桥梁基础钢围堰工作状态结构验算

陈 正

（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610041）

1 工程简介

某大桥主桥为变截面C55 预应力砼连续刚构桥，主桥6#、7#墩基础常年在库区最低水位以下，各采用9 根直径2.2m 的钻孔灌注桩，桩基呈3×3 行列式布置，按嵌岩桩设计，桩长39m；承台为14m×15m 矩形，高4.5m。

桩基护筒采用φ2.6m，壁厚16mm 钢护筒。

图1 平台立面图

2 桥梁基础施工方案

桥区受三峡库区蓄水影响，年水位落差达30m，根据总体施工组织设计结合项目工期安排，6#墩基础水深超过22m、钢护筒平均长度约28m，7#墩基础水深超过37m、钢护筒平均长度约42m，且基础覆盖层浅、河床坡比较大，如何在钢护筒导向架上完成钢护筒精确对接及下沉，是施工的难点之一。为保证施工工期，钻孔需配置大量大型钻孔机械，对钻机性能要求高；设计钢平台顶至基桩底约57m，因此对泥浆的配制及钻孔操作等施工工艺和施工组织管理方面都提出了更高的要求；三峡库区内，水位高差变化大且频繁，也增加了水上施工难度和危险性。

根据墩位处的实际施工水深和地质条件以及基础设计的具体形式，采用“库区无覆盖层钢护筒平台施工方法”，另外，为保证平台作业空间，还需结合钢管桩与钢护筒形成整体平台，在桩基施工完成后拆除钢管桩及顶部平台系统，并开始钢吊箱围堰下放接长工作。

3 钢围堰结构

3.1 钢围堰总体布置

大桥主墩基础钢围堰采用正方形双壁壳体结构，钢围堰外边长18m，内边长16m，围堰双壁厚1.0m；钢围堰总高13m。

3.2 钢围堰总体构造

围堰沿高度方向分成了2 个节段，即：6.0m（刃脚段）+7.0m（标准段）；每一边分为两个隔仓。围堰制作材料均采用Q235B 钢材，外壁板6.0m（刃脚段）采用16mm 厚钢板，7.0m（标准段）采用12mm 厚钢板，内壁板采用6mm 钢板，壁板竖肋为L75×6 角钢，内外壁板上的间距为36cm，钢箱处竖向间距为50cm，横向为40cm；钢围堰底部9m 范围水平托架竖向间距值为1.0m，顶部间距采用2×1.25m 和1.5m，其水平斜撑杆采用L80×6 角钢。钢围堰总体平面构造如图2所示。

图2 钢围堰平面构造图

4 钢围堰工作状态结构计算

钢围堰在其自身拼装形成过程中和其下沉就位后的各种工作状态下，均受到静水、流水、风力等外界的作用，为了满足在各种外界力的作用下，钢围堰结构能够完好的工作，处于良好的工作状态，从而实现它的各种功能，需要对其在各种状态下进行结构计算。

4.1 围堰堰壁在静水压力作用下的强度验算

钢围堰在堰内抽水完成以后，由于内外水头差较大，此时其处于不利的受力状态下，应对无填壁砼的围堰壁进行强度计算。围堰壁竖向角钢最大间距为a2=0.36m，水平环板及斜杆间距为b=1.0m。

因为：0.36m/1.0m=0.36＜0.5

按单向板计算，取下面的三等跨连续梁计算图式，如[3]所示。

图3 围堰外壁板简化计算图式

则。

外围堰壁的材质为Q235：

[σ] = 1.3×140=182MPa。

按规范规定，考虑临时工程容许应力提高系数1.3。其断面的惯性模量为24：

断面容许的最大弯矩为：

由Mmax≤ [M]得：Mmax≤4368N·m

通过查表可得到三等跨连续梁跨中最大弯矩，进而反算最大水头差为41.85m，则设计围堰水头差为159.3-146.3=13m＜41.85m 满足设计要求。

4.2 壁板竖向角钢受力计算

水平环板间距为1.0m，竖向角钢按三等跨连续梁验算。考虑部分壁板与竖肋共同受力，竖肋角钢与堰壁的组合截面如图4所示。根据三跨连续梁的内力分部情况，取负弯矩段进行验算，参与受力的面板宽度取19cm。

图4 竖肋角钢与堰壁的组合截面

断面惯性矩计算：

角钢的截面参数可查得，设矩形截面的面积为A距，角钢截面面积为A角，对组合截面形心轴取矩则有：

yc= 6.42cm

进而：

围堰内抽水最大水头差为h0= 11.8m，取13m 计算，不考虑夹壁混凝土作用，作用在竖肋角钢上的最大压力q=h0γ来考虑。假设宽a= 0.36m的q均由截面形式如图所示的竖向角钢承受。

最大弯距在支点处为4.77kN·m，最大剪力为28.66kN。

于是，截面受到的最大应力为103MPa,小于容许应力。

考虑围堰抽水时，围堰刃脚以上8m 已经浇筑完成夹壁混凝土，在13m 水头差工况下，该区域受力能确保安全。

5 结论

通过以上计算可知，围堰水头差为13m 满足设计要求，在堰内抽水达到最大水头差时，围堰壁竖肋角钢处于良好的受力状态，其受力处于合理状态，整个围堰结构在使用状态下的整体强度、刚度均在规范允许范围内，满足施工需要。