最新大型異形雙壁鋼圍堰

1、大型異形雙壁鋼圍堰大型異形雙壁鋼圍堰在橋梁深水基礎(chǔ)應(yīng)用的研究在橋梁深水基礎(chǔ)應(yīng)用的研究中港集團(tuán)二航局武漢軍山長(zhǎng)江公路大橋項(xiàng)目部中港集團(tuán)二航局武漢軍山長(zhǎng)江公路大橋項(xiàng)目部 湖北省京珠高速公路建設(shè)指揮部湖北省京珠高速公路建設(shè)指揮部 二二oo二年十一月二年十一月 大型異形雙壁鋼圍堰大型異形雙壁鋼圍堰在橋梁深水基礎(chǔ)應(yīng)用的研究在橋梁深水基礎(chǔ)應(yīng)用的研究 工程總概況工程總概況 武漢軍山長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)槲蹇邕B續(xù)雙塔雙索面半漂武漢軍山長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)槲蹇邕B續(xù)雙塔雙索面半漂浮體系鋼箱梁斜拉橋，兩個(gè)主塔墩基礎(chǔ)均采用鋼圍浮體系鋼箱梁斜拉橋，兩個(gè)主塔墩基礎(chǔ)均采用鋼圍堰施工方案。堰施工方案。 主墩工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件墩工程地質(zhì)

2、及水文地質(zhì)條件 主主5號(hào)墩位于長(zhǎng)江北岸河床，表層為松散狀粉號(hào)墩位于長(zhǎng)江北岸河床，表層為松散狀粉細(xì)砂層，下伏基巖為粉砂質(zhì)泥巖。細(xì)砂層，下伏基巖為粉砂質(zhì)泥巖。 主主6號(hào)墩位于長(zhǎng)江南岸，地形平緩，河床表部號(hào)墩位于長(zhǎng)江南岸，地形平緩，河床表部分布河流沖積的砂礫石層，厚約分布河流沖積的砂礫石層，厚約0.10.3m，下伏粉砂質(zhì)泥巖。下伏粉砂質(zhì)泥巖。 橋位處多年年平均水位為橋位處多年年平均水位為17.49m，枯水期平均，枯水期平均水位為水位為14.18m，一月份平均水位為，一月份平均水位為12.3m，七，七月份平均水位為月份平均水位為22.66m。設(shè)計(jì)斷面平均流速為。設(shè)計(jì)斷面平均流速為2.21m/s。 主墩

3、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況主墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況 主主5、主、主6號(hào)墩基礎(chǔ)為主塔基礎(chǔ)，一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)置號(hào)墩基礎(chǔ)為主塔基礎(chǔ)，一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)置19根根2.5m的鉆孔灌注樁。主的鉆孔灌注樁。主5號(hào)墩基礎(chǔ)平均樁長(zhǎng)為號(hào)墩基礎(chǔ)平均樁長(zhǎng)為42m，樁底標(biāo)高為樁底標(biāo)高為-40.5m；主；主6號(hào)墩基礎(chǔ)平均樁長(zhǎng)為號(hào)墩基礎(chǔ)平均樁長(zhǎng)為40m，樁，樁底標(biāo)高為底標(biāo)高為-38.5m。承臺(tái)頂面標(biāo)高為。承臺(tái)頂面標(biāo)高為7.5m，底面標(biāo)高為，底面標(biāo)高為1.5m，厚，厚6m，直徑為，直徑為30m。 方方 案案 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 主塔墩基礎(chǔ)采用鋼圍堰方案施工。主塔墩基礎(chǔ)采用鋼圍堰方案施工。 按常規(guī)設(shè)計(jì)，鋼圍堰的直徑將達(dá)到按常規(guī)設(shè)計(jì)，鋼圍堰的直徑將達(dá)到44m。為了減小鋼圍

4、堰，設(shè)計(jì)首次創(chuàng)造性地提出為了減小鋼圍堰，設(shè)計(jì)首次創(chuàng)造性地提出了異型鋼圍堰結(jié)構(gòu)，即在圓形鋼圍堰上焊了異型鋼圍堰結(jié)構(gòu)，即在圓形鋼圍堰上焊接兩個(gè)簸箕形構(gòu)造。接兩個(gè)簸箕形構(gòu)造。 鋼圍堰模型鋼圍堰模型 簸箕形耳板底座仰視簸箕形耳板底座仰視 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 鋼圍堰采用雙鋼圍堰采用雙壁自浮式，平壁自浮式，平面為圓形外加面為圓形外加兩個(gè)簸箕形。兩個(gè)簸箕形。 簸箕形構(gòu)造分簸箕形構(gòu)造分二期制作安裝。二期制作安裝。 鋼圍堰一般構(gòu)造詳圖鋼圍堰一般構(gòu)造詳圖 異形鋼圍堰詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖異形鋼圍堰詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 分分 析析 圓形鋼圍堰受力計(jì)圓形鋼圍堰受力計(jì)算；算； 鋼圍堰切割后異型鋼圍堰切割后異型鋼圍堰的空間受力

5、鋼圍堰的空間受力計(jì)算；計(jì)算； 鋼圍堰整體抗滑、鋼圍堰整體抗滑、抗傾覆及抗浮穩(wěn)定抗傾覆及抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算性驗(yàn)算 異型鋼圍堰空間計(jì)算模型異型鋼圍堰空間計(jì)算模型 計(jì)計(jì) 算算 工工 況況 工況一：鋼圍堰外水位工況一：鋼圍堰外水位15.00m，簸箕形構(gòu)造頂標(biāo)高，簸箕形構(gòu)造頂標(biāo)高16.80m，圓形鋼圍堰頂標(biāo)高，圓形鋼圍堰頂標(biāo)高25.00m。 工況二：鋼圍堰外水位工況二：鋼圍堰外水位20.00m，簸箕形構(gòu)造頂標(biāo)高，簸箕形構(gòu)造頂標(biāo)高22.00m，圓形鋼圍堰頂標(biāo)高，圓形鋼圍堰頂標(biāo)高25.00m。 工況三：鋼圍堰外水位工況三：鋼圍堰外水位20.00m。簸箕形構(gòu)造頂標(biāo)高。簸箕形構(gòu)造頂標(biāo)高22.00m，圓形鋼圍堰二號(hào)環(huán)

6、塊自標(biāo)高，圓形鋼圍堰二號(hào)環(huán)塊自標(biāo)高14.80m切割至標(biāo)切割至標(biāo)高高21.00m處，鋼圍堰壁艙內(nèi)灌水至標(biāo)高處，鋼圍堰壁艙內(nèi)灌水至標(biāo)高15.50m，鋼圍，鋼圍堰內(nèi)部灌水至標(biāo)高堰內(nèi)部灌水至標(biāo)高11.00m。 抗抗 滑、抗滑、抗 傾傾 覆、抗覆、抗 浮浮 安安 全全 系系 數(shù)數(shù) 抗滑安全系數(shù)抗滑安全系數(shù)2.4抗傾覆安全系數(shù)抗傾覆安全系數(shù)3.8抗浮安全系數(shù)抗浮安全系數(shù)1.3 應(yīng)應(yīng) 力力 測(cè)測(cè) 試試 目目 的的 及及 實(shí)實(shí) 際際 狀狀 況況 鋼圍堰受力工況有：下沉狀態(tài)、著床狀態(tài)、最大抽水狀態(tài)、鋼圍堰受力工況有：下沉狀態(tài)、著床狀態(tài)、最大抽水狀態(tài)、一期切割完成、二期切割完成等。一期切割完成、二期切割完成等。

7、施工過(guò)程中存在一次結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換：澆筑承臺(tái)前的最大抽施工過(guò)程中存在一次結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換：澆筑承臺(tái)前的最大抽水狀態(tài)，鋼圍堰為圓形結(jié)構(gòu)；施工下塔柱時(shí)，切割與下塔水狀態(tài)，鋼圍堰為圓形結(jié)構(gòu)；施工下塔柱時(shí)，切割與下塔柱相干擾部分的圍堰壁后，鋼圍堰是一個(gè)開(kāi)口的異形結(jié)構(gòu)，柱相干擾部分的圍堰壁后，鋼圍堰是一個(gè)開(kāi)口的異形結(jié)構(gòu)，其受力十分復(fù)雜。其受力十分復(fù)雜。 實(shí)際的測(cè)試情況是：承臺(tái)施工完成后，在圓形鋼圍堰內(nèi)壁實(shí)際的測(cè)試情況是：承臺(tái)施工完成后，在圓形鋼圍堰內(nèi)壁板和簸箕形構(gòu)造內(nèi)壁板上的代表性部位布設(shè)測(cè)點(diǎn)，在分期板和簸箕形構(gòu)造內(nèi)壁板上的代表性部位布設(shè)測(cè)點(diǎn)，在分期切割施工的不同階段進(jìn)行測(cè)試切割施工的不同階段進(jìn)行測(cè)試。 測(cè)測(cè)

8、點(diǎn)點(diǎn) 布布 置置 原原 則則 選定一個(gè)鋼圍堰作為監(jiān)控對(duì)象。選定一個(gè)鋼圍堰作為監(jiān)控對(duì)象。 在迎水側(cè)布置測(cè)點(diǎn)，其中一半測(cè)點(diǎn)密布，為主控測(cè)點(diǎn)，在迎水側(cè)布置測(cè)點(diǎn)，其中一半測(cè)點(diǎn)密布，為主控測(cè)點(diǎn)，另一半測(cè)點(diǎn)疏布，為校核測(cè)點(diǎn)。另一半測(cè)點(diǎn)疏布，為校核測(cè)點(diǎn)。 測(cè)點(diǎn)選擇在理論計(jì)算中應(yīng)力較大且有代表性的區(qū)域測(cè)點(diǎn)選擇在理論計(jì)算中應(yīng)力較大且有代表性的區(qū)域。 測(cè)測(cè) 試試 元元 件件 安安 裝裝 測(cè)試元件采用表面式鋼弦應(yīng)變計(jì)測(cè)試元件采用表面式鋼弦應(yīng)變計(jì) 。 用電焊將元件焊于鋼板壁面用電焊將元件焊于鋼板壁面 ，焊接采用點(diǎn)焊。，焊接采用點(diǎn)焊。 元件導(dǎo)線順?shù)搩?nèi)壁引至圍堰頂，分點(diǎn)集中成束，元件導(dǎo)線順?shù)搩?nèi)壁引至圍堰頂，分點(diǎn)集中成束，

9、以便觀測(cè)。以便觀測(cè)。 測(cè)測(cè) 試試 工工 況況 切割前最不利狀態(tài)：切割前最不利狀態(tài)： 江水水位江水水位15.7m，氣溫，氣溫 13，壁艙內(nèi)水位，壁艙內(nèi)水位9.0m，圍堰內(nèi)積水約圍堰內(nèi)積水約70cm。切割前：江水水位切割前：江水水位15.5m，氣溫，氣溫13.5，圍堰壁艙內(nèi)注水，圍堰壁艙內(nèi)注水至高程至高程11.5m。第一期第第一期第1塊切割完成：江水水位塊切割完成：江水水位15.3m，氣溫，氣溫10，圍，圍堰壁艙內(nèi)水位堰壁艙內(nèi)水位11.5m。第一期第第一期第2塊切割完畢即第一期切割完成：江水水位塊切割完畢即第一期切割完成：江水水位15.25m，氣溫，氣溫10.5，圍堰壁艙內(nèi)水位，圍堰壁艙內(nèi)水位11

10、.5m。 測(cè)測(cè) 試試 時(shí)時(shí) 機(jī)機(jī) 溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)段。溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)段。 切割前切割前3d每每d測(cè)量測(cè)量1次。次。 切割過(guò)程中增加測(cè)試密度。切割過(guò)程中增加測(cè)試密度。 切割完成，減少測(cè)試次數(shù)。切割完成，減少測(cè)試次數(shù)。 塔柱施工出水面，圍堰注水前觀測(cè)塔柱施工出水面，圍堰注水前觀測(cè)1次即可終止測(cè)量。次即可終止測(cè)量。 結(jié)結(jié) 果果 分分 析析 直接測(cè)試結(jié)果僅為自布設(shè)測(cè)點(diǎn)之時(shí)的工況起到測(cè)試時(shí)的工直接測(cè)試結(jié)果僅為自布設(shè)測(cè)點(diǎn)之時(shí)的工況起到測(cè)試時(shí)的工況止圓形鋼圍堰內(nèi)壁板和簸箕形構(gòu)造內(nèi)壁板某些部位的垂況止圓形鋼圍堰內(nèi)壁板和簸箕形構(gòu)造內(nèi)壁板某些部位的垂直或水平向的應(yīng)力變化值。要想通過(guò)該測(cè)試值確定圍堰各直或水平向的

11、應(yīng)力變化值。要想通過(guò)該測(cè)試值確定圍堰各部的的最終應(yīng)力值，必須作如下假定：部的的最終應(yīng)力值，必須作如下假定： 鋼圍堰各部的最終應(yīng)力值為切割前圓形鋼圍堰各部的應(yīng)力鋼圍堰各部的最終應(yīng)力值為切割前圓形鋼圍堰各部的應(yīng)力與切割后鋼圍堰各部應(yīng)力增量的疊加。與切割后鋼圍堰各部應(yīng)力增量的疊加。 豎肋與壁板、環(huán)板與壁板在局部構(gòu)成組合斷面分別共同承豎肋與壁板、環(huán)板與壁板在局部構(gòu)成組合斷面分別共同承受沿豎肋方向和水平方向的水壓力，受力處于彈性階段。受沿豎肋方向和水平方向的水壓力，受力處于彈性階段。 根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了（根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了（1）圓形鋼圍堰應(yīng)力和（）圓形鋼圍堰應(yīng)力和（2）異型鋼）異型鋼圍堰應(yīng)力計(jì)算，并與設(shè)

12、計(jì)計(jì)算結(jié)果相對(duì)比。圍堰應(yīng)力計(jì)算，并與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果相對(duì)比。 結(jié)結(jié) 論論 鋼圍堰一期第鋼圍堰一期第1塊切割完成后，異型鋼圍堰處于塊切割完成后，異型鋼圍堰處于最不利狀態(tài)時(shí)，但結(jié)構(gòu)仍是安全的。最不利狀態(tài)時(shí)，但結(jié)構(gòu)仍是安全的。鋼圍堰一期第鋼圍堰一期第1塊切割完成后，切割區(qū)邊緣應(yīng)力塊切割完成后，切割區(qū)邊緣應(yīng)力變化值較大，簸箕形構(gòu)造內(nèi)的應(yīng)力變化值較小。變化值較大，簸箕形構(gòu)造內(nèi)的應(yīng)力變化值較小。鋼圍堰一期第鋼圍堰一期第2塊切割完成后，結(jié)構(gòu)是安全的。塊切割完成后，結(jié)構(gòu)是安全的。從監(jiān)測(cè)鋼圍堰的應(yīng)力狀態(tài)、評(píng)估鋼圍堰整體結(jié)構(gòu)從監(jiān)測(cè)鋼圍堰的應(yīng)力狀態(tài)、評(píng)估鋼圍堰整體結(jié)構(gòu)安全度、指導(dǎo)鋼圍堰的切割施工等方面的意義上安全度、指

13、導(dǎo)鋼圍堰的切割施工等方面的意義上講，此次鋼圍堰的應(yīng)力監(jiān)控是成功的。講，此次鋼圍堰的應(yīng)力監(jiān)控是成功的。 異異 形形 鋼鋼 圍圍 堰堰 的的 采采 用用 首首 節(jié)節(jié) 鋼鋼 圍圍 堰堰 定定 位位 鋼圍堰圓形部分從下至上分成了刃腳段、加強(qiáng)段和標(biāo)鋼圍堰圓形部分從下至上分成了刃腳段、加強(qiáng)段和標(biāo)準(zhǔn)段準(zhǔn)段 。 采用了定位船采用了定位船+單導(dǎo)向船單導(dǎo)向船+岸上錨碇的新型方式來(lái)鎖定岸上錨碇的新型方式來(lái)鎖定圍堰。圍堰。 采用采用250t浮吊整體吊裝。浮吊整體吊裝。 鋼圍堰接高、下沉和著床穩(wěn)定鋼圍堰接高、下沉和著床穩(wěn)定 每一節(jié)段均由每一節(jié)段均由8塊單體在拼裝船組上拼裝焊接成整體，運(yùn)到墩位處，以塊單體在拼裝船組上拼裝

14、焊接成整體，運(yùn)到墩位處，以250t浮吊整節(jié)起吊與首節(jié)（或上一節(jié)）進(jìn)行焊接浮吊整節(jié)起吊與首節(jié)（或上一節(jié)）進(jìn)行焊接 。每接高一節(jié)即均勻灌水下沉，當(dāng)圍堰接高下沉至刃尖距河床每接高一節(jié)即均勻灌水下沉，當(dāng)圍堰接高下沉至刃尖距河床0.5m左右即左右即暫停灌水下沉，通過(guò)導(dǎo)向船組及其錨碇系統(tǒng)嚴(yán)格控制鋼圍堰扭轉(zhuǎn)、偏位，暫停灌水下沉，通過(guò)導(dǎo)向船組及其錨碇系統(tǒng)嚴(yán)格控制鋼圍堰扭轉(zhuǎn)、偏位，以實(shí)現(xiàn)圍堰的定位。以實(shí)現(xiàn)圍堰的定位。然后均勻灌水，快速實(shí)施圍堰刃腳的著床然后均勻灌水，快速實(shí)施圍堰刃腳的著床 ，調(diào)節(jié)千斤頂以整平圍堰。鋼，調(diào)節(jié)千斤頂以整平圍堰。鋼板凳、鋼板塞緊支墊，用麻袋裝混凝土由潛水員水下進(jìn)行封堵，同時(shí)圍板凳、鋼板

15、塞緊支墊，用麻袋裝混凝土由潛水員水下進(jìn)行封堵，同時(shí)圍堰外堰外 周拋投足夠數(shù)量的周拋投足夠數(shù)量的 鋼筋石籠和鋼筋石籠和 石塊，以牢石塊，以牢 固地穩(wěn)定圍堰。固地穩(wěn)定圍堰。分節(jié)段整體起吊分節(jié)段整體起吊 鋼圍堰內(nèi)清基、下放鉆孔鋼護(hù)筒、封底鋼圍堰內(nèi)清基、下放鉆孔鋼護(hù)筒、封底 基采用一臺(tái)空氣壓縮機(jī)（基采用一臺(tái)空氣壓縮機(jī)（40m3/min）配置兩臺(tái)）配置兩臺(tái)250mm空氣吸空氣吸泥機(jī)進(jìn)行泥機(jī)進(jìn)行 。 用拆裝式桿件拼裝鉆孔鋼護(hù)筒定位架用拆裝式桿件拼裝鉆孔鋼護(hù)筒定位架 。 以圍堰頂上用萬(wàn)能桿件拼裝桁架式的工作平臺(tái)，開(kāi)始對(duì)鋼圍以圍堰頂上用萬(wàn)能桿件拼裝桁架式的工作平臺(tái)，開(kāi)始對(duì)鋼圍堰進(jìn)行水下混凝土澆注封底。封底混凝

16、土數(shù)量較大，每個(gè)主堰進(jìn)行水下混凝土澆注封底。封底混凝土數(shù)量較大，每個(gè)主墩約墩約5000m3 。導(dǎo)管法澆注封底砼導(dǎo)管法澆注封底砼 圍堰內(nèi)抽水全貌圍堰內(nèi)抽水全貌 吸泥吸泥鋼圍堰工程數(shù)量匯總表鋼圍堰工程數(shù)量匯總表 材料名稱材料名稱數(shù)量數(shù)量鋼材（鋼材（kg）鋼板鋼板1039101角鋼角鋼255423槽鋼槽鋼12414鋼筋鋼筋2156鋼材合計(jì)（鋼材合計(jì)（kg）12181643%焊條（焊條（kg）3929115號(hào)水下艙壁混凝土（號(hào)水下艙壁混凝土（m3）181115號(hào)干澆混凝土（號(hào)干澆混凝土（m3）33鋼圍堰工程數(shù)量匯總表鋼圍堰工程數(shù)量匯總表 技技 術(shù)術(shù) 經(jīng)經(jīng) 濟(jì)濟(jì) 比比 較較項(xiàng)項(xiàng) 目目圓形鋼圍堰圓形鋼圍堰異形鋼圍堰異形鋼圍堰幾何幾何尺寸尺寸外徑外徑44m，高高30.5m，壁厚壁厚1.8m外徑外徑33m，高高30.5m，壁厚壁厚1.5m，簸箕形構(gòu)造高簸箕形構(gòu)造高16.648m，寬寬17.5m，壁厚壁厚1.