新白沙沱长江特大桥2#墩围堰设计优化

摘要：新白沙沱长江特大桥2#墩围堰为中铁大桥局集团第八工程有限公司设计，采用八公司2m×6.3m标准模板和贝雷梁组拼而成，从经济上节省了材料费用，并可对贝雷梁和标准模板进行回收再利用，减少材料浪费。在工期上，围堰采用拼装栓接，加快了拼装的速度，节省了工期，为以后同类围堰施工提供了参考。

关键词：围堰设计；斜拉桥施工

中图分类号：U448文献标识码：A文章编号：

THE COFFERDAM’S DESIGE OF NEW BAISHATUO BRIDGE

GuYupeng1

(1. The 8th Engineering CO.,LTD.,MBEC, Chongqing, 400020, China)

Abstract：The new Baishatuo Yangtze River Bridge 2# pier Cofferdam for the design of eighth company of MBEC, together with eight companies of 2m * 6.3m standard template and Bailey beam group, from the economy to save the cost of materials, and the recovery of Bailey beam and the standard template reuse, reduce material waste. In the period, cofferdam by assembling bolt connection, to speed up the assembly speed, saving time, for later similar cofferdam construction provides a reference.

Key words：Cofferdam design；Cable-stayed bridge construction；

新白沙沱长江特大桥主桥结构双塔三跨双索面钢桁梁斜拉桥，对称布置为（81+162+432+162+81）m，全长920.4m，主梁采用双主桁，平弦等高度连续钢桁梁，上层通行四线客线，下层通行两线货线。其中2#主塔承台为圆端形承台，由于白沙沱桥水位较浅，枯水期时位于岸上施工。受工期影响，承台施工时，长江水位处于高水位期。受施工成本制约，需寻求一种经济而且低成本的施工方法进行承台施工，经过研究，结合现场施工条件，最终决定采用因此采用可导用贝雷梁做支撑骨架，公司生产标准模板作为围堰内外侧面板，进行承台施工。围堰布置图如下图1所示：

图1 围堰布置图

1 设计概况

钢围堰内平面尺寸为圆端形，长68.64m，宽35.48m，壁厚1.5m。根据工期安排及桥址处水位情况，围堰设计时考虑施工最大水头差为距承台底5.5m，墩封底混凝土厚度均为1.5m，不设内支撑。标准模板壁厚为6mm，竖肋：∠100×63×8，横肋：100×6，背带为2][14b。贝雷梁竖向布置，每隔90cm设置一排。封底混凝土采用C30，壁内填充混凝土均采用C20。

2 计算分析

根据2#墩承台施工组织设计，按以下最不利工况对围堰结构进行检算：钻孔桩已施工完毕，此时围堰外施工水位为+187.672m，围堰承受水头差5.5m，需对围堰侧板、贝雷梁桁架结构、封底砼承载力及围堰整体抗浮系数进行检算。

围堰处于最不利计算工况时需考虑如下荷载：围堰自重、水流力、静水压力荷载。

①围堰自重由模型自动考虑，并考虑1.2的自重系数。

②水流力计算：根据《铁路桥涵设计基本规范》，作用在围堰侧板迎水面上的流水压力F=KAV2/2g；计算得301kN；将Fw值以倒三角形式分配于流水压力面A上，算得水面处的水压强为3.05kPa。

③静水压力计算：静水压力同时考虑围堰侧板内及侧板外水压力，水容重按10kN/m³考虑。

④围堰侧板荷载加载示意：

图2 荷载加载及1/4有限元分析模型图

计算软件采用MIDAS CIVIL 2010进行分析建模，模型如图2所示。

3 计算结果

①围堰结构整体变形检算

结构位移等值线如下图3所示：

图3 结构位移图

从上图可以看出，结构最大位移发生在围堰迎水面短边侧板上部，最大位移值为7.3mm，满足施工要求。

②围堰侧板承载力检算

围堰侧板外壁板采用δ=6mm钢板；竖向加劲肋采用L100×63×6mm角钢，最大间距为350mm,跨度按1.5m考虑；横向加劲肋采用100×10mm钢板加劲，最大间距为700mm,跨度按0.35m考虑；竖向加劲肋受力最为不利，这里主要对竖向加劲肋进行检算。

竖向加劲肋考虑50倍厚度6mm板参与共同受力，其截面特性为：A=2750mm²，I=4058099mm^4， W=51530mm^3。加劲肋最大跨度为1500mm，由σ=M/W=170，则壁板加劲肋允许最大水头为：h=(10×170×51530)/(0.35×1.5×1.5×1e7)=11.1m>5.5m，满足要求。

面板按单向板计算得壁板允许最大水头为h=(10×170×51530)/(0.35×1.5×1.5×107)=13.3m>5.5m，满足要求。

③围堰壁板背带承载力检算

图4 围堰壁板背带承载力图

从上图4可以看出，背带最大组合应力为83MPa，小于170 MPa，满足要求。

④贝雷梁桁架承载力检算

图5 贝雷梁弦杆承载力图

图6贝雷梁竖杆承载力图

图7贝雷梁斜杆承载力图

最大弦杆轴向力为207kN

⑤封底混凝土承载力检算

根据施工组织设计，封底砼厚1.5m，与挡土墙结构浇为一整体，围堰侧板通过预埋件与挡土墙及封底砼连为一整体，需对封底混凝土与护筒之间粘结力、封底砼主拉应力及围堰整体抗浮安全系数进行检算。最不利工况下，封底砼主要承受以下荷载：水浮力、结构自重、围堰自重及配重、封底砼与护筒壁之间粘结力。各项荷载计算如下：

水浮力作用于封底砼底面上的压强P1=7.0×10=70kPa，则浮力总大小F1=P1A=156387kN；封底砼自重F2=77076kN；围堰及围堰侧板内配重压强按P3=43kPa考虑，则围堰自重及侧板内配重合力F3=19780kN。

⑥粘结力检算

根据模型计算结果，承台短边靠近中间的桩（下图中的1#桩）与封底砼之间的粘结力受力最为不利，需承受粘结力总和F粘=2304kN，则与钢护筒接触的单位面积平均粘结力为144kPa

⑦封底砼主拉应力检算

由于封底砼结构本身及承受的荷载均对称，为减少计算规模这里仅建立1/4封底砼模型，对称面施加正对称约束，模型建立如下（图中仅显示围堰侧板内配重荷载分布）：

图8 封底混凝土模型及计算结果图

如上图8所示，最大主拉应力为0.98MPa

⑧围堰整体抗浮安全系数检算

计算围堰整体抗浮时，砼与护筒壁之间粘结力按180kPa考虑，则粘结力合计F4=180×512.4=92232kN，则围堰整体抗浮安全系数：K=(F2+F3+F4)/F1=1.21>1.05，抗浮安全系数满足要求。

4 结论

经过计算确认，围堰安全可靠，本围堰设计不同于以往双壁钢围堰，所用材料主要为贝雷梁及标准6.3m×2m钢模板，经济性强，围堰拆除后可倒用至其他临时结构使用。因围堰皆为栓接，节省了大量施工时间，为项目节省了大量成本。

参考文献:

[1]中华人民共和国国家标准．GB50017--2003钢结构设计规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2010．

[2]中华人民共和国国家标准．GB50205--2001钢结构工程施工质量验收规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2001．

[3]夏志斌，姚谏编著．钢结构一原理与设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003．