大跨度斜拉橋鋼套箱鋼管樁平臺(tái)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性校核

大跨度斜拉橋鋼套箱鋼管樁平臺(tái)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性校核

1施工難點(diǎn)分析在設(shè)計(jì)大型斜拉橋頂部的結(jié)構(gòu)箱梁時(shí)，應(yīng)考慮重量和最大不對(duì)稱負(fù)荷（例如，當(dāng)主塔兩側(cè)同時(shí)懸索時(shí)，一側(cè)荷載）對(duì)主塔的穩(wěn)定性的影響，通常采取臨時(shí)橋墩的擔(dān)保措施。南京長(zhǎng)江第三大橋南臨時(shí)墩設(shè)計(jì)施工有以下幾個(gè)特點(diǎn):①墩位水位深(有近48m深的水);②抗風(fēng)拉壓力大(施工過(guò)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(chǎng)實(shí)際情況和經(jīng)過(guò)多方論證,采用鋼套箱鋼管樁平臺(tái)作為臨時(shí)墩的基礎(chǔ)。由以上特點(diǎn)可知在施工過(guò)程中必然會(huì)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(tái)的穩(wěn)定性。本文介紹對(duì)鋼套箱鋼管樁平臺(tái)設(shè)計(jì)施工過(guò)程中鋼管樁下放的受力計(jì)算,以及鋼管樁平臺(tái)的穩(wěn)定性驗(yàn)算。2長(zhǎng)江臨時(shí)墩水位綜合分析南臨時(shí)墩中心距南主墩104m(錨固位置距南主墩107m),正處在長(zhǎng)江主航道,長(zhǎng)江南側(cè)深泓區(qū),實(shí)測(cè)墩位河床標(biāo)高-42.0m,臨時(shí)墩水深達(dá)48m(+6.0m水位),水面以上高度約29m,總高度約77m。見(jiàn)圖1。3浮式桁架浮倉(cāng)鋼管樁下放過(guò)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(zhǎng)60m,重48t,利用現(xiàn)有320t浮吊整體吊裝?？紤]的主要問(wèn)題是水流對(duì)鋼管樁的側(cè)向沖擊力,鋼管樁下放過(guò)程中取最不利受力狀態(tài)(即鋼管樁入土前),按簡(jiǎn)化力學(xué)模型(圖2)(A端為水上導(dǎo)向)計(jì)算如下:Ra=ql=33.3kN;Ma=ql2/2=749.25kN。從計(jì)算結(jié)果可以看出水上導(dǎo)向需要承受一個(gè)巨大的扭力,所以一個(gè)簡(jiǎn)單的導(dǎo)向是無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題的,經(jīng)過(guò)綜合比較很多方案之后,確定了一個(gè)浮式桁架的導(dǎo)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(cāng)與工字鋼桁架焊接而成。同時(shí)為解決大噸位荷載下的高樁穩(wěn)定性問(wèn)題,采用平面分開(kāi)布置5根鋼管樁的方法來(lái)實(shí)現(xiàn),見(jiàn)圖3。浮式桁架解決了導(dǎo)向的剛度問(wèn)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(méi)有解決,于是考慮到了用錨碇系統(tǒng)來(lái)承受這個(gè)力。通過(guò)計(jì)算,錨碇系統(tǒng)最后布置見(jiàn)圖4。4水上部分高南臨時(shí)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(shí)整個(gè)臨時(shí)墩承受拉壓力6000kN,因此,對(duì)南臨時(shí)墩鋼套箱鋼管樁平臺(tái)的高樁穩(wěn)定性進(jìn)行校核。4.1簡(jiǎn)化土體、彈簧(1)平臺(tái)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(jì)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(jiǎn)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(shí)際情況作用于鋼管樁上。(3)土體簡(jiǎn)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(shí)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?yàn)樽畈焕芰Ψ较颉?.2高承臺(tái)群樁基樁的計(jì)算寬度根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ024-85,將鋼管樁和浮箱視為高承臺(tái)群樁基礎(chǔ),則基樁的計(jì)算寬度b1為每一根鋼管樁的計(jì)算寬度,計(jì)算得b1=2.7m。4.3橋向壓力分析4.3.1計(jì)算方案的公式順橋向受力分析計(jì)算圖式見(jiàn)圖5。4.3.2基本組成計(jì)算基本參數(shù)見(jiàn)表1。4.3.3根彈簧的彈性系數(shù)按照m法,將土體對(duì)鋼管樁的橫向約束簡(jiǎn)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(dá)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(diǎn)距河床的距離;z下為彈簧以下相鄰鋼管樁單元的中點(diǎn)距河床的距離。對(duì)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(jiàn)表2。4.3.4彎矩與最大應(yīng)力采用ANSYS計(jì)算軟件對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算,計(jì)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(jiàn)圖6～圖8。5鋼套箱鋼管樁平臺(tái)施工從計(jì)算結(jié)果可知,鋼套箱鋼管樁平臺(tái)的綜合應(yīng)力、變形均滿足規(guī)范要求,說(shuō)明深水急流位置的南臨時(shí)墩采用鋼套箱