大跨度斜拉橋鋼套箱鋼管樁平臺設(shè)計與穩(wěn)定性校核

大跨度斜拉橋鋼套箱鋼管樁平臺設(shè)計與穩(wěn)定性校核

1施工難點分析在設(shè)計大型斜拉橋頂部的結(jié)構(gòu)箱梁時，應(yīng)考慮重量和最大不對稱負荷（例如，當主塔兩側(cè)同時懸索時，一側(cè)荷載）對主塔的穩(wěn)定性的影響，通常采取臨時橋墩的擔保措施。南京長江第三大橋南臨時墩設(shè)計施工有以下幾個特點:①墩位水位深(有近48m深的水);②抗風拉壓力大(施工過程承受最大可能拉壓力為6000kN);③墩位水流速度大(1.5m/s)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和經(jīng)過多方論證,采用鋼套箱鋼管樁平臺作為臨時墩的基礎(chǔ)。由以上特點可知在施工過程中必然會遇到的難題是:深水急流大條件下的鋼管樁下放;大噸位荷載下的鋼管樁平臺的穩(wěn)定性。本文介紹對鋼套箱鋼管樁平臺設(shè)計施工過程中鋼管樁下放的受力計算,以及鋼管樁平臺的穩(wěn)定性驗算。2長江臨時墩水位綜合分析南臨時墩中心距南主墩104m(錨固位置距南主墩107m),正處在長江主航道,長江南側(cè)深泓區(qū),實測墩位河床標高-42.0m,臨時墩水深達48m(+6.0m水位),水面以上高度約29m,總高度約77m。見圖1。3浮式桁架浮倉鋼管樁下放過程中的重力主要由浮吊承受,鋼管樁每米重約0.8t,鋼管樁總長60m,重48t,利用現(xiàn)有320t浮吊整體吊裝?？紤]的主要問題是水流對鋼管樁的側(cè)向沖擊力,鋼管樁下放過程中取最不利受力狀態(tài)(即鋼管樁入土前),按簡化力學模型(圖2)(A端為水上導向)計算如下:Ra=ql=33.3kN;Ma=ql2/2=749.25kN。從計算結(jié)果可以看出水上導向需要承受一個巨大的扭力,所以一個簡單的導向是無法解決這個問題的,經(jīng)過綜合比較很多方案之后,確定了一個浮式桁架的導向方案。浮式桁架高15m,平面尺寸為21m×12.8m;浮式桁架采用浮倉與工字鋼桁架焊接而成。同時為解決大噸位荷載下的高樁穩(wěn)定性問題,采用平面分開布置5根鋼管樁的方法來實現(xiàn),見圖3。浮式桁架解決了導向的剛度問題,但鋼管樁所受水流沖擊力傳遞給浮式桁架后的受力并沒有解決,于是考慮到了用錨碇系統(tǒng)來承受這個力。通過計算,錨碇系統(tǒng)最后布置見圖4。4水上部分高南臨時墩鋼管樁入土深度平均為10m,水深為48m,水上部分高為29m。浮箱受到1.5m/s的水流沖擊力,同時整個臨時墩承受拉壓力6000kN,因此,對南臨時墩鋼套箱鋼管樁平臺的高樁穩(wěn)定性進行校核。4.1簡化土體、彈簧(1)平臺基礎(chǔ)的5根鋼管樁中最小入土深度為10m,按10m嵌固深度計算,偏安全考慮假定錨碇系統(tǒng)不參與受力。(2)偏于安全考慮,作用于浮箱上的水流迎水面取浮箱全高全寬范圍,并簡化為集中力作用在浮箱頂部和底部位置且按等效原則分配給各鋼管樁,浮箱以下的水流沖擊力按實際情況作用于鋼管樁上。(3)土體簡化為一系列彈簧。(4)浮箱上口加勁桁架與鋼管樁之間為剛接,浮箱下口不考慮與鋼管樁的連接。(5)由于臨時墩鋼管樁橫橋向間距為2×7.6m,而順橋向鋼管樁間距離為2×3.75m,故順橋向為最不利受力方向。4.2高承臺群樁基樁的計算寬度根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTJ024-85,將鋼管樁和浮箱視為高承臺群樁基礎(chǔ),則基樁的計算寬度b1為每一根鋼管樁的計算寬度,計算得b1=2.7m。4.3橋向壓力分析4.3.1計算方案的公式順橋向受力分析計算圖式見圖5。4.3.2基本組成計算基本參數(shù)見表1。4.3.3根彈簧的彈性系數(shù)按照m法,將土體對鋼管樁的橫向約束簡化為一系列彈簧。每根彈簧的彈性系數(shù)按照其影響區(qū)域積分,得單根鋼管樁每根彈簧的彈性系數(shù)表達式為:k0=0.5mb1(z上+z下)(z上?z下)k0=0.5mb1(z上+z下)(z上-z下)其中,z上為彈簧以上相鄰鋼管樁單元的中點距河床的距離;z下為彈簧以下相鄰鋼管樁單元的中點距河床的距離。對于順橋向受力模式,橫向的2根鋼管樁合并為1根:k1=2×k0。順橋向受力模式彈簧系數(shù)見表2。4.3.4彎矩與最大應(yīng)力采用ANSYS計算軟件對其進行驗算,計算結(jié)果如下:最大彎矩Mmax=0.741×109N·mm;最大應(yīng)力σmax=119MPa<[130MPa];最大變形δmax=98mm<[110mm]。具體見圖6～圖8。5鋼套箱鋼管樁平臺施工從計算結(jié)果可知,鋼套箱鋼管樁平臺的綜合應(yīng)力、變形均滿足規(guī)范要求,說明深水急流位置的南臨時墩采用鋼套箱