【正文】 孔樁要大，因此第一盤封管混凝土特別重要。 有限元法是用于求解工程中各類問題的數(shù)值方法。 (2)求解階段 求解線性或非線性微分方程組，以得到節(jié)點的值，例如得到不同節(jié)點的位移。 如果計算結(jié)果和平時經(jīng)驗的差別比較大，要仔細分析結(jié)構(gòu)在不同荷載下的行為，找到計算結(jié)果和平時經(jīng)驗的差別究竟在哪，時模型有問題，還是對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的行為認識還不夠。此外，在分析計算過程中，將進一步優(yōu)化模型，這是組合有限單元計算分析中的一個重要環(huán)節(jié)。 圖 411 圍堰底固結(jié)模型 荷載施加 圍堰的 控制性工況為工況 2，故模型中荷載為工況 2 的荷載， 由于面板豎肋間距較小，僅為 ，故水壓力簡化成豎肋上的線荷載。 豎肋 應(yīng)力 外壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)果見圖 418，內(nèi)壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)果見圖 419。 內(nèi)壁豎肋線荷載見圖 413。 鋼圍堰整體模型三維視圖見圖 41，面板模型三維視圖見 42。在模型建立的初期，模型的單元劃分可能存在不合理之處，甚至出現(xiàn)大量的畸形單元 。這部分內(nèi)容會有許多的求解選擇，一種不恰當選擇會導(dǎo)致不正確的結(jié)果。每一個單元代表這個實際結(jié)構(gòu)的一個離散部分，這些單元通過節(jié)點聯(lián)系起來，不存在線或面的連接。 圖 34 水下封底混凝土導(dǎo)管布置示意圖 封底后抽水 待混凝土強度達到設(shè)計強度的 70%以后即可抽水。在灌注混凝土前應(yīng)對鋼圍堰內(nèi)的河床地形情況進行詳細測量，并由潛水員沿鋼圍堰四周刃腳認真探察，對刃尖處有和外部穿通的現(xiàn)象，用麻袋混凝土或麻 袋砂卵石堵漏，保證封底混凝土不外漏。 式中分別為封底混凝土最小厚度 (m)、面積 (m2)、容重 (kN/m3)、周長 (m)、封底混凝土與鋼圍堰接觸面上的單位粘著力 (MPa)、水的容重 (kN/m3)和堰內(nèi)抽水深度 (m)。 黃石長江公路大橋 5 號墩的覆蓋層 ～ ，土質(zhì)上部為中、粗砂，下部為卵石層， “鋼堰 ”著床在巖基上，巖面高差最大 ，施工時的水深 ，流速 。首先對 “鋼堰 ”夾壁內(nèi)采用加水、加砂等低成本及加入與排出簡易的材料的助沉措施驗算其下沉系數(shù)，如不能滿足要求，可換放砼塊或澆注砼 (澆注標高以不高于 “鋼堰 ”切割線為原則 )。為了適應(yīng) “鋼堰 ”下沉調(diào)纜的需要，在 “鋼 堰 ”上設(shè)置了多層錨纜平臺。 必須指出，圖 32 所示的簡化布置，是在河道順直、施工期通航航道較寬、流速較小 (實測施工期流速 ,～ )。 錨重計算 對鑄鐵錨 :設(shè)錨在空氣中的重量為 GkN，當河床覆蓋層為卵石時， G=I＇ (4～ 5)；當河床覆蓋層為砂土時， G=(5～ 6)P；當河床為粘土時， G=(8～ 12)P。拔出橫桿楔子后可抽出與錨標緊貼，便于收藏，結(jié)構(gòu)簡單。如果在圍堰的一側(cè)設(shè)置導(dǎo)向船，則應(yīng)在圍堰另一側(cè)設(shè) 置拉纜，保持圍堰的平衡與穩(wěn)定。為了減少各鋼圍堰分塊在組裝胎架上的焊接變形，內(nèi)外壁板按每塊整片實行兩面自動焊來保證質(zhì)量，各隔艙板上加勁肋在胎架上施焊以減少整體施焊工作量，并有效控制分塊外輪廓尺寸偏差。組裝胎架應(yīng)有足夠的剛度，防止構(gòu)件在組焊過程中變形。制作時應(yīng)選擇具有塊體翻轉(zhuǎn)技術(shù)措施和起重能力的專業(yè)廠家加工。 (1)浮力 。 鋼刃腳斜面的正面阻力： (地質(zhì)資料提供值乘以 2， 50 為端阻力 )， 圍堰下沉系數(shù) 。 (2)計算環(huán)板重 。 圖 218 懸臂部分受力模式 (單位： kPa) (3)計算結(jié)果 計算結(jié)果見圖 219。 加勁肋受力驗算 (1)計算封底混凝土面以上外壁水壓力 。 圖 213 圍堰壁板圖示 (單位： mm) 由 (23)得 ， ， 查得 。 水平桁架環(huán)板為 10mm200mm。 選用 Q235 400400H 型鋼。 圖 29 隔艙板受力模式 (單位： kPa) (2)計算隔艙板所受內(nèi)力 利用 MIDAS，彎矩計算結(jié)果見圖 210。 則 滿足要求。 在工況一，圍堰內(nèi)外均有水壓且水壓基本相同，無需驗算圍堰各構(gòu)件受力，僅需計算入土部分在土壓力作用下的隔艙板受力檢算。 內(nèi)外壁板均為 6mm 厚。 摩擦角： 。由于刃腳承受土壓力及水壓力較大，故刃腳段適當加密水平桁架的豎向間距 ()，其余部分水平桁架豎向間距為 1m。圍堰頂面標高過高，會造成費用增加并可能導(dǎo)致樁基礎(chǔ)施工困難。隨著橋梁建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，其他結(jié)構(gòu)形式也日益受到重視。封底混凝土的重量是否參與圍堰穩(wěn)定性驗算，取決于其與圍堰結(jié)合的緊密程度。 對于圍堰而言，它一般是由桁架和鋼板組成的殼體結(jié)構(gòu) ,其傳力途徑如下：水壓力 圍堰側(cè)板 側(cè)板角鋼加勁肋 桁架。 若無覆蓋層或覆蓋層很淺時宜采用先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。鋼圍堰外徑 ，壁厚 ，高 。內(nèi)外壁板間距 。三是成本低，效益明顯。 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。 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。 在國內(nèi)，雙壁鋼圍堰的施工方法，仍以浮運施工和纜索吊機吊運施工最為常見，尤其是浮運法施工。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。本設(shè)計就是 對圍堰進行結(jié)構(gòu)和施工的設(shè)計。 (2)國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 雙壁鋼圍堰的施工方法，仍以浮運施工和纜索吊機吊運施工最為常見，尤其是浮運法施工。這也是為什么雙壁鋼圍堰技術(shù)這些年來運用越來越多的主要原因。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。因為深水環(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。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。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)。雙壁鋼圍堰具有結(jié)構(gòu)強度高，防水性能好的特點，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。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，有強度更高的雙壁鋼殼，圓筒的內(nèi)、外壁形成的空間稱之鋼殼。這也是為什么雙壁鋼圍堰技術(shù)這些年來運用越來越多的主要原因?，F(xiàn)在有些做法已改成先施工鉆孔樁，用鉆孔樁的鋼護筒，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。高壓旋噴樁結(jié)合鋼圍堰施工承臺的優(yōu)點，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。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。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 。 榆懷鐵路印家坡梅江 1 號大橋為 932m+24m 簡支梁橋，其 3 號、 4 號墩位于深水中，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁加雙壁鋼圍堰。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，然后采用駁船浮運就位來施工橋墩基礎(chǔ)。 (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： ① 鋼護筒厚度及長度減少易于準確定位 ； 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用； ③ 節(jié)省鉆孔平臺的穩(wěn)定措施費。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》。圍堰嵌入不透水性地基時，不考慮水的浮力。圓形結(jié)構(gòu)在早期得到較多應(yīng)用。 圍堰的頂高程一般應(yīng)在水下結(jié)構(gòu)施工水位以上 ～ 。 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)置兩層截面形式為工字型內(nèi)支撐。 圖 23 波浪力示意圖 (單位： m) 土壓力 河底為密實細砂： 飽和土容重： 。 圍堰總體尺寸擬定 承臺尺寸 10103，圍堰高 H=。 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算。 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 。 (1)受力模式 受力模式見圖 29。 第二層支撐的受力最大 (單寬 )， 。 水平環(huán)板受力檢算 鋼圍堰設(shè)計為五節(jié)： +5m+5m+4m+4m，第 一節(jié)為 4m，平面桁架豎向間距為 ，第 5 節(jié)平面桁架間距均為 1m。 圍堰壁板構(gòu)造見圖 213。 (3)焊縫長度計算 角鋼厚度 t=5mm， ， ，取 ， ， ， 則 ， 取 ， ， 取 ， ， ， 滿足要求。 圖 217 荷載組合 (單位： m) (2)受力模式 受力模式見圖 218。 (1)計算壁板自重 外壁板自重 ， 內(nèi)壁板自重 ， 平面桁架共 26 層。 計算圍堰與土體摩阻力 圍堰壁內(nèi)外在土中沉降時所受到的摩阻力：砂性土摩阻力標準值取 15kPa， 外壁： ， 內(nèi)壁： ， 式中 U 表示周長。 封底混凝土抗浮力驗算 圍堰系統(tǒng)在水中受到浮力作用，在分析中還應(yīng)進行圍堰抗浮穩(wěn)定性驗算。為保證焊縫質(zhì)量和水密性，力求平焊，盡量減少仰焊和立焊。為了使鋼圍堰外形尺寸達到要求，車間制作時，首先要設(shè)置組裝用胎架。雙壁鋼圍堰焊接所有焊縫除豎肋及隔艙板加勁肋采用間斷焊接外，其余均為連續(xù)滿焊，焊接施工前對所有類型焊縫均需進行焊接工藝評定試驗。導(dǎo)向船和定位船自身應(yīng)有較強的穩(wěn)定性及調(diào)解能力，以抵抗圍堰所受的外力。海軍錨屬于有干錨，橫桿在錨桿上部，并與其垂直。在黃石大橋施工中，我們用了 150kN， 250kN， 450kN 三種重量。預(yù)計下沉著床時間短，故錨錠系統(tǒng)的布設(shè)極其簡化，利用打樁船 f 仍趕位船，有效地利用其上的鉸車和錨纜設(shè)施；導(dǎo)向船利用一艘船型較大的起重船在主航道 一側(cè)導(dǎo)向，用鋼絲纜將 “鋼堰 ”繞系在起重船的系樁上，岸側(cè)設(shè)有三條岸纜。為此取消了導(dǎo)向船組，將錨纜直接錨系在 “鋼堰 ”上。 當 “鋼堰 ”著床于砂、土層時，應(yīng)根據(jù)要求的下 沉深度計算下沉系數(shù)。當 “鋼堰 ”著床范圍的覆蓋層較薄，預(yù)計著床時已被沖光，且?guī)r面高差甚大，就必須采取可靠的技術(shù)措施確 保著床的準確性和穩(wěn)定性。 其靜力平衡方程為 。 混凝土罐車水平運輸，混凝土泵車泵送人漏斗。封底混凝土澆注完成以后即可進行養(yǎng)生，養(yǎng)生不需特殊的工藝及設(shè)備，由于工程已在水下，因此只需放置 10～ 15d 即可。有限元方法的基本步驟如下： (1)預(yù)處理階段 ① 建立求解域并將之離散化成有限元，即將問題分解成節(jié)點和單元。在應(yīng)力分析中，每個節(jié)點的位移是計算的基本變量，一旦解出節(jié)點的位移，每個單 元的應(yīng)力和應(yīng)變很容易被導(dǎo)出。 有限單元計算分析的最初階段是模型的優(yōu)化階段，這是一個非常重要的過程。 單元類型 模型中面板采用板單元 ，豎肋采用三維梁兩單元，水平桁架采用桿單元，水平環(huán)板采用梁單元，內(nèi)支撐采用梁單元。 外壁豎肋線荷載見圖 412。 圖 418 外壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)果 圖 419 內(nèi)壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)