2023年蘭渝鐵路新井口嘉陵江四線特大橋深水基礎施工技術

新井口嘉陵江特大橋深水基礎施工技術

-新井口嘉陵江特大橋81#、82#墩深水基礎施工

1.工程概況

1.1工程地理位置、技術標準及規(guī)模

新建鐵路蘭州至重慶線廣元段新井口嘉陵江特大橋位于重慶市沙坪

壩區(qū)嘉陵江井口河段，與其上游的既有渝懷鐵路井口嘉陵江特大橋相距

45m,橋址處河道彎曲、狹窄、水深，是蘭渝鐵路的控制性工程。

新井口嘉陵江特大橋是蘭渝鐵路客(雙)線與渝利貨車外繞雙線合

建的特大橋，主要技術標準為：客線列車設計速度為200km/h,貨車外繞

線列車設計速度為120km/ho

本橋引橋部分客、貨線橋分建，在跨江處合并為四線橋，其中客線

雙線橋長2534m,貨車(單)雙線橋長3865.5m,四線橋部分長1301m,

總投資約8.69億元。

1.2主橋橋式布置及結(jié)構

四線主橋跨江段橋跨布置及結(jié)構：(64+64)mT構+(84+152+76)m

連續(xù)剛構+(64+64)mT構。其中(84+152+76)m連續(xù)剛構是世界上鐵路

四線橋第一座采用墩身下段及基礎合修、墩身上段及梁部分修的四線大

跨度預應力混凝土剛構橋。主橋橋跨布置示意圖如下：

圖1-1四線主橋橋跨布置示意圖

L3主墩下部結(jié)構

主墩81#、82#墩位于江中深水區(qū)，設計墩高均為80.5m。81#墩基礎

設計鉆孔樁32根，樁徑2.5m,樁長為33m,按梅花形布置。承臺為圓弧

端形，尺寸為45X20X4m,承臺底標高為161.15m。

82#墩基礎為高樁承臺，設計鉆孔樁32根，樁徑2.5m,樁長為45m,

按行列式布置。承臺為圓端形，外端尺寸為56.5*21,2*6m0承臺底標高

分別為161.97m。

L4水文特征

嘉陵江屬于長江一級支流，水位受季節(jié)性降雨變化較大，雨季河水

湍急。橋址處主河槽底標高為147m左右，枯水季節(jié)江面寬度約300m,主

河槽水深約20?30m,洪水期寬度可達約500m,最大水深達約47m以上。

考慮20年一遇洪水，橋址處最大流速為V[l/20]=3.8m/s,最高水位為

H[1/20]=192.69mo

1.5橋址地質(zhì)

嘉陵江自西北向東南流經(jīng)井口，橋軸線位于黑羊石灘下游微彎河道

中，河槽斷面呈寬谷形態(tài)。河岸基本無階地，基巖大面積出露，巖層穩(wěn)

定堅硬，為厚中生界侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組長石、石英砂巖和砂質(zhì)泥巖互

層地層。岸上地面表層為層粉質(zhì)粘土，其下為強風化泥巖夾砂巖和弱風

化泥巖夾砂巖。河床大部分基巖裸露，表層局部有沉積砂卵石土層，厚1?

2m,其下為弱風化泥巖夾砂巖。

1.6航道及航運

橋區(qū)枯水航道維護尺度為1.5*40*400m（水深*航寬*彎曲半徑），規(guī)

劃航道尺度為：2.0?2.4*60*480m,可通航1000t級船隊，航道標準為

國家HI級，最高通航水位為200.63m,最低通航水位為166.06m。橋梁通

航凈高40.9m,主跨通航凈寬143m,邊跨最小凈寬68m。

2.主要工程特點及難點

1、新井口嘉陵江特大橋位于重慶市主城區(qū)，采用四線連續(xù)剛構橋跨

越嘉陵江，可有效地利用橋位資源，提高土地資源的利用效率，降低工

程成本，它的成功實施可為高墩多線連續(xù)剛構在鐵路橋梁建設中的應用

提供借鑒與支持。

2、嘉陵江水流湍急，水位隨季節(jié)及天氣變化較大，每年6月至9月

底為汛期，洪水頻發(fā)，洪水漲幅最多可達到24米，日漲幅10m以上。枯

水季節(jié)（施工期）約8個月。由于汛期水位變化較大，施工平臺及圍堰

難以按最高洪水位設計，因此深水基礎施工應盡量避開汛期，如進入汛

期，如何確保施工期間安全度洪預防措施是本工程需要研究的課題。

3、橋址處于嘉陵江河谷狹窄地段，水流速度大，河床覆蓋層較薄,

大部分基巖裸露。81#墩河床巖面傾斜（高差約5m）,必須先完成基礎水

下爆破開挖，再進行圍堰施工。82#墩位于主河槽內(nèi)，汛期水深近50m,

枯水期最大水深約30m,施工技術難度及安全風險均較高。

4、根據(jù)嘉陵江的通航條件，枯水期淺灘地段較多，雖然在三峽水庫

蓄水后有所改善，但三峽水庫經(jīng)常根據(jù)下游需求調(diào)控下放水量，對嘉陵

江的通航條件影響較大，大型水上運輸設備通行不便。

3.任務來源

中鐵十局集團有限公司于2009年7月中標蘭渝鐵路廣元至重慶段

LYS-14標段，其中新井口嘉陵江特大橋由中鐵十局子公司濟南鐵路工程

公司負責施工。

新井口嘉陵江特大橋工期緊、任務重、施工難度大、安全風險高，

是LYS-14標段重要的控制工程。為此中鐵十局濟南鐵路工程公司成立了

深水基礎施工技術研究攻關小組，將蘭渝鐵路新井口嘉陵江特大橋深水

基礎施工技術研究列入科技課題攻關項目。經(jīng)過概略的比選和論證，初

步擬定了施工方案，為進一步深入的研究明確了目標和方向。

4.研究的主要內(nèi)容

4.1合理安排工期，滿足總體工期要求

新井口嘉陵江特大橋跨江主橋部分設計初步完成后，受國家長江水

利委員會委對本橋行洪和通航情況進行論證和審批的影響，施工圖于

2010年2月正式出圖。施工圖到位滯后對確定施工方案產(chǎn)生較大的影響。

根據(jù)總體施工組織安排，81#墩2010年6月底完成圍堰施工，鉆孔

樁在汛期過后進行施工，計劃2011年元月底完成，3月底前完成承臺。

82#墩2010汛期前完成施工準備工作，汛后10月份開始圍堰施工，2011

年6月底完成承臺。保證工期目標是確定深水基礎施工方案的重要依據(jù)。

4.2采用可行的施工方案，滿足度洪要求

嘉陵江流域面積大、落差大，汛期洪水漲幅大，流速高。兩個主墩

深水基礎施工周期長，不可預見的因素多，如何滿足度洪安全要求，是

兩個主墩基礎施工方案必須研究的問題。

81#墩鋼圍堰施工距汛期僅有4個月時間，施工方案必須保證在汛

期前完成底節(jié)圍堰拼裝下水、上層圍堰拼裝、圍堰定位著床、安裝鉆孔

樁施工平臺、下放鋼護筒及圍堰於封底。圍堰施工完成后即進入汛期，

其結(jié)構體系及措施必須保證鋼圍堰安全度汛。

擬定采用鋼浮筒施工平臺拼裝圍堰的方法，能夠以最快的速度組織

施工，在汛期到來前完成圍堰封底施工。鋼圍堰封底后與河床巖石形成

較強的附著力，施工平臺、鋼護筒、上下導向架連接成整體，形成鋼圍

堰壁板上部支撐，從而保證鋼圍堰安全度汛。

82#為高樁承臺采用吊箱圍堰施工，必須在一個枯水期內(nèi)完成鋼圍

堰、鉆孔樁、承臺施工。由于鋼圍堰制做、拼裝、下水、浮運、定位、

鉆孔樁施工等施工過程存在著不可預見的因素較多，因此采用的施工方

案必須考慮度汛的要求，結(jié)構設計必須保證度洪安全。

擬定采用雙壁鋼吊箱圍堰與定位樁構建施工平臺的方案進行施工，

按最不利情況考慮，即汛期到來前未按期完成承臺施工，樁基完成60%,

已完樁基與吊箱圍堰組成的聯(lián)合結(jié)構能夠保證安全度洪。

4.3技術研究的主要內(nèi)容

新井口嘉陵江特大橋主墩大型深水基礎施工在擬定施工技術方案的

基礎上，對鋼圍堰制做、拼裝、下水、浮運、定位、施工平臺建立、鉆

孔樁施工、圍堰抽水、承臺施工等施工方法及相關工藝進行全面的研究，

對于一般性施工技術工藝進行了簡略敘述，其重點技術研究主要內(nèi)容有

以下幾個方面：

(1)深水基礎施工方案的比選。通過對常見的深水基礎施工方法與

本項目擬采用的施工技術方案進行技術經(jīng)濟分析對比，確定研究需要解

決的問題和目標。

(2)雙壁鋼套(吊)箱圍堰結(jié)構設計。根據(jù)擬定的施工技術方案，研

究與之相適應的圍堰結(jié)構設計。

(3)鋼浮筒施工平臺拼裝大型鋼圍堰施工技術方案。主要研究利用

鉆孔樁鋼護筒及施工平臺所用材料、構件制做鋼浮筒施工平臺，以及在

鋼浮筒施工平臺拼裝大型鋼圍堰和圍堰下水的施工方法及工藝。

(4)雙壁鋼吊箱圍堰底節(jié)岸上拼裝、下水及雙壁鋼吊箱圍堰與定位

鋼護筒構建施工平臺的技術方案和相關的施工方法，及滿足度洪安全要

求的相關措施。

第一部分鋼筒浮平臺拼裝大型雙壁鋼圍堰技術研究報告

蘭渝鐵路新井口嘉陵江特大橋81#墩雙壁鋼圍堰施工

1.技術方案論證

深水鉆孔樁承臺基礎施工方法主要有“先樁后堰”和“先堰后樁”

兩大類。本橋81#墩位處基巖裸露，巖面高低錯落變化較大，設計承臺

底位于基巖面以下2?4m左右，因此兩種施工方法均必須先將巖層爆破

開挖至基底(封底於底)。為縮短工期，“先堰后樁”施工方法優(yōu)勢明顯，

因為鋼圍堰拼裝下水與水下爆破開挖可平行作業(yè)，爆破開挖完成后，鋼

圍堰就位并在其頂部安裝鉆孔樁施工平臺，經(jīng)濟上較合理。鋼筒組裝浮

平臺拼裝雙壁鋼圍堰方案可滿足此要求。

底節(jié)鋼圍堰拼裝下水常采用碼頭拼裝并拖拉下水和駁船組裝平臺拼

裝然后起吊下水兩種方法。采用第一種方法，本橋與上下游既有碼頭相

距較遠，且碼頭租用、圍堰下水及封航浮運成本較高，若修建圍堰拼裝

臨時碼頭，橋址附近兩岸較陡條件不具備，臨時碼頭選址、審批、租地、

修建及解決施工用電等成本較高，時間上影響工期的不確定因素較多。

如采用駁船作為浮平臺拼裝底節(jié)，然后用龍門吊起吊下水，需租用60m

長(800t)的平板駁4條，其中兩條駁船拼裝圍堰，兩條拼裝龍門吊，

另加1臺浮吊進行配合，費用仍超支較大，且在長江上游租船難度較大，

影響工期。

鋼護筒組裝浮平臺拼裝雙壁鋼圍堰是“先堰后樁”的一種施工方法，

是利用鋼護筒制成密閉的鋼筒作為浮體，拼裝成大型浮動施工平臺，在

浮平臺上拼裝底節(jié)鋼圍堰后，向鋼浮筒內(nèi)注水使平臺下沉，底節(jié)圍堰自

浮后移至墩位處進行上層圍堰拼裝、注水下沉及著床等作業(yè)，同時對沉

入水中的部分鋼浮筒平臺進行充氣排水浮升至水面。

鋼護筒浮平臺利用鉆孔樁鋼護筒和鉆孔施工平臺所需構件、材料拼

裝而成，浮平臺用完拆除修整后再用于鉆孔樁施工，把鋼材及周轉(zhuǎn)性材

料的消耗量降至較低點，施工成本降低額較大，能取得了較好的經(jīng)濟效

益。

用鋼護筒拼裝浮動施工平臺，工序少、施工組織快，在底節(jié)圍堰加

工完成前即可完成，不占用工期。由于拼裝下水位置不在墩位處，因此

墩位處水下爆破與鋼圍堰拼裝可平行作業(yè)，工期大大縮短。

本方案采用簡易的注水下沉系統(tǒng)進行底節(jié)圍堰下水，用簡易的充氣

排水系統(tǒng)對部分沉入水中的部分平臺進行浮升打撈，施工方法中均采用

常用的水泵、空壓機等小型機具設備，具有設備簡單、操作簡易、下水

速度均勻可控、安全可靠等特點。

鋼浮筒平臺拼裝雙壁鋼圍堰在橋址現(xiàn)場進行施工，對施工環(huán)境要求

不高，不需要施工碼頭，只要水深滿足鋼圍堰下水自浮即可。鋼圍堰施

工均在淺水區(qū)域進行，避開了主航道，且不需封航進行長距離浮運，減

少了對水上交通運輸?shù)挠绊憽?/p>

2.施工工藝原理

鋼筒浮平臺拼裝雙壁鋼圍堰施工主要設施由鋼筒組裝浮平臺、拼裝

墊梁、注水下沉系統(tǒng)及充氣排水打撈系統(tǒng)四部分組成。施工工藝原理如

下：

采用直徑2.8m鉆孔樁鋼護筒兩端封堵后形成密閉鋼浮筒，用若干個

密閉鋼浮筒作為浮體，拼成4個組塊，其中A組兩塊分別位于兩側(cè)直線

段圍堰壁板下，B組兩塊分別位于兩端的圓弧壁板下，用貝雷梁將4個浮

筒組塊拼聯(lián)成大型浮平臺，并用錨碇系統(tǒng)進行固定。

在浮平臺上鋪設拼裝墊梁，使拼裝墊梁頂面在同一平面上。

拼裝鋼圍堰底節(jié)時，按照先直線段后圓弧的順序進行，合攏塊設在

兩端圓弧段的中部，拼裝過程采用注排水進行平衡或局部配重的方式保

持浮平臺整體平穩(wěn)。

底節(jié)鋼圍堰下水時，先對直線壁板下A組鋼浮筒平臺分兩批對稱注

水下沉，在鋼浮筒頂沒入水中前抽離，然后再對兩端B組鋼浮筒平臺分

批注水下沉，底節(jié)圍堰自浮后，B組鋼浮筒平臺沉至水底。注水下沉系統(tǒng)

由進水管、出氣管、水泵、閥門、控制柜組成。注水采用小型水泵，保

持平臺緩慢下沉。鋼浮筒注水過程通過中加強觀測，通過對圍堰頂面4

個角點標高的測量，不水平時，及時用閥門及水泵開關進行注水量控制

和調(diào)整，使底節(jié)鋼圍堰下水過程基本保持平穩(wěn)。

底節(jié)鋼圍堰移至墩位處即可進行打撈作業(yè)。鋼浮筒打撈系統(tǒng)由充氣

管、排水管、空壓機、閥門、氣壓表、控制柜組成。打撈時用空壓機向B

組鋼浮筒充氣排水，當排水量大于B組鋼浮筒平臺自重時，使其浮出水

面，然后拖至岸邊拆解上岸。

底節(jié)鋼圍堰下水自浮后，用拖輪將其浮運至墩位處，由錨碇系統(tǒng)初

步就位后，逐節(jié)拼裝上層圍堰并注水下沉。圍堰拼裝總高度超過水深1.0m

以上時，及時進行下沉著床作業(yè)。下沉至圍堰底距河底0.5m左右，進行

精確定位后下沉著床。圍堰拼裝完成后，在圍堰上安裝鉆孔樁施工平臺，

下放鋼護筒，然后進行封底混凝土施工。

3.施工工藝流程

鋼浮筒平臺拼裝鋼圍堰施工工藝流程

4.主要工藝要點

4.1雙壁鋼圍堰結(jié)構設計及制造

4.1.1雙壁鋼圍堰結(jié)構

81#墩承臺尺寸為45X20X4m,承臺底標高為161.15m,施工水位

為175m。考慮鋼圍堰下沉就位精度，擬定圍堰平面凈尺寸為45.4X20.4m,

根據(jù)水深擬定封底杜厚2.5m,圍堰頂高出施工水位1.0m,圍堰總高度按

17.5m設計。

鋼圍堰由壁板結(jié)構及內(nèi)支撐結(jié)構兩部分組成。壁板采用豎向箱柱、

水平桁架和內(nèi)外帶肋面板構成的空間箱體結(jié)構。雙壁部分高度為15.0m,

厚度為1.5m,單壁部分高度為2.5m。內(nèi)支撐采用鋼管結(jié)構。

根據(jù)方案墩位處河床基巖水下爆破開挖至圍堰底標高，因此壁板不

設置刃腳，為保證底節(jié)圍堰下水后自浮，在距底部1.0處設置一道水平

底板，并對下部開口段進行加強。在箱柱底部腹板處開孔與開口段連通，

用于開口段灌注水下硅封底。

4.1.2鋼圍堰結(jié)構驗算

4.1.2.1荷載計算

鋼圍堰抽水安排在枯水期施工，按抽水完成后進行驗算。主要荷載

為：靜水壓力、流水壓力和風載，傳力方式為面板一豎肋一水平桁架一

豎向箱柱->內(nèi)支撐。計算根據(jù)設計及重慶西南水運工程科學研究所編寫

的蘭渝鐵路新井口嘉陵江四線特大橋《通航凈空尺度和技術要求論證研

究報告》提供的相關參數(shù)。

(1)靜水壓力

靜水壓力按設計施工水位標高175nl取值，最大深度按封底舲頂標高

161.15m計算。P?=yH=10*13.85=138.5kPa

(2)流水壓力

計算時流速按20年一遇標準取值v=3.8m/s,與基礎橫橋向軸線夾

角為a=10°。由于流水壓力值較小，為簡化計算，流水壓力按均布考

慮(忽略水深的影響)，圓弧端按水流與迎水面正交進行計算。側(cè)壁計算

考慮水流夾角。

圓弧端：P?=Kv2P/2g=0.6X3.82X10/(2X10)=4.33kPa

側(cè)壁：P靜'=KV2PsinlO0/2g=1.47X3.82XsinlO°/2=1.843kPa

其中K一橋墩形狀系數(shù)，根據(jù)《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》

TB10002.1-2005相關規(guī)定,圓弧端取0.6,側(cè)壁取1.43。

(3)風荷載

橋區(qū)最大風速v=26.7m/s,主風向西北風。風荷載按《鐵路橋涵設

計基本規(guī)范》TB10002.1-2005相關規(guī)定計算。

W=MK2K1X1.0X1.3X0.446=0.64kPa

其中W0=v71.6=26.72/1.6=446Pa

Ki一風載體形系數(shù)，取1.1。

電一風壓高度變化系數(shù)，取1.0。

”一地形、地理條件系數(shù)，取1.3。

4.1.2.2面板驗算

鋼圍堰內(nèi)外側(cè)面板采用8mm厚鋼板，板肋間距設定為0.35m,第一

層桁架設在距封底校頂0.45m處，標高為161.6m,水深13.4,取該處靜

水壓力，面板寬度為1m,按5跨連續(xù)梁進行驗算。

(1)均布荷載：CLIPMP流=13.4X10+4.33=138.33kN/m

q=138.33KN/m

1)

11"11.1"1!1二,

0,350,35I0,35

0,354--.Y■

0.1380.2020.2020.138

J

L3581.25612241,256

(2)強度驗算：21*0.0082/6=0.00001lm3

。=M/W=1.358/0.000011/1000=123.45MPa

<[o]=145MPa故滿足要求。

4.1.2.3板肋驗算

鋼圍堰內(nèi)外側(cè)板肋N80X50X8角鋼，間距d=0.35m,根據(jù)《鋼結(jié)

構設計規(guī)范》，板肋計算時應與面板組合計算，取面板計算寬度為板肋兩

側(cè)各15t,t為面板厚度。面板計算寬度b=30t=24cm。

(1)桿件幾何特性：

t0=(9.867*2.73+24*0.8*8.4)/(9.867+24*0.8)=6.475cm

IF62.83+9.867*(6.475-2.73)=201.21cm4

12=24*0.8*0.8*0.8/12+24*0.8*(8.4-6.475)=72.17cm4

I=I1+I2=273.38cm4

W=273.38/6.475=42.22cm3

S*=24*0.8*(8.4-6.475)+0.8*(8-6.475)72=37.89cm3

⑵桁架間距及板肋內(nèi)力(MIDAS軟件)計算：

靜水壓力：PiXPhi

流水壓力：P流=4.33KPa

桁架間距：L=hi-hi+1

板肋均布荷載：qi=(Pi靜+P流)d

桁架間距及板肋內(nèi)力計算(見下表)：

桁架間距及板肋內(nèi)力計算表

深度間距靜水壓力流水壓力均布荷載跨中彎距桿端剪力撓度

第i層

hiLPi齡P端AiMiQif

013.850.4138.54.3349.991.0010.000.0000

113.450.95134.54.3348.595.4823.080.0009

212.511254.3345.275.6622.630.0010

311.511154.3341.775.2220.880.0009

410.51.11054.3338.275.7921.050.0013

深度間距靜水壓力流水壓力均布荷載跨中彎距桿端剪力撓度

第i層

hiLPi仲P流qiMiQif

59.41.1944.3334.425.2118.930.0011

68.31.2834.3330.575.5018.340.0014

77.11.3714.3326.375.5717.140.0017

85.81.4584.3321.825.3415.270.0019

94.41.4444.3316.924.1411.840.0015

1031.2304.3312.022.167.210.0006

111.80.8184.337.820.633.130.0001

1210.8104.335.020.402.010.0000

130.20.224.332.220.010.220.0000

(3)板肋驗算：

由上表得知各層桁架間板肋的計算內(nèi)力均滿足以下條件，故安全。

Mi<[M]=W[o]=42.22*145/1000=6.12kN-m

Qi<[Q]=[THd/S*=85*273.38*0.8/37.89/10=49.06kN

f=5ql7384EI<[f]=L/400m

4.1.2.4水平桁架驗算

(1)各層桁架荷載計算

第i層靜水壓力：Pi^=Phi

第i層靜水壓力荷載：QiW=l/3(Pi+l/2Pi-1)(hi--hi)

+l/3(Pi+l/2Pi-1)(h-hitl)

第i層圓端流水壓力荷載：Qiat=I/2P2(hii—hi-,)

第i層側(cè)壁流水壓力荷載:一流'=1/2P2‘(h--hi”)

第i層圓端均布荷載組合：qi=Qi靜+Qi流

第i層側(cè)壁布荷載組合：qi'=Qi靜+Qi流'

鋼圍堰各層桁架荷載計算詳見下表。

各層水平桁架荷載計算表

深度靜水壓力桁架均布荷載均布荷載組合

第i層標圖

hiB靜q靜圓端今流側(cè)壁5流圓端q側(cè)壁q

0161.1513.85138.5

1161.5513.45134.589.552.921.2492.4790.79

2162.512.5125121.714.221.80125.93123.51

3163.511.5115115.004.331.84119.33116.84

4164.510.5105109.904.551.94114.45111.84

5165.69.494103.404.762.03108.16105.43

6166.78.38395.074.982.12100.0597.19

7167.97.17188.335.412.3093.7590.64

8169.25.85877.855.852.-1983.7080.34

9170.64.44461.606.062.5867.6664.18

1017233039.875.632.4045.5042.26

11173.21.81819.334.331.8423.6621.18

121741108.003.461.4711.469.47

13174.80.222.002.170.924.172.92

(2)桁架內(nèi)力計算

根據(jù)上述各層桁架荷載計算，第2層桁架承受的均布荷載最大，其

中直線段qmax=123.51KN/m,圓弧端q皿=125.93KN/m,取兩該層最大跨距

的桁架進行計算，受力簡圖如下：

qmax=123.51KN/m

J4Q

直線段桁架受力計算簡圖

圓弧端桁架受力計算簡圖

用MIDAS結(jié)構計算軟件計算，桁架各桿件內(nèi)力見下表。

桁架桿件內(nèi)力表

桿直線段桁架圓弧端桁架

號

名稱軸力桿端剪力跨中彎矩名稱軸力桿端剪力跨中彎矩

178.288-78.288-27.40164.018-41.660-7.582

2外弦-78.288-78.289-27.40146.700-58.942-15.178

外弦

3桿-78.288-78.289-27.401-56.758-71.073-22.068

桿

478.288-78.288-27.401-49.377-71.073-8.025

5端桿0059.766-35.537-5.517

6-195.72000端桿000

739.14400-28.72100

內(nèi)弦內(nèi)弦

8117.4320042.03500

桿桿

939.14400-13.31400

10-195.72000000

端桿

11端桿000000

12262.58600-102.08100

13-262.58600-206.37000

1487.5290068.73000

15-87.52900腹桿-67.79100

腹桿

16-87.52900-86.66100

1787.5290087.86200

18-262.58600-199.89400

19262.58600

(3)直線段桁架桿件驗算

直線段弦桿采用不等邊角鋼N160*100*10,A=25.315cm2,

1=668.69cm4,i=5.14cm,W=62.13cm3o角鋼與壁板組合截面示意圖如

下：

截面參數(shù)計算：

A=25.315+24*0.8=44.515cm2

t0=(25.315*5.14+24*0.8*16.4)7(25.315+24*0.8)=9.997cm

L=668.69+25.315*(9.997-5.14)*(9.997-5.14)=1265.88cm4

2

12=24*0.8*0.8*0.8/12+24*0.8*(16.4-9.997)=799.46cm4

I=I1+I2=2065.34cm4

W=2065.34/9.997=206.60cm3

S*=24*0.8*(16.4-9.997)+0.8*(16-9.997)72=151.77cm3

i=JI/A=6.81cm

外側(cè)弦桿拉(壓)彎構件強度驗算：

o=N/A+M/VxW=143.9MPa<145Mpa故安全。

Yx一截面塑性發(fā)展系數(shù)，查表YX=1.05

外側(cè)弦桿壓彎構件穩(wěn)定驗算(2、3號弦桿)：

o=N/(pxA+PmxM/yxW(l-0.8N/NEx)=144.96MPa<145Mpa安全。

口一壓桿穩(wěn)定系數(shù)。3=l/i=20.6,屬c類，查表得6=0.962

Bmx一等效彎矩系數(shù)，桿件受勻布荷載，取841

M—歐拉臨界力。以=n2EA/Xx2=21327kN

內(nèi)側(cè)弦桿壓桿穩(wěn)定驗算：

1、4號桿軸力N=-195.72kN,l=70cm

Xx=l/i=70/6.81=10.3屬c類，查表得6=0.992

。=N/(pxA=44.32MPa<140Mpa

3號桿軸力N=117.432kN,1=140cm

。=N/A=26.38MPa<140Mpa

腹桿壓桿穩(wěn)定驗算

12、13、18、19號桿采用等邊角鋼N110*110*10,A=21.261cm2,i

=3.38cm,N=262.586Kn,按壓桿穩(wěn)定進行驗算。

Xx=l/i=155/3.38=45.9屬b類，查表得(px=0.874

o=N/(pxA=141.31MPa^l40Mpa滿足要求

中間腹桿14、15、16、17采用N90*56*8不等邊角鋼,A=11.183cm2,

i=1.56cm,N=87.529Kn,按壓桿穩(wěn)定進行驗算。

Xx=10/i=155/l.56=99.4屬b類，查表得(px=0.558

o=N/(pxA=140.26MPa=140Mpa滿足要求

(4)圓端段桁架驗算

直線段弦桿采用鋼環(huán)板，鋼板截面尺寸300*10mm,環(huán)板與壁板組合

截面示意圖如下：

截面幾何性質(zhì)計算:

A=A1+A2=30+19.2=49.2cm2

to=(30*15+19.2*30.4)/49.2=21cm

L=1*30*30*30/12+30*(21-15)*(21-15)=3330cm4

I2=24*0.8*0.8*0.8/12+19.2*(30.4-21)*(30.4-21)=1698cm4

1=11+12=5028cm4

W=I/y=5028/21=239.43cm3

S*=24*0.8*(30.4-21)+1*(30-21)72=225.48cm3

i=JI/A=10.1cm

根據(jù)圓弧端桁架弦桿截面幾何性質(zhì)看出，該桿件承載能力強于直線

段弦桿，且各弦桿計算內(nèi)力小于直線段弦桿，因此不需驗算。

圓弧端桁架腹桿與面與直線段腹桿截面相同，且各對應腹桿內(nèi)力小

于直線段腹桿，因此不需驗算。

4.1.2.5箱柱驗算

箱柱由翼板、腹板、水平環(huán)和板肋組成。其中翼板厚25mll1,腹板厚

18mm,水平環(huán)板厚10mm。箱柱承受三部分荷載：水平桁架傳來集中力、

箱柱自身承受的靜水壓力(三角形分布)和流水壓力(均布荷載)，經(jīng)分

析取最不利的直線段箱柱進行驗算。

(1)箱柱荷載及內(nèi)力計算

集中荷載：鋼圍堰箱柱中心最大間距為6.75m,箱柱間桁架計算長

度為L=5.6m,各層水平桁架傳來集中力為Fi=qL。詳見下表

各層水平桁架傳來集中荷載計算表

第i層qLF,第i層qL

190.685.60507.82880.345.60449.89

2120.185.60673.03964.185.60359.41

3116.845.60654.321042.265.60236.67

4111.845.60626.281121.185.60118.59

5105.435.60590.39129.475.6053.06

697.195.60544.24132.925.6016.36

790.645.60507.57

最大靜水壓力：Q產(chǎn)P靜B=138.5*1.15=159.3kN/m

流水壓力:Q.=P，B=l.843*1.15=2.12kN/m

風荷載：QRL=WB=O.64X1.15=0.74kN/m

封底混凝土及側(cè)壁內(nèi)混凝土澆筑后，剛箱底部封底混凝土以下可作

為固定端，圍堰頂部內(nèi)支撐作為剛箱的上支點，受力簡圖如下：

Q”Q*

（2）箱柱截面參數(shù)計算

25

翼板：11=(150*2.53/12+150*2.5*(75+1.25)2)*2=4360938cm4

翼板板肋：3(62.83+9.867*(75-5.27)2)*4=192156cm4

腹板：I;)=2*l.8*150712=1012500cm4

2

腹板肋：I4=(18.85+9.867*(30-1.25))*4=32698cm4

截面慣性矩：I=L+l2+L+l4=5598292cm4=0.056m4

彎曲截面模量：W=I/t=0.056/0.775=0.0723m3

截面靜矩：

S*=150*2.5*76.25+9.867*(75-5.27)*2+9.867*(30-1.25)*2

+2*75*1.8*75/2=40662cm3=0.0407m3

(3)強度驗算

o=M/W=8658.07/0.0723/1000=119.75MPa<145MPa

T=QS*/(Ib)=4405*0.0407/(0.056*0.036*1000)=88.93Mpa<85Mpa

考慮枯水期抽水因此滿足強度要求。

4.1.2.6內(nèi)支撐驗算

(1)荷載及內(nèi)力計算

內(nèi)支撐選用小lOOOXIOmm鋼管。根據(jù)箱柱荷載及內(nèi)力計算得知內(nèi)支

撐承受箱柱上支點傳來壓力F=1765.72kN?？紤]內(nèi)支撐需承受一定的施工

荷載，因此內(nèi)支撐按壓彎桿件驗算。假定施工荷載P=2.5kPa,則均布荷

載為：

q=2.5*6.25=15.63kN/m

計算簡圖：

q=15.63KN/m

FIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIF

桿端彎矩：M=-552.73kN-m

桿端剪力：Q=-160.99kN

桿端軸力:N=-1765.72kN

(2)截面參數(shù)計算：

面積：A=3.14*(1022-1002)/4=317.3cm2

慣性矩：1=3.14*(1024-1004)/64=404638cm4

慣性半徑：i=VQ/A)=V(404638/317.3)=35.7cm

抗彎截面模量：W=I/(D/2)=7934cm3

(3)強度驗算

o=N/A+M/YxW=116.23MPa<145Mpa故安全。

Yx一截面塑性發(fā)展系數(shù)，查表YX=1.15

(4)整體穩(wěn)定驗算

。=N/(pxA+PmxM/yxW(l-0.8N/NEX)=133.29MPa<145Mpa安全。

口一壓桿穩(wěn)定系數(shù)。3=l/i=57.7,屬b類，查表得6=0.819

6批一等效彎矩系數(shù)，桿件受勻布荷載，取3*1

夠一歐拉臨界力。g=弘2EA/Xx2=19377kN

4.1.3鋼圍堰制造

為保證質(zhì)量及加快施工進度，雙壁鋼圍堰在工廠分塊加工制做。結(jié)

合吊裝設備能力及船運要求確定板件尺寸大小，不宜過大過重(15?20t),

太小則影響吊裝進度。具體分塊尺寸為：壁板高度方向分為四節(jié)，節(jié)高

分別為5.5m、4.5m、5.0m、2.5mo每層分為18塊，其中圓端形方向分3

塊，直線段方向分6塊，共計72塊。為保證現(xiàn)場拼裝吻合，每節(jié)直線段

及圓弧段分別整體制做，質(zhì)量檢測合格后，再分割成塊，按每層一批運

至現(xiàn)場進行拼裝。

4.2鋼浮筒平臺設計

4.2.1鋼浮筒平臺結(jié)構

鋼浮筒平臺主要由鋼浮筒、貝雷梁拼裝而成。鋼浮筒采用直徑2.8m

的鉆孔樁鋼護筒兩端封堵后制成，長度分為9叭13m兩種規(guī)格。在鋼圍

堰兩側(cè)直線壁板下分別垂直布設5根9nl長浮筒，浮筒位于圍堰豎向箱柱

下（塊件拼縫處），間距6.75m。在鋼圍堰兩圓弧端下順橋向各設2根31m

長浮筒，間距6m,每根由3節(jié)浮筒按照9+13+9m形式拼接而成。在鋼

圍堰直線壁板兩側(cè)各設一組貝雷梁（每組2片），將所有浮筒聯(lián)結(jié)成整體，

形成鋼圍堰拼裝浮動平臺。

,52.5（

當

-■可

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一

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§f2

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3罰

I2512

丁

X一

6叁鄴后

5.2.2鋼浮筒平臺結(jié)構驗算

4.2.2.1浮力驗算

鋼護筒62800X16mm：(9X18+13X4)X1.104=236.26t

封端鋼板：22X2X6.158X0.01X7.85=21.27t

貝雷梁：(54X4+42X4)X0.1=38.4t

拼裝墊梁132b：(54X8+9X18)X0.05774=32.3t

底節(jié)圍堰：320t

其它：30t

合計：G=678t

總浮力：Fmax=(9X18+13X4)X6.158=1318t

Fmax/G=1318/678=1.94>K=1.5,故滿足要求。

拼裝前每米浮筒排水量：V0=358/(9X18+13X4)=1.673m3

拼裝后每米浮筒排水量:Vmax=678/(9X18+13X4)=3.168m3

根據(jù)弓形面積與弓高關系式計算鋼浮筒平臺吃水深度：

S=(nR2/180)arcCOS(R-h)/R-(R-h)V2Rh-h2

拼裝前吃水深度:ho=O.89m,

拼裝后吃水深度：hmax=l.43m,干弦高度為H=l.37m,滿足要求。

4.2.2.2貝雷梁驗算

A.拼裝兩塊壁板時檢算

圍堰壁板按照先直線段后圓弧段及直線段按照由中間向兩端對稱的

順序進行分塊拼裝。在拼裝中部兩塊壁板時，5號浮筒承受重力W,4號

浮筒承受重力W/2,為保持平衡分別向4號筒內(nèi)注W/2水量。由于貝雷梁

的分配作用，壁板重量由9個浮筒分擔。兩塊壁板焊連前，5號筒吃水深

度略大，將兩塊壁板墊平焊連后，將5號筒上墊板抽出，在浮力作用下，

5#筒相應上浮，4、5號浮筒吃水深度接近。

ww

ID~~WHiQ(5?0~?

16J6,7516,751675」.6,75J67516,75.16J

底節(jié)圍堰直線段拼裝示意圖(?)

在荷載和浮力的共同作用下，貝雷梁中部向下彎曲，1號筒與4號筒

間產(chǎn)生吃水深度差為f,為保證安全必須滿足fmax〈[f],因本結(jié)構為臨

時結(jié)構，貝雷梁允許撓度[f]=L/250計。

(1)貝雷梁撓度驗算

假定兩塊壁板下的4、5號3個浮筒加載后下沉量相同，1?4號浮筒

間貝雷梁按懸臂梁考慮，且在浮力作用下產(chǎn)生向上彎曲，因此各浮筒所

產(chǎn)生浮力由4號筒支點開始向兩端遞減，即分配的荷載遞減。在計算撓

度時按平均分配荷載驗算撓度相對安全。具體計算如下：

壁板每米重：320/130=2.46t/m=24.6kN/m

壁板及平衡水重：G1=2W+W=6.75*24.6*3=498.15kN

平均每個浮筒增加浮力:F=498.15/9=55.35kN

在各浮筒浮力作用下貝雷梁各點產(chǎn)生的撓度按公式f=P*xA

2*(3a-x)/3EI或f=P*aA2*(3x-a)/3E計算，貝雷梁參數(shù)：I=250497cm4,

I=2X105MPa,計算結(jié)果見下表。

拼裝兩塊壁板1?3號浮筒處撓度

各浮筒距4號浮筒位置及撓度(mm)

各浮筒浮力

①19.5m②13.5m③6.75m

Fl55.35kN68.2737.7510.85

F255.35kN37.7522.657.08

F355.35kN10.857.082.83

(f)合計：1176721

貝雷梁端部最大撓度：fmax=117mm^[f]=2L/250=156nun,滿足要

求。

(2)貝雷梁強度驗算

根據(jù)按各浮筒平均分配浮力計算貝雷梁的撓度可知，各點的撓度不

同，即各浮筒的浮力或分擔的荷載不同，因此需重新進行分配。

平均每米浮筒排水量：V1=VO+AV=1.673+49.815/(9X9)=2.288m3

根據(jù)弓形面積與弓高關系式計算平均吃水深度:hl=l.12m

浮筒的水線寬度：Bo=2*V2Rh-h2=2.74m

由計算可得平均分配浮力時，水線的寬度基本接近浮筒直徑。為簡

化計算，在分配浮力時采用平均水線寬度，對浮力分配影響不大。

設1號浮筒加載后的下沉量為Ah,貝心

Fl=BoLAhy=2.74*9.O*Ahy=24.66Ahy

F2=Fl+BoL(fl-f2)v=Fl+2.74*9.0*(0.117-0.067)y=Fl+l.23Y

F3=F1+BoL(fl-f3)Y=Fl+2.74*9.0*(0.117-0.021)y=Fl+2.37y

F4=Fl+BoLfly=Fl+2.74*9.0*0.117v=Fl+2.89Y

根據(jù)計算假定4、5號3個浮筒浮力相等，因此可得：

F=2F1+2F2+2F3+3F4=9F1+15.87Y=9*24.66Ahy+15.87v

△h=(498.15-158.7)/9*246.6=0.153m

則可得：Fl=37.73kN,F2=50.03kN,F3=61.43kN,F4=66.63

kN,力計算簡圖如下：

3kN,61.43kN,50.03kN37.73RN

拼裝兩塊臂板貝雷梁受力簡圖

貝雷梁參數(shù)：I=250497cm4,W=3579cm3,[M]=788.2kn-m,雷]=245.2kn,

采用4片貝雷梁，拼裝兩塊壁板時內(nèi)力結(jié)果計算如下：

Mmax=1825.8kn-m<4[M]=4*788.2=3152.8kn-m

Qmax=149.19kn<4[Q]=4*245.2=980.8kn故安全

B、拼裝四塊時各浮筒的浮力計算：

在拼裝中部四塊壁板時，先將4號浮筒內(nèi)平衡水抽出，為保持平衡

分別向兩側(cè)3號筒內(nèi)注W/2水量。再進行對稱拼裝。則已拼壁板重：

G2=4W+W=6.75*24.6*5=830.25kN

平均每個浮筒增加浮力：F=830.25/9=92.25kN

在各浮筒浮力作用下貝雷梁各點產(chǎn)生的撓度計算結(jié)果見下表。

拼裝四塊壁板1?2號浮筒處撓度

各浮筒距4號浮筒位置及撓度(mm)

各浮筒浮力

①19.5m②13.5m

F192.25kN39.8912.06

F292.25kN12.064.72

(f)合計：5217

貝雷梁端部最大撓度：fmax=52mm^[f]=2L/250=l10mm,滿足要

求。

(2)貝雷梁強度驗算

貝雷梁端部最大撓度：fmax=52mm^[f]=2L/250=l10mm,滿足要

求。

(2)貝雷梁強度驗算

根據(jù)上述計算貝雷梁的撓度，對1、2號浮筒的浮力重新進行分配。

平均每米浮筒排水量：Vl=V0+AV=1.673+83.3/(9X9)=2.70m3

根據(jù)弓形面積與弓高關系式計算平均吃水深度：hl=1.27m

浮筒的水線寬度：Bo=2*V2Rh-h2=2.79m

由計算可知，平均分配浮力時水線的寬度基本接近浮筒直徑。為簡

化計算，在分配浮力時采用平均水線寬度，對浮力分配影響不大，且偏

于安全。

設1號浮筒拼裝四塊壁板后下沉量為Ah,貝1]：

Fl=BoLAhv=2.79*9.O*AhY=25.llAhy

F2=Fl+BoL(fi-f2)v=Fl+2.79*9.0*(0.052-0.017)v=F1+O.879

F3=Fl+BoLfiY=Fl+2.79*9.0*0.052Y=F1+1.306y

假定3、4、5號5個浮筒浮力相等，貝!!：

F=