赣江深水大型双壁钢围堰下水平台设计研究

李 佳

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建 福州 350000)



赣江深水大型双壁钢围堰下水平台设计研究

李 佳

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建 福州 350000)

根据赣江特大桥工程的水文地质条件，选取了钢围堰下水方案，阐述了下水平台的设计与安全性验算方法，并从下水平台搭设、底节拼装、钢围堰出水三方面，介绍了钢围堰下水施工技术，达到了节约成本、缩短工期的效果。

钢围堰，下水平台，主梁，钢管桩

1 工程概况

1.1 水中基础设计概况

吉水赣江特大桥位于峡江库区，桥位于DK185+792～DK186+517.7处跨越赣江，桥跨布置：(75+3×125+75)+6×32 m+(40+64+40)m+3×32 m+2×24 m+15×32 m，桥长1 521.3 m。

其中1号～4号墩为(75+3×125+75)连续梁主墩，采用双壁钢围堰加深水低桩承台设计。承台尺寸为21 m×15.2 m×4.5 m，桩基为2.2 m的大直径钻孔桩，桩长为43.5 m～55 m。

1.2 水文地质

桥址处汇水面积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，测时水位42.71 m，库区蓄水后常水位46.00 m。

1号～4号主墩河床为裸露基岩，无覆盖层，5号墩～12号墩覆盖层厚度为5 m～9 m不等。

2 钢围堰下水方案选择

双壁钢围堰为圆形，内径27.4 m、外径30 m、壁厚1.3 m，最大高度18 m，平面分为16个拼装单元；底节高度5 m，重量为126 t。

钢围堰底节下水以往采用滑道式的方案居多，若采用此方案需要在赣江水域内填筑较大的施工场地及安装较大的牵引设备，但经过现场调查，桥址区赣江两岸无场地可利用，如采用人工筑岛及硬化施工成本较高，对赣江水体污染较大且减小水域面积不利于赣江行洪。

综合考虑赣江水情及水保环保要求，决定采用钢管群桩作为立柱支撑、贝雷片桁架作为双壁钢围堰拼装平台、精轧钢及千斤顶作为提吊系统搭设钢围堰下水平台。采用此方案可节约施工成本、降低水体污染且不影响行洪。

3 下水平台设计

下水平台搭设在5号墩与4号墩之间上游侧，设计尺寸为37.4 m×32 m，基础采用529 mm×10 mm的螺旋管打设，打设深度不小于5 m，每4根一组共6组24根，管桩顶部安装施工平台。

平台采用贝雷片搭设，各组贝雷片之间采用L16×10 cm角钢做8道横向连接增加平台的整体稳定性，上下游侧各3组贝雷片采用3片一组，中间5组采用2片一组，每片接头处安装花架；两组主要承重贝雷片采用3片一组，贝雷片下部安装加强玄杆。

提吊梁采用双拼45a工字钢加工而成，通过24根φ32 mm的精轧钢将平台吊于水面之上，底节钢围堰拼装完成后通过千斤顶将平台下放使双壁钢围堰下水自浮，完成下水。

钢围堰下水平台设计如图1所示。

4 下水平台安全验算

双壁钢围堰在下水平台上拼装完成后与平台分配梁共20个接触点，双壁钢围堰底节总重量为126 t，每个触点重量为6.3 t。三片一组分配梁每组自重10.8 t；两片一组分配梁每组重7.2 t；主梁每组重12.5 t。

双壁钢围堰重量分配简图如图2所示。

4.1 分配梁计算

根据双壁钢围堰的重量分布情况以及分配梁片数不同，选取具有代表性的第1组、第2组、第4组进行计算。

贝雷片参数：容许弯矩[M]=78.82 t·m;容许剪力[t]=24.52 t;Ix=250 500 cm4。

第1组：荷载重量6.3 t，作用于跨中,由3排贝雷梁承担。每排荷载为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,满足要求。

Qmax=P/2=2.1/2=1.05 t<24.52 t,满足要求。

跨中扰度：f=PL3/(48EIx)=3.56 cm<3 500/400=8.75 cm,满足要求。

第2组：荷载由3排贝雷梁承担，受力简图如图3所示,弯矩图如图4所示，剪力图如图5所示。

Mmax=20.58 t·m<78.82 t·m,满足要求。

Qmax=2.1 t<24.52 t,满足要求。

跨中扰度：f=5.36 cm<3 500/400=8.75 cm,满足要求。

第4组：荷载由2排贝雷梁承担，受力简图如图6所示，弯矩图如图7所示，剪力图如图8所示。

Mmax=14.21 t·m<78.82 t·m,满足要求。

Qmax=3.15 t<24.52 t,满足要求。

跨中扰度：f=4.03 cm<3 500/400=8.75 cm,满足要求。

4.2 主梁计算

主梁采用3片一组贝雷梁组成，考虑分配梁自重及双壁钢围堰重量受力简图如图9所示，弯矩图如图10所示，剪力图如图11所示。

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

Qmax=27.3 t<24.52×3=73.56 t,满足要求。

跨中扰度：f=0.1 cm<1 500/400=3.75 cm,满足要求。

最大支座反力为中支座64.49 t。

主梁支座反力图如图12所示。

4.3 提吊系统计算

每个支墩处提吊系统采用两根双拼45a工字钢作为横梁，每根横梁用两根φ32 mm精轧钢提吊，横梁跨度L=1.3 m。根据横梁计算得出横梁荷载P=64.49/2+12.5/3=36.4 t,Ⅰ45a参数为：Ix=32 240 cm4;Wx=1 430 cm3;Sx=836.4 cm;d=1.15 cm,荷载按作用于横梁跨中考虑。

Mmax=PL/4=36.4×1.3/4=11.83 t·m。

Qmax=P/2=36.4/2=18.2 t。

弯应力σ=Mmax/Wx=11.83×100 000/(1 430×2)=413.6 kg/cm2<1 700 kg/cm2，满足要求。

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

跨中扰度：f=PL3/(48EIx)=0.01 cm<130/400=0.325 cm,满足要求。

φ32精轧钢可承受83 t拉力，P=(64.49+12.5/3)/4=17.2 t<83 t,满足要求。

4.4 管桩稳定性计算

钢管桩承载力计算:

1)最大轴向荷载：

根据以上计算知单根钢管桩竖向最大轴向Nmax=(64.49+12.5/3)/4=17.2 t。

2)钢管桩承载力计算:

钢管桩打设进入河床约5 m，为⑨-2地层。

钢管桩外径529 mm，壁厚t=10 mm，则周长u=1.66 m。

地质情况如表1所示。

表1 地质参数表

钢管桩单桩竖向承载力特征值：

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

钢管桩稳定性计算：

钢管桩自由长度为10 m;

水流力：

P=kAγv2/2g。

其中，P为流水压力；γ为水的容重；γ=1 t/m3;v为流速,v=2.26 m/s；g为自由落体加速度，g=10 m/s2；k为阻水形状系数，取k=0.73。

单根钢管桩水平冲击力：P=0.73×0.529×10×2.262/(2×10)=1 t。

水流冲击力按作用于管桩中间考虑，钢管桩入土深度为5 m，若钢管桩的锚固点按入土深度的1.5计算，管桩顶面至锚固点长度h=11.5 m，则最大弯矩：Mmax=1×11.5/2=5.75 t·m。

钢管桩回旋半径:ix=18.352 cm。

计算长度:l=11.5 m。

长细比：λ=11.5×100/18.352=63。

查表(b类截面)稳定折减系数：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,满足要求。

5 钢围堰下水施工

5.1 下水平台搭设

钢管桩打设通过驳船上的50 t履带吊结合DZ60振动锤打设，钢管桩打设深度不小于5 m，管桩打设完成后安装管桩顶部操作平台及提吊系统的横梁、精轧钢等。贝雷片事先整组拼装完成，通过浮吊整体吊装。先安装两组主要承重梁后按照设计位置吊装剩余贝雷片，所有贝雷片吊装完成后焊接横向连接角钢，增加平台整体稳定性，上层贝雷片与主要承重梁通过U型螺栓连接(见图13)。

5.2 底节拼装

下水平台搭设完成经验收符合设计要求后拼装双壁钢围堰底节。钢围堰按施工设计图纸在钢结构加工厂制造成单元，经检查验收后运输至岸边的拼装场地后，逐节进行预拼装，第一节整体预拼完成后，再锁定焊接。由于每块双壁钢围堰放置于每组贝雷片位置不同，所以每组贝雷片产生扰度不同，首节在拼装焊接前应用水准仪对每一块钢围堰进行调平(见图14)。

5.3 钢围堰出水

底节钢围堰拼装完成后对每条焊缝进行验收检查并做煤油渗透试验，验收合格后方可进行下放。下放利用平台的提吊系统24根φ32的精轧钢进行，通过千斤顶缓慢下放。24根精轧钢必须同步下放，每次下放高度不超过10 cm，直至钢围堰自浮。

钢围堰下水前先用钢丝绳进行固定，待围堰漂浮后再缓慢松钢丝绳使围堰从下游侧移出，浇筑完刃脚混凝土后即可进行后序浮运定位等工作(见图15)。

6 结语

近些年随着政府以及社会各界对环保水保要求越来越高，我项目本着尽量不破坏当地环境、不污染赣江水域、不影响赣江行洪的原则制定了双壁钢围堰通过下水平台下水的施工方案，此方案不仅不会对环境造成破坏还节约了施工成本缩短了施工工期，产生良好的经济效应和社会效益。

吉水赣江特大桥1号～4号墩双壁钢围堰底节下水从2015年10月～2015年12月全部通过下水平台实现下水，整个下水过程安全且快捷。

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，工程师

U443.162

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