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南京长江第二大桥主塔基础钢围堰渡洪分析

[08-22 12:28:04]   来源:http://www.67jzw.com  桥涵工程   阅读:8885

概要: (南京长江第二大桥建设指挥部) 【摘要】本文根据南京二桥主塔钢围堰施工情况、地理条件、自然环境,在考虑波浪荷载作用的基础上,对钢围堰施工用基底应力、稳定进行了详细分析,确定了钢围堰安全渡洪的条件。 【关键词】钢围堰 渡洪 分析 南京二桥 一、桥塔钢围堰情

南京长江第二大桥主塔基础钢围堰渡洪分析,标签:工程设计,http://www.67jzw.com
  (南京长江第二大桥建设指挥部) 【摘要】本文根据南京二桥主塔钢围堰施工情况、地理条件、自然环境,在考虑波浪荷载作用的基础上,对钢围堰施工用基底应力、稳定进行了详细分析,确定了钢围堰安全渡洪的条件。 【关键词】钢围堰 渡洪 分析 南京二桥 一、桥塔钢围堰情   (南京长江第二大桥建设指挥部) 【摘要】本文根据南京二桥主塔钢围堰施工情况、地理条件、自然环境,在考虑波浪荷载作用的基础上,对钢围堰施工用基底应力、稳定进行了详细分析,确定了钢围堰安全渡洪的条件。【关键词】钢围堰 渡洪 分析 南京二桥一、桥塔钢围堰情况概述南京长江第二大桥南汊桥是主跨为628m的钢箱梁特大型斜拉桥,在目前同类桥梁中国内第一、世界第三。南汊主桥桥位在南京长江大桥下游11km处,位于长江主航道上。南汊桥桥址断面江宽1100m,桥位主槽贴近北岸,河床断面呈不对称的V型,河道中布置两个主墩,北主墩在深槽,南主墩江床面较高,流速也较小。南汊主桥两个深水基础于1997年10月开始施工,作为主塔施工平台和围水设施的双壁铜围堰外征 36m,内径 33m,南、北钢围堰高度分别为 54.25m和 65.5m,是目前国内直径与高度均为最大的钢围堰。根据建设指挥部的工作部署,南、北钢围堰已分别在2月中旬、3月中旬着岩,将在4月上旬、5月上旬完成钢围堰封底,6月底、7月底分别完成3根钻孔灌注桩施工。1998年 3月份,南京下关水位就达到+5.0m(黄海高程,下同),较常年高出2.0m,同时1997年全球又出现了厄尔尼诺现象,按照我们对厄尔尼诺现象的统计来看,今年汛期水位高而且提前来临,估计在 6月份长江水位就有可能达到+7.0m,汛期在 6~9月份。主塔钢围堰安全渡洪对南京二桥建设至关重要,北塔地处主漕深泓区,水深流急,施工计划又滞后,是钢围堰安全渡洪的决定因素,故以北塔钢围堰为例,对钢围堰必然经历的三个阶段(即着岩、封底、有桩)至少有一个阶段经历长江汛期,放对渡洪条件进行分析,以便于合理安排施工。北主墩河床高程为-24.63~31.10m,水深达 28.0~34.3m,覆盖层厚度大,最大达32m,钢围堰周边基岩面高程在-55.5m左右,岩体为极软质岩类,容许承载力为600KPa,微新砾岩的容许承载力也仅为 l~ 1.2MPa,钻孔灌注桩按摩擦桩设计。钢围堰从 1997年11月初拼装接高下沉,至1998年1月初钢围堰着床时,其周围覆盖层冲刷至平均标高一36.5m,至1998年3月中旬,钢围堰在标高-55.5m着岩,钢围堰周围覆盖层冲刷至平均标高-38.5m。《南京长江第二大桥南汊桥桥墩局部冲刷研究报告》指出,在南汊桥四年施工期间,钢围堰周围覆盖层将全部给冲刷掉,但根据过去长江上大桥实际发生的冲刷判断,完成局部冲刷需3~4年,预计在2000年6月底前。覆盖层可能冲刷至-45.0m高程,详见图1。二、钢围堰渡洪分析计算1.钢围堰荷载 钢围堰自重 G1= 17709kN,井壁混凝土的重量G2= 194424kN,井壁内水的重量 G3=21125kN,封底混凝土的重量G4=137208kNo钢围堰承受的浮力 G5=101563kN,封底混凝土承受的浮力G6=57170kN。2.施工荷载钢围堰平台重量F1=2825kN,钻机重量F2=5400~7200kN。3.风荷载、水流荷载根据南京长江第二大桥南汊主桥实测资料,钢围堰承受的风力H1=142.3kN。风力H1产生的弯矩M1=9391.8kN·m。钢围堰迎水面承受的压力H2=6740kN,H2产生的弯矩M2=304423kN·m。4.波浪荷载在目前的《公路桥涵设计规范》中,对江河流域中墩台承受风浪力荷载尚没有明确的计算方法,但根据南京市气象台的资料,在南京长江水域中,在大风的作用下,确实有浪高2.0m的风浪发生,钢围堰安全渡洪至关重要,因此,在钢围堰滚洪分析计算中,考虑波浪力对钢围堰稳定的影响。目前计算波浪荷载的理论及公式有很多,在本文的计算中采用立波理论,即认为波浪在钢围堰处完全反射,不产生碎波。(1)波浪要素的确定根据南京市气象台提供的南汊主桥区最大浪高Hl=2.0m,根据设计流速为 3.0m/s,进行波浪要素的确定。根据以上两个因素,在《海港水文规范》中的小风区风浪要素计算图表中查得风浪周期T=5.0s。由下式确定波浪的波长L:经计算可得: L= 39.0m。(2)波浪力的确定因为钢围堰直径 D= 36.0m,为保

www.67jzw.com守起见,在计算波浪力时,将钢围堰看作直墙式建筑物。以立波理论为基础进行计算,式中,h指最大冲刷线以下覆盖层的厚度,d=L/2,hd指水平面至钢围堰底部的距离。将上述参数代人上式,可得到波浪力H3=5172.4kN;波浪力H3产生的弯矩M3=298408kN·m。5.施工期间飘浮物撞击荷载在南汊主桥施工期间,在加强了望、值班及港监巡逻等措施的基础上,还发生过小船碰撞事件,为确保钢围堰安全渡洪,故在对钢围堰的渡洪分析中,考虑飘浮物撞击荷载。钢围堰在施工期间受的船撞力H4=900kN,船撞力H4产生的弯矩M4=56250kN·m。6.覆盖层对钢围堰产生的荷载根据施工中钢围堰刃脚段实际下沉至一55.5m的标高,以及在施工过程中控制北塔钢围堰周围的覆盖层冲刷标高不得低于-45.0m等规定进行如下分析计算。根据地质勘探资料及实际施工情况,判定在-45.0m~-55.5m标高范围内,覆盖层基本为中粗砂,平均侧壁摩阻力τ=50KPa。钢围堰承受的侧壁摩阻力F3大约为 71252kN。7.三个阶段钢围堰抗滑动、抗倾覆分析因钢围堰高度达 65.5m,而控制的覆盖层厚度仅为 10.5m,为安全起见,在对钢围堰渡洪分析计算时,不考虑覆盖层的有利作用,作为安全储备。a.考虑钢围堰刃脚段没有冲空,对钢围堰封底前及封底后的稳定进行分析,结果汇总如表1。b.基底应力估算(i)钢围堰没有封底时在此工况下,钢围堰的基底应力很大,钢围堰容易发生倾斜,平面位置不能稳定,钢围堰不能安全渡洪。(ⅱ)钢围堰已完成封底混凝土浇注时钢围堰自重、井壁混凝土重量、钻机重量、平台重量认为由钢围堰刃脚段承受,水平荷载及弯矩由钢围堰与封底混凝土共同作用,计算如下:在此工况下,钢围堰平面位置难以发生倾斜。c.在完成21根钻孔灌注桩情况下,根据设计单位的计算,即使在钢围堰刃脚段被冲空的情况下,钢围堰也能够安全渡洪。三、小结(1)南京二桥主塔基础钢围堰在没有完成封底混凝土浇注的情况下,稳定安全系数较低,地基应力难以通过验算,安全渡洪的风险较大;钢围堰在封底后,能够安全渡洪;由于水汛、水性及地质情况存在一定程度的不确定性,尚存钢围堰底部冲空的极小可能性,考虑长江特大基础的重要性,有桩渡洪可保万无一失,而且二桥建设指挥部的工期安排,可以做到有桩渡洪。(2)对钢围堰内的清基要求将松动的卵石、浮层清理干净,使钢围堰内呈锅底形或馒头形,以锅底形为最好,馒头形次之,钢围堤内呈平面状为最差,保证封底混凝土与岩层紧密接触,则钢围堰无桩渡洪的安全度更高。(3)钢围堰直径、高度等因素对钢围堰渡洪也有有利的一面,即增加了自重,增加了竖向荷载。(4)钢围堰稳定即使在考虑波浪荷载的作用,封底后钢围堰仍有很大的渡洪安全系数。参考文献[1]公路桥涵设计规范.北京:人民交通出版社[2]港口工程技术规范.北京:人民交通出版社[3]M.J.汤姆林森著,桩的设计和施工.朱世杰译.北京:人民交通出版社[4]凌治平主编.基础工程.北京;人民交通出版社[5]中华人民共和国交通部发布.公路桥涵施工技术规范,北京:人民交通出版


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