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        崇左至水口高速公路橋梁施工深水鋼圍堰設(shè)計優(yōu)化探討

        2020-03-01 17:44:44韋立樺
        西部交通科技 2020年10期
        關(guān)鍵詞:深水設(shè)計

        韋立樺

        摘要:深水鋼圍堰施工具有安全風(fēng)險高、作業(yè)空間小、施工成本高、水文地質(zhì)情況復(fù)雜的特點,文章結(jié)合崇左西左江大橋工程實例,介紹了鋼圍堰施工步驟,并通過各工況計算,分析了鋼圍堰優(yōu)化設(shè)計的意圖,提出施工控制關(guān)鍵點,以實現(xiàn)深水鋼圍堰施工安全、高效、經(jīng)濟的目標(biāo)。

        關(guān)鍵詞:鋼圍堰;深水;設(shè)計

        0 引言

        廣西崇左至水口高速公路崇左西左江大橋主墩位于左江中,橋位距離下游美亞電站1km,平均水深超過20m,該電站不通航,附近無大型起重設(shè)備可用,主墩承臺采用雙壁鋼圍堰施工,具有安全風(fēng)險高、作業(yè)空間小、施工成本高、工期緊、水文地質(zhì)情況復(fù)雜的特點。鋼圍堰委托外部設(shè)計院設(shè)計,施工過程中發(fā)現(xiàn)以下情況:在內(nèi)支撐設(shè)計密集,影響后續(xù)承臺和墩柱施工;未設(shè)計圍[HTXH1]檁,采用壁板直接受力,壁板拼接焊縫質(zhì)量要求高;水平環(huán)板設(shè)置了豎向的背肋,焊接過程中變形嚴(yán)重,難以定位和滿焊,施工質(zhì)量和進度均難以保證。目前計算軟件應(yīng)用很普遍,通過對圍堰進行建模、計算、分析,可以抓到關(guān)鍵點,避免大量工期和成本的浪費。

        1 工程概述

        崇左西左江大橋跨徑為(3×20+77+145+77+20)m,因線路跨越左江而設(shè),其中3#過渡墩和4#、5#主墩位于左江中,平均水深超過20m,4#墩承臺底標(biāo)高為90.0m,5#墩承臺底標(biāo)高為91.0m,承臺分為左右兩幅,單幅承臺尺寸為12m×12m,承臺采用9根直徑1.8m混凝土鉆孔樁基礎(chǔ)。

        4#、5#墩承臺采用雙壁鋼圍堰施工,橋位處百年一遇水位為113.86m,10年一遇水位為108.41m。結(jié)合橋位處水位布置情況,選取10年一遇水位108.41m作為設(shè)計水位。

        2 鋼圍堰設(shè)計優(yōu)化方向

        2.1 水平斜桿及水平環(huán)板優(yōu)化

        鋼圍堰受力壁板中應(yīng)力最大的地方為矩形圍堰長邊的內(nèi)支撐高度處的水平斜桿及水平環(huán)板,水平環(huán)板應(yīng)力為[KG(0.18mm]200MPa,水平斜桿為165MPa,均超過容許應(yīng)力。原設(shè)計的圍堰環(huán)板均設(shè)置了豎向的背肋鋼板,焊接過程中變形嚴(yán)重、難以定位,焊接質(zhì)量難以保證,無法發(fā)揮增加豎向剛度的要求。根據(jù)計算結(jié)果,可以有針對性地通地補強,避免盲目增加成本,在保證雙面角焊縫施焊空間的前提下,盡可能加密該處水平環(huán)板間距,同時在水平環(huán)板一面間斷焊接通長地∠75×50×6角鋼,增加水平環(huán)板剛度,將水平斜桿布置距離縮短為0.6m,降低斜桿節(jié)點處的應(yīng)力集中。

        2.2 內(nèi)支撐優(yōu)化

        原設(shè)計的內(nèi)支撐為縱橫向矩形框架型,未避開墩柱和塔吊位置,同時縱橫向矩形框架間距小,導(dǎo)致吊裝作業(yè)空間狹小。調(diào)運材料時,需安排工人位于第一層內(nèi)支撐上部進行吊物牽引,不僅耗費時間,增加吊裝人員,而且增加高空墜物及高空作業(yè)的安全風(fēng)險。通過增加圍[HTXH1]檁,將壁板單點受力情況變?yōu)闂l形受力,降低壁板的集中荷載,增加焊縫的安全系數(shù)。優(yōu)化內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式,將內(nèi)支撐優(yōu)化為八字斜撐。經(jīng)過計算,圍[HTXH1]檁和內(nèi)支撐應(yīng)力均滿足要求,方便承臺鋼筋、模板、樁頭雜物吊運。

        2.3 下放系統(tǒng)優(yōu)化

        原設(shè)計的下放系統(tǒng)采用四個角的鋼護筒下放,需要接長鋼護筒,并在壁板內(nèi)設(shè)置承重吊點,吊點構(gòu)造復(fù)雜,單點承受65t,對于各點的同步性、鋼護筒焊接質(zhì)量要求高,增加起吊后拼接刃腳的安全風(fēng)險。通過優(yōu)化下放系統(tǒng),采用10個門字架配合精軋螺紋鋼進行下放,單點僅需26t的荷載,無需對壁板進行額外設(shè)計,僅利用現(xiàn)有鋼管樁,安全高效。

        2.4 施工步驟優(yōu)化

        原設(shè)計的鋼圍堰施工步驟為先與壁板同步安裝內(nèi)支撐,再下放,最后再抽水,雖然安全系數(shù)較大,但無法確定內(nèi)支撐與鋼管樁的具體位置,鋼圍堰下放過程中容易卡住,且澆筑封底混凝土?xí)r,導(dǎo)管不能連續(xù),需要重新插管,影響水下混凝土質(zhì)量。通過計算分析,發(fā)現(xiàn)采用先抽水再安裝內(nèi)支撐的方案,內(nèi)支撐以及壁板受力均滿足要求。方案優(yōu)化后可以避免內(nèi)支撐與鋼護筒位置沖突,使封底混凝土連續(xù)澆筑,在保證安全的前提下,既縮短工期,又保證質(zhì)量。

        3 鋼圍堰優(yōu)化概述

        雙壁鋼圍堰側(cè)板厚1.5m,高度為23m。以4#墩為例,圍堰底標(biāo)高為+86.0m,圍堰側(cè)板高度上分為三節(jié),沿周長分塊,側(cè)板各單元塊之間采用焊縫連接,分節(jié)安裝到位,圍堰內(nèi)共設(shè)置三層水平內(nèi)支撐。具體構(gòu)造為:面板厚度為6mm,豎向隔板為12mm鋼板,內(nèi)支撐位置處的水平環(huán)間距為600mm,其余部位為800~1200mm,豎向設(shè)置∠75×50×6角鋼,內(nèi)支撐位置水平環(huán)板采用12mm板件與∠75×50×6角鋼焊接成L型構(gòu)件,其余部位為12mm板件,中節(jié)和頂節(jié)的水平連桿為雙拼∠100×10;第一層內(nèi)支撐直徑為630mm,壁厚10mm,第二層和第三層內(nèi)支撐直徑為800mm,壁厚16mm,封底混凝土為C30,厚度為4m,夾壁混凝土為C20,高度為8m。詳見圖1~2。

        4 鋼圍堰優(yōu)化論證

        4.1 材料參數(shù)

        (1)Q235B鋼參數(shù):容許彎曲應(yīng)力[σ]=145MPa[1]。

        (2)鋼彈性模量:Es=2.1×105MPa。

        (3)封底混凝土參數(shù):封底混凝土采用C30水下混凝土,混凝土參數(shù)為:fk=150kPa;[ft]=1.75MPa[2]。

        4.2 施工流程

        (1)在加工場地內(nèi)分塊制造圍堰,運輸至橋位處;

        (2)鉆孔樁完成后,局部拆除鉆孔平臺;

        (3)在臨時平臺上拼裝圍堰底節(jié);

        (4)接高鋼管樁,安裝提升下放系統(tǒng);

        (5)圍堰整體提升,拆除臨時拼裝平臺;

        (6)圍堰下放至自浮,限位后拆除下放系統(tǒng);

        (7)根據(jù)漂浮高度在壁艙內(nèi)灌水,依次拼裝中節(jié)圍堰、底節(jié)圍堰;

        (8)灌注壁艙內(nèi)混凝土,下沉到位;

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