毕业设计--土木工程 02 - 图文(4)

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图1-4 钢围堰平面图(单位：mm)

1.3 钢围堰施工工艺简介

双壁钢围堰主要由井壁、隔舱、刃脚、顶部支座和一些其他配置组成，其主要施工工序为:在拼装船上拼装双壁钢围堰、浮运、起吊下沉、钢围堰接高、并在钢壳内灌水、浇筑承台及墩身、拆除上部钢围堰。

深水基础施工方案主要取决于当地地质条件。从施工方面看，钻孔灌注桩基础的施工有分为先下钢围堰后成桩和先成桩后下钢围堰两种施工方案。

(1)先下钢围堰后施工钻孔方案

先下钢围堰后施工钻孔桩方案具有以下优点： ①钢护筒厚度及长度减少易于准确定位；

②节省钻孔平台钢管桩钢材也可节省加工焊接及施工桩的的费用； ③节省钻孔平台的稳定措施费。

若无覆盖层或覆盖层很浅时宜采用先下钢围堰后施工钻孔桩方案。 先下钢围堰后施工钻孔桩方案流程如图1-5所示。

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钢围堰分块制作

(2)先成桩后施工钢围堰方案

分块运输至现场 定位锚锭系统施工 首节钢围堰水下定位 水上接高、下沉 钢围堰着床 吸泥除土下沉 分节对接接高 沉至设计深度 清基、堰内封堵 围堰封底 钻孔桩施工 干施工承台 图1-5 先下钢围堰后施工钻孔桩方案流程图

先成桩后施工钢围堰具有以下优点：

①施工快，从施工钻孔平台钢管桩、架设平台至开钻时间短；

②可降低钢围堰高度，节省工期，降低造价；减少双壁钢围堰夹壁混凝土量； ③避免岩面高低不平时，钢围堰不规律的高低刃脚着岩难度； ④清除钻渣难度减少；

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⑤封底混凝土量可减少。

因此，先成桩后施工钢围堰方案常被用于覆盖层较厚，且覆盖层较软、承载能力较小，工期和造价有要求的工程中。

先成桩后施工钢围堰施工流程如图1-6所示。

图1-6 先成桩后施工钢围堰流程图

干施工承台 围堰封底 围堰接高(下沉) 首节钢围堰安装 钢围堰制作 施工平台拆除 钻孔桩施工 下沉钢护筒 平台拼装 搭设钻孔平台 钢管桩制作 施打钢管桩 本设计围堰施工为分节下沉，双壁钢围堰修建的施工程序为： (1)在拼船上拼装底节钢壳；

(2)将拼船和导向船拖拽到墩位抛锚定位；

(3)吊起底节钢壳撤除拼装船，将底节钢壳吊放下水，漂浮在水中；

(4)逐层(焊接)接高钢壳，并向中空的钢壳双壁内灌注素混凝土，使它下沉到河床定位；

(5)在围堰内吸泥使它下沉，直到刃脚下沉到设计标高；

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(6)潜水工下水将刃脚底空隙用垫块填塞并清基； (7)在围堰顶部安装施工平台，在底部安装钻孔钢护筒； (8)灌注水下封底混凝土；

(9)钻孔嵌岩，在孔内安装钢筋笼，再在孔内灌注水下混凝土； (10)围堰内抽水后灌注基础混凝土，再修筑墩身。

1.4 双壁钢围堰受力分析

所有围堰构件均采用Q235钢材，钢围堰在下沉到位后，承受静水压力和流水压力，入土部分外壁板承受主动土压力，内壁板承受被动土压力，围堰超出水面部分会承受可能的波浪力和风力，风力采用规范中标准值进行计算，波浪高取1.5m，波浪力水压采用均布15kN/m2。围堰为水工建筑物，本设计中材料容许应力取值和有效宽度计算所用参数均取自《水利水电工程钢闸门设规范》。

对于围堰而言，它一般是由桁架和钢板组成的壳体结构,其传力途径如下：水压力 围堰侧板 侧板角钢加劲肋 桁架。

钢围堰的受力分析包括下沉阶段和承台施工前堰内抽水状态。钢围堰受力的主要计算荷载有水流力、风荷载、船舶撞击力、施工荷载等，在冰冻地区还包括冰压力。围堰自重包括其本身重量、填充物重量、围堰上搭设的工作平台重量及其他附属重量。有时，也要计及封底混凝土的重量。钢围堰的稳定性包括抗滑、抗倾覆和抗浮稳定性验算。当验算围堰的稳定性时，如果底面位于水中或透水性地基上，应考虑设计水位的浮力。围堰嵌入不透水性地基时，不考虑水的浮力。封底混凝土的重量是否参与围堰稳定性验算，取决于其与围堰结合的紧密程度。如果在浇注封底混凝土前，在围堰封底段内壁上焊接一些钢筋或铁件，使其与围堰紧密结合，则封底混凝土应参与围堰稳定性验算。否则，应谨慎考虑。

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第2章 围堰结构设计——结构力学方法

2.1 围堰构造

从力学角度来说，双壁钢围堰的形状以圆形最优，且制作与下沉着床都易于控制。但受承台形状限制，为便于施工，可能造成围堰尺寸过大，从而提高造价。围堰要为承台和墩(塔)身施工创造无水作业条件；因此，围堰的平面形状应与承台相协调，结构的强度和水密性应与施工条件相适应。实际工程中双壁钢围堰在平面上较多设计成圆形，一部分也设计成其他形状，如矩形、扇形及各种多边形等。圆形结构在早期得到较多应用。随着桥梁建设事业的不断发展，其他结构形式也日益受到重视。综合考虑围堰的力学性能、施工方便性及工程造价等几方面的因素，在双壁钢围堰结构选形时，应首先考虑圆形方案，然后再根据承台结构提出其他方案，进行技术和经济综合比较，从而选定最佳结构形式。

大型深水双璧钢围堰是焊接钢结构，设计时要尽量发挥材料的承载能力，使围堰造价降到最低。围堰内外壁之间的空间，应通过设置若干隔板，组成相互封闭的隔舱。这样，在围堰施工下沉时可以采取充水、填砂或灌注混凝土等措施，分舱加载，维持其平衡或助沉。当下沉着床偏差较大时，还可减载上浮，重新着床。

钢围堰高度的设计主要决定于施工区域的水深和围堰嵌入土层的厚度。围堰的顶高程一般应在水下结构施工水位以上1.5m～2.0m。围堰顶面标高过高，会造成费用增加并可能导致桩基础施工困难。围堰的底高程应按基础受力要求和施工期稳定等要求来确定。当满足施工要求时，可以在确保围堰稳定、具有足够的竖向和横向承载能力、能保证合理的封底厚度等条件下，尽可能提高其底高程。

本设计中深水承台尺寸为10m?10m，围堰平面形状为正方形，外壁尺寸为

15.6m?15.6m，内壁尺寸为13m?13m，内外壁板均为6mm，壁腔厚1.3m。围堰本身

实际上是个浮式钢沉井，井壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平钢桁架组成，中空的井壁提供的浮力可使围堰在水中自浮，使双壁钢围堰在自浮状态下分层接高下沉。围堰内外壁间设置8个隔舱板，在平面上将围堰分为8块，隔舱板将围堰分为8个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌水来控制双钢围堰下沉及调整下沉时的倾斜。围堰竖向总高22.5m，考虑到浪高最大为1.5m，围堰高出水面部分为2m，围堰竖向分为5节(4.5m+5m+5m+4m+4m)，井壁底部设置刃脚有利于切土下沉。

由于水深较大，为了保证围堰的整体刚度和稳定，在围堰内部设置两层截面形式

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