【導(dǎo)讀】羅腿羋蒈肇莄薆蒈螇膇蒂薇衿莂莈薆羈膅芄薅膃羈蚃薄袃芄蕿薃羅肆蒅薃肈節(jié)莁薂螇肅芇薁袀芀薆蝕肅蒂蠆肄羋莈蚈襖肁莄蚇羆莇芀蚇聿膀薈蚆螈蒞蒄蚅袁膈莀螄羃莃芆螃肅膆薅螂螅罿蒁螁羇膄蕆螁聿肇莃螀蝿芃艿蝿袁肅薇螈羄芁蒃袇肆肄荿袆螆艿芅裊袈肂薄裊肀羋薀襖膃膀蒆袃袂莆莂葿羅腿羋蒈肇莄薆蒈螇膇蒂薇衿莂莈薆羈膅芄薅膃羈蚃薄袃芄蕿薃羅肆蒅薃肈節(jié)莁薂螇肅芇薁袀芀薆蝕肅蒂蠆肄羋莈蚈襖肁莄蚇羆莇芀蚇聿膀薈蚆螈蒞蒄蚅袁膈莀螄羃莃芆螃肅膆薅螂螅罿蒁螁羇膄蕆螁聿肇莃螀蝿芃艿蝿袁肅薇螈羄芁蒃袇肆肄荿袆螆艿芅裊袈肂薄裊肀羋薀襖膃膀蒆袃袂莆莂葿羅腿羋蒈肇莄薆蒈螇膇蒂薇衿莂莈薆羈膅芄薅膃羈蚃薄袃芄蕿薃羅肆蒅薃肈節(jié)莁薂螇肅芇薁袀芀薆蝕肅蒂蠆肄羋莈蚈襖肁莄蚇羆莇芀蚇聿膀薈蚆螈螈袇肇芃薀螃膇莆螆蠆膆蒈蕿羇膅膈莂羃膄莀蚇衿膃蒂蒀螅膂膂蚅蟻膁芄蒈羀膁莆蚄袆芀葿蒆螂艿膈螞蚈羋芁蒅肇芇蒃螀羃芆薅薃衿芆芅螈螅袂莇薁蝕袁蒀螇罿羀腿薀裊罿節(jié)螅螁罿莄薈螇

　　

【正文】 (2)以首節(jié)為拼裝平臺(tái)、利用導(dǎo)向船上的起重設(shè)備將分塊吊人組拼接高； (3)以首節(jié)為拼裝平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)拼焊成節(jié)接高。 三種方法中，方法 (1)是先進(jìn)的施工工藝，接高時(shí)節(jié)間僅一條水平焊縫，節(jié)段工期短，焊接質(zhì)量有保證，惟一的缺點(diǎn)就是需要大型水上起重船； (2)是國(guó)內(nèi)橋梁主墩 “鋼堰 ”施工的常用工藝，它可以充分利用導(dǎo)向船上的桅桿吊、起重機(jī)吊拼塊體，具有較合理的綜合效益 ；方法(3)是過時(shí)的施工工藝，施工質(zhì)量與施工進(jìn)度都不能與現(xiàn)代化建設(shè)形勢(shì)相適應(yīng)，惟一可取之處，就是設(shè)備簡(jiǎn)單，施工投人少。 節(jié)段接高過程中要對(duì) “鋼堰 ”夾壁內(nèi)灌注素混凝土加重，調(diào)整節(jié)段水平焊縫距操作平臺(tái)的高度在 左右，以便施焊人員操作。還要根據(jù)水流與接高情況，及時(shí)安設(shè)下兜纜，控制 “鋼堰 ”的垂直度。 圍堰下沉工藝 “鋼堰 ”的著床與下沉是極其重要的施工環(huán)節(jié)，必須在施工組織設(shè)計(jì)中對(duì)不同地質(zhì)條件進(jìn)行穩(wěn)定與下沉系數(shù)的驗(yàn)算，并據(jù)以采取相應(yīng)的預(yù)挖措施，以免貽誤工期。 當(dāng) “鋼堰 ”著床于砂、土層時(shí)，應(yīng)根據(jù)要求的下 沉深度計(jì)算下沉系數(shù)。首先對(duì) “鋼堰 ”夾壁內(nèi)采用加水、加砂等低成本及加入與排出簡(jiǎn)易的材料的助沉措施驗(yàn)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(biāo)高以不高于 “鋼堰 ”切割線為原則 )。再不能滿足要求時(shí)，則需采取外部助沉措施。 外部助沉措施有：當(dāng)采用簡(jiǎn)易的助沉措施計(jì)算的下沉系數(shù)與規(guī)范要求相差不大時(shí)，可以采取射水助沉或 “鋼堰 ”上部堆放型鋼、鋼錠之類；當(dāng)下沉系數(shù)的計(jì)算相差甚大時(shí)，可以考慮空氣幕或泥漿套助沉。 空氣幕助沉的氣龕制作困難，每次加氣的連續(xù)時(shí)間不能超過 5min，且氣量耗用大，水中助沉應(yīng)用甚少。 泥漿套可 分為膨潤(rùn)土泥漿套與水下不離析泥漿套兩種，膨潤(rùn)土泥漿套在陸上應(yīng)用較好，在水下易于稀釋，降低了潤(rùn)滑作用，效果較差。 當(dāng) “鋼堰 ”著床范圍的覆蓋層較薄，其下的巖面高差在 以內(nèi)，著床時(shí)其覆蓋層可能被沖光，也可能殘留無(wú)幾，著床時(shí) “鋼堰 ”的垂直度能保持在施工規(guī)范允許范圍，著床后稍作處理即可達(dá)到下沉的設(shè)計(jì)要求，及時(shí)采取拋石或石籠圍護(hù)，保證基腳穩(wěn)定，即可進(jìn)行封底工序。武漢軍山長(zhǎng)江公路大橋 6 號(hào)主墩 “鋼堰 ”施工就是這一情況的實(shí)例。當(dāng) “鋼堰 ”著床范圍的覆蓋層較薄，預(yù)計(jì)著床時(shí)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(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。 黃石長(zhǎng)江公路大橋 5 號(hào)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(shí)的水深 ，流速 。在作施工組織設(shè)計(jì)時(shí)，作了兩個(gè)對(duì)比方案 :一是先清除水下砂礫層，對(duì)巖面進(jìn)行控爆找平。這一方案的優(yōu)點(diǎn)是直觀，下沉著床易于控制，難點(diǎn)是深水清除砂礫層難度大、功效低，貽誤長(zhǎng)江枯水黃金季節(jié)的可能性甚大，加之該河段是滑坡的敏感區(qū)， 5 號(hào)墩位又臨近岸邊 100 余米，水下挖砂和爆破有損江堤的安全，未予采用。二是精確勘測(cè) “鋼堰 ”周邊巖面的 變化，繪制實(shí)測(cè)巖面高差的周邊展開圖，據(jù)以制作首節(jié) “鋼堰 ”底部的異形刃腳。下沉過程中，采取糾偏、糾扭的技術(shù)措施，并利用著床前的水流沖刷清除覆蓋層，著床后采用液壓支撐，鋼支墩，水下不離析鹼阻塞空隙，確保 “鋼堰 ”刃腳支承面大于 60%的要求，并在外部四周拋筑鋼筋網(wǎng)石籠穩(wěn)定基腳。經(jīng)實(shí)踐，順利完成了著床下沉任務(wù)，創(chuàng)造了大巖面差、深水、大流速條件下，下沉異形刃腳“鋼堰 ”的施工范例。 封底混凝土施工 圍堰的封底厚度分析 封底混凝土厚度主要由兩個(gè)因素決定 :(1)鋼圍堰封底排水后，封底混凝土底面上受到向 上作用的水壓力 Pw，封底混凝土猶如一種周邊支承的板結(jié)構(gòu)，在 Pw 的作用下，其厚度要保證板有足夠的強(qiáng)度以抵擋向上的水壓力而不破壞。 其靜力平衡方程為 。 式中分別為封底混凝土最小厚度 (m)、面積 (m2)、容重 (kN/m3)、周長(zhǎng) (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)。 考慮抗浮時(shí)，除了考慮封底混凝土與鋼圍堰接觸面上的粘著力以外，其實(shí)還有其他一些有利因素。如工程樁作用于封底混凝土的抗浮作用 。圍堰下沉至巖面時(shí)，封底混凝土與巖面結(jié)合，造成水壓力作用面積 減小等。這些因素有時(shí)難以定量計(jì)算，但可以作為安全儲(chǔ)備來考慮。在確保封底混凝土強(qiáng)度和圍堰抗浮的前提下，應(yīng)盡量減小封底混凝土的厚度，降低工程投資。 封底混凝土施工工藝 圍堰封底 對(duì)鋼圍堰水下大面積封底混凝土灌注工序，采用混凝土攪拌站集中拌和，混凝土罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，混凝土泵車輸送進(jìn)人導(dǎo)管漏斗的施工方法。 混凝土罐車水平運(yùn)輸，混凝土泵車泵送人漏斗。在灌注混凝土前應(yīng)對(duì)鋼圍堰內(nèi)的河床地形情況進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，并由潛水員沿鋼圍堰四周刃腳認(rèn)真探察，對(duì)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。為了在混凝土灌注過程中保持圍堰內(nèi)外水頭平衡，在鋼圍堰上設(shè)置排水孔道，因?yàn)榇竺娣e封底不能一下把圍堰刃尖封死，隨著混凝土的下灌，圍堰內(nèi)的水要高于江水位，排水孔可調(diào)節(jié)內(nèi)外水頭差，防止刃角出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。 封底混凝土主要作用是為了保證圍堰抽水后的安全、不透水，因此按照設(shè)計(jì)要求，封底混凝土的厚度不小于 2m，本設(shè)計(jì)封底混凝土厚度為 3m。進(jìn)行水下混凝土封底時(shí)，采用 8 根導(dǎo)管順序施行，導(dǎo)管布置及順序見圖 34 混凝土在岸上攪拌后泵送到施工現(xiàn)場(chǎng)。澆注時(shí)要隨時(shí)掌握水下混凝土的高度，防止出現(xiàn)澆注過高 或者過低的現(xiàn)象。澆注施工的方法可以參考鉆孔灌注樁施工規(guī)范。需要特別注意的是，由于圍堰底部比鉆孔樁要大，因此第一盤封管混凝土特別重要。封底混凝土澆注完成以后即可進(jìn)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。 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(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 70%以后即可抽水。在抽水過程中要隨時(shí)觀察圍堰的變形及漏水情況，防止水壓力過大造成圍堰變形。如果有漏水或者變形的地方，應(yīng)注意暫停抽水，待處理完畢并觀察不再變形及漏水以 后再繼續(xù)抽水。圍堰內(nèi)的水抽干后，應(yīng)觀察堰底封底混凝土的漏水情況 :如果漏水不嚴(yán)重，可以用水泵抽水維持堰內(nèi)的的水位符合要求 ,如果漏水嚴(yán)重應(yīng)采取封堵措施。 第 4 章 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ——有限元分析方法 有限元分析方法簡(jiǎn)介 有限元分析是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和工程分析的基本組成部分，由于它提供了更快捷和低成本的方式評(píng)估設(shè)計(jì)的概念和細(xì)節(jié)，所以人們?cè)絹碓蕉嗟貞?yīng)用有限元仿真的方法代替模型試驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真分析產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 有限元法是用于求解工程中各類問題的數(shù)值方法。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(diǎn)和單元。每一個(gè)單元代表這個(gè)實(shí)際結(jié)構(gòu)的一個(gè)離散部分，這些單元通過節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來，不存在線或面的連接。節(jié)點(diǎn)和單元的集合成為網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成有限元模型。 ② 假設(shè)代表單元物理行為的形函數(shù)，即假設(shè)代表單元解得近似連續(xù)函數(shù)。 ③ 對(duì)單元建立方程。 ④ 構(gòu)造總體剛度矩陣。 ⑤ 應(yīng)用邊界條件、初值條件和負(fù)荷。 (2)求解階段 求解線性或非線性微分方程組，以得到節(jié)點(diǎn)的值，例如得到不同節(jié)點(diǎn)的位移。在應(yīng)力分析中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移是計(jì)算的基本變量，一旦解出節(jié)點(diǎn)的位移，每個(gè)單 元的應(yīng)力和應(yīng)變很容易被導(dǎo)出。這部分內(nèi)容會(huì)有許多的求解選擇，一種不恰當(dāng)選擇會(huì)導(dǎo)致不正確的結(jié)果。 (3)后處理階段 得到其他重要的信息，比如應(yīng)力、內(nèi)力、支反力。 結(jié)構(gòu)分析的最終目的是使用最簡(jiǎn)單的方法得到最精確的結(jié)果，因此分析者就要預(yù)見和評(píng)價(jià)簡(jiǎn)化后的結(jié)果。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化和降維分析時(shí)，需要做許多假設(shè)。最好是對(duì)要分析的結(jié)構(gòu)在荷載作用下的結(jié)構(gòu)行為有一個(gè)比較清楚地認(rèn)識(shí)，再去做假定。有時(shí)簡(jiǎn)化方法并不一定正確，由于有限元的理論比較復(fù)雜，而且有限元理論和工程結(jié)構(gòu)都是不斷發(fā)展和變化的，所以許多結(jié)構(gòu)行為和模擬方法要不斷去認(rèn)識(shí)和提高 。 如果計(jì)算結(jié)果和平時(shí)經(jīng)驗(yàn)的差別比較大，要仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)在不同荷載下的行為，找到計(jì)算結(jié)果和平時(shí)經(jīng)驗(yàn)的差別究竟在哪，時(shí)模型有問題，還是對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的行為認(rèn)識(shí)還不夠。 有限單元計(jì)算分析的最初階段是模型的優(yōu)化階段，這是一個(gè)非常重要的過程。在模型建立的初期，模型的單元?jiǎng)澐挚赡艽嬖诓缓侠碇?，甚至出現(xiàn)大量的畸形單元 。單元的數(shù)量過于龐大計(jì)算的周期過長(zhǎng)。這就需要在分析計(jì)算過程中，不斷地修改優(yōu)化模型，并且要在不失精度的前提下，減少單元的數(shù)量。模型的優(yōu)化是組合有限單元計(jì)算分析中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其對(duì)最初的計(jì)算工況，顯得的更為重要，因 為這一工況是以后各分析工況的基礎(chǔ)。 圍堰有限元模型 本文對(duì)雙壁鋼圍堰進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的具體設(shè)計(jì) ,在橋梁結(jié)構(gòu)有限單元計(jì)算分析的模型化原則基礎(chǔ)上 ,詳細(xì)闡明了圍堰結(jié)構(gòu)有限單元計(jì)算分析數(shù)學(xué)模型的建立過程。圍堰全結(jié)構(gòu)有限單元計(jì)算分析模型建立的好壞會(huì)直接影響以后的分析計(jì)算，因此，在模型中必須完全反映結(jié)構(gòu)形狀、材料特性、荷載狀況、邊界條件等因素，單元的劃分要過渡平滑，避免病態(tài)問題的出現(xiàn)。此外，在分析計(jì)算過程中，將進(jìn)一步優(yōu)化模型，這是組合有限單元計(jì)算分析中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 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?jiǎn)卧?，?nèi)支撐采用梁?jiǎn)卧? 鋼圍堰整體模型三維視圖見圖 41，面板模型三維視圖見 42。 鋼圍堰豎肋模型三維視圖見圖 43，豎肋細(xì)部三維視圖見圖 44。 水平環(huán)板三維視圖見圖 45，水平環(huán)板平面圖見圖 46。 水平桁架三維視圖見圖 47，水平桁架平面圖見圖 48。 內(nèi)支撐三維視圖見圖 49，內(nèi)支撐平面圖見圖 410。 圖 41 鋼圍堰整體模型三維視圖 圖 42 面板模型三維視圖 圖 43 鋼圍堰豎肋三維視圖 圖 44 豎肋細(xì)部三維視圖 圖 45 水平環(huán)板三維視圖 圖 46 水平環(huán)板平面圖 圖 47 水平桁架三維視圖 圖 48 水平桁架平面圖 圖 49 內(nèi)支撐三維視圖 圖 410 內(nèi)支撐平面圖 約束類型 圍堰底由于受到土體各個(gè)方向的約束，故圍堰底建立各個(gè)方向均約束的固結(jié)模型，圍堰固結(jié)模型見圖 411。 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(jiǎn)化成豎肋上的線荷載。 外壁豎肋線荷載見圖 412。 內(nèi)壁豎肋線荷載見圖 413。 圖 412 外壁豎肋線荷載 (水壓力 +土壓力 )(單位： kPa) 圖 413 內(nèi)壁豎肋線荷載 (土壓力 )(單位： kPa) 計(jì)算結(jié)果 面板 應(yīng)力 外壁面板應(yīng)力分析結(jié)果見圖 414，內(nèi)壁面板應(yīng)力分析結(jié)果見圖 415。 圖 414 外壁面板應(yīng)力分析結(jié)果 圖 415 內(nèi)壁面板應(yīng)力分 析結(jié)果 手算面板 ，符合要求。 有限元軟件計(jì)算結(jié)果在大部分處于 71～ 之間，個(gè)別小單元應(yīng)力很大達(dá)到 500 多MPa，說明圍堰計(jì)算應(yīng)力基本符合要求，對(duì)于個(gè)別應(yīng)力很大的情況則由于與環(huán)板連接處應(yīng)力集中造成。 變形 外壁面板位移分析結(jié)果見圖 416，內(nèi)壁面板位移分析結(jié)果見圖 417。 圖 416 外壁面板位移分析結(jié)果 圖 417 內(nèi)壁面板位移分析結(jié)果 外壁面板最大位移為 ，內(nèi)壁面板最大位移 ，其位移基本符合要求，不會(huì)發(fā)生變形破壞，故面板安全。 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。 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