【正文】 橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 1 1 3 3 6第2章 雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 7 7 8 8 9 9 10 11 11 11 12 14 14 16 16 17 17 17 18 18第3章 雙壁鋼圍堰的有限元分析 20 20 20 21 22 22 23. 2豎肋應(yīng)力 23 24 25 26 27 27 28 28 29 30 31 31 32 32 32第4章 雙壁鋼圍堰施工工序 34 34 34 35 35 35 35 35 36 36 36 36 37 37 38 38 38 38 39第5章 結(jié)論 40參考文獻(xiàn) 41致 謝 42附錄A 外文翻譯 43附錄B 設(shè)計(jì)圖紙 58石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)大多位于水中，修建水中基礎(chǔ)，最常用的方法就是圍堰法。圍堰的作用主要是防水擋土，使基礎(chǔ)的施工能在排水或靜水的環(huán)境中進(jìn)行。圍堰的發(fā)展主要經(jīng)歷了土石圍堰、木板樁圍堰和鋼圍堰這樣的過程。土石圍堰主要適用在2m水深以內(nèi)、河床土層不透水或滲水較小的情況。木板樁圍堰適用于水深4m以內(nèi)，河床為土層，且無防礙打板樁的大塊石、樹干等雜物的情況。鋼圍堰形式多樣，在國內(nèi)主要有拉森型鋼板樁圍堰、鋼吊箱圍堰和雙壁鋼圍堰。由于鋼圍堰強(qiáng)度高，容易打入堅(jiān)硬的土層，防水性能好，能按需要組合成各種外形，并可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，在橋梁施工中常用于沉井頂?shù)膰?、管柱基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等。深水基礎(chǔ)的修建，其核心問題在于防排水。因?yàn)樯钏h(huán)境對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)都會(huì)帶來一些特殊問題。然而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，解決深水施工的技術(shù)措施亦得到迅速地提高和發(fā)展。雙壁鋼圍堰就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。雙壁鋼圍堰常為圓形，也有為適應(yīng)基礎(chǔ)形狀而作成異形的。其堰壁鋼殼由有加勁肋的內(nèi)外壁板和多層水平桁架所組成。堰壁底端設(shè)刃腳，以利于切土下沉。在堰壁內(nèi)腔，用隔艙板將其對(duì)稱地分為若干個(gè)密封的隔艙，以便利于不平衡的灌水來控制其在下沉?xí)r的傾斜。雙壁鋼圍堰同其它基礎(chǔ)施工方法和工藝相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也是橋梁基礎(chǔ)施工的一個(gè)重大突破。雙壁鋼圍堰施工的優(yōu)勢(shì)是深水、巖石河床，并且河床覆蓋層薄，這樣，圍堰易趨于穩(wěn)定，輔助措施少、費(fèi)用低。同其他深水基礎(chǔ)施工技術(shù)相比雙壁鋼圍堰施工有著明顯的優(yōu)勢(shì)：(1) 結(jié)構(gòu)簡單、剛度大，施工方便，工期短，可以在完全下沉就位后作為大面積承載的基礎(chǔ)的一部分。(2) 采用雙壁鋼殼其強(qiáng)度更高，可受更大的內(nèi)外水位差產(chǎn)生的壓力。(3) 能適應(yīng)各種基礎(chǔ)的的形式，同時(shí)有更大的作業(yè)空間。(4) 雙壁鋼圍堰施工基本上不受墩位處水深的限制，若配合使用空氣幕下沉等工藝，還可將圍堰下沉到更深的覆蓋層內(nèi)。即雙壁鋼圍堰能在深水、厚覆蓋層的條件下采用；當(dāng)巖面傾斜時(shí)，還可做成高低刃腳以防止其傾斜。(5) 在圍堰混凝土封底以前的工序簡單；抽水及渡洪均不受施工水位限制，也不受季節(jié)限制。(6) 適用于多種地質(zhì)條件，切割后還可使用。這不僅有利干設(shè)備的利用，還能重復(fù)使用雙壁鋼圍堰的，可充分發(fā)揮材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。這就是雙壁鋼圍堰技術(shù)這些年來運(yùn)用越來越多的主要原因。在我國，雙壁鋼圍堰的施工方法，以浮運(yùn)施工和纜索吊機(jī)吊運(yùn)施工最為常見，尤其是浮運(yùn)法施工。這事由于圍堰主要用于深水基礎(chǔ)的施工，大多數(shù)圍堰在岸邊設(shè)加工廠，然后通過浮運(yùn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。蕪湖長江大橋9號(hào)～12號(hào)墩位于長江主河槽內(nèi) ，水深流急，基礎(chǔ)采用的是圓形雙壁鋼圍堰施工。其中，10號(hào)、，10號(hào)墩鋼圍堰總高度52m，總質(zhì)量862t；，總質(zhì)量727t。9號(hào)、，9號(hào)墩鋼圍堰總高度52m，總質(zhì)量648t，總質(zhì)量454t。如此大型的鋼圍堰在當(dāng)時(shí)首次采用，為此專門設(shè)計(jì)了一套針對(duì)該圍堰的錨碇系統(tǒng)。此外，為了適應(yīng)承臺(tái)的形式，達(dá)到節(jié)約材料的目的，許多異形圍堰被應(yīng)用于橋梁建設(shè)中。如湯溪河橋10號(hào)墩，河床為傾斜陡坡，基礎(chǔ)施工范圍內(nèi)高差達(dá)9m，這對(duì)樁基施工帶來很大困難。于是采用了異形高低刃腳鋼圍堰方案，鋼圍堰設(shè)計(jì)為矩形結(jié)構(gòu)。矩形鋼圍堰的受力狀態(tài)較遜于常規(guī)的圓形鋼圍堰，因此在鋼圍堰內(nèi)用型鋼設(shè)置了縱橫兩道支撐，以加強(qiáng)鋼圍堰的剛度。另外在鋼圍堰內(nèi)順河向還設(shè)置了一道內(nèi)壁，用以增加鋼圍堰剛度和減少封底混凝土澆注數(shù)量。內(nèi)壁結(jié)構(gòu)形式與外壁相同。鋼圍堰的高度和刃腳需按地形變化設(shè)置。南京三橋北主塔基礎(chǔ)承臺(tái)施工原設(shè)計(jì)采用雙壁有底鋼套箱，總重達(dá)2261t。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和歷年水文資料進(jìn)行深入分析，最終優(yōu)化為北索塔承臺(tái)鋼圍堰呈啞鈴形（如圖11），平面尺寸為84m29m，圍堰壁體為雙壁空箱結(jié)構(gòu)，其余均為等截面。雙壁鋼圍堰頂標(biāo)高為+，分3節(jié)拼裝，。鋼圍堰鋼結(jié)構(gòu)自重1709t，比原設(shè)計(jì)節(jié)約鋼材552t。同時(shí)，雙壁鋼圍堰的施工方法也得到了不斷的改進(jìn)，可以先將雙壁鋼圍堰下沉就位封底混凝土，接著施工鉆孔樁，最后再抽水施工樁基承臺(tái)；也可以先施工鉆孔樁，用鉆孔樁的鋼護(hù)筒，作為雙壁鋼圍堰定位下沉的導(dǎo)向、支撐裝置，最后再做混凝土封底、抽水施工樁基承臺(tái)，杭州下沙大橋就是采用了后者。雙壁鋼圍堰同其它基礎(chǔ)施工方法和工藝相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也是橋梁深水基礎(chǔ)施工的一個(gè)重大突破。蚌埠市朝陽淮河公路大橋利用高壓旋噴樁豎直帷幕止水技術(shù)加固地基，減少大型雙壁鋼圍堰人土深度進(jìn)行水中承臺(tái)施工的技術(shù)就是一個(gè)成功的范例。高壓旋噴樁結(jié)合鋼圍堰施工承臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是：施工簡便，止水效果好、加固地基穩(wěn)定，一次成形，未出現(xiàn)涌砂、穿底、漏水等意外問題，避免了為解決圍堰下沉困難而采取的其它措施，并且樁體、圍堰有效堵水后，省去了水下混凝土封底，同時(shí)施工對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染、無噪音；進(jìn)度快，多工序平行作業(yè)能有效縮短施工工期；成本低，效益明顯，可節(jié)約大量的材料。因此，只要真正懂得了各種施工工藝的精髓，然后因地制宜的將雙壁鋼圍堰同其它的地基基礎(chǔ)處理方法相結(jié)合，這樣將會(huì)得到更優(yōu)越的施工工藝。圖11 啞鈴形鋼圍堰結(jié)構(gòu)平面圖及拼接順序在國外，圍堰不僅用于結(jié)構(gòu)物的新建，而且也經(jīng)常用于既有結(jié)構(gòu)物的修復(fù)。并且很早以前就有施工者采用雙壁鋼圍堰來建設(shè)橋梁深水基礎(chǔ)、長度較短的碼頭和其他水中結(jié)構(gòu)物。國外使用的雙壁鋼圍堰類型主要有兩種，一是我們國內(nèi)普遍采用的用鋼板圍焊的雙壁鋼圍堰，只是使用的比較少而已；另一種是鋼板樁雙壁鋼圍堰，就是將打入水中平行的兩列鋼板樁進(jìn)行橫向以及縱向連接和鎖定，并在兩層之間的間隙填人砂石或其他合適的材料就成了雙壁鋼圍堰。鋼板樁雙壁鋼圍堰作為雙壁鋼圍堰的一種類型在歐洲和美洲，以及亞洲的日本和中國的臺(tái)灣地區(qū)應(yīng)用最為廣泛。如位于美國加利福尼亞州的海峽大橋采用了在陸地上預(yù)先制作雙壁鋼圍堰，然后采用駁船浮運(yùn)就位來施工橋墩基礎(chǔ)。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。某橋梁深水承臺(tái)雙壁鋼圍堰，水深9m；承臺(tái)為圓端形（如圖12），厚（2+4）m，；，河床面土質(zhì)為密實(shí)細(xì)砂；圍堰設(shè)計(jì)平面形狀為圓端形（如圖13）。 根據(jù)樁基礎(chǔ)施工的先后順序，雙壁鋼圍堰的施工分為先下鋼圍堰后成樁和先成樁圖12 承臺(tái)平面圖(單位：m)圖13 鋼圍堰平面圖(單位：mm)后下鋼圍堰兩種施工方案。有時(shí)為了加快施工進(jìn)度，在條件容許的情況下也會(huì)采用邊下沉圍堰邊進(jìn)行樁基礎(chǔ)的施工工序。目前雙壁鋼圍堰的施工工藝流程如圖14。施工要點(diǎn)說明：（1）制造雙壁鋼圍堰時(shí)立面分若干層，平面分若干塊，其大小要根據(jù)制造設(shè)備、運(yùn)輸條件和安裝起吊能力而定。條件許可時(shí)，塊件宜大，以減少工地焊接，提高質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。（2）鋼殼在水中靠灌水壓重下沉，而在覆蓋層中靠填充混凝土壓重和堰內(nèi)抽水取土下沉。（3）下沉到位的鋼圍堰，其鋼殼的刃腳應(yīng)全部穩(wěn)妥的支立于基巖面上，以保證清基和順利鉆孔。（4）當(dāng)墩身混凝土筑出水面后，就可拆除雙壁圍堰的上部，切割均在堰內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)壁在無水的環(huán)境下切割，外壁在灌水后的靜水環(huán)境中切割。圖14 雙壁鋼圍堰的施工工藝流程圖圍堰在橋梁施工中屬于臨時(shí)結(jié)構(gòu)，也有些被作為基礎(chǔ)的一部分。它是一種水工建筑物，故本設(shè)計(jì)中材料容許應(yīng)力取值和有效寬度計(jì)算所用參數(shù)均取自《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》。雙壁鋼圍堰構(gòu)件均采用Q235鋼材，鋼圍堰在下沉到位后，受到的荷載主要是：靜水壓力和動(dòng)水壓力，入土部分外壁板承受主動(dòng)土壓力，內(nèi)壁板承受被動(dòng)土壓力，圍堰超出水面的部分會(huì)承受可能的波浪力和風(fēng)力。各種荷載的選取要參考相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。對(duì)于雙壁鋼圍堰而言，它一般是由桁架和鋼板組成的殼體結(jié)構(gòu),其傳力途徑為：水壓力→內(nèi)外壁板→豎向角鋼加勁肋→水平桁架內(nèi)外環(huán)板→水平桁架