双壁钢围堰施工方案secret.docx
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双壁钢围堰施工方案secret
国道主干线哈尔滨绕城公路东北段
某大桥
双壁钢围堰施工方案
某大桥３5号、３６号墩双圆形
双壁钢围堰施工方案
1.双圆形双壁钢围堰设计
围堰的设计本着受力条件好、稳定性强、方便施工、节约材料和可回收的原则进行设计,某大桥35号及3６号墩承台为条形29.5m ×1３．９m×3m,顶面水深14m。
根据结构尺寸设计成内径２0米、外径22.4米的双圆形结构（如图,即充分发挥了圆形结构受力条件好的特点，又最大限度的节省了材料。
围堰利用自身浮力进行回收。
1.１因素的确定
1.１.1根据承台形状和结构受力分析,将围堰平面布置成双圆组合形（如图1。
1.１.2根据面板的局部和自重确定面板厚度为5mm。
1.1．３依据
２0
１
5０001１000０5≤==R t确定为薄壳筒状无盖无底结构。
1．1.4壳体满足以下三方面条件,适用无矩理论。
（1几何方面 沿壳中面光滑连续无斜率和曲率的突变,壳体的厚度也
无突变。
（2载荷方面 沿壳面连续分布而无突变。
（3 边界条件挠度与转角不受约束。
1.2设计采用的理论
1．２．1以薄壳筒状体线性理论设计结构。
1.2.2以轴心受压稳定设计加强圈、支撑桁架。
１.３荷载
１.3．1以承台底标高为最大压力计算位。
1．3．2 最大水深为１6.５m,其中土深为３.５m。
1.3.3 因有较密定位桩及防冲桩,不考虑水流和浪击等横向不均匀载荷。
1．３．4 因有施工平台,围堰轴向荷载不计。
1.3．5因为采用浮沉工艺,堰底与地面不均匀接触、构件吊装等受力状态，不予计算。
1．３．６在最大抽水深度下,考虑了壁间有水9米深,以减少壁板局部计算荷载。
１．4 规范有关采用《GB50０１7-200３》 1.４.1 强度设计2/2１5mmN f= （Q235钢 1．４．2 稳定（１轴心受压
fＡ
Ｎ
≤ϕ（2轴心受压构件腹板参与受力的宽度h０ 的确定
y
w ｆth２3５400≤。
（3格构式双肢组合构件缀件为缀条时，换算长细比按
ｘ
x ｏｘAA
1227
+=λλ计算。
分肢长细比oxλλ７.０1≤ 时，不必验算分支稳定。
（4 缀条计算 剪力确定23５
85
yf Aｆ
V =
。
（５ 最大长细比[］15０mａｘ＝≤λλ 2．圆形双壁钢围堰受力计算2．1结构设计
双圆形双壁钢围堰结构设计如图，共分为４个部分,即刃脚段、双壁加强段、单壁段、内部横向支撑梁。
刃脚部分面板采用8ｍm 钢板，角度为３0度;双壁加强段内外面板及隔板均采用5mm钢板,内部为空间桁架结构，水平主桁加强圈采用1０0×10０×10或７5×75×８角钢，缀条用63×６３×5角钢,竖向间距按不同的高度荷载计算求得;竖向加劲肋采用50×５0×5或63×６3×５角钢,周向间距按不同的高度荷载计算求得；围堰中支撑桁架用100×100×1０或７５×７5×8角钢相扣成方管，空间用７5×75×6做缀条组成桁架,竖向间距与加强圈相同。
2．２计算简化
为简化圆形钢围堰的受力计算，采用如下方法：
（1对环板和水平斜撑计算时考虑壁板４0倍板厚的宽度参与受力;（２竖向加劲肋按多跨连续梁计算,同时考虑壁板40倍板厚的宽度参与受力;（3壁板按支撑在竖向加劲肋上的多跨连续板计算。
2.3受力工况
浇筑承台前钢围堰最大抽水状态为最不利工况。
钢围堰受力主要计算荷载有静力压力、土压力、施工荷载以及壅水所产生的压力等。
浇筑承台时钢围堰外设计施工水位采用13m,土埋置深度３.5m ,壁仓内的水位9ｍ,计算水流流速１.５ m／s 。
根据以上简化计算方法,壁板、竖肋按简化公式进行局部计算。
水平加强圈及水平斜撑可采用简
化公式计算。
３.双圆形双壁钢围堰空间分析计算３.1结构分析模型
用空间模型进行分析计算,外壁板、内壁板、水平加强圈采用空间板壳单元,竖肋采用空间梁单元,水平斜撑采用空间桁架单元,即两端与水平加强圈采用铰接连接。
3．２计算分析
主要计算荷载:
静水压力、土压力、浪击力与风荷载（处作用较小此处可忽略不计、施工荷载。
３.３计算过程
３．3.1 加强圈设计计算
（１壁板参与受力的宽度ｈ0的确定ｙ
w ｆ t h2３5
40０≤ 采用Q23５钢 wｔh40０≤=40×5＝20０mｍ
（2依据无矩理论，均匀外压力作用下的筒壁内力只有周向力,无弯矩。
周向力按公式N 0=Ｐ0R0计算。
式中P0——外压（N／mm2
图3
R ０——外圆半径（mm
（３依据线性理论,周向力由双壁板和加强圈共同承受,那么壁筒任意高度上的一个加强圈与壁板组合将成为双肢格构轴心受压结构（如图示。
（4每个双肢格构的承压能力 AｆN ⋅⋅=ϕ1 式中f=2１5Ｎ/mm2（Ｑ2３５钢
ϕ——以换算长细比oxλ确定的折减系数。
A ——加强圈与壁板组合后的总面积。
换算长细比的计算
加强圈采用10０×100×１０角钢,Ａ＝６８5２mm２;
xλ=８５．5;缀条用
６３×６3×5
角钢
xＡ １=61４.3×2＝1２28.6mｍ2
４．8６６
.１２286８52
275.８5２７
212=⨯+＝+=xxoxAＡλλ
查表（b 类截面ϕ=０.645
A ｆN⋅⋅=ϕ1=215×0.６45×6852=95０２01N
加强圈采用７5×７5×８角钢,A=4606mm 2；ｘ λ=84.4;缀条用6３×６3×５角钢xA1=６1４．３×2=1228．6 mm2
8５6
.12２8４６06
274.842７
２12＝⨯＋=+=xｘ oxA Aλλ查表（b 类截面ϕ=0.655
A f N ⋅⋅=ϕ１=２15×0.6５5×４６06=６48634N
（5竖向间距SL 确定
0１
０1RPNＮ NLS ⋅=
=
P 0在围堰上沿高度变化，最大为刃角顶面0.１８6N/ｍm2 最小间距mmL Ｓ ４５６1120０
186．095０２0１
≈⨯＝
取45０mm
（6缀条计算缀条用63×6３×5角钢 Ａ1＝61４.3mｍ 2ｉｙ =12.5mm
L０=1528ｍmα=4５０
［］15024.１22５
.１21528
0=≤===
λλｙｉL查表ϕ=0.4２６ 折减系数0.6+0．０0１5λ=０.6+0.0015×１22=0.７8３ 剪力确定ＮｆAfVy１7３32８5
21５
6８５２２３５8５mａｘ＝⨯==
N １=Vmax/2=173３２/2=866６Nσ＝N１/A1＝8６66/６１4.３=14.1
≤０．783ϕ·f=0．７83×０.４２6×2１5=７１．7
3．3.２竖向加劲肋的计算
采用５0×50×5或6３×63×5角钢,根据受力和加工条件将截面布置成如图4所示
图４
（1组合后截面数据50×5０×5角钢A =１4８0mm 2 ｙ 1＝14.９mmy2=40.１mｍ I y =5９000０mm4w1=３9６00ｍm3w2＝14７0０mm3６3×６３×５角钢Ａ=１6１4mm2y１＝20.８mｍ y2=47．5mm I＝１125２32mｍ4
ｗ 1=54０９8ｍｍ 3 w2=23６89mm３（2间距的确定
荷载围堰外压随深度变化而变化,为了增加围堰在水中的稳定，同时减少外壁的计算压力,考虑内外壁间水位９米高。
周界固定整个面板受均布荷载。
根据刚性薄平板的计算公式（h≤0.2b,确定间距。
f
hb cp≤⎪⎭
⎫
⎝⎛－=２
0σ
（负号表示上缘纤维受拉
式中:
σ――计算应力
c ――由a/ｂ值确定的系数，查表取得（a／b≥1
p 0――外压荷载,沿面板高度不同而度化。
b――加强圈净间距ａ――加劲肋间距h――板厚当ｂ >ａ时,已不符合周界固定条件,应按多跨连续板计算,确定间距。
fhaｐ≤⎪⎭
⎫
⎝⎛=２
4
3σ以上方法应在每个加强圈间距中计算,因为他们的p０值是不同的。
（３验算加劲肋角钢与面板共同抗弯强度,角钢在加强圈位置断开应按简支梁计算
线荷载q j=ａ·ｐ0
8
2ｂ ｑ Ｍ j＝
２/21５mm Nf WM
x
=≤=
σ式中:
W X――角钢与面组合后的抗弯模量（取1４7０0ｍm3当用５0×50×5角钢检算通不过时，换用6３×63×5角钢，Ｗ X =2368９ mm3检算。
3.3．３支撑桁架计算 （1受力分析
围堰在中间支撑两端设计加工不易保证其刚度,为简化计算忽略围堰的中间支撑两端的刚性,根据无矩理论,引用加强圈压力,中间支撑计算压力（图６
Ｎ＝2Ｎ１ｃoｓα
式中α——双圆围堰在中
间支撑两端切线与中间支撑轴
线的夹角
N=2×9５0201×cos4７.3７９0
（2采用１00×１0０×１0或７5×７５×8
角钢相扣成方管，组成双肢柱桁架,截面数据
１0０×１00×１0角钢A１=1926×２＝385２mm２I ｘ1=62３1667ｍm４ｉx1=40ｍm I x＝470558８２0０ｍｍ４ix=78２ｍｍl0=1４２７６mｍ
ｘ
λ=18．３
缀条用75×75×６角钢Ａ1=87９．7mm2l0=181７mmiy0=14．９mｍｘ
λ=1２２
3.
2１
４.
１759
77０4
27
3．
１８
27２
1
2≈
⨯
＋
＝
+
=
x
ｘ
oｘ Ａ
A
λ
λ
查表ϕ=0.9６6
208
215
９66
.0
167
7704
128６84９
1≈
⨯
=
⋅
≤
≈
＝
=f
A
Ｎ
ϕ
σ
7５×75×8角钢,缀条用7５×７5×6角钢,计算略。
（３缀条计算
[］１5０122=≤=λλ
受力检算与加强圈缀条检算相同，计算略。
4.抗滑、抗倾覆、抗浮稳定性验算
4.1抗滑稳定性验算
在围堰下水之前要在冰面上测放出围堰的准确位置，并且在围堰的内外打入钢管桩同时起导向作用和约束钢围堰不发生滑移。
围堰内部的导向桩和施工平台连起来形成整体，增强稳定性和增大抗冲击力。
在围堰的第一阶段下沉时冰也对围堰也起约束和导向作用。
在围堰的内部上游打入4根钢管桩，主要用来抵抗因水流的冲击
而产生向下游滑移的顷向，钢管桩打入河床深度不小于5米,上部和施工平台相连接。
计算简化模型如图8所示。
选用Ф３25壁厚为1０ｍm 的钢管桩Ｗ x=７55.７cm3
流水压力公式为
P＝０．８Ａrv２／（2g
式中：
０．８为圆形阻水系数;A为围堰的阻水面积;
r 为水的容重；ｖ为水流速
q=p/１3＝0.8×２２．４×ｌ×1３×10×１.52/２×１0×１3
＝２０.2ＫN/m
Mmax=9ql２／1２８=9×20.2KN／ｍ ×132／128=２40KＮｍ f =M mａx／4Ｗx＝２40KNｍ/４×７５5.7cm３=7９．４MＰa<2/21５mmNf= 不发生滑移
４.2抗倾覆稳定性验算
m图８
围堰的长宽比较大为2.18，且质量均匀并有导向钢管约束不会发生倾覆,所以不必进行抗倾覆验算。
4．3抗浮稳定性验算
在承台浇筑前最大的抽水状态下，对钢围堰及封底混凝土的自重是否能克服浮力的作用考虑,进行钢围堰浮力稳定性检算。
由于受河床标高及围堰入土深度的控制,封底混凝土采用C2０水下混凝土，厚度为2米;封底混凝土底面的水压力以18米计;仅靠钢围堰、封底混凝土、壁仓内注水等的重力不能克服服力作用。
因此，必须考虑封底混凝土与基桩间的粘结力,在封底前由潜水员对封底混凝土范围内的桩身表面进行清理并凿毛,保证封底混凝土和桩身之能够很好的粘接,计算中取封底混凝土与基桩间单位面积的粘结力为０．5ＭＰa。
浮力P=Ahｒ
=７５２．6×18×１０＝13５46８ＫＮ
钢围堰重N1=２30０KN
壁仓内注水重N２＝５0×２×1.2×9×10=1０8０0ＫＮ
封底混凝土重Ｎ３＝３１４.3×２×2×23－３.1４×２×１8×２3
=26３15．７ＫN
封底混凝土和基桩的粘结力Ｎ4=3.1４×２×2×１８×0.５×10０0
=1１３０40KN
N1+Ｎ２+Ｎ3+N4＝2３００+1０800+263１5.7+1１3040=15２4５5．７KＮN１＋N2＋N3＋Ｎ4>P
可以抵抗浮力
5．施工
5．1双壁围堰的制作
双壁围堰的制作在工厂中加工,按互换件和对号入座的办法制成块件,汽车运至江边后，人工在冰上拖至墩位处进行现场拼装。
各节、块之间安设防水胶条,在墩位处设跨施工平台龙门吊对组装后围堰翻身，尽量避免立焊或仰焊,现场搭设施工大棚,保证焊接质量。
围堰焊接后应有一定的刚度，围堰内外壁进行满缝施焊，确保无焊伤、无漏焊、无砂眼。
钢板与角钢水平杆的焊缝长度,大于1００mｍ,间距不大于８０ｍm。
角钢骨架的焊接进行满焊,在骨架块的外壁板上,焊接吊环,组装成型后对围堰尺寸、高度、倾斜角以及焊质量进行检查验收，并作漏水试验确保不漏水。
5.2围堰下沉
围堰分两阶段下沉，第一阶段在钻孔桩施工之前将围堰下沉到河床；第二阶段待钻孔桩完成后再将围堰下沉到设计位置。
第一阶段
在施工平台的军用梁上固定若干１0T倒链，用于固定已拼装好的围堰悬浮于水中，在围堰入水前先用测量仪器测放准确承台的位置后在围堰的上下游分别打入导向钢管桩，同时利用冰的作用使围堰入水位置准确并能够抵抗水的冲击。
围堰下放到水面以上位置处固定倒链使其处于悬浮状态,然后再拼装第二节围堰,第二节围堰和第一节围堰加固好以后再继续下放,当不下沉后在围堰的双壁间对称注水使其下沉。
围堰下沉着陆河床后暂不再下沉围堰,把围堰和导向钢管桩固
定将悬挂倒链锁死。
第二阶段
在施工平台上进行钻孔桩施工，待承台内钻孔桩全部完成后再采用吸泥法下沉围堰达到设计位置，利用吸泥机和砂石泵配合使用在围堰内侧刃脚附近将泥砂吸出，注意吸泥机和砂石泵要在围堰四周均匀布置,保证围堰均匀平稳下沉。
５.3封底
围堰下沉完毕,对围堰内河床按方格网坐标分区域逐块吸泥,将泥砂清理干净,由潜水员下水逐块、逐片检查，测量标高合格后才能浇注水下封底混凝土。
在各阶段施工时均要注意围堰内外的水面高差平衡，防止出现翻砂现象。
封底前由潜水员对承台的各桩桩头进行清理确保封底混凝土和桩基良好连接,增强封底混凝土的抗压能力减少封底混凝土的厚度。
封底混凝土采用一次性布设导管法,剪球顺序由四周向中间，施工时防先剪球的导管混凝土扩散到未剪球的导管位置。
围堰在抽水前由潜水员到水下检查封底是否严密如有较大漏洞要采取措施堵塞。
5．4防冰排措施
某大桥桥址上游共有５座桥，这5座桥的最大孔径为9０米，本桥的最大孔径为1３8米,距滨北铁路桥仅2公里,且桥位处主河道较宽近4０0米，大面积冰排都可以平稳通过,所以本桥位处的防冰排压力并不是很大。
但防冰排工作也不可忽视,在便各墩位及围堰的上游均要采取必要的防冰措施。
施工过程中在流冰期（每年的4月１日至4月２0日派专人密切观察流冰情况,并在上游架设过江缆绳用于导向小船人工疏导冰排,同时准备小型炸药包如发现过大冰块或发生冰排拥塞河道时可在冰面进行爆破。
在围堰上游打入钢管桩并和围堰外侧的导向钢管桩相连,成三角形布置（布置形式见图纸,钢管桩打入河床深４米。
以减轻冰排或汛期漂浮物对围堰的撞击。
5．５回收
水中墩施工完成后清除围堰内外所有约束后在围堰内充水,然后抽出壁仓内的水靠水的浮力将围堰浮起，毕要时可用吸呢机清除围堰外壁周围的泥砂以减小摩阻力便于围堰浮起。
围堰起后在水面以上进行切割分成小块后由驳船运出。
围堰自重N１=230０ＫN，受到的浮力（壁仓内水重Ｎ2=10８0０KＮ,浮力远大于自重力,可以使围堰克服各种阻力而浮起。
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