桥梁深水承台施工双壁钢吊（套）箱围堰设计--毕业设计 79页

石家庄铁道学院毕业设计桥梁深水承台施工双壁钢吊(套)箱围堰设计TheDesignofSteelCofferdamCrane(Sets)BoxforConstructionofPileCapsinDeepWater2009届土木工程分院专业土木工程学号20050068学生姓名王松指导教师张庆芳完成日期2009年6月2日毕业设计成绩单学生姓名王松学号20050068班级土0501-2专业桥梁工程 毕业设计题目桥梁深水承台施工双壁钢吊(套)箱围堰指导教师姓名张庆芳指导教师职称副教授评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任)签字：年月日毕业设计任务书题　目桥梁深水承台施工双壁钢吊(套)箱围堰设计 专业土木工程班级土0501-2姓名王松承担指导任务单位土木工程分院导师姓名张庆芳导师职称副教授一、设计内容(1)结合工程实际，确定钢吊(套)箱围堰的结构形式及主要尺寸；(2)各施工工况荷载计算；(3)钢围堰面板、竖肋、环板、横向桁架及封底混凝土设计；(4)围堰整体稳定计算；(5)围堰加工及下沉施工工艺。二、基本要求(1)论文中语言要通顺、书写要规范、结构要合理；(2)毕业设计中包括不少于3000字的外文翻译(与桥梁有关)；(3)绘制A3图纸3张(其中手工绘制不少于1张)；(4)设计过程中严格按照规定时间独立完成相关的设计任务；(5)其他未尽事宜请参照毕业设计有关要求；(6)本设计可以手算，也可以利用大型有限元软件(ansys、midas或桥梁博士)进行计算。三、主要技术指标(1)承台尺寸:长10m×宽10m×厚3m,桩径1.5m(2)水深：8m；水流速度：1.5m/s(3)河床面到承台底深：6.0m(4)河床面以下土质：密实细砂(5)围堰设计平面形状：方形四、应收集的资料及参考文献(1)刘自明编.桥梁深水基础.北京：人民交通出版社，2003(2)交通部第一公路工程公司编.公路施工手册(桥涵).北京：人民交通出版社，2004(3)陈伟编.桥梁临时结构设计.北京：中国铁道出版社，2002(4)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)(5)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)(6)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)(7)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)五、进度计划第1周—第2周：查阅相关资料，完成外文翻译；开题报告第3周—第8周：毕业实习；初步拟定围堰各主要尺寸；各施工工况内力计算；第9周—第14周：完成围堰各组成构件的设计计算；整理计算书；完成围堰的施工工艺；第15周：答辩教研组主任签字时　间年　月日题　目桥梁深水承台施工双壁钢吊(套)箱围堰设计 学生姓名王松学号20050068班级土0501-2专业土木工程一．研究背景：桥梁深水基础的修建，关键是如何克服深水的影响。因为深水环境不仅对它产生许多直接影响，还对其设计理论和施工技术都会提出一些特殊问题。从近代的沉井、沉箱技术措施，到现代的桩基础、管柱基础、钢板桩围堰技术的应用，再到当代的双承台钢管桩基础，甚至设置基础等，核心问题都是如何去克服因深水而带来的一系列问题。然而随着科学技术的发展，解决深水施工的技术措施亦得到迅速地提高和发展。桥梁基础双壁钢围堰施工技术就是深水施工中的一种新技术。双壁钢围堰是一个带有单斜面刃脚的圆形双壁全焊水密钢结构圆筒，有自浮力，有强度更高的双壁钢壳，筒的内、外壁形成的空间称之钢壳。内、外壁由钢板围焊而成，圆筒上、下均不设底板或盖板，钢壳下口以环形单斜面刃脚封闭，钢壳上口敞开，以方便施工时往钢壳内灌注混凝土或注水。双壁钢围堰施工技术有着明显的优势：(1)有强度更高的双壁钢壳，可受更大的围堰内外水位差；(2)施工时，在围堰混凝土封底以前的工序简单；抽水及渡洪均不受施工水位限制，任何季节都能施工；(3)双壁钢围堰施工基本上不受墩位处水深的限制，若配合使用空气幕下沉工艺，还可将围堰下沉到更深的覆盖层内。即双壁钢围堰能在深水、厚覆盖层的条件下采用；(4)双壁钢围堰完全下沉就位后，不仅可作为钻孔桩基础的施工辅助设施，也可作为大面积承载的直接基础；(5)在同一座桥上，在不同地质条件情况下，也可以用相同的施工方法修建深水基础。这不仅有利干设备的利用，还能重复使用双壁钢围堰的上部，可充分发挥材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。这也是为什么双壁钢围堰技术这些年来运用越来越多的主要原因。二.国内外研究现状：(1)国外研究现状：在国外，越来越多的施工业者采用双壁钢围堰来建设深水桥梁基础、长度较短的码头和其他水中结构物的施工。现在的双壁钢围堰的高度累计可达25m，宽度可达30m，甚至更多。使用的类型有两种，一是我们国内普遍采用的即上述介绍的用钢板围焊的双壁钢围堰，只是使用比较少而已；另一种是钢板桩双壁钢围堰，即将打入水中平行的两列钢板桩进行横向以及纵向连接和锁定，并在两层之间的间隙填人砂石或其他合适的材料就成了双壁钢围堰。钢板桩双壁钢围堰作为双壁钢围堰的一种类型在欧洲和美洲，以及亚洲的日本和中国的台湾地区应用最为广泛。如位于美国加利福尼亚州的海峡大桥(CarquinezStraitBridge)采用了在陆地上预先制作双壁钢围堰，然后采用驳船浮运就位来施工桥墩基础。该双壁钢围堰就是上述的第一种类型。此外，围堰不仅用于结构物的新建，而且也经常用于既有结构物的修复。(2)国内研究现状：双壁钢围堰的施工方法，仍以浮运施工和缆索吊机吊运施工最为常见，尤其是浮运法施工。毕业设计开题报告毕业设计开题报告题　目桥梁深水承台施工双壁钢吊(套)箱围堰设计 学生姓名王松学号20050068班级土0501-2专业土木工程双壁钢围堰的截面形式已不仅仅局限于圆形，像武汉军山长江大桥已使用异型双壁钢围堰和矩形双壁钢围堰。同时，双壁钢围堰的使用方法有了新的变化，已不局限于先将双壁钢围堰下沉就位封底混凝土，接着施工钻孔桩，最后再抽水施工桩基承台这一传统施工工艺了。现在有些做法已改成先施工钻孔桩，用钻孔桩的钢护筒，作为双壁钢围堰定位下沉的导向、支撑装置，最后再做混凝土封底、抽水施工桩基承台。杭州下沙大桥即是如此。三.论文的主要工作：(1)结合工程实际，根据有关规范规定，确定双壁钢围堰的主要尺寸各施工工况荷载计算工况一：双壁钢围堰壁腔在水下封底混凝土未灌注前工况二：双壁钢围堰壁腔在水下封底混凝土灌注完毕后(2)钢围堰面板、竖肋、环板、横向桁架及封底混凝土设计，保证其强度、稳定性方面的要求(3)围堰抗滑移、抗倾覆稳定性验算及抗浮稳定性验算(4)围堰加工及下沉施工工艺四.论文采用的方法手段：(1)查阅相关资料，依据有关规范进行设计运用结构力学及相关知识对各施工工况下的结构构件进行简化计算(2)运用Midas有限元软件对双壁钢围堰进行精确计算五.预期达到的结果：(1)双壁钢围堰设计任务书一份(2)双壁钢围堰总体布置图A3图纸一张及施工图3张(3)各节围堰施工工艺一份(4)不少于3000字与桥梁有关的外文翻译指导教师签字时间　　年　月日 摘要近年来我国修建了不少跨越大江大河甚至跨越海湾的深水基础，取得了很大的成绩。桥梁深水基础往往处于水深流急，地质条件极其复杂的环境，修建深水基础时采用的防水技术一般就是围堰和钢吊箱。双壁钢围堰具有结构强度高，防水性能好的特点，在桥梁深水基础中得到了广泛应用，并且它能承受较大的水压力，结构简单，施工简便。本设计就是对围堰进行结构和施工的设计。根据承台尺寸()及水深()拟定围堰结构尺寸，在不同的施工工况荷载作用下对围堰的刃脚、壁板、竖肋、隔舱板、水平桁架等围堰各组成部分进行受力分析和验算，若不合格重新拟定尺寸，然后运用MIDAS有限元分析软件对围堰建模进行整体计算并将结果与手算结果进行对比分析，最后合理确定围堰分节下沉的施工方案。关键词：深水基础双壁钢围堰有限元分析施工方案 AbstractInrecentyearsmanydeepwaterfoundationsovercrossinggreatriverseventhebayareconstructedinChinaandreachgreatachievement.Bridgedeepwaterfoundationisusuallyintheenvironmentofdeepwater,torrentandcomplicatedgeographiccondition.Atthegeneralsituationcofferdamandsteelhangingboxareusedtoconstructthedeepwaterfoundationswiththefunctionofwaterproofperformance.Thedouble-wallsteelcofferdamiswidelyappliedinbridgedeepwaterfoundationduetothatitisofcharacteristicsofhighstructuralstrengthandgoodwaterproofperformanceandthedouble-wallsteelcofferdamcanbearmajorwaterpressurewithsimplestructureandconvenientconstruction.Thecontentofthispaperisthedesignofstructureandconstructionofconfferdam.Thestructuraldimensionofconfferdamisdecidedaccordingtothecapsize()andthedepthofwater().Thestressofcomponentofcofferdamincludingedgefoot,wainscot,verticalstiffeningrib,compartment,horizontaltrussareanalyzedandcheckedupundertheactionofdifferentconstructionbehaviourloads.Thedimensionmustbestudyoutagainifthestressischekeduptobeineligible.ThefiniteelementanalysissoftwareMIDASisusedtomodeltheconfferdamforholisticcomputation,thentheresultiscomparedwiththeresultofmanualcalculationsforcontrastiveanalysis.Finallytheconstructionschemeofsteppedsubsidingisdeterminedinreason.Keywords:deepwaterfoundationsdouble-wallsteelconfferdamfiniteelementanalysisconstructionscheme 目录第1章绪论11.1国内外现状11.2工程背景41.3钢围堰施工工艺简介51.4双壁钢围堰受力分析8第2章围堰结构设计——结构力学方法92.1围堰构造92.2设计荷载102.2.1荷载种类102.2.1.1流水压力102.2.1.2静水压力102.2.1.3波浪力112.2.1.4土压力112.2.2计算工况122.3结构设计122.3.1荷载组合122.3.2围堰总体尺寸拟定122.3.3工况1设计132.3.3.1隔舱板尺寸132.3.3.2土压力计算142.3.3.3每个隔舱板的抗弯能力计算152.3.3.4竖向隔舱钢板工字型组合梁加劲肋布置152.3.4工况2设计152.3.4.1荷载计算152.3.4.2隔舱板受力检算162.3.4.3内支撑受力检算172.3.4.4水平环板受力检算182.3.4.5水平桁架的斜杆受力计算202.3.4.6加劲肋受力验算21 2.3.4.7面板折算应力验算222.3.4.8检算悬臂根部应力222.3.4.9检算承台浇筑完成后可否拆除内支撑242.4围堰整体抗浮验算252.4.1围堰下沉系数计算252.4.1.1计算围堰自重252.4.1.2计算钢围堰所受浮力262.4.1.3计算围堰与土体摩阻力272.4.2竖向抗浮力计算272.4.2.1钢围堰自重272.4.2.2竖向抗浮力计算272.4.3封底混凝土强度验算272.3.3.1封底混凝土弯曲应力验算272.4.3.2封底混凝土抗浮力验算28第3章围堰施工工艺293.1围堰加工工艺293.2双壁钢围堰的锚碇系统布置303.2.1锚型选择303.2.2锚重计算313.2.3锚锭系统布置简介313.3围堰接高343.4围堰下沉工艺343.5封底混凝土施工353.5.1围堰的封底厚度分析353.5.2封底混凝土施工工艺363.5.2.1围堰封底363.5.2.2封底后抽水37第4章围堰结构设计——有限元分析方法384.1有限元分析方法简介384.2围堰有限元模型394.2.1单元类型394.2.2约束类型424.2.3荷载施加42 4.3计算结果444.3.1面板444.3.1.1应力444.3.1.2变形454.3.2竖肋464.3.2.1应力464.3.2.2变形474.3.3水平环板484.3.4水平桁架494.3.5内支撑494.4结果比较与分析50第5章结论51参考文献52致谢53附录54 石家庄铁道学院毕业设计第1章绪论1.1国内外现状桥梁深水基础的修建，关键是如何克服深水的影响。因为深水环境不仅对它产生许多直接影响，还对其设计理论和施工技术都会提出一些特殊问题。从近代的沉井、沉箱技术措施，到现代的桩基础、管柱基础、钢板桩围堰技术的应用，再到当代的双承台钢管桩基础，甚至设置基础等，核心问题都是如何去克服因深水而带来的一系列问题。然而随着科学技术的发展，解决深水施工的技术措施亦得到迅速地提高和发展。桥梁基础双壁钢围堰施工技术就是深水施工中的一种新技术。双壁钢围堰是一个带有单斜面刃脚的圆形双壁全焊水密钢结构圆筒，有自浮力，有强度更高的双壁钢壳，圆筒的内、外壁形成的空间称之钢壳。内、外壁由钢板围焊而成，圆筒上、下均不设底板或盖板，钢壳下口以环形单斜面刃脚封闭，钢壳上口敞开，以方便施工时往钢壳内灌注混凝土或注水。双壁钢围堰同其它基础施工方法和工艺相结合，优势互补，也是桥梁基础施工的一个重大突破。双壁钢围堰施工的优势是深水、岩石河床，并且河床覆盖层薄，这样。围堰易趋于稳定，辅助措施少、费用低。双壁钢围堰施工技术有着明显的优势：(1)有强度更高的双壁钢壳，可受更大的围堰内外水位差；(2)施工时，在围堰混凝土封底以前的工序简单；抽水及渡洪均不受施工水位限制，任何季节都能施工；(3)双壁钢围堰施工基本上不受墩位处水深的限制，若配合使用空气幕下沉工艺，还可将围堰下沉到更深的覆盖层内。即双壁钢围堰能在深水、厚覆盖层的条件下采用；(4)双壁钢圈堰完全下沉就位后，不仅可作为钻孔桩基础的施工辅助设施，也可作为大面积承载的直接基础；(5)在同一座桥上，在不同地质条件情况下，也可以用相同的施工方法修建深水基础。这不仅有利干设备的利用，还能重复使用双壁钢围堰的上部，可充分发挥材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。这也是为什么双壁钢围堰技术这些年来运用越来越多的主要原因。在国内，双壁钢围堰的施工方法，仍以浮运施工和缆索吊机吊运施工最为常见，尤其是浮运法施工。山长江大桥已使用异型双壁钢围堰和矩形双壁钢围堰。湖北省军山长江公路大桥主桥为48m+204m+460m+204m+48m69 石家庄铁道学院毕业设计的五跨连续双塔双索面半漂浮体系钢箱梁斜拉桥。由于桥面很宽，对于索塔基础的设计方案，若按常规设计，钢围堰的直径将达到44m。为了减小钢围堰的规模，方便施工，节省造价，同时又能保证索塔造型的美观，设计首次创造性地提出了异形钢围堰结构,即在圆形钢围堰上焊接两个簸箕形构造，如图1-1所示。该结构在承台施工高水位差(围堰内外设计水位差为22m)的情况下为圆形结构受力，这样就充分发挥了圆形钢围堰结构受力条件好的特点。同时，双壁钢围堰的使用方法有了新的变化，已不局限于先将双壁钢围堰下沉就位封底混凝土，接着施工钻孔桩，最后再抽水施工桩基承台这一传统施工工艺了。现在有些做法已改成先施工钻孔桩，用钻孔桩的钢护筒，作为双壁钢围堰定位下沉的导向、支撑装置，最后再做混凝土封底、抽水施工桩基承台，杭州下沙大桥即是如此。同时，双壁钢围堰的使用方法有了新的变化，已不局限于先将双壁钢围堰下沉就位封底混凝土，接着施工钻孔桩，最后再抽水施工桩基承台这一传统施工工艺了。图1-1异形钢围堰结构平面图(单位：mm)该桥的钢围堰平面尺寸为25.82m×3.6m，壁厚(钢壳厚)1.5m。双壁钢围堰外型尺寸见图1-2。双壁钢围堰同其它基础施工方法和工艺相结合，优势互补，也是桥梁基础施工的一个重大突破。双壁钢围堰施工的优势是深水、岩石河床，并且河床覆盖层薄，这样。围堰易趋于稳定，辅助措施少、费用低。蚌埠市朝阳淮河公路大桥利用高压旋喷桩竖直帷幕止水技术加固地基，减少大型双壁钢围堰人土深度进行水中承台施工的技术则是另一成功的范例。高压旋喷桩结合钢围堰施工承台的优点，一是施工简便，止水效果好、加固地基稳定，一次成形，未出现涌砂、穿底、漏水等意外问题，避免了为解决围堰下沉困难而采取的其它措施。69 石家庄铁道学院毕业设计图1-2双壁钢围堰结构平面图(单位：mm)并且桩体、围堰有效堵水后，省去了水下混凝土封底。排水后干处挖土，工效高、速度快，井壁不用支撑。同时。施工对环境不产生污染、无噪音。二是进度快，多工序平行作业。有效缩短施工工期。该桥原方案钢围堰需下沉人土6m，围堰下沉占用工期时间90d，再水中混凝土封底、钻孔桩施工，接着干法施工承台。而旋喷桩方案围堰仅下沉人土1.5m，旋喷桩施工同主墩桩基施工同步，缩短工期60d。三是成本低，效益明显。旋喷桩方案减少一节4.4m高钢围堰下沉(人土)及水下混凝土封底的费用，可节约成本70万元，高压旋喷成本30万元，两项相抵，还节省40万元。此外，还可节约了原钢围堰下沉过程中处理涌砂、漏水等问题产生的费用。因此，只要我们因地制宜，广开思路，双壁钢围堰再结合其它的地基基础处理方法会有新的收获。芜湖长江大桥为公铁两用桥，其主桥为180m+312m+180m斜拉索加劲的连续钢桁梁桥，l0号和11号主墩采用外径30.5m，壁厚1.4m的圆形双壁钢围堰。10号墩围堰采用平刃脚，围堰高53.2m，11号墩围堰采用高低刃脚，围堰高(41.4～44.4)m，封底混凝土厚度为9m。温州瓯江二桥主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主孔跨径270m。其北航道主塔采用削角矩形(八角形)双壁钢围堰，长边55.5m，短边29.0m，削角7.172m，围堰高20.5m。内外壁板间距2.0m。采用水平刃脚，封底混凝土厚度3m。黄石长江大桥主桥为162.5m+3×245m+162.5m五跨预应力混凝土连续刚构桥。其2号～5号墩采用外径28m、壁厚1.5m、高39.0m的圆形双壁钢围堰。在5号墩处，堰面最大高差达4.78m。考虑到上避隋况，围堰采用高低刃脚。封底厚度设计为7m，为了使围堰在无嵌岩桩的情况下安全渡洪，实际封底厚度为10.2m。榆怀铁路印家坡梅江1号大桥为9×32m+24m简支梁桥，其3号、469 石家庄铁道学院毕业设计号墩位于深水中，基础采用钻孔灌注桩加双壁钢围堰。钢围堰外径14.0m，壁厚1.0m，高16.80m。由于3号墩处基岩高差大。围堰下沉到基岩后，对围堰底面进行支垫并采用外钢插板堵漏，确保围堰稳定并防止封底混凝土外漏。在国外，越来越多的施工业者采用双壁钢围堰来建设深水桥梁基础、长度较短的码头和其他水中结构物的施工。现在的双壁钢围堰的高度累计可达25m，宽度可达30m，甚至更多。使用的类型有两种，一是我们国内普遍采用的即上述介绍的用钢板围焊的双壁钢围堰，只是使用比较少而已；另一种是钢板桩双壁钢围堰，即将打入水中平行的两列钢板桩进行横向以及纵向连接和锁定，并在两层之间的间隙填人砂石或其他合适的材料就成了双壁钢围堰。钢板桩双壁钢围堰作为双壁钢围堰的一种类型在欧洲和美洲，以及亚洲的日本和中国的台湾地区应用最为广泛。如位于美国加利福尼亚州的海峡大桥(CarquinezStraitBridge)采用了在陆地上预先制作双壁钢围堰，然后采用驳船浮运就位来施工桥墩基础。该双壁钢围堰就是上述的第一种类型。此外，围堰不仅用于结构物的新建，而且也经常用于既有结构物的修复。1.2工程背景某桥梁深水承台双壁钢围堰，水深8m，承台为正方形，尺寸，厚3m，河床为密实细砂。本设计承台基础平面图如图1-3所示，钢围堰平面图如图1-4所示。图1-3承台平面图(单位：m)69 石家庄铁道学院毕业设计图1-4钢围堰平面图(单位：mm)1.3钢围堰施工工艺简介双壁钢围堰主要由井壁、隔舱、刃脚、顶部支座和一些其他配置组成，其主要施工工序为:在拼装船上拼装双壁钢围堰、浮运、起吊下沉、钢围堰接高、并在钢壳内灌水、浇筑承台及墩身、拆除上部钢围堰。深水基础施工方案主要取决于当地地质条件。从施工方面看，钻孔灌注桩基础的施工有分为先下钢围堰后成桩和先成桩后下钢围堰两种施工方案。(1)先下钢围堰后施工钻孔方案先下钢围堰后施工钻孔桩方案具有以下优点：①钢护筒厚度及长度减少易于准确定位；②节省钻孔平台钢管桩钢材也可节省加工焊接及施工桩的的费用；③节省钻孔平台的稳定措施费。若无覆盖层或覆盖层很浅时宜采用先下钢围堰后施工钻孔桩方案。先下钢围堰后施工钻孔桩方案流程如图1-5所示。69 石家庄铁道学院毕业设计钢围堰分块制作分块运输至现场定位锚锭系统施工首节钢围堰水下定位吸泥除土下沉沉至设计深度水上接高、下沉钢围堰着床清基、堰内封堵围堰封底钻孔桩施工干施工承台分节对接接高图1-5先下钢围堰后施工钻孔桩方案流程图(2)先成桩后施工钢围堰方案先成桩后施工钢围堰具有以下优点：①施工快，从施工钻孔平台钢管桩、架设平台至开钻时间短；②可降低钢围堰高度，节省工期，降低造价；减少双壁钢围堰夹壁混凝土量；③避免岩面高低不平时，钢围堰不规律的高低刃脚着岩难度；④清除钻渣难度减少；69 石家庄铁道学院毕业设计⑤封底混凝土量可减少。因此，先成桩后施工钢围堰方案常被用于覆盖层较厚，且覆盖层较软、承载能力较小，工期和造价有要求的工程中。先成桩后施工钢围堰施工流程如图1-6所示。钢管桩制作平台拼装施打钢管桩搭设钻孔平台下沉钢护筒钻孔桩施工施工平台拆除首节钢围堰安装围堰接高(下沉)围堰封底干施工承台钢围堰制作图1-6先成桩后施工钢围堰流程图本设计围堰施工为分节下沉，双壁钢围堰修建的施工程序为：(1)在拼船上拼装底节钢壳；(2)将拼船和导向船拖拽到墩位抛锚定位；(3)吊起底节钢壳撤除拼装船，将底节钢壳吊放下水，漂浮在水中；(4)逐层(焊接)接高钢壳，并向中空的钢壳双壁内灌注素混凝土，使它下沉到河床定位；(5)在围堰内吸泥使它下沉，直到刃脚下沉到设计标高；69 石家庄铁道学院毕业设计(6)潜水工下水将刃脚底空隙用垫块填塞并清基；(7)在围堰顶部安装施工平台，在底部安装钻孔钢护筒；(8)灌注水下封底混凝土；(9)钻孔嵌岩，在孔内安装钢筋笼，再在孔内灌注水下混凝土；(10)围堰内抽水后灌注基础混凝土，再修筑墩身。1.4双壁钢围堰受力分析所有围堰构件均采用Q235钢材，钢围堰在下沉到位后，承受静水压力和流水压力，入土部分外壁板承受主动土压力，内壁板承受被动土压力，围堰超出水面部分会承受可能的波浪力和风力，风力采用规范中标准值进行计算，波浪高取1.5m，波浪力水压采用均布。围堰为水工建筑物，本设计中材料容许应力取值和有效宽度计算所用参数均取自《水利水电工程钢闸门设规范》。对于围堰而言，它一般是由桁架和钢板组成的壳体结构,其传力途径如下：水压力围堰侧板侧板角钢加劲肋桁架。钢围堰的受力分析包括下沉阶段和承台施工前堰内抽水状态。钢围堰受力的主要计算荷载有水流力、风荷载、船舶撞击力、施工荷载等，在冰冻地区还包括冰压力。围堰自重包括其本身重量、填充物重量、围堰上搭设的工作平台重量及其他附属重量。有时，也要计及封底混凝土的重量。钢围堰的稳定性包括抗滑、抗倾覆和抗浮稳定性验算。当验算围堰的稳定性时，如果底面位于水中或透水性地基上，应考虑设计水位的浮力。围堰嵌入不透水性地基时，不考虑水的浮力。封底混凝土的重量是否参与围堰稳定性验算，取决于其与围堰结合的紧密程度。如果在浇注封底混凝土前，在围堰封底段内壁上焊接一些钢筋或铁件，使其与围堰紧密结合，则封底混凝土应参与围堰稳定性验算。否则，应谨慎考虑。69 石家庄铁道学院毕业设计第2章围堰结构设计——结构力学方法2.1围堰构造从力学角度来说，双壁钢围堰的形状以圆形最优，且制作与下沉着床都易于控制。但受承台形状限制，为便于施工，可能造成围堰尺寸过大，从而提高造价。围堰要为承台和墩(塔)身施工创造无水作业条件；因此，围堰的平面形状应与承台相协调，结构的强度和水密性应与施工条件相适应。实际工程中双壁钢围堰在平面上较多设计成圆形，一部分也设计成其他形状，如矩形、扇形及各种多边形等。圆形结构在早期得到较多应用。随着桥梁建设事业的不断发展，其他结构形式也日益受到重视。综合考虑围堰的力学性能、施工方便性及工程造价等几方面的因素，在双壁钢围堰结构选形时，应首先考虑圆形方案，然后再根据承台结构提出其他方案，进行技术和经济综合比较，从而选定最佳结构形式。大型深水双璧钢围堰是焊接钢结构，设计时要尽量发挥材料的承载能力，使围堰造价降到最低。围堰内外壁之间的空间，应通过设置若干隔板，组成相互封闭的隔舱。这样，在围堰施工下沉时可以采取充水、填砂或灌注混凝土等措施，分舱加载，维持其平衡或助沉。当下沉着床偏差较大时，还可减载上浮，重新着床。钢围堰高度的设计主要决定于施工区域的水深和围堰嵌入土层的厚度。围堰的顶高程一般应在水下结构施工水位以上1.5m～2.0m。围堰顶面标高过高，会造成费用增加并可能导致桩基础施工困难。围堰的底高程应按基础受力要求和施工期稳定等要求来确定。当满足施工要求时，可以在确保围堰稳定、具有足够的竖向和横向承载能力、能保证合理的封底厚度等条件下，尽可能提高其底高程。本设计中深水承台尺寸为，围堰平面形状为正方形，外壁尺寸为，内壁尺寸为，内外壁板均为6mm，壁腔厚。围堰本身实际上是个浮式钢沉井，井壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平钢桁架组成，中空的井壁提供的浮力可使围堰在水中自浮，使双壁钢围堰在自浮状态下分层接高下沉。围堰内外壁间设置8个隔舱板，在平面上将围堰分为8块，隔舱板将围堰分为8个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌水来控制双钢围堰下沉及调整下沉时的倾斜。围堰竖向总高22.5m，考虑到浪高最大为1.5m，围堰高出水面部分为2m，围堰竖向分为5节(4.5m+5m+5m+4m+4m)，井壁底部设置刃脚有利于切土下沉。69 石家庄铁道学院毕业设计由于水深较大，为了保证围堰的整体刚度和稳定，在围堰内部设置两层截面形式为工字型内支撑。由于刃脚承受土压力及水压力较大，故刃脚段适当加密水平桁架的竖向间距(0.5m)，其余部分水平桁架竖向间距为1m。面板竖向加劲肋采用角钢，角钢与面板共同承受外荷载。水平环板采用钢板，钢板也与面板共同承受外荷载，同时在进行受力计算时，环板与参与受力面板作为桁架的弦杆进行受力计算。2.2设计荷载2.2.1荷载种类2.2.1.1流水压力水流流速1.5m/s，动水侧压力,，则动水压强。动水压力见图2-1。图2-1动水压力示意图(单位：m)2.2.1.2静水压力静水压力见图2-2。69 石家庄铁道学院毕业设计图2-2静水压力示意图(单位：m)2.2.1.3波浪力波浪力作用高度取1.5m，波浪力为作用于高出水面围堰壁板的均布荷载，其大小为，波浪力见图2-3。图2-3波浪力示意图(单位：m)2.2.1.4土压力河底为密实细砂：饱和土容重：。摩擦角：。69 石家庄铁道学院毕业设计主动土压力系数：。被动土压力系数：。2.2.2计算工况工况一：双壁钢围堰壁腔在水下封底混凝土未灌注前。工况二：双壁钢围堰壁腔在水下封底混凝土灌注完毕后。2.3结构设计2.3.1荷载组合工况一：主动土压力+被动土压力。工况二：静水压力+流水压力+波浪力+风力。2.3.2围堰总体尺寸拟定承台尺寸10×10×3，围堰高H=22.5m。内外壁板均为6mm厚。围堰施工误差为H/50+0.25=0.7m，且H/50=22.5/50=0.45>0.2m,立模作业宽度0.8m。围堰内壁长B1=10+2×(H/50+0.25)+2×0.8=10+2×0.7+1.6=13m,取B1=13m。钢围堰隔舱厚拟为1.3m。外壁边长B2=13+1.3×2=15.6m。围堰分节：4m+4m+5m+5m+4.5m(5节),围堰分节见图2-4。平面分块：平面上由隔舱板分为8块，围堰平面分块见图2-5。69 石家庄铁道学院毕业设计图2-4围堰竖向分节(单位：m)图2-5围堰平面分块(单位：mm)2.3.3工况1设计双壁钢围堰壁腔(隔舱厚1.3m)水下封底混凝土未灌注前(不抽水)堰内泥土清理到封底混凝土底时验算。在工况一，围堰内外均有水压且水压基本相同，无需验算围堰各构件受力，仅需计算入土部分在土压力作用下的隔舱板受力检算。2.3.3.1隔舱板尺寸隔舱板尺寸见图2-6。69 石家庄铁道学院毕业设计图2-6隔舱板尺寸(单位：mm)截面特性：，，。2.3.3.2土压力计算土压力形式见图2-7。图2-7土压力(单位：m)69 石家庄铁道学院毕业设计各部分土压力值：，，。土体压力合力值：，，。对围堰下层支撑点求矩：主动力矩：，被动力矩：。2.3.3.3每个隔舱板的抗弯能力计算设计中隔舱板将围堰平面上分为8块，围堰每个边长被两个隔舱板均分成3块，两个隔舱板间距为5.2m，将面板上的承受的均布荷载向隔舱板上简化成线荷载：则每个隔舱受到弯矩。则满足要求。2.3.3.4竖向隔舱钢板工字型组合梁加劲肋布置，，由于隔舱板上下翼缘均与围堰面板焊接，其扭转受到约束，根据桥梁钢结构设计规范，当时，不需要配置纵向加劲肋，按构造配置横向加劲肋。2.3.4工况2设计2.3.4.1荷载计算(1)计算风荷载风荷载公式：(2-1)式中，K1——体形系数；K2——高度变化系数；K3——条件系数；W0——风压值(Pa)，；计算。69 石家庄铁道学院毕业设计由公式(2-1)得。风荷载远小于波浪力可忽略不计。(2)工况2荷载工况2荷载见图2-8。图2-8工况2荷载图示(单位：mm)2.3.4.2隔舱板受力检算工况2隔舱板受力检算即双壁钢围堰壁腔在水下封底混凝土灌注完毕后浇筑承台前验算此种情况下竖向隔舱工字钢组合梁上下翼缘应力(风荷载与波浪力不同时考虑)。(1)受力模式受力模式见图2-9。图2-9隔舱板受力模式(单位：kPa)(2)计算隔舱板所受内力69 石家庄铁道学院毕业设计利用MIDAS，弯矩计算结果见图2-10。图2-10隔舱板内力图(单位：kN·m)单宽。则隔舱板所受弯矩。,可。2.3.4.3内支撑受力检算内支撑反力即图2-9受力模式，支座反力计算结果见图2-11。图2-11内支撑反力结果(单位：kN)反力，，。其中R1、R2分别表示第一层、第二层支撑的内力。第二层支撑的受力最大(单宽)，。选用Q235400×400H型钢。截面特性：。69 石家庄铁道学院毕业设计可。在x-x轴方向，由钢结构设计规范附录三(b类)。，查得。满足要求。y-y轴方向由于有两点支撑，，查得，则可。2.3.4.4水平环板受力检算钢围堰设计为五节：4.5m+5m+5m+4m+4m，第一节为4m，平面桁架竖向间距为0.5m，第2、3、4、5节平面桁架间距均为1m。水平桁架环板为10mm×200mm。，桁架的计算跨度取两隔舱板间距，为5.2m，取水深14m处水压力，p=140kN/m2。则。水平桁架的轴向拉压力为(拉压力)，按《水利水电工程钢闸门设计规范》，计算与环板共同作用的壁板截面。《水利水电工程钢闸门设计规范》G1.0.2面板参与梁系有效宽度计算：(1)面板兼作主(次)梁翼缘的有效宽度B,对于简支梁或连续梁中正弯矩段，可按下列公式计算，取其中较小值：(2-2)(Q235钢)(2-3)(16锰钢)(2-4)式中，主次梁的间距，；有效宽度系数，按表2-1采用；面板宽度；梁肋宽度，当梁上另有翼缘时为上翼缘宽度；表2-1面板有效宽度系数0.511.52.02.53456810200.20.400.580.700.780.840.900.940.950.970.981.000.160.300.420.510.580.640.710.770.790.830.860.9269 石家庄铁道学院毕业设计注：1.为主次梁弯矩零点之间的距离。对于简支梁；对于连续梁的正弯矩段可近似地取；对于其负弯矩段可近似地取，其中为主次梁的跨度(见图2-12)；2.适用于梁的正弯矩图为抛物线图形，适用于梁的负弯矩图近似地取为三角形。图2-12面板有效宽度示意图(2)对于连续梁中负弯矩段或悬臂段，面板的有效宽度应按下式取用：(2-5)有效宽度系数，按表2-1采用；面板与环板焊接，属连续梁形式，故有效跨度取。围堰壁板构造见图2-13。图2-13围堰壁板图示(单位：mm)由(2-3)得，，查得。69 石家庄铁道学院毕业设计由(2-2)，取较小值，见图2-14。图2-14面板参与环板受力有效宽度(单位：mm)，则可。2.3.4.5水平桁架的斜杆受力计算水平桁架平面如图2-15所示。图2-15水平桁架(单位：m)(1)计算桁架节点上的荷载力。(2)求斜杆力，斜杆采用角钢,，则。69 石家庄铁道学院毕业设计水平桁架杆件本身无受力问题。(3)焊缝长度计算角钢厚度t=5mm，，，取，，，则，取，，取，，，满足要求。2.3.4.6加劲肋受力验算(1)计算封底混凝土面以上外壁水压力。(2)加劲肋受力验算，采用角钢，则，由公式(2-2)，取较小值，见图2-16。69 石家庄铁道学院毕业设计图2-16面板参与角钢受力有效宽度(单位：mm)壁板，。对，，，，，，，则可。2.3.4.7面板折算应力验算外壁最大水压，面板边长比，且长边垂直于主梁轴线方向时，，，，，(满足要求)。2.3.4.8检算悬臂根部应力(1)荷载组合检算悬臂根部应力属工况二，故荷载组合为：静水压力+流水压力+波浪力(风荷载忽略不计)。69 石家庄铁道学院毕业设计荷载组合见图2-17。图2-17荷载组合(单位：m)(2)受力模式受力模式见图2-18。图2-18悬臂部分受力模式(单位：kPa)(3)计算结果计算结果见图2-19。图2-19弯矩图(单位：kN·m)计算得悬臂根部单宽弯矩，则总弯矩，，69 石家庄铁道学院毕业设计2.3.4.9检算承台浇筑完成后可否拆除内支撑(1)荷载组合荷载组合见图2-20。图2-20拆除第二层支撑后荷载组合(单位：m)(2)受力模式拆除第二层内支撑后受力模式见图2-21。图2-21拆除第二层支撑后受力模式(单位：kPa)(3)受力结果弯矩图见图2-22。69 石家庄铁道学院毕业设计图2-22弯矩内力图(单位：kN·m)支反力见图2-23。图2-23支反力(单位：kN)，拆除下支撑后隔舱板承受总弯矩：，，不满足故不能拆除下支撑。2.4围堰整体抗浮验算2.4.1围堰下沉系数计算2.4.1.1计算围堰自重钢材容重，围堰高。(1)计算壁板自重外壁板自重，内壁板自重，平面桁架共26层。(2)计算环板重。(3)计算水平桁架重每层桁架共有角钢28个，每个角钢重0.06kN，平面桁架重。69 石家庄铁道学院毕业设计(4)横撑重隔舱板有8个，竖向隔舱板重，内支撑重。(5)计算竖肋重量外壁竖肋间距0.3m，平面上竖肋共有个，角钢密度为，外壁竖肋重量为，内壁竖肋间距取0.3m，平面上竖肋共有个，则内壁竖肋重量为，则钢围堰自重为，。图2-24首节围堰立面图(单位：m)2.4.1.2计算钢围堰所受浮力(1)围堰各部分体积计算刃脚体积：刃脚见图2-24。刃脚以上高度，围堰隔舱体积：，围堰隔舱总体积：，围堰隔舱内填筑素混凝土，填到顶面为止，素混凝土，则素混凝土重。(2)围堰所受浮力计算在水中围堰体积：，69 石家庄铁道学院毕业设计则水浮力：。2.4.1.3计算围堰与土体摩阻力围堰壁内外在土中沉降时所受到的摩阻力：砂性土摩阻力标准值取15kPa，外壁：，内壁：，式中U表示周长。钢刃脚斜面的正面阻力：(地质资料提供值乘以2，50为端阻力)，围堰下沉系数。2.4.2竖向抗浮力计算2.4.2.1钢围堰自重钢围堰自重(包括隔舱内素混凝土重量)，封底混凝土自重。2.4.2.2竖向抗浮力计算抽水后钢围堰受到的浮力为：，安全系数围堰整体稳定性满足要求。2.4.3封底混凝土强度验算采用C30水下封底混凝土封底，高度3m,混凝土在围堰形成支点反力的情况下，承受围堰抽水后产生的上浮力，封底混凝土底承受水压面积，最大水头差按计算。2.3.3.1封底混凝土弯曲应力验算取1m宽封底混凝土计算：，按简支近似计算，跨度。，，69 石家庄铁道学院毕业设计则可。(由于本结构为临时结构，故混凝土容许弯拉应力应取1.6的安全系数)。2.4.3.2封底混凝土抗浮力验算围堰系统在水中受到浮力作用，在分析中还应进行围堰抗浮稳定性验算。(1)浮力。(2)抗浮力封底混凝土自重，封底混凝土与围堰内壁摩阻力取，则，抗浮力：。(3)安全系数，满足要求。69 石家庄铁道学院毕业设计第3章围堰施工工艺3.1围堰加工工艺为便于施工，“钢堰”制作时在平面上分块和高度上分节。分块时力求等分和对称；分节高度则以制作、接高的起重能力而定，在条件允许时，节段越次数和水平焊缝的现场焊接量。分块是“钢堰”制作的第一道工序，也是施工质量的首道关口。为使块体几何尺寸准确和具有互换性，应在特制的胎架上进行组装。为保证焊缝质量和水密性，力求平焊，尽量减少仰焊和立焊。制作时应选择具有块体翻转技术措施和起重能力的专业厂家加工。块体运输一般都用船运，因其体积大，陆运有诸多不便。运输堆放时，要存放均匀，绑扎牢固，确保运输过程的安全。首节“钢堰”的组拼是施工中的重要环节，它对施工进度和施工投人有举足轻重的作用。组拼方法与施工单位的设备、水上起重能力和习惯作法有关。常用的组拼方法有：(1)在墩位附近岸侧设浮式拼装平台拼装成节，起重船整节起吊就位；(2)在两导向船间设浮式平台，用导向船上的起重设备起吊块体拼装成节，在导向船上设吊架吊起，退出浮式平台下放就位；(3)在两导向船间架设临时拼装平台，用导向船上的起重设备起吊块体拼装成节，在导向船上设吊架吊起，拆除临时拼装平台，下放就位；(4)在墩附近岸侧修建简易滑道，在滑道上拼装成节后下滑人水，拖运至导向船组就位。本设计钢围堰的制作流程如下：(1)胎架设置。为了使钢围堰外形尺寸达到要求，车间制作时，首先要设置组装用胎架。组装胎架应有足够的刚度，防止构件在组焊过程中变形。钢围堰分块组装胎架应力求尺寸精确一致，以保证每座胎架组焊出来的产品尺寸的一致性。(2)钢围堰下料。钢围堰构件在下料前制作样品，凡构件中不能确定尺寸的零件或组合连接关系复杂的构件，通过制做实样来确定尺寸。(3)分块组装。组装壁板、环板、水平桁架等构件按由外壁逐渐组拼到内壁的顺序进行组装。69 石家庄铁道学院毕业设计(4)焊接加工。双壁钢围堰焊接所有焊缝除竖肋及隔舱板加劲肋采用间断焊接外，其余均为连续满焊，焊接施工前对所有类型焊缝均需进行焊接工艺评定试验。为了减少各钢围堰分块在组装胎架上的焊接变形，内外壁板按每块整片实行两面自动焊来保证质量，各隔舱板上加劲肋在胎架上施焊以减少整体施焊工作量，并有效控制分块外轮廓尺寸偏差。(5)试拼出厂。双壁钢围堰分块加工完成后，按拼装顺序编号，并依次先后运至试拼场进行出厂前的试拼，试拼厂设在施工临时码头附近。3.2双壁钢围堰的锚碇系统布置根据施工水域水文条件和通航要求，围堰锚碇系统可以采取灵活多变的布置方式。锚固设备包括定位船、导向船、锚、锚缆和锚缆受力调节设备。一般情况下，如果水流是单流向的，可以只在上游设置定位船，并同时设置导向船；如果施工区域受潮汐等因素影响，水流速度、方向时而发生变化，应同时在上下游设置定位船。定位船的作用是抵抗围堰所承受的水流力，导向船的作用则是用来稳定和调整钢围堰。导向船和定位船自身应有较强的稳定性及调解能力，以抵抗围堰所受的外力。如果在围堰的一侧设置导向船，则应在围堰另一侧设置拉缆，保持围堰的平衡与稳定。武汉军山长江大桥锚碇系统布置即采用这种形式。如果上下游均设景定位船，可以不设导向船，但需在围堰左右两侧设置边锚以保持围堰的稳定与平衡。“钢堰”在深水施工中，由于体积大、沉放时间长，本身的定位及稳定主要依靠锚锭系统承担。“钢堰”锚旋系统，由锚缆设施、定位船、导向船组三大部份组成，其布置与施工区的流向、流速和河床表层土质有关。确保施工期钢围堰的安全，是锚锭系统布置的首要出发点和归宿。3.2.1锚型选择桥梁工程施工所用的锚型，常用航运部门的铸铁锚(海军锚、霍尔锚)或钢筋硅蛙式锚。海军锚属于有干锚，横杆在锚杆上部，并与其垂直。拔出横杆楔子后可抽出与锚标紧贴，便于收藏，结构简单。海军锚的特点是抓力大，一般为锚重的4～8倍，最高可达12～15倍，但突出水底地面的锚爪，有绞缠绳链的危险，使用中应予注意。霍尔锚属于无干锚，又称山字锚，锚头与两个锚爪为整体铸件，由锚杆穿过锚头以小轴和横销连接，锚爪与锚杆可以转动，抓力约为锚重的2.5～4倍，锚的抛起方便，易于收存。航运部门的铸铁锚属于定型产品，每种锚的自重:海军锚0.5kN～30kN霍尔锚69 石家庄铁道学院毕业设计1.0kN～50kN。钢筋砼蛙式锚属于非定型产品，其尺寸可根据使用需要加工而成。其特点:对各种土质(淤泥、砂性土、砾石、粘性土)均适合，但对岩石效果较差。这种锚安放与起锚必须用起重船完成，其重量随起吊沉放能力而定。在黄石大桥施工中，我们用了150kN，250kN，450kN三种重量。3.2.2锚重计算对铸铁锚:设锚在空气中的重量为GkN，当河床覆盖层为卵石时，G=I＇(4～5)；当河床覆盖层为砂土时，G=(5～6)P；当河床为粘土时，G=(8～12)P。对钢筋砼蛙式锚:设锚在空气中的重量为W，盖层为砂土时，W=(1.0～1.5)P；覆盖层为卵石时，u＇=(2.0～3.0)P；淤泥质量覆盖层，W=1.0P；式中P所用锚承受的拉力从锚的受力均匀性考虑，锚的数量不宜过多，对主锚4～6个为宜，最多不超过10个；对边锚每边2～3个。3.2.3锚锭系统布置简介(1)单向流的锚碇系统布置图3-1时长江黄石长江公路大桥4、5号墩“钢堰”锚锭系统布置图。桥址建于弯曲河道，流向与桥轴线成的夹角，5号主墩上游因有沉船，采用了短锚缆4号主墩采用了长锚缆。主墩中距245m,航道较窄，通航船舶多，不同水位时期，流向的折角多变，最大流速2.0～2.5m/s，为此加大了锚的重量((45t/个)和数量，施工期虽然发生了多起船舶撞击导向船的事故，但锚锭系统均未失控。69 石家庄铁道学院毕业设计图3-1黄石大桥4、5号墩锚锭系统布置图3-2是武汉军山长江公路大桥B标主墩施工锚缆系统的布置图。该桥址位于武汉长江大桥上游50余km，该河段河道顺直，主墩中距460m,航道较宽，“钢堰”下沉处覆盖层较薄(3～4m)，基岩表面平整(岩面高差20～30cm)。预计下沉着床时间短，故锚锭系统的布设极其简化，利用打桩船f仍赶位船，有效地利用其上的铰车和锚缆设施；导向船利用一艘船型较大的起重船在主航道一侧导向，用钢丝缆将“钢堰”绕系在起重船的系桩上，岸侧设有三条岸缆。必须指出，图3-2所示的简化布置，是在河道顺直、施工期通航航道较宽、流速较小(实测施工期流速,0.5～0.7m/s)。“钢堰”下沉、着床时间短，施工组织实施顺利的特定条件下成功的典型实例。69 石家庄铁道学院毕业设计图3-2武汉军山长江大桥B标主墩锚锭系统布置图(2)双向流速的锚缆系统布置在江河出海区或受潮汐影响较大的河段，其流速、流向在涨落潮期间将发生大小、方向的变化。图3-3是浙江温州大桥主墩施工的锚碇系统布置图。图3-3浙江温州大桥主墩施工锚锭系统布置图该桥址河段受不规则的半日潮影响，最大潮差8.00m，落潮的流速最大值2.0m/s，流向也往复变化，必须设双向定位船。根据承台设计的几何形状，“钢堰”按削角长方形(55.5m×29.0m×20.5m，削角7.2m×7.2m)制作。如果在“钢堰”两侧设导向船组，其船长应在70m以上，按此船长，其船宽均大于15m，则导向船组的外侧宽度将达60m，不仅增大了主锚缆阻力，更主要的是影响了施工期航道的畅通。为此取消了导向船组，将锚缆直接锚系在“钢堰”上。为了适应“钢堰”69 石家庄铁道学院毕业设计下沉调缆的需要，在“钢堰”上设置了多层锚缆平台。3.3围堰接高“钢堰”首节就位后，就以自身的浮力形成接高平台。接高的方法有；(1)利用起重船将成节“钢堰”吊人接高；(2)以首节为拼装平台、利用导向船上的起重设备将分块吊人组拼接高；(3)以首节为拼装平台，现场拼焊成节接高。三种方法中，方法(1)是先进的施工工艺，接高时节间仅一条水平焊缝，节段工期短，焊接质量有保证，惟一的缺点就是需要大型水上起重船；(2)是国内桥梁主墩“钢堰”施工的常用工艺，它可以充分利用导向船上的桅杆吊、起重机吊拼块体，具有较合理的综合效益；方法(3)是过时的施工工艺，施工质量与施工进度都不能与现代化建设形势相适应，惟一可取之处，就是设备简单，施工投人少。节段接高过程中要对“钢堰”夹壁内灌注素混凝土加重，调整节段水平焊缝距操作平台的高度在1.5m左右，以便施焊人员操作。还要根据水流与接高情况，及时安设下兜缆，控制“钢堰”的垂直度。3.4围堰下沉工艺“钢堰”的着床与下沉是极其重要的施工环节，必须在施工组织设计中对不同地质条件进行稳定与下沉系数的验算，并据以采取相应的预挖措施，以免贻误工期。当“钢堰”着床于砂、土层时，应根据要求的下沉深度计算下沉系数。首先对“钢堰”夹壁内采用加水、加砂等低成本及加入与排出简易的材料的助沉措施验算其下沉系数，如不能满足要求，可换放砼块或浇注砼(浇注标高以不高于“钢堰”切割线为原则)。再不能满足要求时，则需采取外部助沉措施。外部助沉措施有：当采用简易的助沉措施计算的下沉系数与规范要求相差不大时，可以采取射水助沉或“钢堰”上部堆放型钢、钢锭之类；当下沉系数的计算相差甚大时，可以考虑空气幕或泥浆套助沉。空气幕助沉的气龛制作困难，每次加气的连续时间不能超过5min，且气量耗用大，水中助沉应用甚少。泥浆套可分为膨润土泥浆套与水下不离析泥浆套两种，膨润土泥浆套在陆上应用较好，在水下易于稀释，降低了润滑作用，效果较差。当“钢堰”着床范围的覆盖层较薄，其下的岩面高差在0.5m以内，着床时其覆盖层可能被冲光，也可能残留无几，着床时“钢堰”69 石家庄铁道学院毕业设计的垂直度能保持在施工规范允许范围，着床后稍作处理即可达到下沉的设计要求，及时采取抛石或石笼围护，保证基脚稳定，即可进行封底工序。武汉军山长江公路大桥6号主墩“钢堰”施工就是这一情况的实例。当“钢堰”着床范围的覆盖层较薄，预计着床时已被冲光，且岩面高差甚大，就必须采取可靠的技术措施确保着床的准确性和稳定性。黄石长江公路大桥5号墩的覆盖层0.5～5.2m，土质上部为中、粗砂，下部为卵石层，“钢堰”着床在岩基上，岩面高差最大4.48m，施工时的水深17.5m，流速1.5m/s。在作施工组织设计时，作了两个对比方案:一是先清除水下砂砾层，对岩面进行控爆找平。这一方案的优点是直观，下沉着床易于控制，难点是深水清除砂砾层难度大、功效低，贻误长江枯水黄金季节的可能性甚大，加之该河段是滑坡的敏感区，5号墩位又临近岸边100余米，水下挖砂和爆破有损江堤的安全，未予采用。二是精确勘测“钢堰”周边岩面的变化，绘制实测岩面高差的周边展开图，据以制作首节“钢堰”底部的异形刃脚。下沉过程中，采取纠偏、纠扭的技术措施，并利用着床前的水流冲刷清除覆盖层，着床后采用液压支撑，钢支墩，水下不离析硷阻塞空隙，确保“钢堰”刃脚支承面大于60%的要求，并在外部四周抛筑钢筋网石笼稳定基脚。经实践，顺利完成了着床下沉任务，创造了大岩面差、深水、大流速条件下，下沉异形刃脚“钢堰”的施工范例。3.5封底混凝土施工3.5.1围堰的封底厚度分析封底混凝土厚度主要由两个因素决定:(1)钢围堰封底排水后，封底混凝土底面上受到向上作用的水压力Pw，封底混凝土犹如一种周边支承的板结构，在Pw的作用下，其厚度要保证板有足够的强度以抵挡向上的水压力而不破坏。其静力平衡方程为。式中分别为封底混凝土最小厚度(m)、面积(m2)、容重(kN/m3)、周长(m)、封底混凝土与钢围堰接触面上的单位粘着力(MPa)、水的容重(kN/m3)和堰内抽水深度(m)。考虑抗浮时，除了考虑封底混凝土与钢围堰接触面上的粘着力以外，其实还有其他一些有利因素。如工程桩作用于封底混凝土的抗浮作用;围堰下沉至岩面时，封底混凝土与岩面结合，造成水压力作用面积减小等。这些因素有时难以定量计算，但可以作为安全储备来考虑。在确保封底混凝土强度和围堰抗浮的前提下，应尽量减小封底混凝土的厚度，降低工程投资。69 石家庄铁道学院毕业设计3.5.2封底混凝土施工工艺3.5.2.1围堰封底对钢围堰水下大面积封底混凝土灌注工序，采用混凝土搅拌站集中拌和，混凝土罐车运输至施工现场，混凝土泵车输送进人导管漏斗的施工方法。混凝土罐车水平运输，混凝土泵车泵送人漏斗。在灌注混凝土前应对钢围堰内的河床地形情况进行详细测量，并由潜水员沿钢围堰四周刃脚认真探察，对刃尖处有和外部穿通的现象，用麻袋混凝土或麻袋砂卵石堵漏，保证封底混凝土不外漏。为了在混凝土灌注过程中保持围堰内外水头平衡，在钢围堰上设置排水孔道，因为大面积封底不能一下把围堰刃尖封死，随着混凝土的下灌，围堰内的水要高于江水位，排水孔可调节内外水头差，防止刃角出现漏水现象。封底混凝土主要作用是为了保证围堰抽水后的安全、不透水，因此按照设计要求，封底混凝土的厚度不小于2m，本设计封底混凝土厚度为3m。进行水下混凝土封底时，采用8根导管顺序施行，导管布置及顺序见图3-4混凝土在岸上搅拌后泵送到施工现场。浇注时要随时掌握水下混凝土的高度，防止出现浇注过高或者过低的现象。浇注施工的方法可以参考钻孔灌注桩施工规范。需要特别注意的是，由于围堰底部比钻孔桩要大，因此第一盘封管混凝土特别重要。封底混凝土浇注完成以后即可进行养生，养生不需特殊的工艺及设备，由于工程已在水下，因此只需放置10～15d即可。图3-4水下封底混凝土导管布置示意图69 石家庄铁道学院毕业设计3.5.2.2封底后抽水待混凝土强度达到设计强度的70%以后即可抽水。在抽水过程中要随时观察围堰的变形及漏水情况，防止水压力过大造成围堰变形。如果有漏水或者变形的地方，应注意暂停抽水，待处理完毕并观察不再变形及漏水以后再继续抽水。围堰内的水抽干后，应观察堰底封底混凝土的漏水情况:如果漏水不严重，可以用水泵抽水维持堰内的的水位符合要求,如果漏水严重应采取封堵措施。69 石家庄铁道学院毕业设计第4章围堰结构设计——有限元分析方法4.1有限元分析方法简介有限元分析是计算机辅助设计、制造和工程分析的基本组成部分，由于它提供了更快捷和低成本的方式评估设计的概念和细节，所以人们越来越多地应用有限元仿真的方法代替模型试验。随着计算机技术的发展，仿真分析产生了巨大的经济效益。有限元法是用于求解工程中各类问题的数值方法。有限元方法的基本步骤如下：(1)预处理阶段①建立求解域并将之离散化成有限元，即将问题分解成节点和单元。每一个单元代表这个实际结构的一个离散部分，这些单元通过节点联系起来，不存在线或面的连接。节点和单元的集合成为网络，网络构成有限元模型。②假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解得近似连续函数。③对单元建立方程。④构造总体刚度矩阵。⑤应用边界条件、初值条件和负荷。(2)求解阶段求解线性或非线性微分方程组，以得到节点的值，例如得到不同节点的位移。在应力分析中，每个节点的位移是计算的基本变量，一旦解出节点的位移，每个单元的应力和应变很容易被导出。这部分内容会有许多的求解选择，一种不恰当选择会导致不正确的结果。(3)后处理阶段得到其他重要的信息，比如应力、内力、支反力。结构分析的最终目的是使用最简单的方法得到最精确的结果，因此分析者就要预见和评价简化后的结果。对结构进行简化和降维分析时，需要做许多假设。最好是对要分析的结构在荷载作用下的结构行为有一个比较清楚地认识，再去做假定。有时简化方法并不一定正确，由于有限元的理论比较复杂，而且有限元理论和工程结构都是不断发展和变化的，所以许多结构行为和模拟方法要不断去认识和提高。如果计算结果和平时经验的差别比较大，要仔细分析结构在不同荷载下的行为，找到计算结果和平时经验的差别究竟在哪，时模型有问题，还是对复杂结构的行为认识还不够。69 石家庄铁道学院毕业设计有限单元计算分析的最初阶段是模型的优化阶段，这是一个非常重要的过程。在模型建立的初期，模型的单元划分可能存在不合理之处，甚至出现大量的畸形单元;单元的数量过于庞大计算的周期过长。这就需要在分析计算过程中，不断地修改优化模型，并且要在不失精度的前提下，减少单元的数量。模型的优化是组合有限单元计算分析中的关键环节，尤其对最初的计算工况，显得的更为重要，因为这一工况是以后各分析工况的基础。4.2围堰有限元模型本文对双壁钢围堰进行了结构上的具体设计,在桥梁结构有限单元计算分析的模型化原则基础上,详细阐明了围堰结构有限单元计算分析数学模型的建立过程。围堰全结构有限单元计算分析模型建立的好坏会直接影响以后的分析计算，因此，在模型中必须完全反映结构形状、材料特性、荷载状况、边界条件等因素，单元的划分要过渡平滑，避免病态问题的出现。此外，在分析计算过程中，将进一步优化模型，这是组合有限单元计算分析中的一个重要环节。4.2.1单元类型模型中面板采用板单元，竖肋采用三维梁两单元，水平桁架采用杆单元，水平环板采用梁单元，内支撑采用梁单元。钢围堰整体模型三维视图见图4-1，面板模型三维视图见4-2。钢围堰竖肋模型三维视图见图4-3，竖肋细部三维视图见图4-4。水平环板三维视图见图4-5，水平环板平面图见图4-6。水平桁架三维视图见图4-7，水平桁架平面图见图4-8。内支撑三维视图见图4-9，内支撑平面图见图4-10。69 石家庄铁道学院毕业设计图4-1钢围堰整体模型三维视图图4-2面板模型三维视图图4-3钢围堰竖肋三维视图图4-4竖肋细部三维视图69 石家庄铁道学院毕业设计图4-5水平环板三维视图图4-6水平环板平面图图4-7水平桁架三维视图图4-8水平桁架平面图69 石家庄铁道学院毕业设计图4-9内支撑三维视图图4-10内支撑平面图4.2.2约束类型围堰底由于受到土体各个方向的约束，故围堰底建立各个方向均约束的固结模型，围堰固结模型见图4-11。图4-11围堰底固结模型4.2.3荷载施加围堰的控制性工况为工况2，故模型中荷载为工况2的荷载，由于面板竖肋间距较小，仅为0.3m，故水压力简化成竖肋上的线荷载。外壁竖肋线荷载见图4-12。内壁竖肋线荷载见图4-13。69 石家庄铁道学院毕业设计图4-12外壁竖肋线荷载(水压力+土压力)(单位：kPa)图4-13内壁竖肋线荷载(土压力)(单位：kPa)69 石家庄铁道学院毕业设计4.3计算结果4.3.1面板4.3.1.1应力外壁面板应力分析结果见图4-14，内壁面板应力分析结果见图4-15。图4-14外壁面板应力分析结果图4-15内壁面板应力分析结果69 石家庄铁道学院毕业设计手算面板，符合要求。有限元软件计算结果在大部分处于71～246.4MPa之间，个别小单元应力很大达到500多MPa，说明围堰计算应力基本符合要求，对于个别应力很大的情况则由于与环板连接处应力集中造成。4.3.1.2变形外壁面板位移分析结果见图4-16，内壁面板位移分析结果见图4-17。图4-16外壁面板位移分析结果图4-17内壁面板位移分析结果69 石家庄铁道学院毕业设计外壁面板最大位移为12.5cm，内壁面板最大位移11.6cm，其位移基本符合要求，不会发生变形破坏，故面板安全。4.3.2竖肋4.3.2.1应力外壁竖肋应力分析结果见图4-18，内壁竖肋应力分析结果见图4-19。图4-18外壁竖肋应力分析结果图4-19内壁竖肋应力分析结果69 石家庄铁道学院毕业设计4.3.2.2变形外壁竖肋位移分析结果见图4-20，内壁竖肋位移分析结果见图4-21。图4-20外壁竖肋位移分析结果图4-21内壁竖肋位移分析结果内外壁竖肋与面板共同受力，故其位移基本相同，所以竖肋位移也是基本符合要求了。69 石家庄铁道学院毕业设计4.3.3水平环板外壁环板位移应力结果见图4-22，内壁位移分析结果见图4-23。图4-22外壁环板应力分析结果图4-23内壁环板应力分析结果水平环板计算结果。有限元计算结果应力沿环板变化，大部分处于200～400MPa之间，一部分处于69 石家庄铁道学院毕业设计100MPa以下，一小部分则很大，甚至达到700MPa，相对于手算误差较大，建模过程中环板单元的划分对计算结果的影响很大，因此误差的主要来源于建模的误差。同时环板折角处应力集中时大应力的主要来源。4.3.4水平桁架水平桁架应力分析结果见图4-24。图4-24水平桁架应力分析结果水平桁架应力基本符合要求，大部分杆件居于200MPa以下，但在桁架节点处产生应力集中，应力较大。4.3.5内支撑内支撑应力分析结果见图4-25。69 石家庄铁道学院毕业设计图4-25内支撑应力分析结果满足要求。有限元分析结果最大为111MPa，与手算结果相差不大。4.4结果比较与分析手算的方法是简化受力模式，采用结构力学的方法进行计算，其优点是方法简便，但仅仅将某一构件单独隔离出来计算，不考虑与其余构件的关系，更不考虑整体的影响。有限元软件的优势不仅仅在于其计算速度，而且是对结构整体进行计算，但建模的方式对结果影响很大甚至是错误的。从前面的各构件应力及变形分析说明，本设计中围堰时安全的，强度和稳定性均符合要求。69 石家庄铁道学院毕业设计第5章结论综上所述，就桥梁深水基础双壁钢围堰的设计得出如下一些结论：(1)双壁钢围堰适合于桥梁深水基础施工，我国已具有丰富的工程实践经验。在围堰构造设计时，要与基础承台的构造相协调，避免尺寸过大。应与其他结构方案进行技术和经济比较，在设计中做到形式灵活多变、结构受力合理并最大限度地降低工程造价。(2)在考虑自重、水流力，风荷载及漂浮物对围堰的撞击力等外力的基础上，应对围堰的抗滑移、抗倾覆和抗浮稳定性进行验算。在围堰锚碇系统布置时，要考虑流速和流向的变化，采用定位船、导向船等设备，不仅在围堰结构的上下游，也在两侧设置锚缆，同时要有锚缆受力调节装置，确保围堰的平衡和稳定。(3)在确定围堰封底混凝土厚度时，既要考虑强度要求，也要满足抗浮稳定性。要充分注意到各种有利条件，在确保结构安全的情况下，尽量减小混凝土封底厚度，以降低工程费用。(4)本设计除采用简化的手算方法外，运用了MIDAS有限元分析软件对结构进行整体建模，并对有限元计算结果与手算结果进行对比分析。有限元软件可以方便的对实际结构建立模型并快速得出结果，但是应用有限元软件必须理解有限元分析的基本概念，否则有限元只是一个提供仿真的黑匣子，若不理解软件所包含的内容和一些程序中提供的选项内涵，分析者将十分被动。也就是说，学会使用软件本身固然重要，同时要求分析者重视对有限元概念的理解。69 石家庄铁道学院毕业设计参考文献[1]张鸿，刘先鹏.特大型桥梁深水高桩承台基础施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2005[2]交通部第一公路工程公司编.公路施工手册(桥涵).北京：人民交通出版社，2003[3]凌冶平，易经武.基础工程[M].北京：人民交通出版社，1997[4]陈伟.桥梁施工临时结构设计[M].北京：中国铁道出版社，2002[5]刘自明.桥梁深水基础[M].北京：人民交通出版社，2003[6]王慧东.桥梁墩台与基础工程[M].北京：中国铁道出版社，2005[7]赵明华.土力学与基础工程[M].武汉.武汉理工大学出版社，2000[8]邵旭东.桥梁工程[M].武汉理工大学出版社，2005[9]葛俊颖.桥梁工程[M].北京：中国铁道出版社，2007[10]TienHsingWu,SoilMechanics，(secondediton),1977[11]BrajaM,Das,PrinciplesofGeotechnicalEngineering,(secongedition),1990[12]GB5017-2003，钢结构设计规范[S][13]JTJ041-2000，公路桥涵设计规范[S][14]JTGD63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S][15]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S][16]SL74-95，水利水电工程钢闸门设计规范[S]69 石家庄铁道学院毕业设计致谢短短的三个月很快结束了，毕业设计也取得圆满完成了。当然设计的完成与指导老师的辛勤工作以及同学们的热心帮助是分不开的。本论文的顺利完成首先要感谢张庆芳老师，张老师对论文工作给予了全力支持，并以多年的经验与学识精心指导我们。三个多月来，张老师不仅在设计工作上对我大力帮助，生活上也非常关心、照顾。张老师正直热情、乐于助人的处世态度，认真严谨、实事求是的治学精神深深地影响着我，将使我终生受益。在此，谨向张老师致以最衷心的感谢!另外，在本次毕业设计中，牛润明老师教我们学会了MIDAS.CIVIL.CN.6.71软件的使用，不仅加快了毕业设计的进度，更重要的是学会以中软件将对我们未来无论是工作和学习将大有裨益。同组同学在资料的搜集和查寻上对论文工作给予了热情帮助，在此，也向他们表示感谢。最后，向所有在学习、生活上给予我关心和帮助的各位老师和同学表示深深的谢意。69 石家庄铁道学院毕业设计附录附录A外文翻译附录B设计图纸69 石家庄铁道学院毕业设计附录A外文翻译69 石家庄铁道学院毕业设计69 石家庄铁道学院毕业设计69 石家庄铁道学院毕业设计69 石家庄铁道学院毕业设计69 石家庄铁道学院毕业设计69 石家庄铁道学院毕业设计69 石家庄铁道学院毕业设计东海大桥——中国第一座特长跨海大桥摘要东海大桥是上海到洋山深水港的重要配套工程，东海大桥总长32.5公里，是中国第一座特长跨海大桥。东海大桥起于上海芦潮港跨越大海与洋山港连接，工程规模决定了东海大桥有以下特点：施工环境恶劣，技术难度高，工期紧。因此，该桥的设计遇到从来没有遇到过的一系列问题，为解决这些问题，必须经过详细分析和研究。设计者们制定了保证海上安全有效施工方案和技术。大桥的施工从2002年6月至2005年10月近40多个月时间，是一个成功的典范。关键词：东海大桥非航道跨打入钢管桩预制桥墩全跨预制斜拉桥组合箱梁1.1工程概要1.1.1施工条件大桥位于超过130mm厚第四纪松散地层，有26公里海水深度达10—20m，桥址处水流流速约为2.0～2.5m/s，最大浪高为百年一遇的6.19m，最大风速36.0m/s。桥址处受海洋气候和条件影响巨大，象风、浪、水流、暴风、雾和雨等，因此，施工时间240天用于下部结构施工，180天用于桥墩及及主梁施工。1.1.2大桥总体规划大桥长32.5公里，大约90%位于海上，包括一个主要通航航道，3个辅助航道，非通航孔及连接港口的引桥。表格一列出了大桥的总体资料。东海大桥设计时速80km/h，双向三车道，根据中国高速公路设计标准，采用31.5m宽标准桥面宽度。大桥设计荷载依据中国标准车道荷载(每秒15m20t标准卡车重量和一辆55轮轴特殊卡车)，依据标准集装箱车道荷载进行校核(每秒10m55t重集装箱卡车)。大桥施工中各种各样的构件包括打桩船插打5700根打入桩，海上平台700根钻孔灌注桩施工，海上机械吊装822个巨型桥墩，2500t其重船吊装670片1700～69 石家庄铁道学院毕业设计2000t箱梁。东海大桥直线长度长，另外，紧张的工期中还有各种桥梁结构。东海大桥对施工机具个需求十分广泛，船舶数量达到200艘，包括85m高打桩船，2艘2500t起重船，而且还有数量众多的海上施工平台、临时栈桥、船坞，为了加快施工进度，专门准备350000m2制作桥梁构件的预制厂。1.2海上非通航孔跨1.2.1桥跨总体布置为了设计非通航跨，大桥设计者考虑了众多因素，数据分析显示，当跨度超过50m,潮流对墩的影响可忽略不记。在这个前提下，通过采用不同跨径、结构形式和施工方案来研究对工程的影响，结论是最为经济的方式是上部结构采用60m和70m跨预应力箱梁，基础采用直径1.5m钢管桩。预应力箱梁采用预制办法，并且整跨安装，这样不仅可以满足施工期限要求，减少施工荷载，降低风险，还可提高工程质量。采用6到7个60m跨或5～6个70m跨预应力箱梁形成一个连续单位是一个十分普遍的桥跨布置方案。同时考虑到从海岸到深海区潮流及冲刷深度逐渐增加，并且深海区水流流向更易变，故采用60m和70m两种跨径，在近岸地区则更多采用60m跨径。表1桥梁总体资料信息桥址桥型和跨度桥梁长度(m)下部结构上部结构滩头地区50m跨预应力混凝土(PC)连续箱梁1300预制混凝土管桩，现浇墩台每跨采用移动模架现浇深海区60m跨PC连续箱梁10700预制墩打入钢管桩整跨预制70m跨PC连续箱梁10780主航道主跨为420m双塔斜拉桥830灌注桩现浇墩组合箱梁悬臂法对称施工3个辅助跨主跨2×120mPC连续箱梁380灌注桩现浇墩悬臂现浇施工主跨2×140mPC连续箱梁440主跨2×160mPC连续箱梁50069 石家庄铁道学院毕业设计续表1桥址桥型和跨度桥梁长度(m)下部结构上部结构近岸区50m跨PC连续箱梁400灌注桩现浇墩现浇顶推法连接港口区50m跨PC连续箱梁350灌注桩现浇墩移动模架现浇连接港口区主跨为322m双塔斜拉桥710灌注桩现浇墩组合箱梁悬臂法对称施工1.2.2上部结构总体上说60m和70m跨等高度梁的工程耗资仅比变高度梁多一点，但考虑到制作方便、运输和安装，60m跨箱梁采用3.5m高，70m跨采用4.0m高，另外等高度梁的一个优点是在桥墩上简支安装方便，而且墩顶平面为两简支跨间湿接头施工提供良好的工作区域。整个大桥横向分为两个独立的桥跨，60m和70m跨主梁是由强度为32.4MPa的高性能混凝土浇筑的单箱结构。桥面15.25m宽，底板7.25m宽，顶板伸出悬臂4.0m，顶板0.26～0.55m厚。跨中主梁腹板和底板分别为0.4m和0.25m厚，由于支座处应力情况适当加厚。主梁内部施加三向预应力，同时外部预留预应力管道以备以后之需。大桥纵向采用两种预应力施加工艺，分别为12根和17根直径15.2m高强钢束，施加横向预应力采用直径15.2m高强钢束，竖向预应力施加采用直径32m预应力高强螺纹钢筋。60m跨每片重1700t，70m为2000t。0.8米厚边跨横梁与主梁一同预制，中间支座1.6米厚横梁现场浇筑，尔后湿接头施工，预制厂没有预制中跨横梁车间，因此，为了在满足在主梁运输、安装过程中的应力要求，通过加强端部截面来提高扭转刚度。60m和70m箱梁在预制厂整跨预制，所有主梁通过滑行、吊装办法运至船坞，通过起重船进行吊装。一片梁完成简支安装后，利用千斤顶进行精确调位，梁体安装后必须控制误差，考虑到海洋施工条件和起重机工作性能，梁体安装容许误差横纵向均±150mm,精确调位后两个方向容许误差为±10mm。梁体安装前调整桥墩高程误差，梁体安装后则浇筑湿接缝，最终形成连续梁桥。1.2.3下部结构60m及70m跨连续梁均采用钢管桩基础，为了降低各个方向产生的波浪力，两个独立桥各自有一个圆形承台。由于航道桥基础受力较大，因此基础的桩数目众多，横向排列的两个桥墩分别修建各自的多边形承台。为有效抵抗水平力并减少水平位移，钢管桩均采用斜桩形式，斜桩最大斜度为1:45，每根桩长约为60m69 石家庄铁道学院毕业设计。钢管桩底部壁厚18mm，螺旋焊接，为抵抗巨大的应力并考虑腐蚀厚度，钢管桩顶端壁厚达到25mm，直线焊接。钢管桩除采用增加腐蚀厚度外还采用涂抹防腐蚀保护层的办法防腐。70m跨连续箱梁圆形承台直径11m，8根直径1.5m钢管桩排列于直径7.4m圆形区域内，而60m跨连续箱梁承台直径为10m，7根钢管桩其中一根插打于中心位置，其余6根插打于6.4m直径圆形区域内。承台施工采用300mm厚预制混凝土围堰，无论是将围堰吊装到位还是浇筑封底混凝土，所有施工荷载均由钢管桩承受，每个墩台有4根钢管桩支撑围堰。在这部分共有4862根钢管桩，510个独立承台，海上大部分桥梁施工中钢管桩的打设采用国产D125-型柴油机打桩锤打桩机进行插打。桩的位置利用GPS精确定位，钢管桩最大可打设85m，因此打设到设计高程的钢管桩必须无焊缝。非航道桥有700个承台，承台施工受到海上大风、波浪、及水流影响较大，因此设计者采用大刚度、小变形、高性能混凝土围堰以抵抗波浪和水流冲击力。围堰中安装可拆除多功能钢桁梁，施工期间，围堰及封底混凝土重量通过钢桁梁传递给钢管桩。在潮水较平静期间进行围堰下沉，并在下沉到位后及时进行钢管桩与围堰连接以抵抗波浪和水压力，浇筑封底混凝土后承台便可以有一个无水施工环境。非航道桥有800个预制桥墩分块拼装，每个构件约12m高300t重，现浇湿接缝在竖向连接预制箱型截面桥墩和承台，现浇湿接缝也可以覆盖桥墩钢筋以提高结构耐久性。桥墩预制完成后，必须严格控制底部水平度、墩高和倾斜度，有斜面的混凝土短支柱精确安放于承台上作为定向设备，短柱安装后桥墩可沿斜面滑至位置，焊接承台与桥墩间钢筋再浇筑湿接缝混凝土。1.3主跨1.3.1大桥简介根据通航需要，主要航道桥为主跨420m的斜拉桥，主要的考虑因素包括施工进度管理、确保结构耐久性及在交通荷载下减少振动作用。设计荷载除车道荷载(相当于欧洲铁路标准荷载中双线铁路荷载的0.8倍)，还有沿纵桥向110kN/m的均布荷载。对于此类跨度的斜拉桥主梁形式有多种选择方案，例如钢箱梁、混凝土箱梁、钢—混组合平板梁及钢—混组合箱梁。经过仔细研究各种方案，考虑各种因素诸如施工进度、抵抗活载刚度、桥面板适用寿命和工程耗资，设计者最终选择钢—混凝土组合箱梁作为主要形式以符合使用和环境条件，同时满足工期要求。1.4构造69 石家庄铁道学院毕业设计主航道桥为5跨73+132+420+132+73(共830m)单索面双塔斜拉桥和辅助墩，辅助墩用于加大桥刚度并减少主塔与主梁的外加应力。在主梁为钢—混组合箱梁结构，主塔为钢筋混凝土结构，斜拉索为直径7mm的电镀并联线，采用HiAm锚固系统。斜拉索沿桥面中线包括2个并列平面，间距2m，主塔两侧斜拉索24对，沿主梁方向间距8m,沿主塔高度间距2.2m。主塔由基础支撑，基础由38根钻孔灌注桩组成，每根桩110m长，直径2.5m。1.5上部结构4m高主梁是由3个单箱结构组成的结构，箱梁顶面由35.5MPa高强度混凝土组成，宽33.0m，其中悬臂4.5m，箱梁其余部分由屈服强度345MPa的桥梁结构用钢组成。混凝土面板280mm厚，在腹板顶增至550mm，标准钢结构部分由底板、斜腹板、竖向腹板及翼缘板组成。主塔底部、边跨及辅助跨顶部平板比标准钢结构厚一些，底板和腹板采用8mm厚U型肋加劲，主梁挡板为上翼缘24mm厚的钢桁架结构。为了设计标准钢—混组合箱梁，设计者采用直径22mm抗剪螺栓连接箱型结构和混凝土面板，一种450mm长,安装于上部钢翼缘边缘以抵消横向弯矩，另一种类型为200mm长。主塔为32.4MPa高强钢筋混凝土结构，位于桥面板上部为倒Y型，桥面板以下部分为不规则宽度的箱型结构，主塔横向上部、中部、下部分别为7、4、2m及37～28m,主塔纵向宽度8m。2/3的斜拉索由钢锚箱与主塔刚性连接，另外1/3斜拉索由于水平分力较小，则直接与主塔混凝土连接，大桥共有224根斜拉索由电镀并联线制成，每根拉索最多由283根、最少121根直径7mm的线组成。桥面部分由工厂预先制作，然后悬臂拼装，辅助墩及边跨桥面浮运至现场并由浮吊吊装，标准构件浮运至现场后由主梁上的起重机进行吊装，构件吊装完成后首先与钢结构部分进行连接再浇筑湿接缝混凝土。由于斜拉索的张力致使桥面表面混凝土产生压力，因此在浇筑湿接缝后再安装斜拉索并张拉1到2天，使混凝土达到足够强度承受压力。每片构件安装约4—5天，整座桥共有107块构件，包括96块标准构件、8m长合拢块构件，主塔附近8块5m长构件及边跨2块6.58m构件，除大桥两端0.5m长混凝土面板外其余构件均为工厂预制，大桥两端为了保证施工质量，必须现场填充接缝混凝土，构件应按一下工序制作：(a)制作钢结构部分(b)一次性不能用少于5块构件拼装钢结构(c)确认结构质量合格后浇筑混凝土面板。1.6下部结构69 石家庄铁道学院毕业设计两座主塔建造在两个桩基础上，每个基础包括38根长110m直径2.5m钻孔灌注桩，每个承台宽28m，长56m，厚7m，主塔基础分别依据波浪影响和船只撞击分别进行纵向及横向设计。主塔基础施工借助于钢管桁架结构施工平台，该设计借鉴海上石油钻井平台经验，利用钢围堰进行承台施工，钢围堰与施工平台分别制作浮运至现场进行连接，主塔基础施工工序如下：(a)打设定位桩并吊放钢吊箱(b)钻孔灌注桩施工(c)浇筑封底混凝土(d)浇筑承台。钢管桁架平台与钢围堰的连接能加强刚度以抵抗基础上巨大水流冲击力，不仅节省工期，结构也更加安全，这种方法在整个东海大桥施工中广泛应用。1.7结论本项工程中大量施工方法在中国首次采用：桥梁中混凝土部分大部分由工厂预制并由起重机吊装，包括承台围堰、300t重桥墩和重达2000t的整跨主梁。浇筑承台与预制桥墩间的湿接缝有效提高其耐久性，海上吊装误差得到精确控制，80m长无缝钢管桩一次性打至设计高程。本应海上施工的任务在陆上完成，不仅在工程进展中降低风险，还能够加快施工进度，保持施工紧张有序进行。大桥四年内完工，回顾工程施工进展，可以认为这座中国首座特长跨海大桥的施工技术方案十分成功！感谢向本论文提供大量数据和图片的同仁们！69 石家庄铁道学院毕业设计附录B设计图纸69 石家庄铁道学院毕业设计69