【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .................. 37 第 4 章 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— 有限元分析方法 ................................................................. 38 有限元分析方法簡(jiǎn)介 ............................................................................................. 38 圍堰有限元模型 ..................................................................................................... 39 單元類型 .......................................................................................................... 39 約束類型 .......................................................................................................... 42 荷載施加 .......................................................................................................... 42 計(jì)算結(jié)果 ................................................................................................................. 44 面板 .................................................................................................................. 44 應(yīng)力 ............................................................................................................ 44 變形 ............................................................................................................ 45 豎肋 .................................................................................................................. 46 應(yīng)力 ............................................................................................................ 46 變形 ............................................................................................................ 47 水平環(huán)板 .......................................................................................................... 48 水平桁架 .......................................................................................................... 49 內(nèi)支撐 .............................................................................................................. 49 結(jié)果比較與分析 ..................................................................................................... 50 第 5 章 結(jié)論 ..................................................................................................................... 51 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 52 致謝 ..................................................................................................................................... 53 附錄 ..................................................................................................................................... 54 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1章 緒論 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 橋梁深水基礎(chǔ)的修建，關(guān)鍵是如何克服深水的影響。因?yàn)樯钏h(huán)境不僅對(duì)它產(chǎn)生許多直接影響，還對(duì)其設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)都會(huì)提出一些特殊問(wèn)題。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(tái)鋼管樁基礎(chǔ)，甚至設(shè)置基礎(chǔ)等，核心問(wèn)題都是如何去克服因深水而帶來(lái)的一系列問(wèn)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。 橋梁基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工技術(shù)就是深水施工中的一種新技術(shù)。雙壁鋼圍堰是一個(gè)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。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(shí)往鋼殼內(nèi)灌注混凝土或注水。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。 雙壁鋼圍堰施工技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)： (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(shí)，在圍堰混凝土封底以 前的工序簡(jiǎn)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)。即雙壁鋼圍堰能在深水、厚覆蓋層的條件下采用； (4)雙壁鋼圈堰完全下沉就位后，不僅可作為鉆孔樁基礎(chǔ)的施工輔助設(shè)施，也可作為大面積承載的直接基礎(chǔ)； (5)在同一座橋上，在不同地質(zhì)條件情況下，也可以用相同的施工方法修建深水基礎(chǔ)。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。這也是為什么雙 壁鋼圍堰技術(shù)這些年來(lái)運(yùn)用越來(lái)越多的主要原因。 在國(guó)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。山長(zhǎng)江大橋已使用異型雙壁鋼圍堰和矩形雙壁鋼圍堰。湖北省軍山長(zhǎng)江公路大橋主橋?yàn)?48m+204m+460m+204m+48m的五跨連續(xù)雙塔雙索面半漂浮畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 體系鋼箱梁斜拉橋。由于橋面很寬，對(duì)于索塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案，若按常規(guī)設(shè)計(jì)，鋼圍堰的直徑將達(dá)到 44m。 為了減小鋼圍堰的規(guī)模，方便施工，節(jié)省造價(jià)，同時(shí)又能保證索塔造型的美觀，設(shè)計(jì)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(gè)簸箕 形構(gòu)造， 如圖 11所示 。 該結(jié)構(gòu)在承臺(tái)施工高水位差 (圍堰內(nèi)外設(shè)計(jì)水位差為 22m)的情況下為圓形結(jié)構(gòu)受力，這樣就充分發(fā)揮了圓形鋼圍堰結(jié)構(gòu)受力條件好的特點(diǎn)。同時(shí)，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(tái)這一傳統(tǒng)施工工藝了?，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(tái)，杭州下沙大橋即是如此。 同時(shí)，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(tái)這一傳統(tǒng)施工工藝了。 圖 11 異形鋼圍堰結(jié)構(gòu)平面圖 (單位： mm) 該橋的鋼圍堰平面尺寸為 ，壁厚 (鋼殼厚 )。雙壁鋼圍堰外型尺寸見圖 12。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。 蚌埠市朝陽(yáng)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) 則是另一成功的范例。高壓旋噴樁結(jié)合鋼圍堰施工承臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，一是施工簡(jiǎn)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(wèn)題，避免了為解決圍堰下沉困難而采取的其它措施。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。排水后干處挖土，工效高、速度快，井壁不用支撐。同時(shí)。施工對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染、無(wú)噪音。二是進(jìn)度快，多工序平行作業(yè)。有效縮短施工工期。該橋原方案鋼圍堰需下沉人土 6m，圍堰下沉占用工期時(shí)間 90d，再水中混凝土封底、鉆孔樁施工 ，接著干法施工承臺(tái)。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。三是成本低，效益明顯。旋噴樁方案減少一節(jié) (人土 )及水下混凝土封底的費(fèi)用，可節(jié)約成本 70萬(wàn)元，高壓旋噴成本 30萬(wàn)元，兩項(xiàng)相抵，還節(jié)省 40萬(wàn)元。此外，還可節(jié)約了原鋼圍堰下沉過(guò)程中處理涌砂、漏水等問(wèn)題產(chǎn)生的費(fèi)用。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(huì)有新的收獲。 蕪湖長(zhǎng)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(hào)和 11號(hào)主墩采用外徑 ，壁厚 。 10號(hào)墩圍堰采用平刃腳，圍堰高 ， 11號(hào)墩圍堰采用高低刃腳，圍堰高 (～ )m，封底混凝土厚度為 9m。 溫州甌江二橋主橋?yàn)殡p塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主孔跨徑 270m。其北航道主塔采用削角矩形 (八角形 )雙壁鋼圍堰，長(zhǎng)邊 m，短邊 m，削角 ，圍堰高 。內(nèi)外壁板間距 。采用水平刃腳，封底混凝土厚度 3m。 黃石長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)?+3245m+。 其 2號(hào) ～ 5號(hào)墩采用外徑 28 m、壁厚 、高 。在 5號(hào)墩處，堰面最大高差達(dá) ?？紤]到上避隋況，圍堰采用高低刃腳。封底厚度設(shè)計(jì)為 7m，為了使圍堰在無(wú)嵌巖樁的情況下安全渡洪，實(shí)際封底厚度為 。 榆懷鐵路印家坡梅江 1號(hào)大橋?yàn)?932m+24m簡(jiǎn)支梁橋，其 3號(hào)、 4號(hào)墩位于深水中，畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁加雙壁鋼圍堰。鋼圍堰外徑 ，壁厚 ，高 。由于 3號(hào)墩處基巖高差大。圍堰下沉到基巖后，對(duì)圍堰底面進(jìn)行支墊并采用外鋼插板堵漏，確保圍堰穩(wěn)定并防止封底混凝土外漏 。 在國(guó)外，越來(lái)越多的施工業(yè)者采用雙壁鋼圍堰來(lái)建設(shè)深水橋梁基礎(chǔ)、長(zhǎng)度較短的碼頭和其他水中結(jié)構(gòu)物的施工?，F(xiàn)在的雙壁鋼圍堰的高度累計(jì)可達(dá) 25m，寬度可達(dá)30m，甚至更多。使用的類型有兩種，一是我們國(guó)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。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(guó)的臺(tái)灣地區(qū)應(yīng)用最為廣泛。如位于美國(guó) 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(lái)施工橋墩基礎(chǔ)。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。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)。 工程背景 某橋梁深水承臺(tái)雙壁鋼圍堰，水深 8m，承臺(tái)為正方形，尺寸 10m 10m? ，厚 3m，河床為密實(shí)細(xì)砂。本設(shè)計(jì)承臺(tái)基礎(chǔ)平面圖如圖 13所示，鋼圍堰平面圖如圖 14所示。 圖 13 承臺(tái)平面圖 (單位： m) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 14 鋼圍堰平面圖 (單位： mm) 鋼圍堰施工工藝簡(jiǎn)介 雙壁鋼圍堰主要由井壁、隔艙、刃腳、頂部支座和一些其他配置組成，其主要施工工序?yàn)?:在拼裝船上拼裝雙壁鋼圍堰、浮運(yùn)、起吊下沉、鋼圍堰接高、并在鋼殼內(nèi)灌水、澆