贛江深水大型雙壁鋼圍堰下水平臺設計研究

李 佳

(中鐵十七局集團第六工程有限公司，福建 福州 350000)

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贛江深水大型雙壁鋼圍堰下水平臺設計研究

李 佳

(中鐵十七局集團第六工程有限公司，福建 福州 350000)

根據贛江特大橋工程的水文地質條件，選取了鋼圍堰下水方案，闡述了下水平臺的設計與安全性驗算方法，并從下水平臺搭設、底節拼裝、鋼圍堰出水三方面，介紹了鋼圍堰下水施工技術，達到了節約成本、縮短工期的效果。

鋼圍堰，下水平臺，主梁，鋼管樁

1 工程概況

1.1 水中基礎設計概況

吉水贛江特大橋位于峽江庫區，橋位于DK185+792～DK186+517.7處跨越贛江，橋跨布置：(75+3×125+75)+6×32 m+(40+64+40)m+3×32 m+2×24 m+15×32 m，橋長1 521.3 m。

其中1號～4號墩為(75+3×125+75)連續梁主墩，采用雙壁鋼圍堰加深水低樁承臺設計。承臺尺寸為21 m×15.2 m×4.5 m，樁基為2.2 m的大直徑鉆孔樁，樁長為43.5 m～55 m。

1.2 水文地質

橋址處匯水面積F=60 850 km2，Q1%=24 200 m3/s，H1%=51.04 m，V1%=2.26 m/s，校核水位H0.33%=51.82 m，測時水位42.71 m，庫區蓄水后常水位46.00 m。

1號～4號主墩河床為裸露基巖，無覆蓋層，5號墩～12號墩覆蓋層厚度為5 m～9 m不等。

2 鋼圍堰下水方案選擇

雙壁鋼圍堰為圓形，內徑27.4 m、外徑30 m、壁厚1.3 m，最大高度18 m，平面分為16個拼裝單元；底節高度5 m，重量為126 t。

鋼圍堰底節下水以往采用滑道式的方案居多，若采用此方案需要在贛江水域內填筑較大的施工場地及安裝較大的牽引設備，但經過現場調查，橋址區贛江兩岸無場地可利用，如采用人工筑島及硬化施工成本較高，對贛江水體污染較大且減小水域面積不利于贛江行洪。

綜合考慮贛江水情及水保環保要求，決定采用鋼管群樁作為立柱支撐、貝雷片桁架作為雙壁鋼圍堰拼裝平臺、精軋鋼及千斤頂作為提吊系統搭設鋼圍堰下水平臺。采用此方案可節約施工成本、降低水體污染且不影響行洪。

3 下水平臺設計

下水平臺搭設在5號墩與4號墩之間上游側，設計尺寸為37.4 m×32 m，基礎采用529 mm×10 mm的螺旋管打設，打設深度不小于5 m，每4根一組共6組24根，管樁頂部安裝施工平臺。

平臺采用貝雷片搭設，各組貝雷片之間采用L16×10 cm角鋼做8道橫向連接增加平臺的整體穩定性，上下游側各3組貝雷片采用3片一組，中間5組采用2片一組，每片接頭處安裝花架；兩組主要承重貝雷片采用3片一組，貝雷片下部安裝加強玄桿。

提吊梁采用雙拼45a工字鋼加工而成，通過24根φ32 mm的精軋鋼將平臺吊于水面之上，底節鋼圍堰拼裝完成后通過千斤頂將平臺下放使雙壁鋼圍堰下水自浮，完成下水。

鋼圍堰下水平臺設計如圖1所示。

4 下水平臺安全驗算

雙壁鋼圍堰在下水平臺上拼裝完成后與平臺分配梁共20個接觸點，雙壁鋼圍堰底節總重量為126 t，每個觸點重量為6.3 t。三片一組分配梁每組自重10.8 t；兩片一組分配梁每組重7.2 t；主梁每組重12.5 t。

雙壁鋼圍堰重量分配簡圖如圖2所示。

4.1 分配梁計算

根據雙壁鋼圍堰的重量分布情況以及分配梁片數不同，選取具有代表性的第1組、第2組、第4組進行計算。

貝雷片參數：容許彎矩[M]=78.82 t·m;容許剪力[t]=24.52 t;Ix=250 500 cm4。

第1組：荷載重量6.3 t，作用于跨中,由3排貝雷梁承擔。每排荷載為P=6.3/3=2.1 t，跨度L=35 m。

Mmax=PL/4=2.1×35/4=18.4 t·m<78.82 t·m,滿足要求。

Qmax=P/2=2.1/2=1.05 t<24.52 t,滿足要求。

跨中擾度：f=PL3/(48EIx)=3.56 cm<3 500/400=8.75 cm,滿足要求。

第2組：荷載由3排貝雷梁承擔，受力簡圖如圖3所示,彎矩圖如圖4所示，剪力圖如圖5所示。

Mmax=20.58 t·m<78.82 t·m,滿足要求。

Qmax=2.1 t<24.52 t,滿足要求。

跨中擾度：f=5.36 cm<3 500/400=8.75 cm,滿足要求。

第4組：荷載由2排貝雷梁承擔，受力簡圖如圖6所示，彎矩圖如圖7所示，剪力圖如圖8所示。

Mmax=14.21 t·m<78.82 t·m,滿足要求。

Qmax=3.15 t<24.52 t,滿足要求。

跨中擾度：f=4.03 cm<3 500/400=8.75 cm,滿足要求。

4.2 主梁計算

主梁采用3片一組貝雷梁組成，考慮分配梁自重及雙壁鋼圍堰重量受力簡圖如圖9所示，彎矩圖如圖10所示，剪力圖如圖11所示。

Mmax=96.23 t·m<78.82×3=236.46 t·m,滿足要求。

Qmax=27.3 t<24.52×3=73.56 t,滿足要求。

跨中擾度：f=0.1 cm<1 500/400=3.75 cm,滿足要求。

最大支座反力為中支座64.49 t。

主梁支座反力圖如圖12所示。

4.3 提吊系統計算

每個支墩處提吊系統采用兩根雙拼45a工字鋼作為橫梁，每根橫梁用兩根φ32 mm精軋鋼提吊，橫梁跨度L=1.3 m。根據橫梁計算得出橫梁荷載P=64.49/2+12.5/3=36.4 t,Ⅰ45a參數為：Ix=32 240 cm4;Wx=1 430 cm3;Sx=836.4 cm;d=1.15 cm,荷載按作用于橫梁跨中考慮。

Mmax=PL/4=36.4×1.3/4=11.83 t·m。

Qmax=P/2=36.4/2=18.2 t。

彎應力σ=Mmax/Wx=11.83×100 000/(1 430×2)=413.6 kg/cm2<1 700 kg/cm2，滿足要求。

剪應力τ=QS/(Id)=18.2×1 000×836.4/(2×32 240×1.15)= 205.3 kg/cm2<800 kg/cm2，滿足要求。

跨中擾度：f=PL3/(48EIx)=0.01 cm<130/400=0.325 cm,滿足要求。

φ32精軋鋼可承受83 t拉力，P=(64.49+12.5/3)/4=17.2 t<83 t,滿足要求。

4.4 管樁穩定性計算

鋼管樁承載力計算:

1)最大軸向荷載：

根據以上計算知單根鋼管樁豎向最大軸向Nmax=(64.49+12.5/3)/4=17.2 t。

2)鋼管樁承載力計算:

鋼管樁打設進入河床約5 m，為⑨-2地層。

鋼管樁外徑529 mm，壁厚t=10 mm，則周長u=1.66 m。

地質情況如表1所示。

表1 地質參數表

鋼管樁單樁豎向承載力特征值：

Q=1.66×6×5+20×0.166=53.1 t>17.2 t，滿足要求。

鋼管樁穩定性計算：

鋼管樁自由長度為10 m;

水流力：

P=kAγv2/2g。

其中，P為流水壓力；γ為水的容重；γ=1 t/m3;v為流速,v=2.26 m/s；g為自由落體加速度，g=10 m/s2；k為阻水形狀系數，取k=0.73。

單根鋼管樁水平沖擊力：P=0.73×0.529×10×2.262/(2×10)=1 t。

水流沖擊力按作用于管樁中間考慮，鋼管樁入土深度為5 m，若鋼管樁的錨固點按入土深度的1.5計算，管樁頂面至錨固點長度h=11.5 m，則最大彎矩：Mmax=1×11.5/2=5.75 t·m。

鋼管樁回旋半徑:ix=18.352 cm。

計算長度:l=11.5 m。

長細比：λ=11.5×100/18.352=63。

查表(b類截面)穩定折減系數：φ=0.83。

σ=M/W+N/(φA)=5.75×105/4 152+17.2×103/(166×0.83)=239 kg/cm2<1 700 kg/cm2,滿足要求。

5 鋼圍堰下水施工

5.1 下水平臺搭設

鋼管樁打設通過駁船上的50 t履帶吊結合DZ60振動錘打設，鋼管樁打設深度不小于5 m，管樁打設完成后安裝管樁頂部操作平臺及提吊系統的橫梁、精軋鋼等。貝雷片事先整組拼裝完成，通過浮吊整體吊裝。先安裝兩組主要承重梁后按照設計位置吊裝剩余貝雷片，所有貝雷片吊裝完成后焊接橫向連接角鋼，增加平臺整體穩定性，上層貝雷片與主要承重梁通過U型螺栓連接(見圖13)。

5.2 底節拼裝

下水平臺搭設完成經驗收符合設計要求后拼裝雙壁鋼圍堰底節。鋼圍堰按施工設計圖紙在鋼結構加工廠制造成單元，經檢查驗收后運輸至岸邊的拼裝場地后，逐節進行預拼裝，第一節整體預拼完成后，再鎖定焊接。由于每塊雙壁鋼圍堰放置于每組貝雷片位置不同，所以每組貝雷片產生擾度不同，首節在拼裝焊接前應用水準儀對每一塊鋼圍堰進行調平(見圖14)。

5.3 鋼圍堰出水

底節鋼圍堰拼裝完成后對每條焊縫進行驗收檢查并做煤油滲透試驗，驗收合格后方可進行下放。下放利用平臺的提吊系統24根φ32的精軋鋼進行，通過千斤頂緩慢下放。24根精軋鋼必須同步下放，每次下放高度不超過10 cm，直至鋼圍堰自浮。

鋼圍堰下水前先用鋼絲繩進行固定，待圍堰漂浮后再緩慢松鋼絲繩使圍堰從下游側移出，澆筑完刃腳混凝土后即可進行后序浮運定位等工作(見圖15)。

6 結語

近些年隨著政府以及社會各界對環保水保要求越來越高，我項目本著盡量不破壞當地環境、不污染贛江水域、不影響贛江行洪的原則制定了雙壁鋼圍堰通過下水平臺下水的施工方案，此方案不僅不會對環境造成破壞還節約了施工成本縮短了施工工期，產生良好的經濟效應和社會效益。

吉水贛江特大橋1號～4號墩雙壁鋼圍堰底節下水從2015年10月～2015年12月全部通過下水平臺實現下水，整個下水過程安全且快捷。

Study on the design of large-scale deep-water double-wall steel cofferdam launching platform of Gan River

Li Jia

(ChinaRailway17thBureauGroup6thEngineeringCo.,Ltd,Fuzhou350000,China)

According to hydrological conditions of extra-large bridge engineering of Gan river, the paper selects steel cofferdam launching scheme, describes the launching platform design and safety checking methods, and introduces steel cofferdam launching construction technologies from three aspects of launching platform erection, bottom spelling and steel cofferdam effluent discharging, with a view to achieve the effect of saving cost and shortening construction duration.

steel cofferdam, launching platform, major beam, steel-pipe pile

1009-6825(2017)09-0162-03

2017-01-14

李 佳(1983- )，男，工程師

U443.162

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