南寧外環(huán)公路大沖邕江特大橋8#墩鋼套箱施工設(shè)計(jì)

1、<p>　　南寧外環(huán)公路大沖邕江特大橋8#墩鋼套箱施工設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：南寧外環(huán)公路大沖邕江特大橋8#墩采用了鋼套箱施工方案，利用鋼套箱完成水中承臺(tái)和水下墩身部位施工，本文介紹8#墩鋼套箱設(shè)計(jì)思路及基本計(jì)算過程，為同類橋梁施工提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：特大橋；鋼套箱；施工方案；設(shè)計(jì)思路 </p><p>　　Outer rin

2、g highway use abstract: Nanning Yongjiang super-large bridge 8 # pier steel box construction scheme is adopted, using steel box complete underwater construction of pile caps and underwater parts used, this article introd

3、uces 8 # pier steel box design idea and the basic calculation process, provide a reference for similar bridge construction. </p><p>　　Key words: large bridge; Steel box; The construction plan; Design train o

4、f thought </p><p>　　中圖分類號(hào)：U448.27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013) </p><p><b>　　一、工程概況 </b></p><p>　　大沖邕江特大橋系南寧外環(huán)公路跨越邕江的一座特大橋，其主橋?yàn)槿邕B續(xù)高低塔混凝土斜拉橋，主橋全長598m，跨徑布置為153m+332m+113m，該橋

5、8#墩位于邕江中（圖1），橋塔基礎(chǔ)采用承臺(tái)接鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。高塔下設(shè)兩個(gè)19.6×18.5m矩形鋼筋混凝土承臺(tái)，厚度6m。每個(gè)承臺(tái)下各設(shè)12根φ250cm的鉆孔灌注樁。橋位區(qū)屬珠江流域西江水系邕江干流，橋位內(nèi)呈西至東流向，河床寬緩，江面寬闊，約400～500m，水深5.0～10.0m，河床縱坡小于10％，其水流流速約2.0m/s，流量約為6000 m&sup3;/s。該河在橋位區(qū)段內(nèi)常水位為62.00m；最低水位為60

6、.88m，最高洪水位為76.7m。其水位高程及流量主要受降雨量的控制。橋址采用洪水重現(xiàn)期10年一遇水位71.64m作為最高通航水位，設(shè)計(jì)最低通航水位58.62m。 </p><p>　　圖1 水中承臺(tái)總平面圖 </p><p>　　二、大橋雙壁鋼套箱設(shè)計(jì)思路及基本計(jì)算過程 </p><p>　　大沖邕江特大橋8#墩鋼套箱按照以下思路進(jìn)行設(shè)計(jì)：調(diào)查地質(zhì)水文資料→確定計(jì)

7、算水位高度→選擇總體結(jié)構(gòu)形式→確定平面尺寸→擬定內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式→結(jié)構(gòu)受力計(jì)算。其中，雙壁鋼套箱圍堰平面尺寸根據(jù)承臺(tái)尺寸及鋼圍堰下沉誤差確定,立面高度根據(jù)承臺(tái)標(biāo)高及其施工水位確定，壁厚根據(jù)制造空間必要尺寸、抽水時(shí)受力情況等條件確定，確保滿足強(qiáng)度、剛度要求。 </p><p>　?。?）調(diào)查地質(zhì)水文資料：橋位區(qū)屬珠江流域西江水系邕江干流，橋位內(nèi)呈西至東流向，河床寬緩，江面寬闊，約400～500m，水深5.0～10.0m

8、，河床縱坡小于10％，其水流流速約2.0m/s，流量約為6000 m&sup3;/s。該河在橋位區(qū)段內(nèi)常水位為62.00m；最低水位為60.88m，最高洪水位為76.7m。其水位高程及流量主要受降雨量的控制。橋址采用洪水重現(xiàn)期10年一遇水位71.64m作為最高通航水位，設(shè)計(jì)最低通航水位58.62m。據(jù)地表調(diào)查和鉆探提示，橋位區(qū)為剝蝕丘陵及河谷地貌單元，由山丘與邕江組成，地形波狀起伏，沖溝發(fā)育，地面高程65～207.8m，地表坡度

9、15～400。河岸一般高度5～10m，兩岸為沖積階地，高程在65～72m之間。據(jù)該橋區(qū)鉆探揭示，8#承臺(tái)為泥盆系中統(tǒng)郁江組泥巖、下統(tǒng)那高組泥巖，中風(fēng)化深灰色，巖石軟～較硬，巖體完整，鉆進(jìn)慢，巖芯呈短～長柱狀。 </p><p>　　（2）確定計(jì)算水位高度：根據(jù)我單位實(shí)測(cè)水位以及水文分析報(bào)告等相關(guān)資料，，鋼套箱安排在枯水期施工，綜合考慮封底混凝土厚度及通航水位高程，充分考慮不可預(yù)見風(fēng)險(xiǎn)，選定鋼套箱頂面高程為67.1

10、m（最高水位上限），鋼套箱底標(biāo)高54.1,計(jì)算水位高度為64.1,計(jì)算水壓10m進(jìn)行設(shè)計(jì)（表1），如圖1所示。 </p><p>　　圖2承臺(tái)標(biāo)高、封底、常水位、圍堰頂標(biāo)高示意圖 </p><p>　　表 1 大沖邕江特大橋鋼套箱標(biāo)高一覽表 </p><p>　?。?）選擇總體結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)已經(jīng)確定水文地質(zhì)資料，確定大沖邕江特大橋主跨8#墩位于是深水基礎(chǔ)，覆蓋層較薄

11、、平坦的巖石河床上。采用雙壁鋼套箱施工。 </p><p>　?。?）確定平面尺寸：鋼套箱內(nèi)板平面尺寸按照承臺(tái)平面每一側(cè)加寬10cm作為套箱定位誤差調(diào)整量，鋼套箱內(nèi)壁尺寸采用19.7×18.6m；外壁尺寸21.7×20.6m，內(nèi)外壁間距1m。沿高度方向分為3節(jié)段，組合為：4+4.5+4.5=13m，每節(jié)段分為12個(gè)拼裝塊（每邊3塊）。 </p><p>　?。?）擬定內(nèi)

12、部結(jié)構(gòu)形式： </p><p>　　圖3 鋼套箱平面設(shè)計(jì)圖（單位：cm） </p><p>　　鋼套箱由：壁板、豎肋、橫肋、雙壁內(nèi)支撐、鋼套箱內(nèi)支撐組成。 </p><p>　　內(nèi)外殼板采用8mm鋼板。 </p><p>　　豎向加勁角鋼：∠70×70×6mm，【8槽鋼，水平間距500mm。 </p><

13、;p>　　橫肋：采用板寬15cm，厚1cm的扁鋼帶，豎向間距1200mm，遇到豎向加勁角鋼時(shí)開孔穿過，并與角鋼焊接。 </p><p>　　套箱內(nèi)水平支撐：設(shè)兩道水平內(nèi)支撐，下道內(nèi)支撐設(shè)在距套箱底面往上5800mm處，上道支撐設(shè)在距下道支撐4800mm位置。水平內(nèi)支撐斷面為螺旋焊鋼管，上道支撐為Ф400×8mm鋼管，下道支撐為Ф600×8mm鋼管。在支撐位置設(shè)12mm厚連接鋼板，進(jìn)行套箱

14、內(nèi)壁與鋼管支撐的焊接加強(qiáng)，確保支撐連接可靠。鋼套箱下沉前在施工平臺(tái)上焊接組裝成型，下沉穩(wěn)定后內(nèi)側(cè)灌筑1.8m厚混凝土，外側(cè)在開挖基坑內(nèi)灌筑不少于1.2m厚混凝土。 </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)受力計(jì)算： </p><p>　　套箱受力的最不利情況為套箱封底1.8m厚度抽水之后，鋼套箱計(jì)算水位采用64.1m，封底混凝土底面標(biāo)高為54.1m，套箱壁受力的水壓力分布圖如下： </p&g

15、t;<p>　　圖 4 鋼套箱側(cè)壓力示意圖 </p><p><b>　　1.封底砼的計(jì)算 </b></p><p>　　套箱水下封底后，施工抽水時(shí)，封底砼須承受基底的向上浮力。封底砼標(biāo)號(hào)為C20，其容重：γ砼=2.3t/m3，厚度為1.8m。并取施工水位作為控制荷載，作用在封底混凝土底面的凈豎向荷載：Q=γ水h水-γ砼h砼=10×10-23&

16、#215;1.8 =58.6KN/㎡；鋼套箱自重為282t。 </p><p>　　封底砼按均布荷載作用下，以樁基護(hù)筒之間的部分作為計(jì)算模式，簡(jiǎn)化為四向固結(jié)板：M0x=0.0513qlx2=0.0513×58.6×72 =147.3KN.m，取單寬進(jìn)行驗(yàn)算： </p><p>　　Wx=bh2/6=1.8×1.8×1/6=0.54(m3) </

17、p><p>　　δmax=Mx/Wx=147.3/0.54=0.27MPa＜[δ]=0.5MPa </p><p>　　2.封底砼與護(hù)筒剪切計(jì)算： </p><p>　　每根樁受剪面：A=2.8×3.14×1.8=15.8m2 </p><p>　　每根樁與護(hù)筒產(chǎn)生的握裹力：；握裹應(yīng)力取0.2MPa </p>&

18、lt;p>　　套箱產(chǎn)生的浮力： F浮=ρgν=1×21.7×20.6×10=4470t </p><p>　　套箱及封底砼自重：F自=ρνg+282=2.3×1.8×19.7×18.6+282=1799t </p><p>　　護(hù)筒握裹力為:P×N=316×12=3792t </p><

19、;p>　　抗浮穩(wěn)定系數(shù)：K=P/F=(1799+3792)/4470=1.24＞1.0（穩(wěn)定） </p><p>　　2.豎向角鋼受力驗(yàn)算 </p><p>　　第二、三、四節(jié)模板豎向角鋼采用∠702×6（圖5），間距為50cm，橫肋間距為1.2m，豎向角鋼按三跨連續(xù)梁驗(yàn)算，豎向跨度為1.2 m，當(dāng)考慮與堰壁板共同受力時(shí)： </p><p>　　圖

20、5豎向角鋼示意圖 </p><p>　　計(jì)算組合截面慣性矩： </p><p>　　角鋼截面參數(shù)：A角=8.16cm2 ，Z0=1.95cm </p><p>　　設(shè)矩形截面的面積為A矩，對(duì)組合截面形心軸取矩， </p><p>　　則有：A矩×(7-yc+0.3)- A角×(yc-1.95)=0 </p>

21、<p>　　其中：A矩=36×0.6=2.16×10-3m2，A =81.6×10-4m2， </p><p>　　有上式可得yc=5.833cm，則Zc=7.0+0.6-5.833=1.767cm </p><p>　　設(shè)矩形截面對(duì)自身形心軸的慣性矩為I矩，角鋼截面對(duì)自身形心軸的慣性矩為，則組合截面對(duì)自身形心軸的慣性矩為： </p>

22、<p>　　I組=I矩+ A矩×(Zc-0.3)2+I角+A角×(yc-1.95)2 </p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=208cm4 </b></p><p>　　作用在豎向角鋼上的水壓力，均以水頭差h0=5m的壓力來考慮，假設(shè)寬0.5m的荷載q均由組合

23、截面的豎向角鋼承受，豎向角鋼計(jì)算圖示： </p><p>　　圖 6 豎向角鋼計(jì)算示意圖 </p><p><b>　　跨內(nèi)最大彎矩為： </b></p><p>　　Mmax=0.08h0γab2=0.08×10×5×0.5×1.22=2.88KN·m </p><p>

24、;<b>　　最大剪力為： </b></p><p>　　Q=0.6h0γab=0.6×10×5×0.5×1.2=18KN </p><p>　　截面的慣性模量為： </p><p><b>　　W= </b></p><p>　　截面受到的最大正應(yīng)力為： &

25、lt;/p><p><b>　　σ= </b></p><p><b>　　τ= </b></p><p>　　其中S=21.6×(7.6-5.883-0.3)+0.6×(7.6-5.883-0.6)2×=32.1cm2 </p><p>　　τ=，因此，豎向角鋼安全。 &

26、lt;/p><p>　　3.水平方向桿件驗(yàn)算 </p><p>　　水平撐采用∠802×6的角鋼，承受橫肋傳來的力F=1.0×50×1.2=60KN，應(yīng)力驗(yàn)算： </p><p>　　∠802×6截面特性：A=9.4cm2=9.4×10-4m2 </p><p>　　軸向應(yīng)力為σ=,因此，水平撐安

27、全。 </p><p>　　4. 鋼套箱內(nèi)支撐驗(yàn)算 </p><p>　　鋼套箱內(nèi)支撐采用φ600mm,δ=8mm的螺旋鋼管，選取受力最大下層內(nèi)支撐進(jìn)行計(jì)算。 </p><p><b>　　回旋半徑： </b></p><p><b>　　長細(xì)比： </b></p><p>

28、<b>　　查表得 </b></p><p><b>　　，滿足要求。 </b></p><p><b>　　三、結(jié)語 </b></p><p>　　本工程采用理論計(jì)算方法，進(jìn)行了雙壁鋼套箱圍堰的設(shè)計(jì)和施工控制，效果比較理想，在增大了大沖邕江特大橋8#墩在施工過程中的安全保證的同時(shí)，也相應(yīng)地節(jié)省了工程

29、投資，為同類橋梁施工提供參考。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 南寧外環(huán)公路兩階段施工圖設(shè)計(jì)文件．廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院．2010年編制； </p><p>　　[2] 《橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算》，人民交通出版社，邵旭東主編。 </p><p>　　作者簡(jiǎn)介：黃文龍，男，結(jié)構(gòu)工程