模拟施工过程的官洲河特大桥钢板桩围堰分析计算

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1、铁道建筑8RailwayEngineeringMay，2010文章编号:1003-1995(2010)05-0008-04模拟施工过程的官洲河特大桥钢板桩围堰分析计算吴清，尹浩辉(广州交通投资集团有限公司，广州510288)摘要:以官洲河特大桥的深水基础钢板桩围堰系统作为研究对象，采用不考虑施工过程中“路径”效应和考虑施工过程中“路径”效应两种方法对其进行有限元计算，发现两种方法所得的计算结果相差悬殊，不考虑施工过程中的“路径”效应会导致错误的计算结果。根据计算结果改进了原有的钢板桩围堰系统，改进后的系统能够满足各

2、阶段受力需求。关键词:钢板桩围堰施工模拟“路径”效应有限元分析+中图分类号:U445.556文献标识码:B0引言1工程概况钢板桩围堰具有结构简单、受地质情况制约较小、广州新洲至化龙快速路D2标段官洲河特大桥位钢板桩插打比较容易、施工工期较短和施工成本较低于广州市珠江官洲河水道，主桥为跨径布置(99+180#等优点，已经成为大桥水中墩承台施工时较为常见的+99)m的连续刚构。17主墩基础采用钻孔灌注桩和围堰形式。与此同时，钢板桩围堰的使用也会带来一整体式承台，承台尺寸为32.5m(横桥向)×15.7m些安全隐患:如结

3、构计算分析较为复杂、侧壁易出现漏(纵桥向)×5.0m(高度)，承台底面设计高程为－8.0水、封底混凝土施工前易出现管涌和钢板桩易发生卷m(主墩形状及尺寸详见图1)。承台施工采用钢板桩曲等，需要在计算和施工中采取措施加以避免。在对围堰，单个墩钢板桩围堰内壁尺寸为35.6m(横桥向)钢板桩围堰的安全性进行计算时，主要包括钢板桩入×18m(纵桥向)。钢板桩沿着周围的导梁插打，插打土深度计算、封底混凝土强度和抗浮稳定性计算、钢板深度为－16.0m，施工期间最高水位为7.5m，采用长桩及其支撑系统的计算等，其中以钢板桩及其支

4、撑系24m的钢板桩。统的计算最为复杂。由于钢板桩和内支撑系统的安装属于水下作业，安装精度往往难以保证，使得整个体系的受力状态异常复杂。对于钢板桩围堰系统，传统的计算方法往往采用一次成型的平面静力计算方法。该方法具有建模较为简单，计算较为快捷的特点。但是在围堰施工过程中，由于结构和荷载都在不断发生变化，“路径”效应对建造过程中以及最终的结构内力和变形的影响较大，与一次成型下的分析结果存在较大差别，需在结构设计中加以考虑。同时需采取合理的施工方法和措施，以保证施工过程中任意时刻结构的安全性。本文#以官洲河特大桥水中17

5、墩钢板桩围堰为实例，介绍考虑施工过程的钢板桩及其支撑系统的计算。#图117主墩一般构造(单位:cm)2围堰设计和施工流程收稿日期:2009-12-23;修回日期:2010-02-182.1围堰设计作者简介:吴清(1981—)，男，湖南省新化县人，工程师，硕士。钢板桩围堰平面内壁尺寸采用35.6m(横桥向)2010年第5期模拟施工过程的官洲河特大桥钢板桩围堰分析计算9×18m(纵桥向)，根据实际施工情况需要，钢板桩围环向布设，内支撑采用钢管间断设置。围堰支撑系统堰顶面高程采用+8.0m，底面高程为－16.0m(具体共

6、分五层，在承台完成后施工墩身时，将对内支撑系统布置如图2)。围堰材料采用德国拉森Ⅳ型钢板桩。进行调整改造。围堰支撑系统布置在钢板桩内侧，围囹采用工字型钢图2钢板桩围堰布置2.2原计划施工流程囹之间无法做到完全紧贴，它们之间一般会有几个厘①承台范围河床顶面清淤至－8.0m→②下放五米的距离，有时甚至会达到10cm以上。因此，在将钢层内支撑系统→③插打钢板桩→④围堰内开挖至板桩与围囹焊接之前，只能假定钢板桩与围囹是脱空－10.5m→⑤水中浇注2.5m厚封底混凝土→⑥依次的。使用垫块将第i层内支撑与钢板桩顶紧后，抽水至第

7、i层内支撑下50cm处，再将第i层内支撑与钢板桩焊接(i=1～5)→⑦抽水至－8.0m，割除钢护筒，围堰内清底→⑧拆除第五层支撑系统，第一次承台施工→⑨拆除四层内支撑系统，改造第一、二、三层内支撑系统，第二次承台施工→⑩拆除第三层内支撑系统、第一次墩身施工→瑏瑡拔出钢板桩和第一、二层内支撑系统。3钢板桩及其支撑系统的计算分析本文采用大型通用软件Ansys对钢板桩及支撑系统进行空间有限元计算。3.1单元选择钢板桩采用shell63单元进行模拟，围囹所用工图3钢板桩和内支撑1/4模型字钢和槽钢采用beam4单元进行模

8、拟，钢管采用pipe3.4施工工况16单元进行模拟。钢材的弹性模量取210GPa，泊松工况(1)～工况(5)围堰开始抽水后，当内水位降系数取0.3。低至第i层支撑下0.5m，钢板桩和第i层内支撑处于3.2模型建立顶紧状态(i=1～5)，i层以上的钢板桩和内支撑焊接。钢板桩围堰实测内壁尺寸为34.8m(横桥向)×工况(6)将5层内支撑均和钢板桩焊接，围堰内18