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钢吊箱围堰的设计与施工1


钢吊箱围堰的设计与施工



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***大桥项目部
二 OO 三年十一月八日

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***大桥钢吊箱围堰的设计与施工
张复平 摘要:本文主要叙述了***大桥单壁钢吊箱围堰的设计与施工方法,包括吊 箱结构介绍、杆件设计方法、吊箱加工、吊装下沉、封底砼施工等。 关键词:钢吊箱 设计 施工 封底砼

1.工程概况
***大桥为广州南部地区(仑头至龙穴岛)快速路 SD11 标段,全长 2439.06

(75.004+2×120+75.004)m+20×30.33m,其中跨越沙湾水道主桥采用(75+2

主桥墩为双薄壁墩,墩梁固结体系,基础为承台群桩基础,桩径 2.0m。 矩形承台(12.8 11.2 3.65m) ,左右幅分开。承台底距河床面 2.5m 左右。桥址

承台施工采用有底单壁吊箱围堰,围堰内灌 1.0m 厚的封底砼。钢吊箱除承

堰长 12 .8m,宽 11.2m,高 5.2m。吊箱围堰结构详见附图。

2.钢吊箱围堰设计
2.1 设计依据

2.1.1 施工水位:设计提供的设计水位 8.09m,通航水位 7.69m(20 年一遇)。施 工最高水位拟采用 7.69m,最低水位 4.3m,钢吊箱顶面标高 7.89m。 2.1.2 承台顶面标高 7.19m,承台高 3.65m,承台底面标高 3.54m,承台平面 尺寸为 11.20(线路方向)×12.80(水流方向) 。 2.1.3 钻孔桩直径 2.0m,钢护筒直径 2.3m,护筒壁厚 12mm。 2.1.4 钢吊箱尺度:钢吊箱壁板作承台模板,吊箱肋骨设在壁板外面。据此 钢吊箱平面尺寸(壁板向)为 11.20m×12.80m,高 5.20m。钢吊箱材质为 A3。 2.1.5 封底混凝土厚度 1.0m,混凝土标号 C20,[σo]=5.5Mpa,[σw]=0.4Mpa, [σl]=0.53Mpa,[c]=0.67Mpa。 2.2 总体结构
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台施工起时防水作用外,同时作为承台模板用,故围堰内空尺寸与承台相同,围

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处河道主要受潮水影响,无洪水期,每天高低潮差 2m 左右。

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×120+75)m 现浇预应力砼连续刚构,设置两个通航孔,通航净空 95×18m 。

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本桥采用双向八车道,桥梁孔跨布置为 20×30m +7×50m+17×29.588m+

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米。路线跨市桥沥水道,穿过大刀沙,再跨沙湾水道,后者为主河道。

吊箱围堰主要由底板、侧板、吊(抗浮)杆、支撑(抗拉)杆等组成。 侧板及底板由面板、纵横加劲板、水平骨架、竖向骨架等组成。面板采用 6mm 钢板;∠63 40 5 角钢及∠125 80 12 作纵横加劲肋;工字型焊接钢板

作水平及竖向肋骨。 为了降低成本围堰底板及侧板下部采用既有大块钢模板,其 它采用新钢板加工。详见主墩钢吊箱结构图。 为了加强结构的整体性,并充分发挥各杆件的作用,侧板与底板的面板与骨 架之间不采用传统的层状连接,而是采用交叉焊接方式,即所有加劲板及肋骨架 均与面板焊接,在计算加劲肋和骨架截面模量时,将面板也考虑进去,从而增加 了其截面模量值。当然面板内的应力就应该是组合应力。

每个吊箱设 32 根吊(抗浮)杆,由 2 根[20 槽钢组焊而成,下端与底板肋骨 焊接,上端与钢护筒焊接。围堰下沉、灌注封底砼和承台砼时,它起吊杆作用; 围堰内抽水时,它起抗围堰浮起作用。

组成。两端与侧板竖向肋骨连接。纵横杆交会处用 U 型螺栓连接。围堰内抽水 时,它起抗水压作用;灌注承台砼时,它起围堰模板拉杆作用。 2.3 杆件受力计算

杆件计算时按 2 种最不利工况下考虑, 第一: 在最高水位时进行围堰内抽水; 第二:在最低水位时进行承台砼灌注。第一种工况下,侧板受水的向内压力、围

力都是最大值。第二种工况下,侧板受砼向外的压力、底板受封底砼和承台砼的 向下压力、拉压杆和抗浮杆受拉力都达到最大值。 2.3.1 面板局部弯曲应力 为安全考虑,面板局部弯曲按双向简支板计算,面板中央和板支撑处的应力 计算公式,可参见相关计算手册。 双向板中央应力 Mx=a1*p*l12 My=a2*p*l12 式中 a1、a2 为弯矩系数, 由双向板跨度比值确定; 均布荷载;1 为板长边值。 p l 2.3.2 面板刚度计算



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堰受的浮力、底板受水的向上压力、封底砼顶部的拉应力、拉压杆和抗浮杆受压

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围堰上口对应于侧板的竖向肋骨共 10 根设支撑(抗拉)杆,由 2 根[28 槽钢

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由于吊箱侧板兼做承台砼模板,故面板的刚度需符合一般模板的要求。底板 则对刚度不作要求。 模板挠度计算公式如下: f=Eh? /12(1-μ? ) 计算出的 f 值应小于 1/400L。 2.3.2 水平及竖向加劲肋弯曲应力 水平加劲肋间距(竖向)40cm,跨度(竖向加劲肋间距)55cm,水平加劲

竖向加劲肋支承在水平肋骨上,水平肋骨的最大间距 1.60m,即竖向肋骨的

加劲肋与吊箱面板焊在一起,计算时考虑面板参加受弯曲(40δ 长度) ,组 合截面如下图所示:

按连续梁计算出跨中和端部处面板最大应力及角钢面最大应力。 再按简支梁

图 1 水平加劲肋计算截面(单位:mm) 2.3.3 水平及竖向肋骨中的应力



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计算出跨中截面应力,取二者较大值。

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各种肋骨计算时同样按简支和两端固结两种方法计算,取其较大值。

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用下,水平及竖向加劲肋弯曲应力。

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由于混凝土侧压力 6.84t/ cm?远大于水的压力,故仅检算在混凝土侧压力作

图 2 竖向加劲肋计算截面

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最大跨度 l=1.60m,竖向加劲肋的间距 56cm。

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肋支承在竖向加劲肋上。

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水平肋骨支承在竖向肋骨上,竖向肋骨的水平间距即水平肋骨的跨度 l=2.24m。水平肋骨的竖向间距为 1.20m 与 1.60m。 水平肋骨计算截面如下:

图 3 水平肋骨计算截面

土表面之下一定深度(假设 0.2m)的距离作为竖向肋骨的计算跨度,即 l= (7.89-3.54)+0.14(1/2 拉杆截面高)+0.2m(肋骨下端支承点在封底混凝土内 的高度)=4.69m。



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竖向肋骨下端埋设在封底混凝土中,上端与拉杆相连,水平拉杆距封底混凝

底板肋骨计算跨度为两吊杆之间的距离
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图 4 竖向肋骨计算截面

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图 5 底板肋骨计算截面 2.3.4 面板中的组合应力

由于水平竖向加劲肋、 水平竖向肋骨计算时均考虑了面板参加受力,故面板 中的应力应是各个应力的组合值,应将其相加,得出面板中的最大应力,按此计 算出的应力其容许值可适当提高。根据有关资料取容许应力为 2400kg/cm。

3.钢吊箱围堰加工

首先在平整的场上将面板铺在地面,在面板上依次焊接水平加劲肋、竖向加 劲肋,水平肋骨、竖向肋骨。H 型的肋骨采用自动焊机焊接,并严格校整好后再 行施焊。由于吊箱侧板光面向内,水压是作用在面板上,通过焊缝传至加劲肋再 传至肋骨上的,同时设计计算时,亦是按组合截面计算,所以面板与加劲肋及肋

处。

底板上位于钢护筒和钢管桩处的预留洞,在工厂内可不切割,运到工地后根 据护筒和钢管桩的实际位置再行切割。

4.钢吊箱围堰拼装
吊箱大块板用平板车运到工地码头,在 450t 驳船上,利用水上吊装设备或 停靠于码头上的汽车吊协助拼装。 由于受吊装设备能力的限制, 钢吊箱拼成两节, 第一节包括底板,高度为 2m,第二节高度为 3.2m,为便于拆装,大块钢板之间



骨之间的焊缝长度和高度必须符合设计要求。 这是不同于一般模板加工的关键之

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钢围堰在工厂加工成大块,其中底板加工成 3 块,每个侧板加工成 2 大块。

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为双排螺栓连接,接缝中加橡胶垫以防水。

5.钢吊箱围堰就位
第一节拼装好后,运至墩旁,利用 50t 浮吊进行安装,在底板上共设十个吊 点, 为保证每根钢丝绳均匀受力, 起吊钢丝绳下端用夹子连接, 以便调整其长度。 起吊钢丝绳调整好后,浮吊将其整体吊起,以护筒作导向,按设计位置下放,为 避免水流的冲击,吊装选择在涨潮时水流速不大的情况下进行。 第一节下放到水 面附近时,在底板上安装 24 个 10t 倒链,倒链上方挂在钢护筒上口,所有导链

少船只的使用,第二节钢围堰采用在第一节围堰上分块安装。 二节之间及各块之 间采用双排螺栓连接。

由一人指挥同时下放,只至设计标高。下放过程中为避免水流冲击使围堰变位, 先将围堰底板与钢护筒之间的喇叭形缝隙用砂袋填满并用钢筋等物压住。 下放到 位后,将吊杆与护筒焊接,安装顶部支撑梁,同时下水检查底板与护筒之间的缝 隙是否堵塞完好。然后准备封底砼的灌注。

6.1 混凝土生产与运输

混凝土由岸上拌合站提供。 拌合站由设在沙湾水道北岸的 2 台 JS750 型搅拌 机及 2 台砼输送泵组成,生产能力不小于 30m3/h。砼由输送泵直接泵入围堰内。 6.2 砼配合比

间不小于 6 小时,砼要求和易性好,满足泵送和流动半径不小于 4.5m 的要求。 6.3 封底厚度 封底砼的主要作用是阻水,其厚度的计算,主要考虑两个因素,一是砼抗水 压强度;二是封底与围堰形成的一个浮体,其自重要大于浮力。砼强度计算主要 考虑两种情况,一是围堰内抽水后,封底砼底部承受的水压;二是承台砼灌注后 承受砼重量及底部水压。强度计算时,可将封底砼简化为简支梁或双向板计算, 简支梁梁高即封底厚度,梁跨按最大桩距或桩与围堰之间距离,计算出的混凝土 最大拉应力应小于容许拉应力值。 按浮力计算时,可考虑一部分封底与桩护筒之
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按 C20 配制水下砼,坍落度要求:初始≥22cm,入导管口≥20cm,缓凝时

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6.封底砼施工

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第二次下放钢围堰时采用倒链滑车进行, 个 10t 倒链滑车, 24 吊着围堰底板,

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都拉紧后,可取掉起吊钢丝绳,准备焊接 32 个吊杆和第二节围堰的安装,为减

间的磨擦力,但不能过多,要做为安全储备。 封底砼按双向板计算时厚度计算公式
h= +D

式中:K—抗浮安全系数; M—封底砼板的最大弯矩; b—板宽,一般取 1m; f—混凝土抗拉强度设计值; D—考虑水下混凝土质量而增加的厚度,当 h 较大时,取小值,h 较 小时取大值,一般 h 最小应大于 50cm。

根据本桥的实际情况封底砼厚度拟定为 1.0m。 6.4 封底砼导管布置

导管布置见图 6。导管上连接 1m3 灌注漏斗,灌注漏斗接在 8m3 集料斗下面。导 管采用φ273mm,壁厚 10mm 的无缝钢管,各管节之间采用法兰盘连接。

6.5 灌注顺序 由于围堰面积不大,导管又对称布置,可从任意一根导管开始灌注。为保证 第一斗混凝土灌注后导管埋入其中,导管至底板距离不大于 20cm,第一斗砼量 在 10m3 左右。 随着砼面的提高再依次往其它导管内灌注砼, 基本保持砼面水平。 6.6 水下砼浇注
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图 6 封底砼导管布置图

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根据施工规范要求, 水下砼流动半径按 4.5m 计算, 围堰内共布置 4 根导管。

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每根导管第一次灌注时,先将混凝土泵入 8m3 集料斗中,用水上吊装设备 吊起集料斗进行首次封底,封底成功后,砼可直接泵入 1m3 漏斗中,进行水下砼 灌注。 6.7 水下砼灌注过程中注意事项 用测深锤每隔一段时间,测出砼表面标高,将原始资料记录下来,随时告诉 现场值班技术员,用以指导各导管提升及下料,要求砼均匀上升,以免造成砼面 高低偏差过大,同时,也避免导管埋置过浅而使导管悬空,砼浇注终结时,尽量 调平砼表面平整度。

7.结语

本桥吊箱围堰设计时采用组合截面计算杆件内力, 充分考虑所有构件的综合

这是其主要缺点。

围堰在工厂加工制造,保证了施工质量,在船上拼装,整体吊装,加快了施 工进度。

封底砼达到设计强度抽水时及整个承台钢筋绑扎期间都没有安装顶部支撑

一定的安全储备,当然这样做有一定的冒险性,不能提倡。



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杆,但围堰侧板并没有什么变化,主要是由于施工期间水位较低,侧板肋骨亦有

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受力, 既减少了材料用量, 又保证了围堰的安全。 但对其焊接质量的要求非常高,

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160 200 100

12800/2

12800/2 200

160 100 100 N1(既有旧模板) N3 底板骨架 N5 N4 27×200=5400 100 B节点 N6 N7

61×200=12200 旧模板[6.3槽钢横肋

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2650

4400 11200/2

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旧模板2[8纵肋

N2旧模板[6.3横肋

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4400 N3 N8

3600

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说明: 1.图中尺寸均以毫米计。 2."+"表示M22螺栓孔,栓孔间距200mm,孔径φ24mm,两相邻螺栓孔距离公差 ±0.25mm,两最外端螺栓孔间距公差±0.5mm; 3.在工厂分块制造,运到工地后拼装焊接成整体。 4.底模为一次性使用,用后不必拆除; 5.焊缝:旧模板之加劲肋[6.3与底板钢板间加强为双侧间断焊,焊缝75(150)mm,即焊缝长150mm,断开75mm,两侧 交错焊接,焊缝高度6mm。肋骨与底板间为双侧连续焊,焊缝高8mm,其余各构件之间均采用双面连续焊,焊缝高8 ~10mm; N3遇旧模板之加劲肋[6.3时N3切口,与[6.3槽钢四周满焊。 6.图中未注明尺寸以放样为准。钢护筒的平面位置和开孔尺寸以现场钢护筒的实际插打位置为准,根据现场的测量 结果进行钢护筒处底板的开孔和底板肋骨的装焊; 7.抗拉(压)柱由2 [ 槽钢对口焊接成箱形,拼装时下端焊接在底板肋骨上,上端用连接板连接到钢护筒上。吊箱 内抽完水后,割除钢护筒前,把抗拉(压)柱用连接板焊在钢护筒的封底砼顶面处; 8.如果连接角钢加劲肋与螺栓孔眼位置相重合,可根据情况调整加劲肋位置。



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N3 240 N8 N1 150 6 150 10 N1 N6

108 N7 160 12



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1323

1750

2650

677

2

4400

A节点
N7

1-1剖面
N5 180 N3

160 80 φ24

N1

50

B节点详图

A节点详图

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