大型水工桥梁钢箱梁顶推临时支墩结构设计研究与应用.pdf

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技术与市场创新与实践2015年第22卷第7期大型水工桥梁钢箱梁顶推临时支墩结构设计研究与应用肖美海，李俊，李加飞(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都610091)摘要：广西贵港市同济大桥工程主桥设计为大型水上自锚式悬索桥钢箱梁桥型，其钢箱梁安装采用临时支墩接应、逐段拼装导梁辅助顶推的施工方法，且施工过程中需保证郁江通航要求。经结合现场实际情况考虑，施工单位改变了原投标施工方案中采用插打钢板桩的形式形成临时墩基础施工方式，创新性的改为采用灌注水下混凝土结合预应力锚筋的形式作为水中临时墩的基础，确保了临时墩的基础稳固可靠及施工的正常顺利进行。关键词：大型桥梁；钢箱梁顶推；临时支墩；设计研究；应用doi：10．3969／j．issn．1006—8554．2015．07．0081工程概况顶推临时支墩跨度按85m设计，在桥址处留出两条航道，江心广西贵港市同济大桥工程主桥设计为自锚式悬索桥钢箱中跨布置3个临时支墩，最大高度为40m；南岸边跨不设临时梁桥型，桥跨布置为50+140+280+140+50m，其中280m一墩，边跨各设置2个临时墩，高度约为25m。全桥共设7个临跨过江，为国内单跨最大的自锚式悬索特大桥，其主跨钢箱梁时墩，主跨临时墩跨距为(55+85+85+55)m，江心深水区3安装采用临时支墩接应，逐段拼装导梁辅助顶推的施工方法。个临时支墩高度超过30m，结构设计不仅需要考虑水流的冲根据郁江流域通航要求，广西贵港市同济大桥主跨钢箱梁击，还需考虑通航时船舶的撞击，如图1所示。结合梁⋯⋯、一一钢梁架设方向●●已拼装钢梁l．支座-●]rrI硼．1IL一一33006j目避’iiJ7T赫538JI55_II85II851lI550lI0付I2I)(05{暾融3漱02衲敦1轴l图1钢箱梁顶推临时支墩布置图(单位：m)2郁江水文地质情况3钢箱梁顶推临时支墩布置方案同济大桥桥址位于贵港市溶蚀平原盆地中部，沿线均为耕钢箱梁安装采用临时支墩接应逐段拼装导梁辅助顶推的地、居民区，地形平坦、开阔，一般地面地形高程44．4—50．0m，施工方法。根据郁江主航道的通航要求，钢箱梁顶推临时支墩属于覆盖型岩溶地貌。主跨位于郁江断面呈宽缓的“V”型水跨度按85m设计，在桥位主跨下方预留2条航道，因此在主跨域，江面宽约270m，水深4—10in；根据地质剖面图，郁江河床的跨中布置3个临时支墩，最大高为40m；南岸边跨不设临时基本无覆盖层，河床基岩裸露，水中临时支墩基础无法采用常墩，边跨各设置2个临时支墩，高度为25m。全桥共设7个临规的搭设钢栈桥和钻孔平台，承台插打钢板桩的方案进行施时支墩，主跨钢箱梁顶推临时支墩跨距为(55+85+85+55)工；经结合现场实际情况考虑，改变了原投标施工方案中采用m，江心深水区3个l临时支墩高度超过30m，结构设计不仅需要插打钢板桩的形式形成临时墩基础施工方式，创新性的改为采考虑水流的冲击，还需考虑通航时船舶的撞击。用灌注水下混凝土结合预应力锚筋的形式作为水中临时墩的4临时支墩设计结构基础，以确保临时墩的基础稳固可靠。水中f临时支墩和岸边临时支墩结构参数见表1。表1临时支墩结构设计参数表序号项目材料型号及数量布置间距钢筋混凝土基础备注(横向×纵向)平面结构尺寸l1岸边支墩钢管桩81020×14mm6．2m×6m1O钢筋砼基础扩大。连接系351nl×8m×1．5m×8mm埋深为2m22水中支墩钢管桩8el,1420×14mm6．2m×6m23桩基础+2×+50(PSB830)连接系中53O．4in×10m×1．2m×10mm精轧螺纹钢锚回 创新与实践TECHNOLoGYANDMARKETVo1．22，No．7，20155主要荷载参数址流速取3m／s；桥址最高水位47．55m(1997～2011年)，常水钢梁自重(去除风嘴)：16．35t／m，导梁自重4t／m。滑动位30．23m，最大水深按24．5In计算。摩擦系数取K=0．1，当地平均风载取300Pa，大风28m／s，水6)船舶撞击力。船舶撞击力，根据设计提供数据，横桥向流取3rn／s。钢管桩单根综合自重700kg／m(含连接系自重)，撞击力为140t，顺桥向撞击力为110t。临时墩船舶横桥向撞墩顶分配梁每根重12t，每个临时墩8根，共计12×8=96t。击力140t，由临时墩整体承受，最不利作用位置为最高通航水船舶撞击力：横桥向撞击力140t，顺桥向撞击力110t。位以上2in处，即+49．55In。临时墩顺桥向船舶撞击力：因本6钢箱梁复核计算次临时墩与桥梁跨度228m不同，仅为8011，跨度较小，顺桥向钢箱梁顶推过程中处于悬臂状态，跨越中跨85m，为钢箱撞击方向考虑45。角撞击(其余角度撞击行驶速度有限，撞击梁受力最不利工况。力将大大减小)。则有临时墩顺桥向撞击时，顺桥向分力为钢箱梁最大弯矩MMax=22014．38t·111，最大剪力QMax110×Sin45。：78t，撞击分力由单侧临时墩承受，横桥向分力=909．26t，钢箱梁的截面特性约为(未考虑加劲及U肋等)：由防撞锚平衡，最不利作用位置为最高通航水位以上2nl处，I=1．8927m4，腹板厚14Rim，高3．1m，共四道腹板。即+49．55In。钢箱梁强度计算：7．3各种工况计算建立计算模型，计算出各种工况下构件的内力和受力情况。：：—1厂一×10～‘：186MPa<[l]J=210MPa7．4I临时墩强度及稳定性计算r：=～MPa<[小20MPa综合计算结果，临时墩在工况6状况下最不利，内力计算成果如表2所示。7临时墩复核计算表2最不利工况下临时支墩钢管桩和连接系内力计算成果表临时支墩最大高度40nl，上设两道分配梁(梁高5in)，下序号计算项目支座反力最大轴力最大剪力最大弯矩设砼套箱封底，管底设置+50(PsB83o)精轧螺纹钢锚固。MaxR=664tM=7．1主要工况1l钢管桩Miq-=51tnR=一167t226t·1／11)空载船舶横桥向撞击，临时墩承受荷载有：临时墩自重，M=大风风载，最高通航水位水流力，船舶横桥向撞击。22连接系N=223tr：一11t36t·In2)空载船舶顺桥向撞击，临时墩承受荷载有：临时墩自重，7．4．1临时墩整体稳定性计算大风风载，最高通航水位水流力，船舶顺桥向撞击。经计算，钢管桩有上拔力，最大上拔力为l67t，采用+503)满载未顶推船舶横桥向撞击，临时墩承受荷载有：I临时(PSB830)精轧螺纹钢锚固，锚杆容许拉力为162t，每根钢管设墩支承力，临时墩自重，大风风载，最高通航水位水流力，船舶置2根锚杆，每根锚杆施力100t，克服钢管桩上拔。临时墩整横桥向撞击。体稳定性满足要求。4)满载未顶推船舶横桥向撞击，临时墩承受荷载有：临时7．4．2钢管桩立柱强度计算墩支承力，临时墩白重，大风风载，最高通航水位水流力，船舶顺桥向撞击。钢管桩计算长度为8m，^=÷=800=16，查表得=0．9875)满载顶推船舶横桥向撞击，临时墩承受荷载有：临时墩钢管桩为61420(14)型螺旋钢管。W=21524cm，支承力，顶推力，临时墩自重，平均风速风载，最高通航水位水A：618．391cm。流力，船舶横桥向撞击。钢管桩压弯应力计算：6)满载顶推船舶横桥向撞击，l临时墩承受荷载有：l临时墩NA×+。+’y=6丽18．391×0．987⋯×l0+’21524⋯×10支承力，顶推力，临时墩自重，平均风速风载，最高通航水位水流力，船舶顺桥向撞击。44．73×10=232MPa>f=215MPa，不满足要求；钢管桩底7．2主要荷载计算1．0m采用12mm厚钢板局部加强。1)临时支墩支承力。根据钢箱梁计算结果，临时支墩最大支承力为N=772．25一(一909．26)=1681．5t，作用位置：平钢管桩剪应力计算：tr=2F=2××1o_。：均加载于钢管桩顶，则单根钢管桩受力为1681．5／8：210t。16MPa<[r]=85MPa，满足要求。‘2)临时支墩自重。临时支墩自重700kg／In，分配梁12L／根，7．4．3连接系钢管强度计算则有临时支墩单根钢管自重加分配梁自重得：0．7×35+12=37t。钢管计算长度为4．78m，A=÷=：22，查表得：3)I临时支墩顶推力计算。顶推暂按外力计算，钢摩擦系数0．977取0．1，则有单个l临时支墩最大顶推力为1681．5×0．1=钢管为6630(10)型螺旋钢管，W=3012cm，A：194cm。168．15t，作用位置：平均加载于钢梁底。钢管压弯应力计算：4)风载荷。贵港平均风压为300Pa，历年极大风速为N28．0m／s。根据荷载规范，南宁风力平均为300Pa／m，河床标一A—x—gt+=×IUn丽22×1U～=⋯191MP-PaaA。：：：1．96×10一mz，锚杆满足要求。钢临时墩计算中得知，船舶撞击临时墩时横桥向撞击力由锚固结管桩临时墩及防撞设施安全。构承受，顺桥向按45。方撞击，横桥向分力由锚固系统承受，纵9现场实施情况桥向分力由临时墩单边墩承受(已在临时墩计算中考虑)。船广西贵港同济大桥钢箱梁顶推临时支墩结构设计和计算，舶横高水位桥向撞击时锚固设施为最不利工况，防撞设施锚固通过结合现场实际情况和科学的优化施工方案，仔细研究和分力具体计算如下：析，采取了水下混凝土及布设预应力锚筋等切实恰当的对策和8．1防撞墩锚绳强度计算施工措施，有效的确保了临时墩施工的正常顺利进行及现场施当高水位时，水平撞击力140t，锚绳拉力为140／cos21。=工的质量和安全。150t。当低水位时，水平撞击力140t，锚绳拉力为140／cos8。=10结语141t。因此，高水位于撞击对防撞墩为最不利，钢锚绳拉力为广西贵港同济大桥箱梁顶推临时支墩运行工况和结构受150t，采用1O根qfl5．2S钢绞线，[or]=1860MPa，初张拉力力复杂，设计难度大，岸边临时支墩及水中临时支墩结构和基为10％。础设计可靠，且水中I临时支墩创新性的采用灌注水下混凝土结钢绞线容许受力P=ru~rA=10×1860×106×叮r×0．0152／4合预应力锚筋的形式作为基础，为主塔钢箱梁安全顺利的实施=328t>T=150t，满足要求。顶推提供了技术保证；以上施工设计技术对水利水电行业拓宽8．2防撞地锚计算施工领域，建设水上自锚式悬索桥具有开拓意义，其施工技术地锚由钢筋砼锚锭块和锚杆组成，锚锭块尺寸为2m×2m和经验值得在后期类似工程中大力推广应用。×1m，容重取2．5t／m。船舶撞击防撞墩后，锚绳对地锚施加作者简介150t拉力才能稳定防撞墩，地锚围绕O点旋转而使地锚破坏，肖美海(1969一)，男，江西泰和人，项目经理。高级工程师。则有沿O点的力矩平衡得：从事大型水工桥梁施工技术及管理工作。稳定力矩：M穗=10×1+N×(0．48+1．52)=10+2N李俊(1975一)，男。湖北宜昌人，项目副经理。高级工程师，倾覆力矩：M韫=150×1．29从事大型水工桥梁施工技术及管理工作。倾覆安全系数取1．5倍，则有：M=1．5M烦李加飞(1987一)。女，山东临沂人，助理工程师，从事桥梁l0+2N=1．5×150×1．29=290．25．N=140．125t大型水工施工技术与管理工作。地锚锚杆设置2排各4根4,50(PSB830)精轧螺纹钢锚杆，每根锚杆的锚固力为35t，+50(PSB830)精轧螺纹钢容许拉力(上接第22页)4结语3工程实例分析在水文地质工程中，示踪技术正发挥着巨大的作用。人工某工程大坝存在严重的渗漏问题，利用同位素示踪技术对示踪技术已经具备了较长的发展历程，尤其是对于岩溶地质、于其大坝渗漏的位置进行试验，从而确定大坝渗漏位置。具体大坝渗漏等水文地质的研究起到了极为重要的作用。示踪剂的试验步骤如下：第一，将示踪剂倒入料桶中，用四轮车将料桶未来的研究重点应包含以下几点：第一，示踪剂的种类繁多，我吊着，并在检测区域内匀速运行。第二，利用氧气钢瓶进行加们应不断研究不同示踪剂的应用范围，同时借鉴其他领域的示压，通过喷嘴把示踪剂均匀的喷洒在水中，使其扩散和沉淀。踪剂，例如军用和化工领域的示踪剂等。第二，随着同位素失第三，第2d开始进行检测，将核探测仪器固定在四轮车上面，踪方法的不断发展，更多的同位素将被用以水文地质中。第沿着坝区下滑，并记录下走点的左边，且每隔2m测一条线，在三，应不断完善示踪设备以及相关实验技术标准和规范，从而每条测线上隔2in测一个点，记录下每个测点的计数率。第有效控制实验成本，提高实验结果的准确率。四，将本底设为l0个最低计数率和平均值，每隔测试点的计数参考文献：率和本底之间的比值作为相对辐射强度值，用Ⅳ表示。第五，[1]杨泽元，王文科，孔金玲，等．水文地质空间信息标准化初根据所测各点的座标将其对应的Ⅳ值填到方格纸上，把Ⅳ值探[J]．工程勘察，2013(4)．相同的点连成由线，此即为渗漏曲线图。将这个图按座标位置[2]张寿全，黄巍，王思敬，等．水文地质结构系统的基本原理和比例彩置到水库平面图上，就绘出了水库渗漏位置图。试验及其应用[J]．地质科学，2012(12)．结果表明，在Ⅳ≤2的区域为无渗漏区域，2≤Ⅳ<3的位置为轻[3]崔中兴，胡明星，袁继国，等．地质课程多媒体软件的开发渗漏区域，3≤Ⅳ<4的区域为渗漏区域，N>5的区域为严重渗[J]．高校实验室工作研究，2009(11)．漏区。总之在渗漏极为严重的区域，若选用具有吸附特性的同[4]母海东，穆淑敏，王金哲，等．区域水文地质图空间数据库位素(AgI化合物)等，就能容易地找到渗漏点。这是示踪剂建设中的规则论述[J]．水文地质工程地质，2010(11)．之外的其它水交物探方法所无法取代的。