【正文】 運(yùn)、起吊下沉、鋼圍堰接高、并在鋼殼內(nèi)灌水、澆筑承臺及墩身、拆除上部鋼圍堰。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。現(xiàn)在的雙壁鋼圍堰的高度累計可達(dá) 25m，寬度可達(dá)30m，甚至更多。鋼圍堰外徑 ，壁厚 ，高 。在 5號墩處，堰面最大高差達(dá) 。內(nèi)外壁板間距 。 蕪湖長江大橋?yàn)楣F兩用橋，其主橋?yàn)?180m+312m+180m斜拉索加勁的連續(xù)鋼桁梁橋， l0號和 11號主墩采用外徑 ，壁厚 。三是成本低，效益明顯。二是進(jìn)度快，多工序平行作業(yè)。 畢業(yè)設(shè)計 3 圖 12 雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)平面圖 (單位 ： mm) 并且樁體、圍堰有效堵水后，省去了水下混凝土封底。雙壁鋼圍堰 施工 的優(yōu)勢是深水、巖石河床，并且河床覆蓋層薄，這樣。 同時，雙壁鋼圍堰的使用方法有了新的變化，已不局限于先將雙壁鋼圍堰下 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這一傳統(tǒng)施工工藝了。 為了減小鋼圍堰的規(guī)模，方便施工，節(jié)省造價，同時又能保證索塔造型的美觀，設(shè)計首次創(chuàng)造性地 提出 了異形鋼圍堰結(jié)構(gòu) ,即在圓形鋼圍堰上焊接兩個簸箕 形構(gòu)造， 如圖 11所示 。 在國內(nèi)，雙壁鋼圍堰的施工方法，仍以浮運(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。 雙壁鋼圍堰施工技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢： (1)有強(qiáng)度更高的雙壁鋼殼，可受更大的圍堰內(nèi)外水位差； (2)施工時，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，任何季節(jié)都能施工； (3)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工藝，還可將圍堰下沉到更深的覆蓋層內(nèi)。內(nèi)、外壁由鋼板圍焊而成，圓筒上、下均不設(shè)底板或蓋板，鋼殼下口以環(huán)形單斜面刃腳封閉，鋼殼上口敞開，以方便施工時往鋼殼內(nèi)灌注混凝土或注水。從近代的沉井、沉箱技術(shù)措施，到現(xiàn)代的樁基礎(chǔ)、管柱基礎(chǔ)、鋼板樁圍堰技術(shù)的應(yīng)用，再到當(dāng)代的雙承臺鋼管樁基礎(chǔ)，甚至設(shè)置基礎(chǔ)等，核心問題都是如何去克服因深水而帶來的一系列問題。本設(shè)計就是對圍堰進(jìn)行結(jié)構(gòu)和施工的設(shè)計。杭州下沙大橋即是如此。 (2)國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 雙壁鋼圍堰的施工方法，仍以浮運(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。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灣地區(qū)應(yīng)用最為廣泛。這也是為什么雙壁鋼圍堰技術(shù)這些年來運(yùn)用越來越多的主要原因。內(nèi)、外壁由鋼板圍焊而成，圓筒上、下均不設(shè)底板或蓋板，鋼殼下口以環(huán)形單斜面刃腳封閉，鋼殼上口敞開，以方便施工時往鋼殼內(nèi)灌注混凝土或注水。從近代的沉井、沉箱技術(shù)措施，到現(xiàn)代的樁基礎(chǔ)、管柱基礎(chǔ)、鋼板樁圍堰技術(shù)的應(yīng)用，再到當(dāng)代的雙承臺鋼管樁基礎(chǔ)，甚至設(shè)置基礎(chǔ)等，核心問題都是如何去克服因深水而帶來的一系列問題。 2020 屆 土木工程 分院 專 業(yè) 土木工程 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2020 年 6 月 2 日 畢業(yè)設(shè)計 The Design of Steel Cofferdam Crane(Sets) Box for Construction of Pile Caps in Deep Water 橋梁深水承臺施工雙壁鋼吊 (套 )箱 圍堰設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計成績單 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 土 05012 專業(yè) 橋梁工程 畢業(yè)設(shè)計題目 橋梁深水承臺施工雙壁鋼吊 (套 )箱圍堰 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 副教授 評 定 成 績 指導(dǎo)教師 得分 評閱人 得分 答辯小組組長 得分 成績： 院長 (主任 ) 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題 目 橋梁深水承臺施工雙壁鋼吊 (套 )箱圍堰設(shè)計 專業(yè) 土木工程 班級 土 05012 姓名 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 土木工程分院 導(dǎo)師 姓名 導(dǎo)師 職稱 副教授 一、 設(shè)計內(nèi)容 (1)結(jié)合工程實(shí)際，確定鋼吊 (套 )箱圍堰的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸； (2)各施工工況荷載計算； (3)鋼圍堰面板、豎肋、環(huán)板、橫向桁架及封底混凝土設(shè)計； (4)圍 堰整體穩(wěn)定計算； (5)圍堰加工及下沉施工工藝。因?yàn)樯钏h(huán)境不僅對它產(chǎn)生許多直接影響，還對其設(shè)計理論和施工技術(shù)都會提出一些特殊問題。 雙壁鋼圍堰是一個帶有單斜面刃腳的圓形雙壁全焊水密鋼結(jié)構(gòu)圓筒，有自浮力，有強(qiáng)度更高的雙 壁鋼殼，筒的內(nèi)、外壁形成的空間稱之鋼殼。這不僅有利干設(shè)備的利用，還能重復(fù)使用雙壁鋼圍堰的上部，可充分發(fā)揮材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。使用的類型有兩種，一是我們國內(nèi)普遍采用的即上述介紹的用鋼板圍焊的雙壁鋼圍堰， 只是使用比較少而已；另一種是鋼板樁雙壁鋼圍堰，即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。此外，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)。 現(xiàn)在有些 做法已改成先施工鉆孔樁，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。雙壁鋼圍堰具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，防水性能好的特點(diǎn)，在橋梁深水基礎(chǔ)中得到了廣泛應(yīng)用，并且它能承受較大的水壓力，結(jié)構(gòu)簡單，施工簡便。因?yàn)樯钏h(huán)境不僅對它產(chǎn)生許多直接影響，還對其設(shè)計理論和施工技術(shù)都會提出一些特殊問題。雙壁鋼圍堰是一個帶有單斜面刃腳的圓形雙壁全焊水密鋼結(jié)構(gòu)圓 筒，有自浮力，有強(qiáng)度更高的雙壁鋼殼，圓筒的內(nèi)、外壁形成的空間稱之鋼殼。圍堰易趨于穩(wěn)定，輔助措施少、費(fèi)用低。這也是為什么雙 壁鋼圍堰技術(shù)這些年來運(yùn)用越來越多的主要原因。由于橋面很寬，對于索塔基礎(chǔ)的設(shè)計方案，若按常規(guī)設(shè)計，鋼圍堰的直徑將達(dá)到 44m?，F(xiàn)在有些做法已改成先施工鉆孔樁，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，杭州下沙大橋即是如此。雙壁鋼圍堰同其它基礎(chǔ)施工方法和工藝相結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，也是橋梁基礎(chǔ)施工的一個重大突破。高壓旋噴樁結(jié)合鋼圍堰施工承臺的優(yōu)點(diǎn)，一是施工簡便，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。施工對環(huán)境不產(chǎn)生污染、無噪音。而旋噴樁方案圍堰僅下沉人土 ，旋噴樁施工同主墩樁基施工同步，縮短工期 60d。因此，只要我們因地制宜，廣開思路，雙壁鋼圍堰再結(jié)合其它的地基基礎(chǔ)處理方法會有新的收獲。其北航道主塔采用削角矩形 (八角形 )雙壁鋼圍堰，長邊 m，短邊 m，削角 ，圍堰高 。 其 2號 ～ 5號墩采用外徑 28 m、壁厚 、高 。 榆懷鐵路印家坡梅江 1號大橋?yàn)?932m+24m簡支梁橋，其 3號、 4號墩位于深水中，畢業(yè)設(shè)計 4 基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁加雙壁鋼圍堰。 在國外，越來越多的施工業(yè)者采用雙壁鋼圍堰來建設(shè)深水橋梁基礎(chǔ)、長度較短的碼頭和其他水中結(jié)構(gòu)物的施工。如位于美國 加利福尼亞州的海峽大橋 (Carquinez StraitBridge)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)。本設(shè)計承臺基礎(chǔ)平面圖如圖 13所示，鋼圍堰平面圖如圖 14所示。 (1)先下鋼圍堰后施工鉆孔方案 先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①鋼護(hù)筒厚度及長度減少易于準(zhǔn)確定位； ②節(jié)省鉆孔平臺鋼管樁鋼材也 可節(jié)省加工焊接及施工樁的的費(fèi)用； ③節(jié)省鉆孔平臺的穩(wěn)定措施費(fèi)。 因此，先成樁后施工鋼圍堰方案常被用于覆蓋層較厚，且覆蓋層較軟、承載能力較小，工期和造價有要求的工程中。圍堰為水工建筑物，本設(shè)計中材料容許應(yīng)力取值和有效寬度計算所用參數(shù)均取自《水利水電工程鋼閘門設(shè)規(guī)范》。圍堰自重包括其本身重量、填充物重量、圍堰上搭設(shè)的工作平臺重量及其他附屬重量。圍堰嵌入不透水性地基時，不考慮水的浮力。 畢業(yè)設(shè)計 9 第 2章 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計 —— 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 圍堰構(gòu)造 從力學(xué)角度來說，雙壁鋼圍堰的形狀以圓形最優(yōu)，且制作與下沉著床都易于控制。圓形結(jié)構(gòu)在早期得到較多應(yīng)用。圍堰內(nèi)外壁之間的空間，應(yīng)通過設(shè)置若干隔板，組成相互封閉的隔艙。圍堰的頂高程一般應(yīng)在水下結(jié)構(gòu)施工水位以上 ～ 。 本設(shè)計中深水承臺尺寸為 10m 10m? ，圍堰平面形狀為正方形，外壁尺寸為 ? ，內(nèi)壁尺寸為 13m 13m? ，內(nèi)外壁板均為 6mm，壁腔厚 。 由于水深較大，為了保證圍堰的整體剛度和穩(wěn)定，在圍堰內(nèi)部設(shè)置兩層截面形式畢業(yè)設(shè)計 10 為工字型內(nèi)支撐。 設(shè)計荷載 荷載種類 流水壓力 水流流速 ，動水側(cè)壓力 , 2= 1 . 4 7 1 5 . 6 8 1 0 1 . 5 /( 2 9 . 8 ) = 2 1 0 . 6 k N21P = K A g V / 2 g ? ? ? ? ?， 則 動水壓強(qiáng) 2m a x 1 2 = 2 2 1 0 . 6 /1 5 . 6 8 = 3 . 5 1 k N /mq = 2 P / B h ??。 圖 23 波浪力示意圖 (單位： m) 土壓力 河底為密實(shí)細(xì)砂： 飽和土容重： 3sat =20kN/m? 。 計算工況 工 況一：雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底混凝土未灌注前。 圍堰總體尺寸擬定 承臺尺寸 10103，圍堰高 H=。 鋼圍堰隔艙厚擬為 。 畢業(yè)設(shè)計 13 圖 24 圍堰豎向分節(jié) (單位： m) 圖 25 圍堰平面分塊 (單位： mm) 工況 1 設(shè)計 雙壁鋼圍堰壁腔 (隔艙厚 )水下封底 混凝土 未灌注前 (不抽水 )堰內(nèi)泥土清理到封底混凝土底時驗(yàn)算。 土壓力計算 土壓力形式見圖 27。 每個隔艙板的抗彎能力計 算 設(shè)計中隔艙板將圍堰平面上分為 8塊，圍堰每個邊長被兩個隔艙板均分成 3塊，兩個隔艙板間距為 ，將面板上的承受的均布荷載向隔艙板上簡化成線荷載： 則每個隔艙受到彎矩 = ( 3 5 6 7 .2 3 3 8 1 ) 5 .2 = 9 6 8 .2 4 k N mM ??。 畢業(yè)設(shè)計 16 由公式 (21)得 h 1 2 3 0= = 1 . 4 1 1 . 1 5 0 . 4 1 2 = 0 . 6 6 k P aW K K K W? ? ? ? ? ?。 (1)受力模式 受力模式見圖 29。 則隔艙板所受彎矩 = 2 8 6 .5 5 .2 = 1 4 8 9 .8 k N mM ??。 其中 R R2 分別表示第一層、第二層支撐的內(nèi)力。 畢業(yè)設(shè)計 18 / = 2 9 2 8 . 6 4 /3 6 0 6 5 = 8 1 . 2 M Pa [ ] = 1 6 0 M PaNA??? 可。 yy 軸方向由于有兩點(diǎn)支撐， 0y/ = 1 /3 1 3 0 0 0 /1 0 4 .5 = 4 1 .5y li??? ， y=??? 查得 =? ， 則 / = 2 9 2 8 . 4 1 0 0 0 /( 0 . 8 9 5 3 6 0 6 5 ) = 9 0 . 7 M P a [ ] = 1 6 0 M P aNA? ? ?? ? ? 可。 則 2211 140 1 473. 2 kN m88M ql? ? ? ? ? ? ?。 圖 212 面板有效寬度示意圖 (2)對于連續(xù)梁中負(fù)彎矩段或懸臂段，面板的有效寬度應(yīng)按下式取用： 2Bb?? (25) 2?? 有效寬度 系數(shù)，按表 21 采用； 面板與環(huán)板焊接，屬連續(xù)梁形式，故有效跨度取 0=。 圖 214 面板參與環(huán)板受力有效寬度 (單位： mm) 23 7 0 6 + 2 0 0 1 0 = 4 2 2 0 m mA ? ? ?， 則 = 3 6 4 1 0 0 0 /4 2 2 0 = 8 6 .3 M Pa [ ] = 1 6 0 M Pa??? 可 。 畢業(yè)設(shè)計 21 水平桁架桿件本身無受力問題。 畢業(yè)設(shè)計 22 圖 216 面板參與角鋼受力有效寬度 (單位： mm) 壁板 22 = 2 1 0 6 = 1 2 6 0 m mA ? ， 342 1= 210 6 =37 80m m2I ??。 畢業(yè)設(shè)計 23 荷載組合見圖 217。m) 計算得懸臂根部單寬彎矩 = 1 3 8 .8 5 .2 = 7 2 1 .7 6 K N mM ??， 則總彎矩 0 = 1 3 8 .8 5 .2 = 7 2 1 .7 6 K N mM ??， 0 / = 7 2 1 . 7 6 / 9 . 9 6 3 = 7 2 . 4 M P a [ ] = 1 6 0 M P aMW???， 畢業(yè)設(shè)計 24 檢算承臺澆筑完成后可否拆除內(nèi)支撐 (1)荷載組合 荷載組合見圖 220。m) 支反力見圖 22