.The content of this paper is the desig
5、n of structure and construction of confferdam.The structural dimension of confferdam is decided according to the cap size ()and the depth of water().The stress of component of cofferdam including edge foot , wainscot, vertical stiffening rib,compartment ,horizontal truss are analyzed and checked up
6、under the action of different construction behaviour loads.The dimension must be study out again if the stress is cheked up to be ineligible.The finite element analysis software MIDAS is used to model the confferdam for holistic computation,then the result is compared with the result of manual calcu
7、lations for contrastive analysis.Finally the construction scheme of stepped subsiding is determined in reason.Key words: deep water foundations double-wall steel confferdam finite element analysis construction scheme目 录第1章 绪论11.1 国内外现状11.2 工程背景41.3 钢围堰施工工艺简介51.4 双壁钢围堰受力分析8第2章 围堰结构设计结构力学方法92.1 围堰构造92
8、.2 设计荷载102.2.1 荷载种类102.2.1.1 流水压力102.2.1.2 静水压力102.2.1.3 波浪力112.2.1.4 土压力112.2.2 计算工况122.3 结构设计122.3.1 荷载组合122.3.2 围堰总体尺寸拟定122.3.3 工况1设计132.3.3.1 隔舱板尺寸132.3.3.2 土压力计算142.3.3.3 每个隔舱板的抗弯能力计算152.3.3.4 竖向隔舱钢板工字型组合梁加劲肋布置152.3.4 工况2设计152.3.4.1 荷载计算152.3.4.2 隔舱板受力检算162.3.4.3 内支撑受力检算172.3.4.4 水平环板受力检算182.3.
9、4.5 水平桁架的斜杆受力计算202.3.4.6 加劲肋受力验算212.3.4.7 面板折算应力验算222.3.4.8 检算悬臂根部应力222.3.4.9 检算承台浇筑完成后可否拆除内支撑242.4 围堰整体抗浮验算252.4.1 围堰下沉系数计算252.4.1.1 计算围堰自重252.4.1.2 计算钢围堰所受浮力262.4.1.3 计算围堰与土体摩阻力272.4.2 竖向抗浮力计算272.4.2.1 钢围堰自重272.4.2.2 竖向抗浮力计算272.4.3 封底混凝土强度验算272.3.3.1 封底混凝土弯曲应力验算272.4.3.2 封底混凝土抗浮力验算28第3章 围堰施工工艺293.
10、1 围堰加工工艺293.2 双壁钢围堰的锚碇系统布置303.2.1 锚型选择303.2.2 锚重计算313.2.3 锚锭系统布置简介313.3 围堰接高343.4 围堰下沉工艺343.5 封底混凝土施工353.5.1 围堰的封底厚度分析353.5.2 封底混凝土施工工艺363.5.2.1 围堰封底363.5.2.2 封底后抽水37第4章 围堰结构设计有限元分析方法384.1 有限元分析方法简介384.2 围堰有限元模型394.2.1 单元类型394.2.2 约束类型424.2.3 荷载施加424.3 计算结果444.3.1 面板444.3.1.1 应力444.3.1.2 变形454.3.2 竖
11、肋464.3.2.1 应力464.3.2.2 变形474.3.3 水平环板484.3.4 水平桁架494.3.5 内支撑494.4 结果比较与分析50第5章 结论51参考文献52致谢53附录54第1章 绪论1.1 国内外现状桥梁深水基础的修建，关键是如何克服深水的影响。因为深水环境不仅对它产生许多直接影响，还对其设计理论和施工技术都会提出一些特殊问题。从近代的沉井、沉箱技术措施，到现代的桩基础、管柱基础、钢板桩围堰技术的应用，再到当代的双承台钢管桩基础，甚至设置基础等，核心问题都是如何去克服因深水而带来的一系列问题。然而随着科学技术的发展，解决深水施工的技术措施亦得到迅速地提高和发展。桥梁基础
12、双壁钢围堰施工技术就是深水施工中的一种新技术。双壁钢围堰是一个带有单斜面刃脚的圆形双壁全焊水密钢结构圆筒，有自浮力，有强度更高的双壁钢壳，圆筒的内、外壁形成的空间称之钢壳。内、外壁由钢板围焊而成，圆筒上、下均不设底板或盖板，钢壳下口以环形单斜面刃脚封闭，钢壳上口敞开，以方便施工时往钢壳内灌注混凝土或注水。双壁钢围堰同其它基础施工方法和工艺相结合，优势互补，也是桥梁基础施工的一个重大突破。双壁钢围堰施工的优势是深水、岩石河床，并且河床覆盖层薄，这样。围堰易趋于稳定，辅助措施少、费用低。双壁钢围堰施工技术有着明显的优势：(1)有强度更高的双壁钢壳，可受更大的围堰内外水位差；(2)施工时，在围堰混凝
13、土封底以前的工序简单；抽水及渡洪均不受施工水位限制，任何季节都能施工；(3)双壁钢围堰施工基本上不受墩位处水深的限制，若配合使用空气幕下沉工艺，还可将围堰下沉到更深的覆盖层内。即双壁钢围堰能在深水、厚覆盖层的条件下采用；(4)双壁钢圈堰完全下沉就位后，不仅可作为钻孔桩基础的施工辅助设施，也可作为大面积承载的直接基础；(5)在同一座桥上，在不同地质条件情况下，也可以用相同的施工方法修建深水基础。这不仅有利干设备的利用，还能重复使用双壁钢围堰的上部，可充分发挥材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。这也是为什么双壁钢围堰技术这些年来运用越来越多的主要原因。在国内，双壁钢围堰的施工方法，仍以浮运施工
14、和缆索吊机吊运施工最为常见，尤其是浮运法施工。山长江大桥已使用异型双壁钢围堰和矩形双壁钢围堰。湖北省军山长江公路大桥主桥为48m+204m+460m+204m+48m的五跨连续双塔双索面半漂浮体系钢箱梁斜拉桥。由于桥面很宽，对于索塔基础的设计方案，若按常规设计，钢围堰的直径将达到44m。为了减小钢围堰的规模，方便施工，节省造价，同时又能保证索塔造型的美观，设计首次创造性地提出了异形钢围堰结构,即在圆形钢围堰上焊接两个簸箕形构造，如图1-1所示。该结构在承台施工高水位差(围堰内外设计水位差为22m)的情况下为圆形结构受力，这样就充分发挥了圆形钢围堰结构受力条件好的特点。同时，双壁钢围堰的使用方法
15、有了新的变化，已不局限于先将双壁钢围堰下沉就位封底混凝土，接着施工钻孔桩，最后再抽水施工桩基承台这一传统施工工艺了。现在有些做法已改成先施工钻孔桩，用钻孔桩的钢护筒，作为双壁钢围堰定位下沉的导向、支撑装置，最后再做混凝土封底、抽水施工桩基承台，杭州下沙大桥即是如此。同时，双壁钢围堰的使用方法有了新的变化，已不局限于先将双壁钢围堰下沉就位封底混凝土，接着施工钻孔桩，最后再抽水施工桩基承台这一传统施工工艺了。图1-1 异形钢围堰结构平面图(单位：mm)该桥的钢围堰平面尺寸为25.82m3.6m，壁厚(钢壳厚)1.5m。双壁钢围堰外型尺寸见图1-2。双壁钢围堰同其它基础施工方法和工艺相结合，优势互补，也是桥梁基础施工的一个重大突破。双壁钢围堰施工的优势是深水、岩石河床，并且河床覆盖层薄
