橋梁基礎(chǔ)鋼圍堰工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

陳 正

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610041）

1 工程簡(jiǎn)介

某大橋主橋?yàn)樽兘孛鍯55 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋6#、7#墩基礎(chǔ)常年在庫(kù)區(qū)最低水位以下，各采用9 根直徑2.2m 的鉆孔灌注樁，樁基呈3×3 行列式布置，按嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)39m；承臺(tái)為14m×15m 矩形，高4.5m。

樁基護(hù)筒采用φ2.6m，壁厚16mm 鋼護(hù)筒。

圖1 平臺(tái)立面圖

2 橋梁基礎(chǔ)施工方案

橋區(qū)受三峽庫(kù)區(qū)蓄水影響，年水位落差達(dá)30m，根據(jù)總體施工組織設(shè)計(jì)結(jié)合項(xiàng)目工期安排，6#墩基礎(chǔ)水深超過(guò)22m、鋼護(hù)筒平均長(zhǎng)度約28m，7#墩基礎(chǔ)水深超過(guò)37m、鋼護(hù)筒平均長(zhǎng)度約42m，且基礎(chǔ)覆蓋層淺、河床坡比較大，如何在鋼護(hù)筒導(dǎo)向架上完成鋼護(hù)筒精確對(duì)接及下沉，是施工的難點(diǎn)之一。為保證施工工期，鉆孔需配置大量大型鉆孔機(jī)械，對(duì)鉆機(jī)性能要求高；設(shè)計(jì)鋼平臺(tái)頂至基樁底約57m，因此對(duì)泥漿的配制及鉆孔操作等施工工藝和施工組織管理方面都提出了更高的要求；三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)，水位高差變化大且頻繁，也增加了水上施工難度和危險(xiǎn)性。

根據(jù)墩位處的實(shí)際施工水深和地質(zhì)條件以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體形式，采用“庫(kù)區(qū)無(wú)覆蓋層鋼護(hù)筒平臺(tái)施工方法”，另外，為保證平臺(tái)作業(yè)空間，還需結(jié)合鋼管樁與鋼護(hù)筒形成整體平臺(tái)，在樁基施工完成后拆除鋼管樁及頂部平臺(tái)系統(tǒng)，并開(kāi)始鋼吊箱圍堰下放接長(zhǎng)工作。

3 鋼圍堰結(jié)構(gòu)

3.1 鋼圍堰總體布置

大橋主墩基礎(chǔ)鋼圍堰采用正方形雙壁殼體結(jié)構(gòu)，鋼圍堰外邊長(zhǎng)18m，內(nèi)邊長(zhǎng)16m，圍堰雙壁厚1.0m；鋼圍堰總高13m。

3.2 鋼圍堰總體構(gòu)造

圍堰沿高度方向分成了2 個(gè)節(jié)段，即：6.0m（刃腳段）+7.0m（標(biāo)準(zhǔn)段）；每一邊分為兩個(gè)隔倉(cāng)。圍堰制作材料均采用Q235B 鋼材，外壁板6.0m（刃腳段）采用16mm 厚鋼板，7.0m（標(biāo)準(zhǔn)段）采用12mm 厚鋼板，內(nèi)壁板采用6mm 鋼板，壁板豎肋為L(zhǎng)75×6 角鋼，內(nèi)外壁板上的間距為36cm，鋼箱處豎向間距為50cm，橫向?yàn)?0cm；鋼圍堰底部9m 范圍水平托架豎向間距值為1.0m，頂部間距采用2×1.25m 和1.5m，其水平斜撐桿采用L80×6 角鋼。鋼圍堰總體平面構(gòu)造如圖2所示。

圖2 鋼圍堰平面構(gòu)造圖

4 鋼圍堰工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)計(jì)算

鋼圍堰在其自身拼裝形成過(guò)程中和其下沉就位后的各種工作狀態(tài)下，均受到靜水、流水、風(fēng)力等外界的作用，為了滿(mǎn)足在各種外界力的作用下，鋼圍堰結(jié)構(gòu)能夠完好的工作，處于良好的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)它的各種功能，需要對(duì)其在各種狀態(tài)下進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

4.1 圍堰堰壁在靜水壓力作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算

鋼圍堰在堰內(nèi)抽水完成以后，由于內(nèi)外水頭差較大，此時(shí)其處于不利的受力狀態(tài)下，應(yīng)對(duì)無(wú)填壁砼的圍堰壁進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。圍堰壁豎向角鋼最大間距為a2=0.36m，水平環(huán)板及斜桿間距為b=1.0m。

因?yàn)椋?.36m/1.0m=0.36＜0.5

按單向板計(jì)算，取下面的三等跨連續(xù)梁計(jì)算圖式，如[3]所示。

圖3 圍堰外壁板簡(jiǎn)化計(jì)算圖式

則。

外圍堰壁的材質(zhì)為Q235：

[σ] = 1.3×140=182MPa。

按規(guī)范規(guī)定，考慮臨時(shí)工程容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3。其斷面的慣性模量為24：

斷面容許的最大彎矩為：

由Mmax≤ [M]得：Mmax≤4368N·m

通過(guò)查表可得到三等跨連續(xù)梁跨中最大彎矩，進(jìn)而反算最大水頭差為41.85m，則設(shè)計(jì)圍堰水頭差為159.3-146.3=13m＜41.85m 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.2 壁板豎向角鋼受力計(jì)算

水平環(huán)板間距為1.0m，豎向角鋼按三等跨連續(xù)梁驗(yàn)算。考慮部分壁板與豎肋共同受力，豎肋角鋼與堰壁的組合截面如圖4所示。根據(jù)三跨連續(xù)梁的內(nèi)力分部情況，取負(fù)彎矩段進(jìn)行驗(yàn)算，參與受力的面板寬度取19cm。

圖4 豎肋角鋼與堰壁的組合截面

斷面慣性矩計(jì)算：

角鋼的截面參數(shù)可查得，設(shè)矩形截面的面積為A距，角鋼截面面積為A角，對(duì)組合截面形心軸取矩則有：

yc= 6.42cm

進(jìn)而：

圍堰內(nèi)抽水最大水頭差為h0= 11.8m，取13m 計(jì)算，不考慮夾壁混凝土作用，作用在豎肋角鋼上的最大壓力q=h0γ來(lái)考慮。假設(shè)寬a= 0.36m的q均由截面形式如圖所示的豎向角鋼承受。

最大彎距在支點(diǎn)處為4.77kN·m，最大剪力為28.66kN。

于是，截面受到的最大應(yīng)力為103MPa,小于容許應(yīng)力。

考慮圍堰抽水時(shí)，圍堰刃腳以上8m 已經(jīng)澆筑完成夾壁混凝土，在13m 水頭差工況下，該區(qū)域受力能確保安全。

5 結(jié)論

通過(guò)以上計(jì)算可知，圍堰水頭差為13m 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，在堰內(nèi)抽水達(dá)到最大水頭差時(shí)，圍堰壁豎肋角鋼處于良好的受力狀態(tài)，其受力處于合理狀態(tài)，整個(gè)圍堰結(jié)構(gòu)在使用狀態(tài)下的整體強(qiáng)度、剛度均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，滿(mǎn)足施工需要。