公铁两用斜拉桥（共5篇）
公铁两用斜拉桥 篇1
0 引言
正交异性钢桥面板是由纵横向互相垂直的加劲肋连同桥面盖板共同组成,具有高度低、自重轻、极限承载力大、易于加工制造等特点。但其受力较为复杂,制造施工要求较高,加之纵肋的设置对正交异性桥面板的性能有较大影响,且目前相关规范对该类桥面板的承载力计算还未给出指导,所以有必要探索其应力分布规律[1],对其承载能力进行评价。
1 工程概况
某三索面公铁两用斜拉桥主桥为五跨连续钢桁梁斜拉桥,桥梁全长1 290 m,跨度布置为(90+240+630+240+90)m,上层为六车道公路,下层为四线铁路,总体布置见图1。全桥采用漂浮体系,在主塔和主梁之间安装阻尼装置,以控制主梁在制动力和地震力作用下的纵向位移。各墩上设置有竖向刚性支座,纵向为活动,在主塔上同时设置横向支座以限制主梁横向位移。
主梁为板桁结合钢桁梁,N形桁架,三片主桁对应于三索面布置。上、下弦杆均采用箱形截面。主桁腹杆采用箱形截面或H形截面。斜杆和竖杆采用箱形或工字形截面。每个竖杆处均设有桁架式横联,以提高结构抗扭转能力。横联为三角形桁架形式,桁架高约5 m,“I”形杆件,杆件高440 mm,宽400 mm。主桁截面及细部尺寸如图2所示。
公路桥面系采用正交异性钢桥面板,板厚16 mm,下设U形加劲肋。“U”形纵向加劲肋肋高300 mm,板厚8 mm。每间距3 m范围内设置横梁,横梁与主桁上弦杆高度相同,横梁下缘与桁架式横联相连。横梁下翼缘640 mm×28 mm,腹板厚为14 mm。桥面铺装为6 cm沥青铺装。
铁路桥面系采用正交异性钢桥面板与主梁弦杆组成的箱桁结构,钢箱顶底板分别与下弦杆的上下盖板焊连,横梁腹板与主桁杆件通过栓接形式连接。箱高约1.6 m,钢箱顶板厚16 mm,底板厚12 mm。顶板下“U”形纵向加劲肋肋高300 mm,板厚8 mm;底板上“U”形纵向加劲肋肋高220 mm,板厚8 mm;在中跨结构受力较小区域内,钢箱底板及其加劲肋被取消,仅在横梁处设置横梁下缘底板,横梁下翼缘960 mm×40 mm,腹板厚为16 mm。桥面铺装为6 cm厚防水层+无砟轨道。
2 计算荷载
1)公路:六车道公路—Ⅰ级荷载。
根据JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范的强度设计标准荷载采用公路Ⅰ级标准荷载进行分析。公路桥面二期恒载(含桥面铺装和钢制防撞栏杆)为28.6 k N/m。
2)铁路:两线中—活载+两线ZK活载。
中—活载图式如规范[2]图4.3.1所示,横向计算时取特种活载,特种活载值取为220 k N。ZK—活载图如规范[3]图1.0.7-1~1.0.7-2所示,横向计算采用特殊荷载,特殊活载值取为250 k N。铁路桥面二期恒载(含无砟轨道、防水层、钢挡砟墙、检修道和接触网)为211.45 k N/m。
3 评价原理及简化计算
一般情况下,桥面系在随机车辆荷载作用下产生纵、横向的相对位移和局部应力。极端情况即全桥面满布活载通行条件下,活载类似于恒载作用效果,且该活载通过桥面系传递至斜拉索及其支撑承受。因此桥面局部应力与活载是否布满桥面无关,只与使得在桥面局部产生最大的相对位移有关。故只要找出产生最大变形的最不利轮位,计算其产生的最大局部应力,就可对实桥的承载能力进行评估分析[4]。
考虑到不同节间桥面系的纵、横梁、U肋都是相同的,只有下弦杆的板厚不同,所以只需抽算若干有代表性的节间,不必每个节间都算。对本桥的桥面系采用如下的简化计算方法:
1)建立一个包含有4个斜拉索锚点的三段锚拉节间,横桥向取1/2桥宽(当桥面荷载为偏载时,则横桥向应取全宽计算),包括一根边桁下弦杆(系梁)、一根中桁下弦杆(系梁)和半幅桥面系(桥面板、纵梁、横梁、纵肋、横肋),建立45 m梁段结构桥面系局部有限元分析模型。
2)根据实桥的下弦杆(系梁)和桥面系杆件的受力变形特点,加边界条件设置于锚索下端锚点,其全部设置竖向约束,纵向一端设置纵向约束,横向一侧设置横向约束。
3)施加桥面荷载,进行计算,得出的桥面板应力。
4 有限元数值模拟
4.1 有限元模型
公路桥面系和铁路桥面系均采用一个包含有5个斜拉索锚点的三段锚拉节间(45 m)梁段的有限元模型。每隔3 m设置一道横隔板。模型梁各部位板厚按照设计取值。由于钢桥面板属于薄板,为了较为详细地了解其受力情况,在有限元分析计算时采用Shell63板壳单元,单元形状为四边形。其中铁路桥面系有限元模型中设置4道纵向通长腹板,形成单箱多室的钢箱。公路桥面板、横隔板及铁路钢箱腹板有限元模型如图3~图5所示。
4.2 荷载工况
公路荷载工况偏保守地选择为三车道同向加载(比相向加载更危险)方式,并假设三辆同向行进的汽车总是齐头并进的。经试算,对于确定的横断面,当荷载位于横向中心时,各应力均为最不利横向位置。具体位置见图6。
在确定纵向荷载最不利位置时,使用公路Ⅰ级车辆荷载进行加载,经试算,得出最不利加载位置,具体位置见图7。
铁路荷载工况偏保守选择的加载方式为两列火车同向加载(比相向加载更危险),并假设两列火车同向行进时总是齐头并进的。荷载纵、横向的最不利布置位置同公路荷载工况只需将荷载换为ZK活载。
4.3 结果分析
公路桥面系整体受力及各构件受力结果分析如表1所示,铁路桥面系整体受力结果及各构件受力结果分析如表2所示。
由表1可知,在最不利荷载工况下,公路桥面系桥面板整体处于受压状态,纵向最大压应力-15.1 MPa,横向最大压应力值为-29.2 MPa,桥面板各构件最大拉、压应力均小于设计强度值,满足设计强度要求。
公路桥面系跨中位置竖向位移在考虑铺装层参与工作后,竖向变形最大值由11.1 mm减小为1.07 mm,桥面板的压应力受力也较均匀,应力值也较小,可见在相同荷载作用下,桥面铺装增加了桥面板的刚度,铺装层对桥面板的受力具有一定的扩散作用。
由表2可知铁路桥面系钢桥面板跨中截面最大竖向位移为11.0 mm,经分析该竖向变形较大是由锚索位置边界条件模拟误差导致。钢箱桥面板整个处于受压状态,整体及各构件纵向最大压应力为-64.5 MPa,拉应力为103.1 MPa;横向最大压应力值为-92.3 MPa,最大拉应力为65.6 MPa;竖向最大压应力为-6.4 MPa,均小于设计强度要求。
综上所述,公路桥面系及铁路桥面系整体及各构件在各方向的应力均小于规范限值,跨中截面竖向位移值满足规范要求,说明该桥面板结构的承载能力符合设计要求,结构是安全的。
5 结语
利用ANSYS建立某长江大桥桥面系的三维有限元模型,分析了最不利荷载和加载位置下整体及各构件的挠度和应力值,并以此进行了强度分析,可得出以下结论:
1)公路桥面系各构件的强度满足规范要求。
2)铁路桥面系在局部荷载作用下所有构件的强度满足规范要求。
3)该桥面系承载力满足设计要求,结构是安全的。
摘要：为评价某公铁两用斜拉桥桥面系的承载能力,利用ANSYS建立了有限元模型,分析该桥面系在最不利荷载工况下的整体受力和各构件的位移及最大应力分布状况,指出该斜拉桥桥面系的承载力及各构件的强度均满足规范要求。
关键词：公铁两用斜拉桥,桥面系,有限元,承载力
参考文献
[1]李亚东.桥梁工程概论[M].成都:西南交通大学出版社,2001.
[2]TB 10002.1—2005,铁路桥涵设计基本规范[S].
[3]TB 10621—2014,高速铁路设计规范[S].
[4]秦顺全.芜湖长江大桥板桁组合结构斜拉桥建造技术[J].土木工程学报,2005(9):94-97.
公铁两用消防车 篇2
为了应对连接布鲁塞尔机场的Diabolo铁路地下线路区段的紧急状况, 比利时基础设施管理商Infrabel已出资300 万欧元, 购买了2 辆公铁两用消防车 (图1) 。
这2辆消防车将分别部署在位于布鲁塞尔和扎芬特姆的消防站, 在运载8人、2 500L水和500L灭火泡沫的情况下, 能够在铁路上以最高速度40km/h运行。
该MAN消防车由奥地利卢森宝亚公司安装消防设备, 并配备了德国Zweiweg公司的Loctrac ZW332公铁两用系统。铁路隧道中灭火专业设备包括附加照明、红外摄像仪, 以及保护车辆和乘员的喷水设备。
公铁两用斜拉桥 篇3
黄冈桥维修通道位于北引桥N15-N16墩之间上游侧, 从室外地面到女儿墙顶总高度为35.7m。下部为28根Φ1.2m桩基础, 桩长近40m, 桩端持力层为弱胶结砾岩, 进入持力层深度1.2m。承台尺寸为长19.115m, 宽10m, 厚1.5m。承台基坑采用钢板桩支护开挖, 模板采用木模, 竖向设置两层冷却水管, 单层水平呈“几”字型布置。上部框架共7层, 底层6.39m, 顶层5.5m, 其余标准层4.76m。楼梯扶手为建筑装饰用不锈钢钢管扶手, 底层四周设置金属扩张网全封闭, 顶层过道及所有楼梯通道均铺设灰色橡胶石英板来防滑。维修通道总体投入各类钢筋计180余t, C35混凝土计1900余m3。
2 施工背景
该项维修通道工程施工是黄冈桥后期收尾的新增工程。当接到施工任务时, 黄冈桥原项目部驻地已撤场, 管理人员及作业队伍都得重新组建和部署。中心试验室和混凝土工厂早已拆除, 有关试验均只能外委送检, 混凝土也只得采用商混。维修通道施工点区域集中, 场地有限, 材料堆码和看护、钢筋车间布置、简易施工便道铺设等都需要精心安排和布置。施工管理人员租住在市区, 与工地相隔13km, 上下班坐车往返不是很便利。与此同时, 工地施工过程中的有效控管及对外几家单位、周边村民相处协调等也得费番心思。
3 人员、机械、物资、工期等整体计划安排
从下部到上部, 从主体到附属, 可谓“麻雀虽小, 五脏俱全”。为如期顺利完成该项工程施工, 成立了维修通道施工架子队, 设置现场负责人兼技术负责人1名, 技术员1名, 安全员1名, 电工兼现场管理员1名, 材料员1名, 试验员1名, 测量员1名, 后勤人员2名, 受委派驻场监理员2名。协力队伍人员安排从整体上划为两个单元, 以便现场管理, 桩基础施工为一家队伍, 从承台往上带附属施工为一家队伍。作业队伍人员控制在最高峰不得超过25人。
桩基施工旋挖机为作业队伍所有, 天泵为商混站方所有, 其余如挖机、汽车吊等均采用外租形式适时满足现场施工需要。为便于材料堆码和看护, 主材钢筋根据需要分批次进场, 附属如防水卷材、加气混凝土砖、橡胶石英板、泄水管等根据时间节点要求分次进场。
工期控制上, 从桩基础施工开始到附属全部完成达到交验条件计划半年时间, 施工过程中根据不同节点实际对比情况来细调工期安排。
4 维修通道施工
4.1 桩基础施工
维修通道所处位置覆盖层为粉质粘土及粉、细砂, 基岩为较硬的砂岩和砾岩。根据此种地质情况, 采用旋挖成孔, 隔孔开孔。桩基施工中需要投入机械旋挖机1台、泥浆泵4台、电焊机2台、挖掘机1台、50T汽车吊1台。总体施工流程为:施工准备→测量放样→开挖泥浆池→钢护筒埋设、旋挖机就位→泥浆制备→旋挖、成孔 (地质取样、地质确认) →清孔→钢筋笼制安 (原材检验、半成品加工) →安装导管→灌注水下混凝土。
4.1.1 施工准备
施工准备包括现场准备和技术准备两方面。一方面要熟悉图纸、核对图纸, 并掌握有关机具技术性能资料, 另一方面做好场地规划, 除杂清淤。因为现场表层非硬化, 长期积水, 泥洼一片, 为给旋挖机垫脚, 在现场铺设了两块长宽数米的厚钢板。
4.1.2 测量放样
用全站仪现场放出桩位中心点, 并拉十字交叉线引出四个方向的护桩, 并采取措施保护护桩。钻孔前对桩位进行复核放样, 布设控制桩, 并进行钻孔前护筒的标高放样。
受场地限制并从整体布局需要考虑, 将泥浆池设置在靠近N16墩偏上游侧。充分计算泥浆储备量, 石灰大致撒出边线, 挖掘机开挖浆池, 成型后在浆池四周拉线并设警示标识。
4.1.3 护筒埋设、钻机就位
护筒材料为8mm厚钢板卷制。顶部任一直径方向两侧开个小圆孔, 方便之后提拔倒用。离上口边缘10公分下去开一个约25cm×30cm的溢浆口。护筒埋设中心与桩位中心偏差一般不大于50mm, 同时注意护筒倾斜度不大于1%。
桩位复测后, 测出护筒顶初始标高和地面标高, 旋挖钻机就位。利用旋挖机自身控制系统对位并记忆初始位置, 调整钻杆垂直度开始钻进。
4.1.4 泥浆制备
泥浆制备一般选用高塑性黏土或膨润土, 为提高钻孔效率, 确保护壁质量, 钻孔施工时采用由膨润土、Na2CO3和PAM水解液调制而成的复合泥浆。钻孔泥浆指标应达到:相对密度为1.05-1.15, 粘度为16s-22s, 含砂率≤4%, 胶体率≥95%, PH值≥6.5。
4.1.5 钻孔、成孔、清孔
单根桩长40米, 旋挖速度快, 每隔一定进尺或时间必须查看钻机对位情况, 在分层处取渣查看地质情况是否与设计相符。过程中如实填写钻孔施工记录表。
成孔质量标准为孔径不小于设计桩径, 倾斜度不大于1%。按规范要求自制钢筋焊接笼式探孔器。检测时, 将检孔器吊起, 把测绳的零点系于检孔器的顶端, 使检孔器的中心、孔的中心与起吊钢丝绳的中心处于同一铅垂线, 慢慢放入孔内, 根据测绳的刻度加上检孔器长度判断其下放位置。如上下畅通无阻直到孔底, 表明钻孔桩成孔质量合格。
清孔采用正循环清理, 隔一定时间测试泥浆指标, 直到清孔符合要求为止。
4.1.6 钢筋笼下放及导管安装
根据每个孔位终孔参数, 钢筋配节采取标准节和变节的组合方式, 钢筋笼底节、标准节预先分节制好, 变节根据需要加工制作并标号。钢筋笼下放借助汽车吊, 钢筋节段连接采用帮条焊接, 每个连接处对接完成先自检再报检, 直到整个钢筋笼下放到位。根据灌注平台高度预先算好吊筋长度及其焊接位置, 以便精准放置钢筋笼。
导管预先做好水密试验, 根据终孔参数, 技术人员预先配节, 全过程守候监控导管下放, 确保导管配节正确, 连接牢靠。
4.1.7 水下混凝土灌注
导管安放到位后, 借助导管再次清孔, 为水下灌注做准备。开始灌注时, 调整导管到计算位置, 确保底部至孔底的距离为300mm-500mm, 施工时多采用350mm。应有足够的混凝土储备量, 保证连续灌注。控制导管埋深2m-6m, 最少不得小于1m。严禁将导管提出混凝土灌注面, 并应控制提拔导管速度。技术员负责测量导管埋深及管内外混凝土灌注面的高差, 按节拆除导管, 填写水下混凝土灌注记录。
4.2 承台施工
按承台尺寸外放2m用石灰撒出边线开挖承台。根据承台底标高控制, 考虑垫层施工厚度, 开挖基坑, 过程中插打钢板桩支护。在桩头上标出控制线, 逐个破除桩头, 修整桩头面。清理基坑, 局部抽水并填实, 为方便承台模板安装和支护, 以承台外尺寸放宽0.5m作为垫层边线, 一切就绪后浇筑10公分厚C15垫层。第三方桩基检测后即可进行承台钢筋绑扎。在垫层面上按一定间距设置垫块, 保证承台底面保护层厚度。按图间距布置好底层纵横向钢筋, 再设置架立筋以满足上层钢筋绑扎支撑和人员施工需要。按承台高度设置两层冷却水管, 单层“几”字型布置。在承台顶层钢筋四角和中间预先设置放料口 (适度调整放大钢筋间距) , 混凝土浇筑时再行恢复。垫层四角标出承台边角点位置, 拉线作为靠模依据, 纵横向通长拉筋焊接牢靠, 模板外侧借助坑壁加撑支护, 模板拐角竖向设四层拉筋焊接。
上部框架柱和电梯基坑钢筋预埋必须在承台浇筑前做好。在顶层钢筋面上测量放样预埋拐角控制点平面位置, 按图位置和深度要求预埋上部钢筋。
4.3 上部框架施工
承台施工完毕养护数日后, 开始回填基坑, 并将四周压实。为方便施工, 根据框架柱的位置, 采用外包式全封闭管架施工上部主体。即在承台四周, 框架柱位置外侧, 沿承台长宽方向全封闭搭设钢管架, 顺桥向间距1m, 横向间距0.5m, 竖向间距1.5m, 每层管架上布设脚手板, 固定牢靠, 作为走行通道。
上部框架柱、框架梁、楼梯、楼梯平台共分七层, 采取一层一浇筑。钢筋绑扎顺序:先柱后梁再楼梯。柱模除了外加方木抱箍外, 依附管架支撑加固。第一层楼梯、楼梯板均竖向支撑在承台面上, 楼梯面沿楼梯方向设置竖向支撑, 沿长度方向至少设置3个点, 楼梯两侧楼梯梁同样如此设置。最下层楼梯支撑管架待第三层框架施工时方可拆除。往上楼梯施工则以下层楼梯面作为支撑面搭设管架。混凝土浇筑时, 按单层构件高度位置, 先浇筑框架柱, 再浇筑楼梯梁, 最后浇筑楼梯面和楼梯平台。
4.4 相关附属施工
维修通道附属包括外墙涂装、楼梯面粉刷、顶层通道地板砖铺设、值班岗亭防盗网安装、楼外四角落水管安装、楼梯扶手栏杆安装、楼梯橡胶石英板铺设、底层防排水处理以及底层四周金属网封闭和照明线路敷设、灯具安装等。附属整体施工战略满足“先外后内, 先上后下”的原则。
主体施工完成后, 为全方位投入到附属施工, 我们将作业队伍层人员细排, 按工作内容和不同工作面分成几个班组, 任务落实到组, 安全责任到人, 使之有效地完成了任务。
加气砖砌筑班组和外墙装修班组首先进入工作。借助上部施工时的框架外围钢管架完成外墙涂装, 在管架拆除之际, 同步开始四角泄水管安装。在电梯井壁上方设置一台小卷扬机作为提升站, 用于上层砌筑砖提运和楼梯踏步粉刷材料上运。楼梯栏杆和石英板铺设从上至下同步开展。由于楼梯面边线棱角误差、平整度误差等, 整卷橡胶板铺设并没有想象中的那么容易, 根据实体情况, 我们将整卷橡胶板根据踏步的宽度和踢脚的高度划割成许多小块, 以一个拐角面为一小单元, 这样改进后, 橡胶板铺设得又快又好。
5 结语
维修通道从六月中旬开钻到十二月中旬主体及附属全部完成, 历时半年。期间遇到施工用水、用电、与村民纠纷等种种困难, 在全体参建人员的共同努力下, 克服了这些困难, 如期完成了施工任务。此外, 抓好工序技术质量把控, 一事一交底, 让安全意识在全过程深入人心, 奉行“安全第一、质量至上”的施工理念, 为整体工期的推进提供了强有力的保障。
摘要：维修通道专为桥梁竣工后接收管养单位而设。本文以黄冈桥维修通道为例, 从下部基础到上部主体框架乃至附属, 全面地叙述了各部位的施工情况及工序控制要点, 为以后类似施工提供一定经验。
关键词：维修通道,主体框架,工序
参考文献
[1]黄冈公铁两用长江大桥维修通道施工方案[Z].
公铁两用斜拉桥 篇4
黄冈公铁两用长江大桥全长4010.81m, 主桥采用 (81+243+567+243+81) m钢桁斜拉桥方案, 长1215m, 公铁合建。主塔为钢筋混凝土主塔, 基础采用钻孔灌注桩。
本工程主桥施工区域水深、流急, 其中主墩航道繁忙, 水深23-24m, 且覆盖层较浅。长江水位变化大, 长江汛期对桥梁基础施工影响大。2#、3#主塔墩基础采用31-ϕ3.0m钻孔桩。承台横桥向宽51.2m, 承台顺桥向宽34.2m, 承台厚6.5m, 承台顶高程+9.0m, 桩长40.5-47.5m。
2 主塔墩基础施工方案
2#、3#主墩采用先围堰后平台水上施工方案, 分别从两岸修建施工栈桥至2#、3#主墩配合施工。施工次序为:双壁钢吊箱围堰制造、底节下水→浮运、定位→插打部分钢护筒→围堰挂桩→钢护筒插打完毕, 钻孔桩施工→围堰接高、下沉、二次挂桩→清基封底→围堰内抽水→承台、塔座施工→塔柱施工。每个主塔墩安排6台KTY-3000型全液压动力头钻机进行31根ϕ3.0钻孔桩施工, 钻孔桩施工时在平台顶设置1台100t龙门吊机。每个主墩施工配备150t、200t浮吊各1台。
3 双壁钢吊箱围堰设计
围堰的设防水位按二十年一遇考虑为+25.8m, 抽水水位按+24.0m控制, 围堰顶标高取+26.3m。围堰分两节, 底板及底节在工厂加工好后, 整体浮运到墩位, 第一次挂桩定位于14根支撑钢护筒上, 其顶面标高控制在+26.3m, 作为钻孔施工平台, 钻孔桩施工完毕, 接高围堰, 并将围堰整体下放至设计标高 (围堰底标高-3.0m) , 第二次挂桩定位, 封底、抽水, 浇筑承台。
围堰平面尺寸为55.4m (横桥向) ×38.4m (顺桥向) ×29.3m (高) , 壁厚2m。
4 双壁钢吊箱围堰设计计算
4.1 工况分析
工况一:围堰底节整体浮运到墩位后, 精确定位后插打定位钢护筒
底隔舱面积706 m2, 双壁面积338 m2
围堰吃水深度:3920/ (706+338) =3.75m
侧板内外壁承受对压水头荷载。
工况二:围堰作为钻孔平台, 进行钻孔桩施工
钢吊箱由14根定位钢护筒承载, 钻孔过程中双壁隔舱灌水高度根据根据水位变化相应调节。
工况三:钻孔桩全部施工完成后, 水上接高围堰顶节, 下放至设计标高
工况四:浇注封底混凝土
工况五:抽水, 浇注第一层承台
工况六:浇注第二层承台
工况七:拆除内支架, 进行塔柱施工
4.2 围堰结构计算
4.2.1 双壁侧板
(1) 围堰壁板。
围堰壁板采用δ=8mm, L75×8mm角钢加劲。加劲肋布置:最大间距为350mm, 跨度有800、1000mm。考虑30倍δ8mm板参与共同受力, 其截面特性为:
A=3006 mm2;I=2983066 mm4 ;W=51879 mm3
①1000段加劲肋允许最大水头:
由undefined (加劲肋按Mmax=1/10qL2计算)
则壁板加劲肋允许最大水头为:
undefined
由undefinedMpa得
双壁板允许最大水头为:h=23.7m
故1000mm段壁板允许水头为18.8m。
②800段加劲肋允许最大水头:
由undefined (加劲肋按Mmax=1/10qL2计算)
则壁板加劲肋允许最大水头为:
undefined
由undefinedMpa得
双壁板允许最大水头为:h=23.68m
故800mm段壁板允许水头为23m。
(2) 围堰水平环及内支架计算。
围堰水平环受力控制工况为工况五, 采用midas软件建立1/4整体模型, 壁板内灌注的混凝土采用实体单元, 面板采用加劲板单元, 其余为梁单元。
①内、外壁各11.65m水头。
计算得到水平环最大应力 (绝对值) :
8×1000段水平环最大组合应力:30 Mpa
11×800段水平环最大组合应力:98.6 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力 (非内支架对应位置) :66.5 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力 (内支架对应位置) :188 Mpa (未计加强板)
②内壁10.3m水头, 外壁13m水头。
计算得到水平环最大应力 (绝对值) :
8×1000段水平环最大组合应力:29 Mpa
11×800段水平环最大组合应力:106 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力 (非内支架对应位置) :67.8 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力 (内支架对应位置) :174 Mpa (未计加强板)
③内壁13m水头, 外壁10.3m水头。
计算得到水平环最大应力如下:
8×1000段水平环最大组合应力:26.7 Mpa
11×800段水平环最大组合应力:105.5 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力 (非内支架对应位置) :90.8 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力 (内支架对应位置) :196 Mpa (未计加强板)
④围堰下沉工况。
侧板内外壁承受对压水头取值为h=10.0m。
计算得到水平环最大应力如下:
8×1000段水平环最大组合应力:169.3 Mpa
11×800段水平环最大组合应力:80.9 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力:74.3 Mpa
⑤拆除底层内支架, 塔柱施工。
拆除内支架之前, 可使双壁内水位高于承台顶部标高7.5m, 即调节双壁内水位标高保证双壁内水位标高在+16.5m左右, 水位+25.8m进行检算。侧板承受水头外壁为h=25.8-16.5=9.3m, 内壁16.5-9=7.5m。
计算得到水平环最大应力如下:
8×1000段水平环最大组合应力:33.5 Mpa
11×800段水平环最大组合应力:72.5 Mpa
10×1000段水平环最大组合应力:136 Mpa
4.2.2 底龙骨
龙骨截面为HN700×300, 所受荷载有:混凝土自重、浮力、底板及自身的重力;混凝土自重与浮力的合力为7.2t/m2 (作用在底板上) 。
建立1/2整体模型, 龙骨局部位置加强后, 计算得到龙骨最大应力值为154.5MPa, 吊点位置处最大反力为98.3t。
4.2.3 内支架
内支架上下弦杆采用HM588×300型钢, 斜杆采用2[28b截面, 竖杆采用2[25b截面, 平联采用2L125×12截面。内支架高3.2m。
(1) 围堰挂桩工况。
布置6台钻机, 每台钻机及其钻具按150t计。侧板及底隔舱共重2118.4t, 其自重主要由浮力平衡 (侧板内外壁间的面积为338m2, 则需控制侧板壁板内水头比壁板外水头低6.5m以上) ;底板、底龙骨重量为571t, 该重量由吊杆承担, 加上吊杆自身重量, 吊杆总数为136根, 则每个吊杆力为12t。考虑水头变化影响, 侧板按照30%压重作用在内支架上, 水流流速按照4m/s计算得到每个定位桩处水平力61t。
计算结果如下:
2L125×12杆件最大组合应力:σmax=84.5MPa
HM488×300杆件最大组合应力:σmax=102MPa
2[28b杆件应力: σmax=63.6MPa, σmin=-136.2MPa
2[25b杆件应力: σmax=7.6MPa, σmin=-66.7MPa
(2) 围堰封底吊挂工况。
围堰封底时, 按每根吊杆受力100t计算, 由程序计算得到:
2L125×12杆件最大组合应力:σmax=35.9MPa
HM488×300杆件最大组合应力:σmax=128MPa
2[28b杆件应力: σmax=163.9MPa, σmin=-135.5MPa
2[25b杆件应力: σmax=26.22MPa, σmin=-20.69MPa
(3) 围堰封底完成后抽水工况。
建立1/4整体模型, 按+25.8m的设计水位对底层内支架进行验算。
则程序计算得到:
2L125×12杆件组合应力:σmax=58MPa, σmin=-68.8MPa
HM488×300杆件组合应力:σmax=19MPa, σmin=-137.5MPa
2[28b杆件组合应力: σmax=27.3MPa, σmin=-63.2MPa
2[25b杆件组合应力: σmax=3.6MPa, σmin=-52MPa
最大轴力值为: -119t
最大Mx值为: 10.1t·m
绝对值最大My值为: 3.0t·m
验算H588×300杆件强度与稳定:
取上述杆件的各种内力的最大值进行验算。
Nc=-119t
Mx=10.1t·m, My=3.0t·m
A =192.5cm2
Wx=2926.2cm3, Wy=541 cm3
ix=20.8cm, iy=7.0cm
Lx=400.0cm, Ly=200.0cm
λx=Lx/ix=400.0/20.8=19, λy=Ly/iy=200.0/7=29
undefined
undefinedMPa
undefined
undefinedMPa
因此内支架上、下弦强度及整体稳定满足要求。
4.2.4 围堰封底混凝土计算
按照抽水水位+24m计算, 建立封底混凝土及桩的空间数值模型, 取18m的桩长。计算按参数进行, 考虑了围堰自重、封底混凝土自重、侧板内混凝土自重和侧板内充水自重等的影响。允许粘结力取值为15.0t/m2。
由桩底反力减去桩身自重后, 可得到桩与封底混凝土的粘结力。
计算结果如下表2所示:
由以上计算结果可知局部粘结力满足要求。
封底混凝土应力:经计算得到封底混凝土最大主拉应力为0.71MPa。封底混凝土应力满足受力要求。
5 结束语
双壁钢吊箱围堰属于水上桥梁施工的大临设施, 在水上施工得到了广泛应用。该桥主塔墩基础尺寸大, 承台平面尺寸为51.2×34.2m。桥址处航运极为繁忙;正桥桥位处水流速度大, 主塔墩覆盖层浅;长江水位变化大, 长江汛期对桥梁基础施工影响大。本桥双壁钢吊箱围堰的设计及计算将为今后类似工程提供参考与借鉴。
摘要：根据新建武汉至黄冈城际铁路WGSG标段投标阶段黄冈公铁两用长江大桥主桥主墩双壁钢吊箱围堰的设计及计算进行编写。该桥主塔墩基础尺寸大, 承台平面尺寸为51.2×34.2m, 其中主墩航道繁忙, 水深23-24m, 且覆盖层较浅, 采用先围堰后平台施工方案, 文章对双壁钢吊箱围堰进行了设计及计算。
公铁两用斜拉桥 篇5
郑州黄河公铁两用桥位于距新建的京珠高速公路郑州黄河大桥上游约6km处。北岸位于原阳县韩董庄乡前孟庄村东侧, 距韩董庄引黄闸约3km;南岸位于郑州市惠济区申庄村西侧。桥址处黄河两岸堤距约10.5km, 主桥公路、铁路采用上下层布置, 公路在上, 铁路在下, 公路引桥出主桥范围后, 利用平面曲线弯出。
主桥分两联布置, 总长1 6 8 4 m。第一联采用121.05+5×168+121.05m六塔部分斜拉连续钢桁结合梁方案, 联长1082.1 m, 第二联采用120.95+3×120+120.95=601.9m连续钢桁结合梁方案, 联长601.9 m。
1 号墩为大跨主墩, 址区位于滩地, 水位较浅。1号墩采用群桩承台基础, 一个墩共24根钻孔灌注桩, 直径为φ2.0m, 承台平面布置为29.6m×19.2m矩形截面, 承台顶标高为+88.344m, 承台底标高为+83.344m, 承台厚5.0m。1号墩承台采用钢板桩围堰与井点降水相结合的方案施工。
2、地质水文条件
1 号墩址区地面高程+90.0m, 场地土岩性以第四系河流相粉、细、中砂为主, 软土不发育, 亦无明显的地面沉降、活动断裂, 桥址区除存在表部20米内 (2) 、 (3) 层的粉土、砂土液化土外, 无其他不良地质。
1 号墩址区地下水位+89.0～+90.0m, 施工期间地下水位为+89.0m。址区位于黄河下游, 地表水主要为黄河水, 两岸水系不发达, 多为人工沟渠、堰塘, 在水沟、鱼塘处有少量水。区内地层以粉、细、中砂为主, 地层中夹粉质粘土、粉土。粉质粘土层属相对隔水层;粉、细、中砂层属弱透水层或透水层。直接受大气降水及黄河水的补给, 地下水量丰富。址区土层粉砂、细砂为透水层, 渗透系数为1.4m/d～3.4m/d。
3、设计与计算
3.1 方案比选
1号墩承台的施工考虑了两套方案, 方案一为常规的插打钢板桩围堰的施工方法。由于基坑开挖深度较大, 板桩外侧水净水压力较大, 为满足板桩受力要求需采用不排水开挖方式取土。基坑内土体开挖至设计标高后浇注封底混凝土。由于板桩外侧水头与内侧水头之差较大, 故需浇注2.0m厚的封底混凝土后方可施工承台。此方案施工速度较慢, 水中吸泥难度较大, 且在取土过程中容易形成管涌。1号墩承台面积较大, 共需要封底混凝土1294m3。
方案二为插打钢板桩围堰结合深井井点降水的施工方法。利用深井降水, 使板桩内外侧水位同时降至承台底标高以下。基坑开挖后, 基坑底以上板桩只受主动土压力, 不受净水压力。地下水位降至承台底以下0.5米后, 只需整平基坑底面, 施工垫层后, 即可施工承台。不需浇注封底混凝土。经过比选采用钢板桩围堰加深井降水的施工方案。此方案采用无水开挖基坑, 施工速度快, 安全可靠, 且不需要浇注封底混凝土, 较经济。
3.2 设计参数
(1) 设计荷载取值。土压力取值, 河床地质情况为, 饱和粉砂、细砂、中砂层。土的加权平均重度γ=20.6KN/m, 内摩擦角φ=20.7°, 静水压力:10kpa;偏于安全, 设计中不考虑粉砂层的黏聚力。
(2) 荷载组合。净水压力+土压力。
(3) 结构参数。承台平面尺寸为29.6×19.2m, 厚度为5m, 承台顶标高:88.344m。采用SKSP-Ⅳ型组合板桩锁口钢板桩施工。设计板桩长度15m。桥位处地下水位标高:+89.0m, 基坑顶面标高+90.0m。
3.3 降水计算
3.3.1 1号墩承台施工布置
1号墩址区四周插打单层SKP-Ⅳ钢板桩, 板桩长15m, 在标高+88.8处设置一道支撑。管井布置在板桩外侧, 采用环状布置。1号墩承台施工布置图见图1、图2。
3.3.2涌水量计算
根据地址资料, 承台施工时, 址区井点为无压非完整井。其涌水量及井管数量按无压非完整井计算确定。
式中:Q——井点系统涌水量 (d/m3) ;
K——渗透系数 (d/m3) ;
H0——含水层厚度H换算为有效带深度, 即抽水影响深度 (m) ;
S——水位降低值 (m) ;
R——抽水影响半径 (m) ;取R=1.9 9 S (H0×K) 1/2 (m) 。
X0——环形井点系统半径 (m) 。X0= (F/π) 1/2, 其中F为环形井点系统所包围的面积 (m2) 。
计算图式如图3。
3.3.3井点管数量与井点的确定
(1) 单井理论计算最大容许出水量
q=120πrl K1/3 (m3/d)
式中:r—过滤管径 (m) ;
l—过滤管计算长度;
由于过滤器加工及成井工艺等人为影响, 设计单井出水量一般小于上式的计算值。在实际操作中, 利用现场抽水实验资料求得单井涌水量值。
(2) 管井数量:n=1.1 Q/q (根) ;
(3) 管井平均间距:D=L/n;L为基坑边长。
3.3.4 抽水设备的选择
根据本工程地质条件, 经计算要求单井排水量在413m3/d以上, 同时结合降水深度要求, 实际施工中采用QS40-30/2-5.5型潜水电泵 (流量4 0 m3/h;扬程30m;管径75mm) , 其安装简单、耗能少、效率高、成本低。
3.4 板桩受力计算
经过板桩外侧管井降水, 地下水位降至承台底以下0.5m, 基坑内外侧水头差相等, 板桩不所受净水压力合为零。基坑降水后, 基坑内土体开挖至设计标高时, 为板桩最不利受力状态。此状态板桩受力图
计算模型分析:取单位宽度板桩进行计算。由于深井降水后, 板桩内外侧水头差相等, 所以板桩内、外侧所受净水压力合力为零。板桩外侧只承受主动土压力, 板桩内侧只承受被动土压力。约束条件, 板桩内支撑模拟为弹性约束。板桩入土约8米, 板桩按单锚深埋模式计算。经计算板桩最大应力142.6Mpa≤[σ]=200MPa, 板桩最大位移8.8mm。
4、工作原理
首先插打钢板桩, 设置板桩内支撑, 以抵挡基坑开挖后, 基坑外侧土体对板桩产生的土压力。利用深井降水, 使基坑内外水位整体下降至承台底以下0.5米。板桩所受净水压力合为零。地下水位降至承台底以下0.5米后, 只需整平基坑底面, 施工垫层后, 即可施工承台, 不需浇注封底混凝土。
5、施工要点
5.1 水电设计
深井降水出水量较大, 结合现场情况, 抽出的水采用一定长度的排水管排入黄河。降水工程要求供电不能中断, 且各台泵能独立供电, 因此, 要自成系统, 专线供电, 并备随时能启动的备用发电机。
5.2 井点安装
(1) 采用钻机成孔。钻机就位必须稳固、水平, 控制成孔垂度;采用膨润土造浆护壁, 防止塌孔。 (2) 成孔后应立即安装井管, 井管下沉过程中用扶正器使井管中心与孔中心重合, 以保证井管周围的填砾厚度一致。 (3) 用活塞洗井, 直至水路畅通, 再安装深井水泵试抽。 (4) 待试抽出水清亮后, 接入正式水网。
5.3 抽水运行
降水井施工完成以后, 进入正式抽水运行阶段, 此阶段要求保证降水的连续性, 主要措施是:1) 保证供电不能中断, 备用发电机要在30分钟内启动并网。2) 制定严格的管理制度, 每天三班值班, 定期测量每口井的流量和水位。3) 成立抢修小组, 保证设备或管线有故障时能及时检修或更换。
5.4 施工观测
1) 定期观测水位变化, 一是掌握水位是否达到要求的降深, 以确定下一层土方可否开挖;二是防止水位超过需要的降深。2) 预先布置必要的水平位移及沉降观测点, 定期观测场区周边的位移及沉降, 以掌握降水对周边结构物的影响, 以便采取有效措施。适当设置观测井。观测井用于观测在降水过程中地下水位的变化, 除在基坑内布置观测井外, 为了控制基坑外的水位变化, 在坑外一定范围内布置观测井。对观测井的结构可比降水井的要求略低, 但应考虑水跃值尽量小, 一般成孔φ150mm, 井管φ90mm的钢管或塑料管, 在管壁上钻孔后包尼龙网即可。
6、结语
郑州黄河公铁两用桥1号墩基坑开挖采用“钢板桩围堰结合深井井点降水”的新技术, 取得了良好的效果。在施工过程中观测的板桩挠度与理论计算结果较吻合。此方法与一般的钢板桩围堰相比, 施工速度较快, 施工质量较好。该技术的使用取消了封底混凝土, 合计节约成本约80万。该方法对以后类似工程具有指导意义。
摘要：介绍钢板桩围堰结合深井井点降水技术在郑州黄河公铁两用桥1号墩承台施工中的应用情况。实践证明, 该方法具有施工速度快, 质量高, 效益好等特点。该方法对以后类似工程具有指导意义。
关键词：桥梁基础,深井井点降水,钢板桩,施工方法
参考文献
[1]刘建航, 侯学渊.基坑工程设计手册.中国建筑工业出版社
[2]钢结构设计规范 (GB50017-2003) .北京:中国计划出版社
[3]李克钏, 罗书学.基础工程.北京:中国铁道出版社
[4]薛守义.有限单元法.北京:中国建材工业出版社