深水基础施工中双壁钢围堰结构分析.pdf
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1、现 代 交 通 技 术2023 年深水基础施工中双壁钢围堰结构分析严江涛(中铁十八局集团第二工程有限公司,河北唐山 063000)采用日期:2023 01 03第一作者:严江涛(1983),男,工程师,主要从事铁路桥梁建设的相关工作。摘 要:在深水急流的施工条件下,某特大桥 20#墩处采用双壁钢围堰的围护结构。为及时发现钢围堰设计的不足,保证在深水施工条件下双壁钢围堰的结构安全,采用有限元分析软件 Midas Civil 建立围堰模型。结合围堰实际施工工序,划分不同工况分别进行分析,得出围堰各结构的最不利受力位置,为围堰设计及施工提供参考。同时,结合有限元模型对围堰抗浮稳定性进行计算,指出施工
2、过程中的薄弱环节,并给出相应解决方法,对后续同类工程的施工具有借鉴意义。关键词:双壁钢围堰;数值模拟;抗浮稳定性中图分类号:U445.55+6 文献标识码:A 文章编号:1672 9889(2023)04 0058 05Structural Analysis of Double-walled Steel Cofferdam in Deepwater Foundation ConstructionYAN Jiangtao(China Railway 18th Bureau Group Second Engineering Co.,Ltd.,Tangshan 063000,China)Abstra
3、ct:Under the construction conditions of deep-water rapids,the bridge adopts a double-walled steel cofferdam retai-ning structure at its 20#pier.In order to discover the possible deficiencies in the design of steel cofferdams and ensure the struc-tural safety under deepwater construction conditions,t
4、he research uses the finite element analysis software Midas Civil to estab-lish a cofferdam model.Combined with the actual construction process of the cofferdam,it is divided into different working con-ditions to analyze,and the most unfavorable force position of each structure of the cofferdam is o
5、btained,which provides refer-ence for the design and construction of the cofferdam.At the same time,combined with the finite element model,the anti-float-ing stability of the cofferdam is calculated,the weak links in the construction process are pointed out,and the corresponding so-lutions are given
6、,which has reference significance for the subsequent construction of the same type of project.Key words:double wall steel cofferdam;numerical simulation;anti-floating stability 近年来,随着我国铁路事业的不断发展,铁路的运营里程截至 2022 年年末达到 15.5 万公里。其中,桥梁里程占总里程数的 20%30%,在部分高速铁路线路中占比甚至突破 50%1 2。对于水深 6 m以上的深水基础施工,若水上施工平台设计不当,
7、极易引发安全事故3。为保证大跨度涉水桥梁的深水基础施工平台的安全性,桥梁深水基础中常采用钢围堰的形式进行施工。钢套箱围堰是广泛应用于桥梁深水基础施工中的一种挡水结构4 5。钢套箱围堰通常采用钢板制造的无底围护结构,必要时内加支撑体系及混凝土封底,从而挡住套箱外侧水土并形成施工空间。钢套箱围堰的构造形式有单壁式、双壁式以及单双壁组合式,其平面形状有圆形和矩形(包含圆端形)两种。其中,双壁钢围堰以其刚度大、强度高、整体性好、施工风险可控且能承受较大水压等优点被广泛应用于深水急流中的桥梁修筑工程6 8。本项目以某特大桥 20#墩的双壁钢围堰为例,分析双壁钢围堰在施工阶段各工况中的受力状态及变形特性,
8、提出施工过程中应重点监测的阶段与部位,为工程的顺利实施提供理论依据。1 工程及水文地质情况1.1 特大桥工程概况某特大桥的涉水部分为(80+160+80)m 的预应力混凝土连续刚构桥,桥型立面布置如图 1 所示。第 20 卷 第 4 期2023 年 8 月现 代 交 通 技 术Modern Transportation Technology Vol.20 No.4Aug.2023第 4 期严江涛.深水基础施工中双壁钢围堰结构分析该桥墩台基础采用钻孔灌注桩基础,其中 20#墩基础结构的横桥向尺寸为 17 6 m、顺桥向尺寸为12 2 m、高为 5 m。该承台下布置有 10 根直径为2 m 的钻孔
9、灌注桩,桩长均为 52 m。图 1 桥型立面布置(单位:m)1 2 桥址水文地质条件主桥区即 18#墩21#墩,河床底上覆地层自上至下为砂层、砾石层、泥盆系帽子峰组(D3m)弱风化粉砂岩层。河床面趋于平稳,标高在 0 22 8 m 之间。该河流所处区域降雨量大,河流流量主要依靠雨水补给,年平均流量达 1 430 m3/s。但河流流量受季节降雨量影响较大,年内流量分配不均匀,具有明显的汛期与枯水期,汛期 1 个月内的流量可占年径流量的 20%。根据水文勘察资料得出桥址处最大水深为 11 06 m,洪水最大流量为 15 840 m3/s,五年一遇洪水位为 17 30 m。1 3 双壁钢围堰结构设计
10、20#墩采用双壁钢围堰方案作为该平台的施工方案。该双壁钢围堰外径为 23 m、内径为 20 6 m、壁厚为 1 2 m,围堰高 31 315 m,共分为 7 层,由下至上每层高度分别为 5 75 m、5 00 m、3 90 m、4 00 m、4 20 m、4 40 m、4 065 m,封底混凝土厚度为 4 m,20#墩双壁钢围堰立面布置如图 2 所示。根据现有水上起重设备的起重能力要求,为方便运输及安装,双壁钢围堰沿平面方向等分为 8 块,每 2 块之间设置隔板仓,壁厚为 12 mm,20#墩双壁钢围堰平面布置如图 3 所示。图 2 20#墩双壁钢围堰立面布置(单位:mm)图 3 20#墩双壁
11、钢围堰平面布置(单位:mm)双壁钢围堰在结构上由内外壁板、水平杆、水平环肋、竖肋、隔仓板等组成,考虑到结构的机械性能和化学成分要求,所有构件均采用 Q235 钢,20#墩双壁钢围堰材料规格如表 1 所示。表 1 20#墩双壁钢围堰材料规格名称规格备注壁板厚度/mm6内外壁板隔板仓壁厚度/mm12隔板仓型钢TN 2723001115TN 2502001016TN 225200914TN 1001005 58内外环肋角钢8050775506100108010806竖肋封底混凝土C302 有限元模型构建2 1 有限元模型本项目采用有限元分析软件 Midas Civil 建立特大桥 20#墩的双壁钢围
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