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1、桥梁临时结构设计毕业论文桥梁临时构造设计毕业论文目录第1章绪论(1)1.1国外应用现状(1)1.2工程背景(3)1.3双壁钢围堰施工工艺简介(3)1.4双壁钢围堰受力分析(6)第2章双壁钢围堰设计构造力学方法(7)2.1围堰构造及尺寸(7)2.2设计荷载(8)2.2.1动水压力(8)2.2.2静水压力(9)2.2.3波浪力(9)2.2.4土压力(10)2.2.5风荷载(11)2.3计算工况(11)2.4围堰设计(11)2.4.1围堰支撑设计及检算(12)2.4.2水平环板设计及检算(14)2.4.3水平桁架的斜杆设计及检算(14)2.4.4竖肋设计及检算(16)2.4.5壁板应力验算(16)2
2、.5围堰抗滑移验算(17)2.6围堰整体抗浮验算(17)2.6.1围堰下沉系数计算(17)2.6.2封底混凝土强度验算(18)2.6.3围堰的整体抗浮验算(18)第3章双壁钢围堰的有限元分析(20)3.1双壁钢围堰有限元模型(20)3.1.1单元类型(20)3.1.2约束类型(21)3.1.3荷载施加(22)3.2工况一下计算结果(22)3.2.1面板应力(23)3.2.2竖肋应力(23)3.2.3水平环板(24)3.2.4水平桁架应力(25)3.2.5支撑应力(26)3.2.6实体混凝土应力(27)3.2.7变形(27)3.3工况二下的计算结果(28)3.3.1面板应力(28)3.3.2竖肋
3、应力(29)3.3.3水平环板(30)3.3.4水平桁架应力(31)3.3.5支撑应力(31)3.3.6实体混凝土应力(32)3.3.7变形(32)3.4结果分析(32)第4章双壁钢围堰施工工序(34)4.1钢围堰加工(34)4.2钢围堰拼装(34)4.3钢围堰下沉接高(35)4.3.1规化河床(35)4.3.2首节下沉(35)4.3.3钢围堰接高(35)4.3.4着床后下沉(35)4.3.5钢围堰基础处理(36)4.4钢围堰封底(36)4.4.1施工前准备(36)4.4.2混凝土浇筑导管布置(36)4.4.3混凝土导管封口(37)4.4.4混凝土正常灌注(37)4.5钢围堰抽水(38)4.6
4、钢围堰切割回收(38)4.7围堰施工要求(38)4.7.1质量要求(38)4.7.2安全要求(39)第5章结论(40)参考文献(41)致谢(42)附录A外文翻译(43)附录B设计图纸(58)第1章绪论1.1国外应用现状桥梁墩台基础大多位于水中，修建水中基础，最常用的方法就是围堰法。围堰的作用主要是防水挡土，使基础的施工能在排水或静水的环境中进行。围堰的发展主要经历了土石围堰、木板桩围堰和钢围堰这样的经过。土石围堰主要适用在2m水深以、流速0.5m/s下面、河床土层不透水或渗水较小的情况。木板桩围堰适用于水深4m以，河床为土层，且无防碍打板桩的大块石、树干等杂物的情况。钢围堰形式多样，在国主要有
5、拉森型钢板桩围堰、钢吊箱围堰和双壁钢围堰。由于钢围堰强度高，容易打入坚硬的土层，防水性能好，能按需要组合成各种外形，并可屡次重复使用的优点，在桥梁施工中常用于沉井顶的围堰、管柱基础、桩基础等。深水基础的修建，其核心问题在于防排水。由于深水环境对基础的设计理论和施工技术都会带来一些特殊问题。然而随着科学技术的发展，解决深水施工的技术措施亦得到迅速地提高和发展。双壁钢围堰就是在这种情况下应运而生的。双壁钢围堰常为圆形，也有为适应基础形状而作成异形的。其堰壁钢壳由有加劲肋的外壁板和多层水平桁架所组成。堰壁底端设刃脚，以利于切土下沉。在堰壁腔，用隔舱板将其对称地分为若干个密封的隔舱，以便利于不平衡的灌
6、水来控制其在下沉时的倾斜。双壁钢围堰同其它基础施工方法和工艺相结合，优势互补，也是桥梁基础施工的一个重大突破。双壁钢围堰施工的优势是深水、岩石河床，并且河床覆盖层薄，这样，围堰易趋于稳定，辅助措施少、费用低。同其他深水基础施工技术相比双壁钢围堰施工有着明显的优势：(1)构造简单、刚度大，施工方便，工期短，能够在完全下沉就位后作为大面积承载的基础的一部分。(2)采用双壁钢壳其强度更高，可受更大的外水位差产生的压力。(3)能适应各种基础的的形式，同时有更大的作业空间。(4)双壁钢围堰施工基本上不受墩位处水深的限制，若配合使用空气幕下沉等工艺，还可将围堰下沉到更深的覆盖层。即双壁钢围堰能在深水、厚覆
7、盖层的条件下采用；当岩面倾斜时，还可做成高低刃脚以防止其倾斜。(5)在围堰混凝土封底以前的工序简单；抽水及渡洪均不受施工水位限制，也不受季节限制。(6)适用于多种地质条件，切割后还可使用。这不仅有利干设备的利用，还能重复使用双壁钢围堰的，可充分发挥材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。这就是双壁钢围堰技术这些年来运用越来越多的主要原因。在我国，双壁钢围堰的施工方法，以浮运施工和缆索吊机吊运施工最为常见，尤其是浮运法施工。这事由于围堰主要用于深水基础的施工，大多数围堰在岸边设加工厂，然后通过浮运运至现场。长江大桥9号12号墩位于长江主河槽，水深流急，基础采用的是圆形双壁钢围堰施工。其中，10号
8、、11号墩钢围堰外径30.5m，径27.7m，壁厚1.4m，10号墩钢围堰总高度52m，总质量862t；11号墩钢围堰总高度43.2m，总质量727t。9号、12号墩钢围堰外径22.8m，径20.0m，壁厚1.4m，9号墩钢围堰总高度52m，总质量648t，12号墩钢围堰总高度36.2m，总质量454t。如此大型的钢围堰在当时初次采用，为此专门设计了一套针对该围堰的锚碇系统。此外，为了适应承台的形式，到达节约材料的目的，很多异形围堰被应用于桥梁建设中。如汤溪河桥10号墩，河床为倾斜陡坡，基础施工围高差达9m，这对桩基施工带来很大困难。于是采用了异形高低刃脚钢围堰方案，钢围堰设计为矩形构造，平面
9、尺寸为27.4m27.4m，壁厚1.2m。矩形钢围堰的受力状态较逊于常规的圆形钢围堰，因而在钢围堰用型钢设置了纵横两道支撑，以加强钢围堰的刚度。另外在钢围堰顺河向还设置了一道壁，用以增加钢围堰刚度和减少封底混凝土浇注数量。壁构造形式与外壁一样。钢围堰的高度和刃脚需按地形变化设置，其高度最大为14.7m，最小为3.9m。三桥北主塔基础承台施工原设计采用双壁有底钢套箱，钢套箱的总高度为20.1m，总重达2261t。根据现场情况和历年水文资料进行深化分析，最终优化为北索塔承台钢围堰呈哑铃形如图1-1，平面尺寸为84m29m，围堰壁体为双壁空箱构造，除最下端1.4m高刃脚呈三角形外，其余均为等截面，厚
10、1.5m。双壁钢围堰顶标高为+6.4m，底标高为-12.7m，分3节拼装，第1节高5.5m，第2节高6.0m，第3节高7.6m。钢围堰钢构造自重1709t，比原设计节约钢材552t。同时，双壁钢围堰的施工方法也得到了不断的改良，能够先将双壁钢围堰下沉就位封底混凝土，接着施工钻孔桩，最后再抽水施工桩基承台；可以以先施工钻孔桩，用钻孔桩的钢护筒，作为双壁钢围堰定位下沉的导向、支撑装置，最后再做混凝土封底、抽水施工桩基承台，下沙大桥就是采用了后者。双壁钢围堰同其它基础施工方法和工艺相结合，优势互补，也是桥梁深水基础施工的一个重大突破。市淮河公路大桥利用高压旋喷桩竖直帷幕止水技术加固地基，减少大型双壁
11、钢围堰人土深度进行水中承台施工的技术就是一个成功的例。高压旋喷桩结合钢围堰施工承台的优点是：施工简便，止水效果好、加固地基稳定，一次成形，未出现涌砂、穿底、漏水等意外问题，避免了为解决围堰下沉困难而采取的其它措施，并且桩体、围堰有效堵水后，省去了水下混凝土封底，同时施工对环境不产生污染、无噪音；进度快，多工序平行作业能有效缩短施工工期；成本低，效益明显，可节约大量的材料。因而，只要真正懂得了各种施工工艺的精华，然后因地制宜的将双壁钢围堰同其它的地基基础处理方法相结合，这样将会得到更优越的施工工艺。图1-1哑铃形钢围堰构造平面图及拼接顺序在国外，围堰不仅用于构造物的新建，而且也经常用于既有构造物
12、的修复。并且很早以前就有施工者采用双壁钢围堰来建设桥梁深水基础、长度较短的码头和其他水中构造物。国外使用的双壁钢围堰类型主要有两种，一是我们国普遍采用的用钢板围焊的双壁钢围堰，只是使用的比拟少罢了；另一种是钢板桩双壁钢围堰，就是将打入水中平行的两列钢板桩进行横向以及纵向连接和锁定，并在两层之间的间隙填人砂石或其他适宜的材料就成了双壁钢围堰。钢板桩双壁钢围堰作为双壁钢围堰的一种类型在欧洲和美洲，以及亚洲的日本和中国的地区应用最为广泛。如位于美国加利福尼亚州的海峡大桥采用了在陆地上预先制作双壁钢围堰，然后采用驳船浮运就位来施工桥墩基础。该双壁钢围堰就是上述的第一种类型。1.2工程背景某桥梁深水承台
13、双壁钢围堰，水深9m、水流速度为1.5m/s；承台为圆端形如图1-2，长11.9m宽14.4m厚2+4m，圆端处半径为7.2m，桩径1.5m；河床面到承台顶高6.0m，河床面土质为密实细砂；围堰设计平面形状为圆端形如图1-3。1.3双壁钢围堰施工工艺简介根据桩基础施工的先后顺序，双壁钢围堰的施工分为先下钢围堰后成桩和先成桩图1-2承台平面图(单位：m)图1-3钢围堰平面图(单位：mm)后下钢围堰两种施工方案。有时为了加快施工进度，在条件容许的情况下也会采用边下沉围堰边进行桩基础的施工工序。目前双壁钢围堰的施工工艺流程如图1-4。施工要点讲明：1制造双壁钢围堰时立面分若干层，平面分若干块，其大小要根据制造设备、运输条件和安装起吊能力而定。条件许可时，块件宜大，以减少工地焊接，提高质量，加快施工进度。2钢壳在水中靠灌水压重下沉，而在覆盖层中靠填充混凝土压重和堰抽水取土下沉。3下沉到位的钢围堰，其钢壳的刃脚应全部稳妥的支立于基岩面上，以保证清基和顺利钻孔。4当墩身混凝土筑出水面后，就可拆除双壁围堰的上部，切割均在堰进行，壁在无水的环境下切割，外壁在灌水后的静水环境中切割。