(1.31)--钢围堰设计计算案例.doc

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1、15#墩双壁钢围堰封底方案一、简述钢围堰就位后，在围堰双壁上安装分配梁，搭设钻孔施工平台。插打钢护筒，利用钢护筒支撑搭设平台，进行围堰封底后再钻孔施工。二、施工工艺流程浮吊就位 钢管起吊测量定位振动下沉偏位达到设计标高，桩顶处理2I40a托梁安装横梁安装（I32）贝雷梁安装分配梁施工 下一工序施工 1、钢护筒下沉当钢护筒下至岩面时，经测量检查钢护筒位置符合设计要求后，在四角撑腿处用楔块塞死。由潜水员下水将护筒底与基岩表面有空隙的地方用砂袋封堵严实。然后在护筒内填3m厚的片石或粘土，以防止灌注砼时砼挤压护筒，使护筒变形或移位，同时也防止砼挤入护筒内影响今后钻孔的施工。钢护筒与平台、围堰要连成一整

2、体，防止封底过程中，护筒位置发生偏移。在围堰中间设有3个临时钢护筒，为满足围堰的整体抗浮，3根2.6直径的钢护筒要求入岩2米，且内冲桩至少入岩5米，进行水下砼的浇筑，3根共需C25水下混凝土约170方。钢护筒打完再围堰内部先回填自然级配砂卵石，填方为围堰内河床低标高至封底混凝土低标高，约1.2米的厚共676立方米。待沙卵石回填后，安排潜水员进行整平，大致平整后进行封底混凝土的浇筑。2、封底混凝土灌注2.1导管布置钢围堰封底混凝土采用刚性导管进行灌注，导管直径为273mm，。共设20根导管，20根导管作用范围覆盖全部钢围堰底部。每根导管的顶端均设一个容量为1m3的漏斗，每个漏斗下面接上阀门，每根

3、导管长度13m。导管在平台上预先分段拼装，吊装时再逐渐接长，下放时保持轴线顺直。导管口下沉至岩面后提升到距离岩面2040cm，然后用链条葫芦固定在平台上。漏斗上方的工作平台上设置4个容量为10m3的储料斗，出料斗出口设置溜槽，直接通到导管上方的漏斗内。图4 导管平面布置图2.2封底砼灌注围堰封底时，分仓浇注，先浇注下游仓，再浇注上游仓。封底砼为C20混凝土，所配置的砼缓凝时间为18小时，塌落度为1822cm。围堰内封底砼约为1410m3，为保证封底砼的质量，必须连续供应并在尽可能短的时间内完成灌注。主墩15#墩位于河中心，采用水陆并用的供应方式，一方面用船载砼车运输，另一方面在14#墩平台上设

4、两台地泵，通过浮桥直接泵送至15#墩。砼采用商品砼，用19台混凝土搅拌运输车运送，确保其拌合能力在100m3以上。在封底前，与商品砼公司协商好，务必保证混凝土的持续供应。由于封底的面积较大，所以在围堰内设置有20个测点，灌注过程中随时用测绳进行测量，以此来掌握混凝土的流动情况，控制导管的埋深。封底砼的顶面标高。灌注后期适当增加混凝土的塌落度，使砼形成比较平坦的顶面，封底混凝土的灌注标高一般比设计标高提高15cm，待钻孔灌注桩完成后，再抽水凿出封底混凝土的松软层至设计标高。封底后严防船只碰撞围堰，影响混凝土与围堰粘结。5.1、围堰封底混凝土厚度计算 围堰封底抽水完成后，封底混凝土需承受水头差引起

5、的向上浮力，封底混凝土标号为C25，其容重=24kN/m3，施工时清理基底保证封底混凝土厚度不小于表中所列厚度，取封底厚度减少30cm为有效厚度计算。 表2 封底计算参数表 单位：m墩号施工水位承台顶承台底封底厚度封底砼底15#78.6378.6372.632.570.115#8078.6372.632.670.015#8178.6372.632.869.815#8278.6372.63369.615#8378.6372.633.269.415#8478.6372.633.369.3以施工水位84m为例，封底厚度为3.3m，有效厚度为3.3-0.3=3m，计算过程如下：封底混凝土所受荷载 q=

6、水h水砼h砼=10(84.0-72.63+3)-243=71.7kN/m2 抗弯计算i、承台范围内抗弯计算按照四角点简支板计算，Lx=4600mm，Ly=4600mm，Lx/Ly=1.0，1/6；查得：=0.1547，M0x=M0y=0.1547qlx2=0.154771.74.62 =234.7kNm取1m单宽进行验算: Wx=bh2/6=1.5m3，采用C25封底混凝土，根据铁路混凝土与砌体设计规范其允许应力为：弯曲拉应力：=650Kpa，ii、系梁处抗弯计算按照四角点简支板计算，Lx=9400mm，Ly=4600mm，Lx/Ly=2.04，1/6；查得：=0.1304，M0x=M0y=0

7、.1304qlx2=0.130471.79.42 =826.1kNm取1m单宽进行验算: Wx=bh2/6=1.5m3，采用C25封底混凝土，根据铁路混凝土与砌体设计规范其允许应力为：弯曲拉应力：=650Kpa，、考虑分区不均匀的钢护筒粘结力计算图3 围堰抗浮分区示意图平面布置i、承台（不含系梁）范围内钢护筒粘结力计算封底投影面积：A=365.4m2；18根护筒面积：0.7852.621895.5m2；封底实际投影面积为：365.495.5269.9m2；封底混凝土重量：G=24269.93.3=21376.1kN；浮力：F浮(84.0-72.63+3.3)10269.939594.3kN；范

8、围内共有18根2.6m钢护筒，每根钢护筒所承受的粘结力为：（39594.3-21376.1）/(3.142.63100018)0.041MPa0.15Mpaii：系梁中间部分钢护筒计算封底投影面积：A=（18.813.2）/2=124.1m2；护筒面积：0.7852.62315.9m2；封底实际投影面积为：124.115.9108.2m2；封底混凝土重量：G=24108.23.3=8569.4kN；浮力：F浮(84.0-72.63+3.3)10108.215873.9kN；范围内共有3根2.6m钢护筒，每根钢护筒所承受的粘结力为：（15873.9-8569.4）/(3.142.6310003)

9、0.099MPa0.15Mpaiii：靠近系梁最内排桩基钢护筒计算（考虑两个分区范围共同作用的粘结力）假设除i和ii范围之外的浮力均由靠近系梁最内排桩基钢护筒承受，则此部分浮力引起的钢护筒粘结力如下：封底实际投影面积：A=563.4-365.4-124.1=73.9m2；封底混凝土重量：G=2473.93.3=5852.9kN；浮力：F浮(84.0-72.63+3.3)1073.910841.1kN；范围内共有6根2.6m钢护筒，每根仅一半面积有效，则每根钢护筒所承受的粘结力为：（10841.1-5852.9）/(3.142.63100060.5)0.069Mpa与承台（不含系梁）范围内钢护筒

10、粘结力共同考虑，则：0.069+0.041=0.11 Mpa 0.15Mpa、结论3.3m厚（有效厚度为3 m）封底混凝土满足受力要求。优化方案：1、工程概况15#采用双壁钢围堰，围堰外径47.3m，内径16.2m，封底面积为563.4m2，封底顶面标高为78.63，高差约为4.5米，单墩混凝土灌注量达2543m3左右，采用C30水下混凝土进行封底。2、封底混凝土施工平台封底混凝土施工需要在钢围堰顶搭设工作平台，14#墩考虑封底后钻孔桩施工时的最大荷载，用双拼I36搭在钢护筒的两侧和围堰的顶面。由50t浮吊插打钢护筒。然后在护筒内填2-3m厚的土或片石，以防止灌注砼时砼挤压护筒，使护筒变形和移

11、位，同时也防止砼挤入护筒内影响今后钻孔的施工。钢护筒用I36与围堰要连成一整体，防止封底过程中，护筒位置发生偏移。为保证施工安全，工作平台上满铺脚手板，并在四周设围栏防护。3、导管布设钢围堰封底混凝土采用刚性导管进行灌注，导管直径为300mm，（其平面布置见图1）。共设10根导管点，10根导管作用范围覆盖全部钢围堰底部。在上游第一排两个导管的顶端均设一个漏斗，每个漏斗下面接上阀门，每根导管长度13m。导管灌注半径按4.5m考虑，长度根据布点处实测距离确定，导管底口离河床面约10cm，导管上接10m3的集料斗（首灌封口后，改用1 m3的漏斗）。为了控制封底砼的标高，在平台上共设测点20个，原则上

12、在导管之间和钢围堰内边沿布点。图1 导管平面布置图4、封底砼灌注封底砼的灌注通过汽车泵泵送到地泵里面，在通过近300米的泵管接到导管上。在灌注砼前应对钢围堰内的河床地形情况进行详细测量，并由潜水员沿钢围堰四周刃脚认真探察，如刃尖处有和外部穿通的现象，用麻袋砼或麻袋砂卵石堵漏，保证封底砼不外漏。为了在砼灌注过程中保持围堰内外水头平衡，在钢围堰上用水泵排水，因为大面积封底不能一下把围堰刃尖封死，随着砼的下灌，围堰内的水要向外排流，如不排水，大量的水就从刃尖处向外渗流出去，最后将集中在一处排出，此处的砼不断受水流冲洗，在将来抽水时，可能有漏水现象。灌注顺序由河床最低处开始，由低到高逐个灌注，勤测导管

13、口下的导口悬空高度，如果导管底口处已有砼，就马上进行此导管的封口灌注，当全部导管都封口后，按照12345678910的顺序灌注砼。第一斗封口砼控制在10m3左右，保证导管埋深0.5m以上，首灌封口完成后，导管口就改用1m3的小漏斗。在灌注过程中，要加强测量砼的表面高度，指挥料斗下料，使围堰内砼均匀上升，并及时用50t浮吊拆卸导管，保证导管埋深在1m左右。由于封底的面积较大，在围堰内设置有20个测点，灌注过程中随时用测绳进行测量，以此来掌握混凝土的流动情况，控制导管的埋深，封底砼的顶面标高。灌注后期适当增加混凝土的塌落度，使砼形成比较平坦的顶面，待钻孔灌注桩完成后，再抽水凿出封底混凝土的松软层并

14、进行沙浆找平至设计标高。封底后严防船只碰撞围堰，影响混凝土与围堰粘结。5、砼配合比设计按C25水下砼配制，坍落度要求2022cm，缓凝时间不小于16小时，砼要求和易性好，满足泵送要求，且流动半径不小于5m，砂和石子的规格及级配应严格控制，如果石子级配不合理、砂过细或含泥量过大，搅拌的砼不易泵送，容易造成堵管，使得封底施工不能顺利进行。6、技术、质量及后勤保证措施开工前由技术总负责人向有关人员进行技术交底，主要说明灌注顺序、注意事项、质量要求、测量监控等。施工全过程都有技术人员值班，随时解决施工中出现的一切问题，拌合站均有试验人员24小时跟班作业，对砼配合比、搅拌时间、外加剂等工作进行控制，特别

15、是用水量的控制要严格，使砼的和易性保持稳定，从而保证砼质量和可泵性，拌合站劳务人员要准备充分。技术和测量人员在灌注过程中要经常测量水下砼高度，为砼布料提供依据，始终使水下砼基本保持水平。施工用电方面除了与供电部门加强联系外，还要准备好发电机电工24小时值班，随时准备发电。物资设备部门对施工用料的补充、设备保障要做好充分准备，保证材料充足，设备状态良好并备足易损件。各部门要配合航道等有关单位做好安全工作，准备好水上救生船、救生衣等。围堰封底计算书：1、围堰概况：1.1、围堰布置图1 围堰立面布置图2 围堰平面布置1.2、围堰相关参数（1）围堰外轮廓尺寸：47.3m(长)16.2m(宽)15.0m

16、(高)，围堰双壁侧板厚1.5m，壁板：6mm；环板：20012514；竖肋：75506；水平桁架：10010；隔仓板：14mm；隔仓板补强板：14mm；隔舱板加劲角钢：75506；内支撑：80010钢管。 表1 标高参数表 单位：m墩号施工水位围堰顶围堰底承台顶承台底河床14#+78.00+80.72+65.72+78.63+72.63+68.30（2）封底混凝土厚4.5m，采用C30混凝土。（3）钢套箱最大设防水位+80.22m，封底混凝土及承台施工时水位不高于+80.00m。围堰壁板内填充7m高C25水下混凝土，在围堰封底时同时浇注。（4）钢套箱双壁隔舱灌水高度根据水位变化相应调节。（5）

17、围堰重：约569t。（6）钢材力学性能：允许抗拉、抗压和抗弯应力=170MPa； 剪应力=100 MPa；1.3、计算内容（1）围堰封底混凝土强度计算。2、计算依据（1）柳州市广雅大桥主桥设计基础图。（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)。 （3）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000）。（4）钢结构设计规范(GB50017-2003)。 （5）铁路桥涵钢结构设计规范（TB 1002.2-99）。（6）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007)。3、围堰结构计算3.1、围堰封底混凝土厚度计算 围堰封底抽水完成后，封底混凝土需承受水头差引起的

18、向上浮力，封底混凝土标号为C30，其容重=24kN/m3，施工时清理基底保证封底混凝土厚度不小于表中所列厚度，取封底厚度减少30cm为有效厚度计算。 施工水位取78.0m，封底厚度为4.5m，有效厚度为4.5-0.3=4.2m，计算过程如下：封底混凝土所受荷载： q=水h水砼h砼=10(78-72.63+4.2)-244.2=-5.1kN/m2 即封底混凝土自重大于封底混凝土承受水头差引起的向上浮力，封底混凝土方案对比：根据详勘资料，目前河床顶面与承台底高差约为4.5m，原方案封底厚度为3m，回填砂卵石厚度为1.5m，为减少因施工中的误差影响封底厚度，需减少回填砂卵石的厚度0.5m，回填控制高

19、度改为1m，混凝土控制高度为3.5m，从而保证混凝土厚度不小于3m。材料费用方面：优化的方案比原方案增大了563m混凝土的投入，约20万元（含泵送）；减小了563m砂卵石的投入，约4.5万元（仅为材料费用）；减少了围堰中间3根临时钢护筒约50m的直径2.6m的钢护筒，减少投入约26万元（钢护筒按24m回收，材料价的60%计）；减少了3根抗拔钢护筒冲孔入岩费用约14万，减少临时钢护筒内灌注的混凝土约170m，约9.5万；可节约成本约34万。工期方面：优化的方案比原方案缩短了22天工期，制作运输安装钢护筒4天时间，减少回填砂卵石1天，潜水员水下整平1天。因围堰尺寸有限，钻机摆放位置受限，为后期冲孔施工时缩短工期14天。割除3根钢护筒2天。机械设备方面：优化的方案比原方案减少了运砂船、冲击钻机等设备的投入，缓解了电力供应压力大的问题。质量方面：优化的方案，围堰内部的封底混凝土一次性浇筑与围堰内河床形成整体，没有中间的砂卵石层可以很大程度减少以后钻孔的漏浆现象以及保证桩的成桩质量。