陳 濤

中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司

1 引言

近年來(lái)，橋梁深水基礎(chǔ)技術(shù)在跨越大江、大河的橋梁建設(shè)中得到了廣泛的使用。橋梁深水基礎(chǔ)施工時(shí)，防水、防土以及防止沖刷、滑坡等是關(guān)鍵，也是難點(diǎn)。除沉井和沉箱基礎(chǔ)具有防水功能外，深水中管柱、樁基礎(chǔ)的施工，常需要配以防水圍堰。目前，橋梁深水基礎(chǔ)施工中，采用的防水圍堰大致有：鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰、異形鋼圍堰、雙壁薄層鋼筋混凝土圍堰、鎖口鋼管樁圍堰以及鋼吊箱圍堰等形式。鋼吊箱圍堰的作用是通過(guò)吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土圍水，為承臺(tái)施工提供無(wú)水的干處施工環(huán)境。根據(jù)鋼吊箱使用功能，將其分為底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、吊掛系統(tǒng)四大部分。其中，側(cè)板、底板是鋼吊箱圍堰的主要阻水結(jié)構(gòu)并兼作承臺(tái)模板。鋼吊箱圍堰是為承臺(tái)施工而設(shè)計(jì)的臨時(shí)阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過(guò)吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土圍水，為承臺(tái)施工提供無(wú)水的干處施工環(huán)境；封底混凝土作為承臺(tái)施工的底模板，吊箱側(cè)板作為承臺(tái)施工的側(cè)模板。

2 鋼吊箱概述

鋼吊箱設(shè)計(jì)雙壁鋼圍堰，分為底板、壁板、內(nèi)支撐、拉壓桿等結(jié)構(gòu)，其中：底板采用壁厚8mm 鋼板，壁板采用壁厚8mm 鋼板；底板龍骨：大龍骨：HW400×400×13×21以及3拼工40，其中設(shè)置下放系統(tǒng)吊點(diǎn)位置處的大龍骨須采用3 拼工40；小龍骨：工40、加勁肋：工18/工22；隔艙板板厚為16mm，內(nèi)外殼板處設(shè)－12×300mm 的加強(qiáng)墊板，水平筋、豎向筋－12×150mm，水平間距約1400mm，上下層間距100cm；與承臺(tái)高度相同范圍隔艙內(nèi)灌注C30混凝土；在直線與弧度轉(zhuǎn)角處以及內(nèi)支撐連接處設(shè)箱形梁，同樣采用16mm 鋼板。水平環(huán)板采用－14×300mm，上下層間距100cm；水平斜撐采用L100×100×12 角鋼，上下層間距同水平環(huán)板，為100cm；豎肋采用L75×75×8角鋼，間距400mm；內(nèi)支撐采用φ820×10mm鋼管；拉壓桿采用2[]36a拼成的箱形截面，下端支在底板縱橫龍骨的交叉點(diǎn)處，上端焊接在護(hù)筒上。

2 計(jì)算模型

2.1 計(jì)算參數(shù)

鋼吊箱設(shè)計(jì)施工水位為+162.0m；吊箱底面標(biāo)高+136.5m，吊箱頂面標(biāo)高+162.0m；平面尺寸31.3m×22.3 m（水流方向）×25.5m（高度）；艙壁間距2.0m；鋼吊箱的材料為Q235 鋼材。鋼吊箱封底混凝土標(biāo)號(hào)為C30，封底厚3.5m，側(cè)壁艙內(nèi)灌注8.5m 混凝土（與承臺(tái)頂齊平），混凝土的重度取γc=25kN/m3。鉆孔樁：18Φ2.5m，鋼護(hù)筒外徑2.8m，底板預(yù)留孔直徑3.0m。水流速度為2m/s（十年一遇流水速度）；鋼護(hù)筒與混凝土之間握裹力取150kN/m2；自重、混凝土、靜水壓力等荷載取荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.2，水流壓力荷載取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.4。

2.2 計(jì)算工況

鋼吊箱到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高漂浮，澆注3.5m厚的封底混凝土（未固結(jié)）的情況，為底板最不利情況。計(jì)算荷載：鋼吊箱自重+封底混凝土荷載+浮托力；主要計(jì)算內(nèi)容：底板龍骨、底板以及吊掛系統(tǒng)計(jì)算。

2.3 計(jì)算模型

圍堰的整體空間結(jié)構(gòu)計(jì)算，采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件MIDAS/Civil進(jìn)行計(jì)算。由于結(jié)構(gòu)為圓端型，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，取四分之一結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析。板殼單元離散和模擬內(nèi)、外殼板、隔艙板、底板；單元大小以殼板垂向加勁肋間距為依據(jù)，形狀盡量接近正方形。梁?jiǎn)卧x散和模擬底板大小龍骨、加勁肋、壁板豎肋、拉壓桿以及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)；按照實(shí)際情況考慮梁的偏心。實(shí)體單元離散和模擬鋼吊箱中的填充混凝土。

澆注3.5m厚的封底混凝土，鋼吊箱內(nèi)以及壁艙間注滿水，與鋼吊箱外同水位，吊箱內(nèi)支撐受力很小，底板承受混凝土的豎向壓力，此工況為底板和吊掛系統(tǒng)最不利工況。

3 計(jì)算結(jié)果

表1 計(jì)算結(jié)果一覽表

所有應(yīng)力均在215MPa 以內(nèi)，底板整體變形為14.8mm，較小，說(shuō)明結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

4 穩(wěn)定性計(jì)算

4.1 鋼管樁驗(yàn)算

內(nèi)支撐系統(tǒng)為主要受壓構(gòu)件，需要驗(yàn)證支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性，根據(jù)計(jì)算模型查的鋼管內(nèi)支撐軸力最大為3294.0kN。鋼管樁最大自由長(zhǎng)度取2.6m則：

查表得Φ=0.995，則，穩(wěn)定性滿足要求。

4.2 拉壓桿計(jì)算

鋼吊箱下放過(guò)程中若承受的浮托力全部由拉壓桿抵抗，則單根拉壓桿承受的壓力為32864.4kN/18×4根=456.45kN。則：

查表得Φ=0.169，則，拉壓桿穩(wěn)定性滿足要求。

4.3 提升系統(tǒng)計(jì)算

鋼吊箱圍堰下放采用提升梁（350t 連續(xù)千斤頂）下放，鋼吊箱下放過(guò)程中提升梁承受鋼吊箱總重，設(shè)計(jì)采用4套提升梁以及8個(gè)350t連續(xù)千斤頂下放，鋼吊箱總重為1647.9t，則每個(gè)350t連續(xù)千斤頂承受的荷載為1647.9/8=206.0t，每個(gè)連續(xù)千斤頂設(shè)置21根Φ15.2鋼絞線（1860MPa）則：

350t連續(xù)千斤頂安全系數(shù)：350/206=1.7。

根據(jù)DG/TJ 08—2056—2009《重型結(jié)構(gòu)（設(shè)備）整體提升技術(shù)規(guī)程》，第7.1.3規(guī)定總提升能力（所有提升油缸總額定載荷）應(yīng)不小于總提升荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍，且不大于2倍，第7.1.2規(guī)定提升油缸中單根鋼絞線的拉力設(shè)計(jì)值不得超過(guò)其破斷拉力的50%，因此該提升能力儲(chǔ)備系數(shù)及鋼絞線的安全系數(shù)完全滿足大型構(gòu)件提升工況的要求。

支撐梁、吊掛梁最大組合應(yīng)力為：

滿足要求。

鋼護(hù)筒最大組合應(yīng)力為：

滿足要求。

當(dāng)不采用牛腿時(shí)，鋼護(hù)筒整體穩(wěn)定性驗(yàn)算如下：

因此鋼護(hù)筒的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)論

吊掛系統(tǒng)的是有底鋼吊箱圍堰的主要承重系統(tǒng)，承受著整個(gè)圍堰體系、封底和承臺(tái)混凝土及部分水下墩身的自重及施工荷載。其穩(wěn)定性直接關(guān)系著后階段施工的成敗。本文對(duì)鋼管樁，圍堰拉壓桿的連接件、銷(xiāo)軸、耳板、連接焊縫、提升系統(tǒng)、封底隔倉(cāng)板的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，該圍堰的穩(wěn)定性滿足要求。其研究?jī)?nèi)容可為今后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)提供參考。