某大桥双壁钢围堰计算资料

沪昆铁路长昆段CKTJ *标段

* * * * * 特大桥

双壁钢围堰计算书

中铁**局集团有限公司

二O一一年六月

双壁钢围堰设计

1工程概况

长沙至昆明铁路客运专线*****特大桥中心里程DK390+147.00，全桥总长533.93m，6#～9#墩跨舞水河设计为(80+128+80)m双线连续箱梁。7#墩基础采用24根Φ1.5m钻孔桩，一级承台尺寸为20.6m×13.4m×3m，承台底标高为260.569m。

1.1水文资料

桥址区下游约10km处为蟒塘溪水库，水位变化主要由水库控制。舞水河为Ⅶ级航道，桥位处河面宽约240m，设计通航净空尺寸为双向 4.5x32m，设计最高通航水位281.0m,设计最低通航水位270.0m。舞水河Q1/100=8751.02m3/s，H1/100=281.850m，V1/100=5.29m/s。6月19日连续降雨后实测最高水位281.25m。

1.2地质资料

7#墩处河床覆盖层较浅，表面卵石土约1.2m，向下约3.2m为强风化凝灰质板岩，强度σo=500KPa，再向下为弱风化凝灰质板岩，强度σo=1000KPa。

2钢围堰设计概况

2.1总体概况

双壁钢围堰顶面标高282.5m，底面标高257.5m，总高度25m，高度方向分为五节，底节高度4.5m中间三节高度为5m，顶节为5.5m。双壁钢围堰高度方向壁间厚度设计为1m。双壁钢围堰平面分为8块，各节之间以及各块之间均采用螺栓连接。单块最大重量11.73t，4.5m底节重60.15t。双壁钢围堰外径27.8m，封底C20混凝土厚度3m。

D内=L+2*Δb+（a2+b2）1/2+2*Δb

底节D

内

=（20.62+13.42）1/2+2*0.8=26.17m（取26.2m）

中上节不充填混凝土，填充沙子考虑加厚20cm，D

内

=26.2-0.2*2=25.8m；式中：

D内—钢围堰的内径（以m计）；

a —承台（若两层承台，则为下层承台）顺桥向宽；

b —承台横桥向最大尺寸（以m计算）；

△b-承台对角线处距围堰最近点距离，一般取0.75～1.0m,这里取0.813m；L—承台（下层）对角线长度（以m计算）。

圆形钢围堰内径尺寸的拟定，其外径为：

D外= D内+h

底节D

外=中上节D

外

=26.2+0.8*2=27.8m；

D外—钢围堰的外径（以m计）；

h—双壁钢围堰厚度；视围堰高度及承受的荷载确定，一般为

0.8～2.0m，标高265.00m以下拟取0.8m，标高265.00m以上拟取1.0m；

2.3钢围堰高度的确定

H = 施工期最高水位(经施工调查为281.5m)-封底混凝土高程+安全高△H

式中：安全高△H一般为0.5～1.0m（拟取1m）；

封底混凝土高程= 承台底高程- 封底混凝土厚度(拟取3m)；

封底混凝土厚度的确定：一般应大于2m，并保证在抽水、进行承台施工时增加围堰抗浮力及底部不漏（渗）水的需要。

计算得：H=281.5-（260.569-3）+1=24.9m(取25m)

3、结构设计

3.1主龙骨与面板

钢围堰沿内外壁圆周各布置160根竖向角钢作为竖向主龙骨，环向主龙骨为角钢，并在环向龙骨之间设6mm厚扁钢作加强肋板，内外壁之间设斜撑角钢。竖向、环向主龙骨与斜撑组成立体桁架，使内外壁形成整体。竖向龙骨、环向龙骨、斜撑材料上部壁间厚100cm部分分别为∠75×8、∠75×50×8、∠75×8；底节壁间厚分别为∠75×50×5、∠63×6、∠63×6。上、下部壁间面板厚度均采用5mm。外壁板竖向龙骨间距55cm，内壁板间距51cm，环向龙骨间距底节为90cm，中、上节为75cm。斜撑间距外壁板为109cm，内壁板间距为101cm。

3.1隔仓

在围堰环向分为8个隔仓，竖向设置隔仓板，隔仓板壁厚5mm。每个隔仓上下贯通，左右封闭。

3.3刃脚

围堰底部设置150cm高刃脚，底部用∠160x100x12角钢包脚。

3.4连接法兰

钢围堰每块之间均采用螺栓连接，法兰采用180*10mm钢板。围堰壁内外法兰均设螺栓孔，螺栓孔为30*25mm椭圆孔，螺栓采用Φ20*70mm普通螺栓。法兰之间设10mm 防腐型橡胶垫片止水。为确保施工现场拼装精度,在厂内试拼时,在每处法兰上加设3个定位销。

3.5其他配置

3.5.1吊点

在每块围堰上部设置两个吊点，用于拼装时起吊。底节钢围堰共设置4个主吊点，用于整体吊装下水。

3.5.2内外连通管

为保证封底混凝土浇注过程中内外水头平衡，在围堰下游和侧面共设置2个υ300mm的内外连通管，钢管与井壁间密焊。钢管伸入围堰端设有法兰并配有钢板堵头，可根据工序需要由潜水员开闭堵头板。

3.5.3壁内填充物

围堰拆除标高以下全部填充C20混凝土，拆除标高以上壁内填充砂，并在围堰接缝下50cm处设置混凝土圈梁。壁内混凝土采用水下灌注，每次灌注高度不得超过3m。

结构设计详见下图

3、双壁钢围堰结构计算

3.1荷载及计算工况 3.1.1荷载分类

围堰主要受到水的浮力、水的侧压力、土侧压力等荷载作用。 3.2.2各工况荷载分析 工况1，围堰下沉。 工况2，围堰抽水。 3.2.3封底混凝土的计算

围堰水下封底后，施工抽水时，封底混凝土需承受基底的向上浮力，初拟封底混

凝土标号为C30，其容重γ

=24KN/m2，厚度为4m，施工时对围堰清理保证封底混凝

混凝土

土有效厚度4，取4m混凝土计算。

1、混凝土设计强度值

2、封底混凝土验算

q=γ水h水－γ混凝土h混凝土=10×24-24×4 =144KN/m2=14.4 t/m2

3、按照周边固结双向板计算

Mx=0.198*p*(R-h/2)2=0.198*144*（25.8-3/2）2=16836KN.m

取单宽进行验算:

Ix= bh3/12=33/12=2.25 m4A=bh=3 m2

Wx=bh2/6=1/6×1×32=1.5 m3

σmax= Mx/Wx=16836/1.5=11.4Mpa>[fct]= 1.1Mpa

抽水至承台底标高后，混凝土将会被拉裂，需要采取加强措施。

3.2.4双壁钢围堰下沉计算

1、围堰自重

根据初步计算及估算，围堰自重钢结构重391.76t（25m）；首节高4.5m总重60.15t；填充混凝土568m3，重1363t；圈梁混凝土135m3，重323t；壁间填沙1338m3，重2007t，钢围堰总重

下沉到位时重量：Q=391.76+1363+323+2007=4084t。

2、首节下沉计算

首节下沉时，需保证围堰顶不备大潮淹没且便于接高围堰焊接。7＃墩在高水位时施工，最大水深为16.5m。

围堰断面面积按84m2，考虑首节围堰自重淹没深度h=60.15/84=0.72m，处于自浮状态。首节围堰顶面高出平台面约2.8m，不考虑填充混凝土。

3、围堰抗浮计算

封底混凝土厚度的确定以双壁钢围堰总重+封底混凝土重以满足克服抽水后双壁钢围堰总浮力的原则确定，暂确定为3m。

其抗浮检算公式为：抽水后双壁钢围堰的浮力Q=D（双壁钢围堰自重D1+封底混凝土重量D2+双壁间填充混凝土重量D3+双壁钢围堰壁间水重D4）

钻孔桩的抗拔力作为安全系数考虑，不列入抗浮检算，封底混凝土的标号为C30，混凝土单位重量取2.50t/m3。双壁钢围堰内外壁间填充混凝土与承台顶面同高。