2023年蘭渝鐵路新井口嘉陵江四線特大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù)

新井口嘉陵江特大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù)

-新井口嘉陵江特大橋81#、82#墩深水基礎(chǔ)施工

1.工程概況

1.1工程地理位置、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)模

新建鐵路蘭州至重慶線廣元段新井口嘉陵江特大橋位于重慶市沙坪

壩區(qū)嘉陵江井口河段，與其上游的既有渝懷鐵路井口嘉陵江特大橋相距

45m,橋址處河道彎曲、狹窄、水深，是蘭渝鐵路的控制性工程。

新井口嘉陵江特大橋是蘭渝鐵路客(雙)線與渝利貨車外繞雙線合

建的特大橋，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：客線列車設(shè)計(jì)速度為200km/h,貨車外繞

線列車設(shè)計(jì)速度為120km/ho

本橋引橋部分客、貨線橋分建，在跨江處合并為四線橋，其中客線

雙線橋長2534m,貨車(單)雙線橋長3865.5m,四線橋部分長1301m,

總投資約8.69億元。

1.2主橋橋式布置及結(jié)構(gòu)

四線主橋跨江段橋跨布置及結(jié)構(gòu)：(64+64)mT構(gòu)+(84+152+76)m

連續(xù)剛構(gòu)+(64+64)mT構(gòu)。其中(84+152+76)m連續(xù)剛構(gòu)是世界上鐵路

四線橋第一座采用墩身下段及基礎(chǔ)合修、墩身上段及梁部分修的四線大

跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋。主橋橋跨布置示意圖如下：

圖1-1四線主橋橋跨布置示意圖

L3主墩下部結(jié)構(gòu)

主墩81#、82#墩位于江中深水區(qū)，設(shè)計(jì)墩高均為80.5m。81#墩基礎(chǔ)

設(shè)計(jì)鉆孔樁32根，樁徑2.5m,樁長為33m,按梅花形布置。承臺(tái)為圓弧

端形，尺寸為45X20X4m,承臺(tái)底標(biāo)高為161.15m。

82#墩基礎(chǔ)為高樁承臺(tái)，設(shè)計(jì)鉆孔樁32根，樁徑2.5m,樁長為45m,

按行列式布置。承臺(tái)為圓端形，外端尺寸為56.5*21,2*6m0承臺(tái)底標(biāo)高

分別為161.97m。

L4水文特征

嘉陵江屬于長江一級(jí)支流，水位受季節(jié)性降雨變化較大，雨季河水

湍急。橋址處主河槽底標(biāo)高為147m左右，枯水季節(jié)江面寬度約300m,主

河槽水深約20?30m,洪水期寬度可達(dá)約500m,最大水深達(dá)約47m以上。

考慮20年一遇洪水，橋址處最大流速為V[l/20]=3.8m/s,最高水位為

H[1/20]=192.69mo

1.5橋址地質(zhì)

嘉陵江自西北向東南流經(jīng)井口，橋軸線位于黑羊石灘下游微彎河道

中，河槽斷面呈寬谷形態(tài)。河岸基本無階地，基巖大面積出露，巖層穩(wěn)

定堅(jiān)硬，為厚中生界侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組長石、石英砂巖和砂質(zhì)泥巖互

層地層。岸上地面表層為層粉質(zhì)粘土，其下為強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾砂巖和弱風(fēng)

化泥巖夾砂巖。河床大部分基巖裸露，表層局部有沉積砂卵石土層，厚1?

2m,其下為弱風(fēng)化泥巖夾砂巖。

1.6航道及航運(yùn)

橋區(qū)枯水航道維護(hù)尺度為1.5*40*400m（水深*航寬*彎曲半徑），規(guī)

劃航道尺度為：2.0?2.4*60*480m,可通航1000t級(jí)船隊(duì)，航道標(biāo)準(zhǔn)為

國家HI級(jí)，最高通航水位為200.63m,最低通航水位為166.06m。橋梁通

航凈高40.9m,主跨通航凈寬143m,邊跨最小凈寬68m。

2.主要工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1、新井口嘉陵江特大橋位于重慶市主城區(qū)，采用四線連續(xù)剛構(gòu)橋跨

越嘉陵江，可有效地利用橋位資源，提高土地資源的利用效率，降低工

程成本，它的成功實(shí)施可為高墩多線連續(xù)剛構(gòu)在鐵路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用

提供借鑒與支持。

2、嘉陵江水流湍急，水位隨季節(jié)及天氣變化較大，每年6月至9月

底為汛期，洪水頻發(fā)，洪水漲幅最多可達(dá)到24米，日漲幅10m以上。枯

水季節(jié)（施工期）約8個(gè)月。由于汛期水位變化較大，施工平臺(tái)及圍堰

難以按最高洪水位設(shè)計(jì)，因此深水基礎(chǔ)施工應(yīng)盡量避開汛期，如進(jìn)入汛

期，如何確保施工期間安全度洪預(yù)防措施是本工程需要研究的課題。

3、橋址處于嘉陵江河谷狹窄地段，水流速度大，河床覆蓋層較薄,

大部分基巖裸露。81#墩河床巖面傾斜（高差約5m）,必須先完成基礎(chǔ)水

下爆破開挖，再進(jìn)行圍堰施工。82#墩位于主河槽內(nèi)，汛期水深近50m,

枯水期最大水深約30m,施工技術(shù)難度及安全風(fēng)險(xiǎn)均較高。

4、根據(jù)嘉陵江的通航條件，枯水期淺灘地段較多，雖然在三峽水庫

蓄水后有所改善，但三峽水庫經(jīng)常根據(jù)下游需求調(diào)控下放水量，對(duì)嘉陵

江的通航條件影響較大，大型水上運(yùn)輸設(shè)備通行不便。

3.任務(wù)來源

中鐵十局集團(tuán)有限公司于2009年7月中標(biāo)蘭渝鐵路廣元至重慶段

LYS-14標(biāo)段，其中新井口嘉陵江特大橋由中鐵十局子公司濟(jì)南鐵路工程

公司負(fù)責(zé)施工。

新井口嘉陵江特大橋工期緊、任務(wù)重、施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高，

是LYS-14標(biāo)段重要的控制工程。為此中鐵十局濟(jì)南鐵路工程公司成立了

深水基礎(chǔ)施工技術(shù)研究攻關(guān)小組，將蘭渝鐵路新井口嘉陵江特大橋深水

基礎(chǔ)施工技術(shù)研究列入科技課題攻關(guān)項(xiàng)目。經(jīng)過概略的比選和論證，初

步擬定了施工方案，為進(jìn)一步深入的研究明確了目標(biāo)和方向。

4.研究的主要內(nèi)容

4.1合理安排工期，滿足總體工期要求

新井口嘉陵江特大橋跨江主橋部分設(shè)計(jì)初步完成后，受國家長江水

利委員會(huì)委對(duì)本橋行洪和通航情況進(jìn)行論證和審批的影響，施工圖于

2010年2月正式出圖。施工圖到位滯后對(duì)確定施工方案產(chǎn)生較大的影響。

根據(jù)總體施工組織安排，81#墩2010年6月底完成圍堰施工，鉆孔

樁在汛期過后進(jìn)行施工，計(jì)劃2011年元月底完成，3月底前完成承臺(tái)。

82#墩2010汛期前完成施工準(zhǔn)備工作，汛后10月份開始圍堰施工，2011

年6月底完成承臺(tái)。保證工期目標(biāo)是確定深水基礎(chǔ)施工方案的重要依據(jù)。

4.2采用可行的施工方案，滿足度洪要求

嘉陵江流域面積大、落差大，汛期洪水漲幅大，流速高。兩個(gè)主墩

深水基礎(chǔ)施工周期長，不可預(yù)見的因素多，如何滿足度洪安全要求，是

兩個(gè)主墩基礎(chǔ)施工方案必須研究的問題。

81#墩鋼圍堰施工距汛期僅有4個(gè)月時(shí)間，施工方案必須保證在汛

期前完成底節(jié)圍堰拼裝下水、上層圍堰拼裝、圍堰定位著床、安裝鉆孔

樁施工平臺(tái)、下放鋼護(hù)筒及圍堰於封底。圍堰施工完成后即進(jìn)入汛期，

其結(jié)構(gòu)體系及措施必須保證鋼圍堰安全度汛。

擬定采用鋼浮筒施工平臺(tái)拼裝圍堰的方法，能夠以最快的速度組織

施工，在汛期到來前完成圍堰封底施工。鋼圍堰封底后與河床巖石形成

較強(qiáng)的附著力，施工平臺(tái)、鋼護(hù)筒、上下導(dǎo)向架連接成整體，形成鋼圍

堰壁板上部支撐，從而保證鋼圍堰安全度汛。

82#為高樁承臺(tái)采用吊箱圍堰施工，必須在一個(gè)枯水期內(nèi)完成鋼圍

堰、鉆孔樁、承臺(tái)施工。由于鋼圍堰制做、拼裝、下水、浮運(yùn)、定位、

鉆孔樁施工等施工過程存在著不可預(yù)見的因素較多，因此采用的施工方

案必須考慮度汛的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證度洪安全。

擬定采用雙壁鋼吊箱圍堰與定位樁構(gòu)建施工平臺(tái)的方案進(jìn)行施工，

按最不利情況考慮，即汛期到來前未按期完成承臺(tái)施工，樁基完成60%,

已完樁基與吊箱圍堰組成的聯(lián)合結(jié)構(gòu)能夠保證安全度洪。

4.3技術(shù)研究的主要內(nèi)容

新井口嘉陵江特大橋主墩大型深水基礎(chǔ)施工在擬定施工技術(shù)方案的

基礎(chǔ)上，對(duì)鋼圍堰制做、拼裝、下水、浮運(yùn)、定位、施工平臺(tái)建立、鉆

孔樁施工、圍堰抽水、承臺(tái)施工等施工方法及相關(guān)工藝進(jìn)行全面的研究，

對(duì)于一般性施工技術(shù)工藝進(jìn)行了簡略敘述，其重點(diǎn)技術(shù)研究主要內(nèi)容有

以下幾個(gè)方面：

(1)深水基礎(chǔ)施工方案的比選。通過對(duì)常見的深水基礎(chǔ)施工方法與

本項(xiàng)目擬采用的施工技術(shù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比，確定研究需要解

決的問題和目標(biāo)。

(2)雙壁鋼套(吊)箱圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)擬定的施工技術(shù)方案，研

究與之相適應(yīng)的圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(3)鋼浮筒施工平臺(tái)拼裝大型鋼圍堰施工技術(shù)方案。主要研究利用

鉆孔樁鋼護(hù)筒及施工平臺(tái)所用材料、構(gòu)件制做鋼浮筒施工平臺(tái)，以及在

鋼浮筒施工平臺(tái)拼裝大型鋼圍堰和圍堰下水的施工方法及工藝。

(4)雙壁鋼吊箱圍堰底節(jié)岸上拼裝、下水及雙壁鋼吊箱圍堰與定位

鋼護(hù)筒構(gòu)建施工平臺(tái)的技術(shù)方案和相關(guān)的施工方法，及滿足度洪安全要

求的相關(guān)措施。

第一部分鋼筒浮平臺(tái)拼裝大型雙壁鋼圍堰技術(shù)研究報(bào)告

蘭渝鐵路新井口嘉陵江特大橋81#墩雙壁鋼圍堰施工

1.技術(shù)方案論證

深水鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)施工方法主要有“先樁后堰”和“先堰后樁”

兩大類。本橋81#墩位處基巖裸露，巖面高低錯(cuò)落變化較大，設(shè)計(jì)承臺(tái)

底位于基巖面以下2?4m左右，因此兩種施工方法均必須先將巖層爆破

開挖至基底(封底於底)。為縮短工期，“先堰后樁”施工方法優(yōu)勢(shì)明顯，

因?yàn)殇搰咂囱b下水與水下爆破開挖可平行作業(yè)，爆破開挖完成后，鋼

圍堰就位并在其頂部安裝鉆孔樁施工平臺(tái)，經(jīng)濟(jì)上較合理。鋼筒組裝浮

平臺(tái)拼裝雙壁鋼圍堰方案可滿足此要求。

底節(jié)鋼圍堰拼裝下水常采用碼頭拼裝并拖拉下水和駁船組裝平臺(tái)拼

裝然后起吊下水兩種方法。采用第一種方法，本橋與上下游既有碼頭相

距較遠(yuǎn)，且碼頭租用、圍堰下水及封航浮運(yùn)成本較高，若修建圍堰拼裝

臨時(shí)碼頭，橋址附近兩岸較陡條件不具備，臨時(shí)碼頭選址、審批、租地、

修建及解決施工用電等成本較高，時(shí)間上影響工期的不確定因素較多。

如采用駁船作為浮平臺(tái)拼裝底節(jié)，然后用龍門吊起吊下水，需租用60m

長(800t)的平板駁4條，其中兩條駁船拼裝圍堰，兩條拼裝龍門吊，

另加1臺(tái)浮吊進(jìn)行配合，費(fèi)用仍超支較大，且在長江上游租船難度較大，

影響工期。

鋼護(hù)筒組裝浮平臺(tái)拼裝雙壁鋼圍堰是“先堰后樁”的一種施工方法，

是利用鋼護(hù)筒制成密閉的鋼筒作為浮體，拼裝成大型浮動(dòng)施工平臺(tái)，在

浮平臺(tái)上拼裝底節(jié)鋼圍堰后，向鋼浮筒內(nèi)注水使平臺(tái)下沉，底節(jié)圍堰自

浮后移至墩位處進(jìn)行上層圍堰拼裝、注水下沉及著床等作業(yè)，同時(shí)對(duì)沉

入水中的部分鋼浮筒平臺(tái)進(jìn)行充氣排水浮升至水面。

鋼護(hù)筒浮平臺(tái)利用鉆孔樁鋼護(hù)筒和鉆孔施工平臺(tái)所需構(gòu)件、材料拼

裝而成，浮平臺(tái)用完拆除修整后再用于鉆孔樁施工，把鋼材及周轉(zhuǎn)性材

料的消耗量降至較低點(diǎn)，施工成本降低額較大，能取得了較好的經(jīng)濟(jì)效

益。

用鋼護(hù)筒拼裝浮動(dòng)施工平臺(tái)，工序少、施工組織快，在底節(jié)圍堰加

工完成前即可完成，不占用工期。由于拼裝下水位置不在墩位處，因此

墩位處水下爆破與鋼圍堰拼裝可平行作業(yè)，工期大大縮短。

本方案采用簡易的注水下沉系統(tǒng)進(jìn)行底節(jié)圍堰下水，用簡易的充氣

排水系統(tǒng)對(duì)部分沉入水中的部分平臺(tái)進(jìn)行浮升打撈，施工方法中均采用

常用的水泵、空壓機(jī)等小型機(jī)具設(shè)備，具有設(shè)備簡單、操作簡易、下水

速度均勻可控、安全可靠等特點(diǎn)。

鋼浮筒平臺(tái)拼裝雙壁鋼圍堰在橋址現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工，對(duì)施工環(huán)境要求

不高，不需要施工碼頭，只要水深滿足鋼圍堰下水自浮即可。鋼圍堰施

工均在淺水區(qū)域進(jìn)行，避開了主航道，且不需封航進(jìn)行長距離浮運(yùn)，減

少了對(duì)水上交通運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

2.施工工藝原理

鋼筒浮平臺(tái)拼裝雙壁鋼圍堰施工主要設(shè)施由鋼筒組裝浮平臺(tái)、拼裝

墊梁、注水下沉系統(tǒng)及充氣排水打撈系統(tǒng)四部分組成。施工工藝原理如

下：

采用直徑2.8m鉆孔樁鋼護(hù)筒兩端封堵后形成密閉鋼浮筒，用若干個(gè)

密閉鋼浮筒作為浮體，拼成4個(gè)組塊，其中A組兩塊分別位于兩側(cè)直線

段圍堰壁板下，B組兩塊分別位于兩端的圓弧壁板下，用貝雷梁將4個(gè)浮

筒組塊拼聯(lián)成大型浮平臺(tái)，并用錨碇系統(tǒng)進(jìn)行固定。

在浮平臺(tái)上鋪設(shè)拼裝墊梁，使拼裝墊梁頂面在同一平面上。

拼裝鋼圍堰底節(jié)時(shí)，按照先直線段后圓弧的順序進(jìn)行，合攏塊設(shè)在

兩端圓弧段的中部，拼裝過程采用注排水進(jìn)行平衡或局部配重的方式保

持浮平臺(tái)整體平穩(wěn)。

底節(jié)鋼圍堰下水時(shí)，先對(duì)直線壁板下A組鋼浮筒平臺(tái)分兩批對(duì)稱注

水下沉，在鋼浮筒頂沒入水中前抽離，然后再對(duì)兩端B組鋼浮筒平臺(tái)分

批注水下沉，底節(jié)圍堰自浮后，B組鋼浮筒平臺(tái)沉至水底。注水下沉系統(tǒng)

由進(jìn)水管、出氣管、水泵、閥門、控制柜組成。注水采用小型水泵，保

持平臺(tái)緩慢下沉。鋼浮筒注水過程通過中加強(qiáng)觀測(cè)，通過對(duì)圍堰頂面4

個(gè)角點(diǎn)標(biāo)高的測(cè)量，不水平時(shí)，及時(shí)用閥門及水泵開關(guān)進(jìn)行注水量控制

和調(diào)整，使底節(jié)鋼圍堰下水過程基本保持平穩(wěn)。

底節(jié)鋼圍堰移至墩位處即可進(jìn)行打撈作業(yè)。鋼浮筒打撈系統(tǒng)由充氣

管、排水管、空壓機(jī)、閥門、氣壓表、控制柜組成。打撈時(shí)用空壓機(jī)向B

組鋼浮筒充氣排水，當(dāng)排水量大于B組鋼浮筒平臺(tái)自重時(shí)，使其浮出水

面，然后拖至岸邊拆解上岸。

底節(jié)鋼圍堰下水自浮后，用拖輪將其浮運(yùn)至墩位處，由錨碇系統(tǒng)初

步就位后，逐節(jié)拼裝上層圍堰并注水下沉。圍堰拼裝總高度超過水深1.0m

以上時(shí)，及時(shí)進(jìn)行下沉著床作業(yè)。下沉至圍堰底距河底0.5m左右，進(jìn)行

精確定位后下沉著床。圍堰拼裝完成后，在圍堰上安裝鉆孔樁施工平臺(tái)，

下放鋼護(hù)筒，然后進(jìn)行封底混凝土施工。

3.施工工藝流程

鋼浮筒平臺(tái)拼裝鋼圍堰施工工藝流程

4.主要工藝要點(diǎn)

4.1雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造

4.1.1雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)

81#墩承臺(tái)尺寸為45X20X4m,承臺(tái)底標(biāo)高為161.15m,施工水位

為175m。考慮鋼圍堰下沉就位精度，擬定圍堰平面凈尺寸為45.4X20.4m,

根據(jù)水深擬定封底杜厚2.5m,圍堰頂高出施工水位1.0m,圍堰總高度按

17.5m設(shè)計(jì)。

鋼圍堰由壁板結(jié)構(gòu)及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)兩部分組成。壁板采用豎向箱柱、

水平桁架和內(nèi)外帶肋面板構(gòu)成的空間箱體結(jié)構(gòu)。雙壁部分高度為15.0m,

厚度為1.5m,單壁部分高度為2.5m。內(nèi)支撐采用鋼管結(jié)構(gòu)。

根據(jù)方案墩位處河床基巖水下爆破開挖至圍堰底標(biāo)高，因此壁板不

設(shè)置刃腳，為保證底節(jié)圍堰下水后自浮，在距底部1.0處設(shè)置一道水平

底板，并對(duì)下部開口段進(jìn)行加強(qiáng)。在箱柱底部腹板處開孔與開口段連通，

用于開口段灌注水下硅封底。

4.1.2鋼圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.1.2.1荷載計(jì)算

鋼圍堰抽水安排在枯水期施工，按抽水完成后進(jìn)行驗(yàn)算。主要荷載

為：靜水壓力、流水壓力和風(fēng)載，傳力方式為面板一豎肋一水平桁架一

豎向箱柱->內(nèi)支撐。計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)及重慶西南水運(yùn)工程科學(xué)研究所編寫

的蘭渝鐵路新井口嘉陵江四線特大橋《通航凈空尺度和技術(shù)要求論證研

究報(bào)告》提供的相關(guān)參數(shù)。

(1)靜水壓力

靜水壓力按設(shè)計(jì)施工水位標(biāo)高175nl取值，最大深度按封底舲頂標(biāo)高

161.15m計(jì)算。P?=yH=10*13.85=138.5kPa

(2)流水壓力

計(jì)算時(shí)流速按20年一遇標(biāo)準(zhǔn)取值v=3.8m/s,與基礎(chǔ)橫橋向軸線夾

角為a=10°。由于流水壓力值較小，為簡化計(jì)算，流水壓力按均布考

慮(忽略水深的影響)，圓弧端按水流與迎水面正交進(jìn)行計(jì)算。側(cè)壁計(jì)算

考慮水流夾角。

圓弧端：P?=Kv2P/2g=0.6X3.82X10/(2X10)=4.33kPa

側(cè)壁：P靜'=KV2PsinlO0/2g=1.47X3.82XsinlO°/2=1.843kPa

其中K一橋墩形狀系數(shù)，根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》

TB10002.1-2005相關(guān)規(guī)定,圓弧端取0.6,側(cè)壁取1.43。

(3)風(fēng)荷載

橋區(qū)最大風(fēng)速v=26.7m/s,主風(fēng)向西北風(fēng)。風(fēng)荷載按《鐵路橋涵設(shè)

計(jì)基本規(guī)范》TB10002.1-2005相關(guān)規(guī)定計(jì)算。

W=MK2K1X1.0X1.3X0.446=0.64kPa

其中W0=v71.6=26.72/1.6=446Pa

Ki一風(fēng)載體形系數(shù)，取1.1。

電一風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.0。

”一地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，取1.3。

4.1.2.2面板驗(yàn)算

鋼圍堰內(nèi)外側(cè)面板采用8mm厚鋼板，板肋間距設(shè)定為0.35m,第一

層桁架設(shè)在距封底校頂0.45m處，標(biāo)高為161.6m,水深13.4,取該處靜

水壓力，面板寬度為1m,按5跨連續(xù)梁進(jìn)行驗(yàn)算。

(1)均布荷載：CLIPMP流=13.4X10+4.33=138.33kN/m

q=138.33KN/m

1)

11"11.1"1!1二,

0,350,35I0,35

0,354--.Y■

0.1380.2020.2020.138

J

L3581.25612241,256

(2)強(qiáng)度驗(yàn)算：21*0.0082/6=0.00001lm3

。=M/W=1.358/0.000011/1000=123.45MPa

<[o]=145MPa故滿足要求。

4.1.2.3板肋驗(yàn)算

鋼圍堰內(nèi)外側(cè)板肋N80X50X8角鋼，間距d=0.35m,根據(jù)《鋼結(jié)

構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，板肋計(jì)算時(shí)應(yīng)與面板組合計(jì)算，取面板計(jì)算寬度為板肋兩

側(cè)各15t,t為面板厚度。面板計(jì)算寬度b=30t=24cm。

(1)桿件幾何特性：

t0=(9.867*2.73+24*0.8*8.4)/(9.867+24*0.8)=6.475cm

IF62.83+9.867*(6.475-2.73)=201.21cm4

12=24*0.8*0.8*0.8/12+24*0.8*(8.4-6.475)=72.17cm4

I=I1+I2=273.38cm4

W=273.38/6.475=42.22cm3

S*=24*0.8*(8.4-6.475)+0.8*(8-6.475)72=37.89cm3

⑵桁架間距及板肋內(nèi)力(MIDAS軟件)計(jì)算：

靜水壓力：PiXPhi

流水壓力：P流=4.33KPa

桁架間距：L=hi-hi+1

板肋均布荷載：qi=(Pi靜+P流)d

桁架間距及板肋內(nèi)力計(jì)算(見下表)：

桁架間距及板肋內(nèi)力計(jì)算表

深度間距靜水壓力流水壓力均布荷載跨中彎距桿端剪力撓度

第i層

hiLPi齡P端AiMiQif

013.850.4138.54.3349.991.0010.000.0000

113.450.95134.54.3348.595.4823.080.0009

212.511254.3345.275.6622.630.0010

311.511154.3341.775.2220.880.0009

410.51.11054.3338.275.7921.050.0013

深度間距靜水壓力流水壓力均布荷載跨中彎距桿端剪力撓度

第i層

hiLPi仲P流qiMiQif

59.41.1944.3334.425.2118.930.0011

68.31.2834.3330.575.5018.340.0014

77.11.3714.3326.375.5717.140.0017

85.81.4584.3321.825.3415.270.0019

94.41.4444.3316.924.1411.840.0015

1031.2304.3312.022.167.210.0006

111.80.8184.337.820.633.130.0001

1210.8104.335.020.402.010.0000

130.20.224.332.220.010.220.0000

(3)板肋驗(yàn)算：

由上表得知各層桁架間板肋的計(jì)算內(nèi)力均滿足以下條件，故安全。

Mi<[M]=W[o]=42.22*145/1000=6.12kN-m

Qi<[Q]=[THd/S*=85*273.38*0.8/37.89/10=49.06kN

f=5ql7384EI<[f]=L/400m

4.1.2.4水平桁架驗(yàn)算

(1)各層桁架荷載計(jì)算

第i層靜水壓力：Pi^=Phi

第i層靜水壓力荷載：QiW=l/3(Pi+l/2Pi-1)(hi--hi)

+l/3(Pi+l/2Pi-1)(h-hitl)

第i層圓端流水壓力荷載：Qiat=I/2P2(hii—hi-,)

第i層側(cè)壁流水壓力荷載:一流'=1/2P2‘(h--hi”)

第i層圓端均布荷載組合：qi=Qi靜+Qi流

第i層側(cè)壁布荷載組合：qi'=Qi靜+Qi流'

鋼圍堰各層桁架荷載計(jì)算詳見下表。

各層水平桁架荷載計(jì)算表

深度靜水壓力桁架均布荷載均布荷載組合

第i層標(biāo)圖

hiB靜q靜圓端今流側(cè)壁5流圓端q側(cè)壁q

0161.1513.85138.5

1161.5513.45134.589.552.921.2492.4790.79

2162.512.5125121.714.221.80125.93123.51

3163.511.5115115.004.331.84119.33116.84

4164.510.5105109.904.551.94114.45111.84

5165.69.494103.404.762.03108.16105.43

6166.78.38395.074.982.12100.0597.19

7167.97.17188.335.412.3093.7590.64

8169.25.85877.855.852.-1983.7080.34

9170.64.44461.606.062.5867.6664.18

1017233039.875.632.4045.5042.26

11173.21.81819.334.331.8423.6621.18

121741108.003.461.4711.469.47

13174.80.222.002.170.924.172.92

(2)桁架內(nèi)力計(jì)算

根據(jù)上述各層桁架荷載計(jì)算，第2層桁架承受的均布荷載最大，其

中直線段qmax=123.51KN/m,圓弧端q皿=125.93KN/m,取兩該層最大跨距

的桁架進(jìn)行計(jì)算，受力簡圖如下：

qmax=123.51KN/m

J4Q

直線段桁架受力計(jì)算簡圖

圓弧端桁架受力計(jì)算簡圖

用MIDAS結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算，桁架各桿件內(nèi)力見下表。

桁架桿件內(nèi)力表

桿直線段桁架圓弧端桁架

號(hào)

名稱軸力桿端剪力跨中彎矩名稱軸力桿端剪力跨中彎矩

178.288-78.288-27.40164.018-41.660-7.582

2外弦-78.288-78.289-27.40146.700-58.942-15.178

外弦

3桿-78.288-78.289-27.401-56.758-71.073-22.068

桿

478.288-78.288-27.401-49.377-71.073-8.025

5端桿0059.766-35.537-5.517

6-195.72000端桿000

739.14400-28.72100

內(nèi)弦內(nèi)弦

8117.4320042.03500

桿桿

939.14400-13.31400

10-195.72000000

端桿

11端桿000000

12262.58600-102.08100

13-262.58600-206.37000

1487.5290068.73000

15-87.52900腹桿-67.79100

腹桿

16-87.52900-86.66100

1787.5290087.86200

18-262.58600-199.89400

19262.58600

(3)直線段桁架桿件驗(yàn)算

直線段弦桿采用不等邊角鋼N160*100*10,A=25.315cm2,

1=668.69cm4,i=5.14cm,W=62.13cm3o角鋼與壁板組合截面示意圖如

下：

截面參數(shù)計(jì)算：

A=25.315+24*0.8=44.515cm2

t0=(25.315*5.14+24*0.8*16.4)7(25.315+24*0.8)=9.997cm

L=668.69+25.315*(9.997-5.14)*(9.997-5.14)=1265.88cm4

2

12=24*0.8*0.8*0.8/12+24*0.8*(16.4-9.997)=799.46cm4

I=I1+I2=2065.34cm4

W=2065.34/9.997=206.60cm3

S*=24*0.8*(16.4-9.997)+0.8*(16-9.997)72=151.77cm3

i=JI/A=6.81cm

外側(cè)弦桿拉(壓)彎構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算：

o=N/A+M/VxW=143.9MPa<145Mpa故安全。

Yx一截面塑性發(fā)展系數(shù)，查表YX=1.05

外側(cè)弦桿壓彎構(gòu)件穩(wěn)定驗(yàn)算(2、3號(hào)弦桿)：

o=N/(pxA+PmxM/yxW(l-0.8N/NEx)=144.96MPa<145Mpa安全。

口一壓桿穩(wěn)定系數(shù)。3=l/i=20.6,屬c類，查表得6=0.962

Bmx一等效彎矩系數(shù)，桿件受勻布荷載，取841

M—?dú)W拉臨界力。以=n2EA/Xx2=21327kN

內(nèi)側(cè)弦桿壓桿穩(wěn)定驗(yàn)算：

1、4號(hào)桿軸力N=-195.72kN,l=70cm

Xx=l/i=70/6.81=10.3屬c類，查表得6=0.992

。=N/(pxA=44.32MPa<140Mpa

3號(hào)桿軸力N=117.432kN,1=140cm

。=N/A=26.38MPa<140Mpa

腹桿壓桿穩(wěn)定驗(yàn)算

12、13、18、19號(hào)桿采用等邊角鋼N110*110*10,A=21.261cm2,i

=3.38cm,N=262.586Kn,按壓桿穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。

Xx=l/i=155/3.38=45.9屬b類，查表得(px=0.874

o=N/(pxA=141.31MPa^l40Mpa滿足要求

中間腹桿14、15、16、17采用N90*56*8不等邊角鋼,A=11.183cm2,

i=1.56cm,N=87.529Kn,按壓桿穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。

Xx=10/i=155/l.56=99.4屬b類，查表得(px=0.558

o=N/(pxA=140.26MPa=140Mpa滿足要求

(4)圓端段桁架驗(yàn)算

直線段弦桿采用鋼環(huán)板，鋼板截面尺寸300*10mm,環(huán)板與壁板組合

截面示意圖如下：

截面幾何性質(zhì)計(jì)算:

A=A1+A2=30+19.2=49.2cm2

to=(30*15+19.2*30.4)/49.2=21cm

L=1*30*30*30/12+30*(21-15)*(21-15)=3330cm4

I2=24*0.8*0.8*0.8/12+19.2*(30.4-21)*(30.4-21)=1698cm4

1=11+12=5028cm4

W=I/y=5028/21=239.43cm3

S*=24*0.8*(30.4-21)+1*(30-21)72=225.48cm3

i=JI/A=10.1cm

根據(jù)圓弧端桁架弦桿截面幾何性質(zhì)看出，該桿件承載能力強(qiáng)于直線

段弦桿，且各弦桿計(jì)算內(nèi)力小于直線段弦桿，因此不需驗(yàn)算。

圓弧端桁架腹桿與面與直線段腹桿截面相同，且各對(duì)應(yīng)腹桿內(nèi)力小

于直線段腹桿，因此不需驗(yàn)算。

4.1.2.5箱柱驗(yàn)算

箱柱由翼板、腹板、水平環(huán)和板肋組成。其中翼板厚25mll1,腹板厚

18mm,水平環(huán)板厚10mm。箱柱承受三部分荷載：水平桁架傳來集中力、

箱柱自身承受的靜水壓力(三角形分布)和流水壓力(均布荷載)，經(jīng)分

析取最不利的直線段箱柱進(jìn)行驗(yàn)算。

(1)箱柱荷載及內(nèi)力計(jì)算

集中荷載：鋼圍堰箱柱中心最大間距為6.75m,箱柱間桁架計(jì)算長

度為L=5.6m,各層水平桁架傳來集中力為Fi=qL。詳見下表

各層水平桁架傳來集中荷載計(jì)算表

第i層qLF,第i層qL

190.685.60507.82880.345.60449.89

2120.185.60673.03964.185.60359.41

3116.845.60654.321042.265.60236.67

4111.845.60626.281121.185.60118.59

5105.435.60590.39129.475.6053.06

697.195.60544.24132.925.6016.36

790.645.60507.57

最大靜水壓力：Q產(chǎn)P靜B=138.5*1.15=159.3kN/m

流水壓力:Q.=P，B=l.843*1.15=2.12kN/m

風(fēng)荷載：QRL=WB=O.64X1.15=0.74kN/m

封底混凝土及側(cè)壁內(nèi)混凝土澆筑后，剛箱底部封底混凝土以下可作

為固定端，圍堰頂部內(nèi)支撐作為剛箱的上支點(diǎn)，受力簡圖如下：

Q”Q*

（2）箱柱截面參數(shù)計(jì)算

25

翼板：11=(150*2.53/12+150*2.5*(75+1.25)2)*2=4360938cm4

翼板板肋：3(62.83+9.867*(75-5.27)2)*4=192156cm4

腹板：I;)=2*l.8*150712=1012500cm4

2

腹板肋：I4=(18.85+9.867*(30-1.25))*4=32698cm4

截面慣性矩：I=L+l2+L+l4=5598292cm4=0.056m4

彎曲截面模量：W=I/t=0.056/0.775=0.0723m3

截面靜矩：

S*=150*2.5*76.25+9.867*(75-5.27)*2+9.867*(30-1.25)*2

+2*75*1.8*75/2=40662cm3=0.0407m3

(3)強(qiáng)度驗(yàn)算

o=M/W=8658.07/0.0723/1000=119.75MPa<145MPa

T=QS*/(Ib)=4405*0.0407/(0.056*0.036*1000)=88.93Mpa<85Mpa

考慮枯水期抽水因此滿足強(qiáng)度要求。

4.1.2.6內(nèi)支撐驗(yàn)算

(1)荷載及內(nèi)力計(jì)算

內(nèi)支撐選用小lOOOXIOmm鋼管。根據(jù)箱柱荷載及內(nèi)力計(jì)算得知內(nèi)支

撐承受箱柱上支點(diǎn)傳來壓力F=1765.72kN?？紤]內(nèi)支撐需承受一定的施工

荷載，因此內(nèi)支撐按壓彎桿件驗(yàn)算。假定施工荷載P=2.5kPa,則均布荷

載為：

q=2.5*6.25=15.63kN/m

計(jì)算簡圖：

q=15.63KN/m

FIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIF

桿端彎矩：M=-552.73kN-m

桿端剪力：Q=-160.99kN

桿端軸力:N=-1765.72kN

(2)截面參數(shù)計(jì)算：

面積：A=3.14*(1022-1002)/4=317.3cm2

慣性矩：1=3.14*(1024-1004)/64=404638cm4

慣性半徑：i=VQ/A)=V(404638/317.3)=35.7cm

抗彎截面模量：W=I/(D/2)=7934cm3

(3)強(qiáng)度驗(yàn)算

o=N/A+M/YxW=116.23MPa<145Mpa故安全。

Yx一截面塑性發(fā)展系數(shù)，查表YX=1.15

(4)整體穩(wěn)定驗(yàn)算

。=N/(pxA+PmxM/yxW(l-0.8N/NEX)=133.29MPa<145Mpa安全。

口一壓桿穩(wěn)定系數(shù)。3=l/i=57.7,屬b類，查表得6=0.819

6批一等效彎矩系數(shù)，桿件受勻布荷載，取3*1

夠一歐拉臨界力。g=弘2EA/Xx2=19377kN

4.1.3鋼圍堰制造

為保證質(zhì)量及加快施工進(jìn)度，雙壁鋼圍堰在工廠分塊加工制做。結(jié)

合吊裝設(shè)備能力及船運(yùn)要求確定板件尺寸大小，不宜過大過重(15?20t),

太小則影響吊裝進(jìn)度。具體分塊尺寸為：壁板高度方向分為四節(jié)，節(jié)高

分別為5.5m、4.5m、5.0m、2.5mo每層分為18塊，其中圓端形方向分3

塊，直線段方向分6塊，共計(jì)72塊。為保證現(xiàn)場(chǎng)拼裝吻合，每節(jié)直線段

及圓弧段分別整體制做，質(zhì)量檢測(cè)合格后，再分割成塊，按每層一批運(yùn)

至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。

4.2鋼浮筒平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.2.1鋼浮筒平臺(tái)結(jié)構(gòu)

鋼浮筒平臺(tái)主要由鋼浮筒、貝雷梁拼裝而成。鋼浮筒采用直徑2.8m

的鉆孔樁鋼護(hù)筒兩端封堵后制成，長度分為9叭13m兩種規(guī)格。在鋼圍

堰兩側(cè)直線壁板下分別垂直布設(shè)5根9nl長浮筒，浮筒位于圍堰豎向箱柱

下（塊件拼縫處），間距6.75m。在鋼圍堰兩圓弧端下順橋向各設(shè)2根31m

長浮筒，間距6m,每根由3節(jié)浮筒按照9+13+9m形式拼接而成。在鋼

圍堰直線壁板兩側(cè)各設(shè)一組貝雷梁（每組2片），將所有浮筒聯(lián)結(jié)成整體，

形成鋼圍堰拼裝浮動(dòng)平臺(tái)。

,52.5（

當(dāng)

-■可

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一

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3罰

I2512

丁

X一

6叁鄴后

5.2.2鋼浮筒平臺(tái)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.2.2.1浮力驗(yàn)算

鋼護(hù)筒62800X16mm：(9X18+13X4)X1.104=236.26t

封端鋼板：22X2X6.158X0.01X7.85=21.27t

貝雷梁：(54X4+42X4)X0.1=38.4t

拼裝墊梁132b：(54X8+9X18)X0.05774=32.3t

底節(jié)圍堰：320t

其它：30t

合計(jì)：G=678t

總浮力：Fmax=(9X18+13X4)X6.158=1318t

Fmax/G=1318/678=1.94>K=1.5,故滿足要求。

拼裝前每米浮筒排水量：V0=358/(9X18+13X4)=1.673m3

拼裝后每米浮筒排水量:Vmax=678/(9X18+13X4)=3.168m3

根據(jù)弓形面積與弓高關(guān)系式計(jì)算鋼浮筒平臺(tái)吃水深度：

S=(nR2/180)arcCOS(R-h)/R-(R-h)V2Rh-h2

拼裝前吃水深度:ho=O.89m,

拼裝后吃水深度：hmax=l.43m,干弦高度為H=l.37m,滿足要求。

4.2.2.2貝雷梁驗(yàn)算

A.拼裝兩塊壁板時(shí)檢算

圍堰壁板按照先直線段后圓弧段及直線段按照由中間向兩端對(duì)稱的

順序進(jìn)行分塊拼裝。在拼裝中部兩塊壁板時(shí)，5號(hào)浮筒承受重力W,4號(hào)

浮筒承受重力W/2,為保持平衡分別向4號(hào)筒內(nèi)注W/2水量。由于貝雷梁

的分配作用，壁板重量由9個(gè)浮筒分擔(dān)。兩塊壁板焊連前，5號(hào)筒吃水深

度略大，將兩塊壁板墊平焊連后，將5號(hào)筒上墊板抽出，在浮力作用下，

5#筒相應(yīng)上浮，4、5號(hào)浮筒吃水深度接近。

ww

ID~~WHiQ(5?0~?

16J6,7516,751675」.6,75J67516,75.16J

底節(jié)圍堰直線段拼裝示意圖(?)

在荷載和浮力的共同作用下，貝雷梁中部向下彎曲，1號(hào)筒與4號(hào)筒

間產(chǎn)生吃水深度差為f,為保證安全必須滿足fmax〈[f],因本結(jié)構(gòu)為臨

時(shí)結(jié)構(gòu)，貝雷梁允許撓度[f]=L/250計(jì)。

(1)貝雷梁撓度驗(yàn)算

假定兩塊壁板下的4、5號(hào)3個(gè)浮筒加載后下沉量相同，1?4號(hào)浮筒

間貝雷梁按懸臂梁考慮，且在浮力作用下產(chǎn)生向上彎曲，因此各浮筒所

產(chǎn)生浮力由4號(hào)筒支點(diǎn)開始向兩端遞減，即分配的荷載遞減。在計(jì)算撓

度時(shí)按平均分配荷載驗(yàn)算撓度相對(duì)安全。具體計(jì)算如下：

壁板每米重：320/130=2.46t/m=24.6kN/m

壁板及平衡水重：G1=2W+W=6.75*24.6*3=498.15kN

平均每個(gè)浮筒增加浮力:F=498.15/9=55.35kN

在各浮筒浮力作用下貝雷梁各點(diǎn)產(chǎn)生的撓度按公式f=P*xA

2*(3a-x)/3EI或f=P*aA2*(3x-a)/3E計(jì)算，貝雷梁參數(shù)：I=250497cm4,

I=2X105MPa,計(jì)算結(jié)果見下表。

拼裝兩塊壁板1?3號(hào)浮筒處撓度

各浮筒距4號(hào)浮筒位置及撓度(mm)

各浮筒浮力

①19.5m②13.5m③6.75m

Fl55.35kN68.2737.7510.85

F255.35kN37.7522.657.08

F355.35kN10.857.082.83

(f)合計(jì)：1176721

貝雷梁端部最大撓度：fmax=117mm^[f]=2L/250=156nun,滿足要

求。

(2)貝雷梁強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)按各浮筒平均分配浮力計(jì)算貝雷梁的撓度可知，各點(diǎn)的撓度不

同，即各浮筒的浮力或分擔(dān)的荷載不同，因此需重新進(jìn)行分配。

平均每米浮筒排水量：V1=VO+AV=1.673+49.815/(9X9)=2.288m3

根據(jù)弓形面積與弓高關(guān)系式計(jì)算平均吃水深度:hl=l.12m

浮筒的水線寬度：Bo=2*V2Rh-h2=2.74m

由計(jì)算可得平均分配浮力時(shí)，水線的寬度基本接近浮筒直徑。為簡

化計(jì)算，在分配浮力時(shí)采用平均水線寬度，對(duì)浮力分配影響不大。

設(shè)1號(hào)浮筒加載后的下沉量為Ah,貝心

Fl=BoLAhy=2.74*9.O*Ahy=24.66Ahy

F2=Fl+BoL(fl-f2)v=Fl+2.74*9.0*(0.117-0.067)y=Fl+l.23Y

F3=F1+BoL(fl-f3)Y=Fl+2.74*9.0*(0.117-0.021)y=Fl+2.37y

F4=Fl+BoLfly=Fl+2.74*9.0*0.117v=Fl+2.89Y

根據(jù)計(jì)算假定4、5號(hào)3個(gè)浮筒浮力相等，因此可得：

F=2F1+2F2+2F3+3F4=9F1+15.87Y=9*24.66Ahy+15.87v

△h=(498.15-158.7)/9*246.6=0.153m

則可得：Fl=37.73kN,F2=50.03kN,F3=61.43kN,F4=66.63

kN,力計(jì)算簡圖如下：

3kN,61.43kN,50.03kN37.73RN

拼裝兩塊臂板貝雷梁受力簡圖

貝雷梁參數(shù)：I=250497cm4,W=3579cm3,[M]=788.2kn-m,雷]=245.2kn,

采用4片貝雷梁，拼裝兩塊壁板時(shí)內(nèi)力結(jié)果計(jì)算如下：

Mmax=1825.8kn-m<4[M]=4*788.2=3152.8kn-m

Qmax=149.19kn<4[Q]=4*245.2=980.8kn故安全

B、拼裝四塊時(shí)各浮筒的浮力計(jì)算：

在拼裝中部四塊壁板時(shí)，先將4號(hào)浮筒內(nèi)平衡水抽出，為保持平衡

分別向兩側(cè)3號(hào)筒內(nèi)注W/2水量。再進(jìn)行對(duì)稱拼裝。則已拼壁板重：

G2=4W+W=6.75*24.6*5=830.25kN

平均每個(gè)浮筒增加浮力：F=830.25/9=92.25kN

在各浮筒浮力作用下貝雷梁各點(diǎn)產(chǎn)生的撓度計(jì)算結(jié)果見下表。

拼裝四塊壁板1?2號(hào)浮筒處撓度

各浮筒距4號(hào)浮筒位置及撓度(mm)

各浮筒浮力

①19.5m②13.5m

F192.25kN39.8912.06

F292.25kN12.064.72

(f)合計(jì)：5217

貝雷梁端部最大撓度：fmax=52mm^[f]=2L/250=l10mm,滿足要

求。

(2)貝雷梁強(qiáng)度驗(yàn)算

貝雷梁端部最大撓度：fmax=52mm^[f]=2L/250=l10mm,滿足要

求。

(2)貝雷梁強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)上述計(jì)算貝雷梁的撓度，對(duì)1、2號(hào)浮筒的浮力重新進(jìn)行分配。

平均每米浮筒排水量：Vl=V0+AV=1.673+83.3/(9X9)=2.70m3

根據(jù)弓形面積與弓高關(guān)系式計(jì)算平均吃水深度：hl=1.27m

浮筒的水線寬度：Bo=2*V2Rh-h2=2.79m

由計(jì)算可知，平均分配浮力時(shí)水線的寬度基本接近浮筒直徑。為簡

化計(jì)算，在分配浮力時(shí)采用平均水線寬度，對(duì)浮力分配影響不大，且偏

于安全。

設(shè)1號(hào)浮筒拼裝四塊壁板后下沉量為Ah,貝1]：

Fl=BoLAhv=2.79*9.O*AhY=25.llAhy

F2=Fl+BoL(fi-f2)v=Fl+2.79*9.0*(0.052-0.017)v=F1+O.879

F3=Fl+BoLfiY=Fl+2.79*9.0*0.052Y=F1+1.306y

假定3、4、5號(hào)5個(gè)浮筒浮力相等，貝!!：

F=