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沅江大桥双壁钢围堰锚碇系统设计与施工技术

日期: 2017-04-11
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       摘  要:本文主要介绍沪昆客专长昆湖南段沅江大桥双壁钢围堰锚碇系统的组成及作用,锚碇系统的设计、施工等方面的内容,提出了适合在该水文地质条件下钢围堰锚碇系统的计算和施工方法,为类似桥梁施工提供借鉴。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-7114129.htm
  关键词:双壁钢围堰  锚碇系统  设计 施工 
  1. 工程概况 
  1.1概述 
  沪昆客专长昆湖南段沅江大桥,位于湖南省怀化市中方县铜湾镇镜内,桥梁跨越沅江。桥梁总长404.94m,跨度布置为(88+168+88+40)m双线预应力混凝土刚构连续箱梁,如图1所示。其中1#、2#主墩为深水基础,采用圆形双壁钢围堰施工,钢围堰外径36m,内径33m,壁厚1.5m,高度26m,重量800t。根据本桥的水文地质条件,设计了一套锚碇系统,为沅江桥钢围堰施工准确定位提供安全保证。 
  图1  沅江大桥跨度布置示意图 (单位cm) 
  1.2水文地质 
  桥梁位于铜湾水电站上游1.9km,属发电蓄水区域。常水位152.50m、水深23.5m―25.0m。,施工最高水位153.5m(五年一遇洪水位),水位及水流流速主要受下游电站控制,洪水期水流流速0.8m/s。 
  主墩墩位处地质条件复杂,河床为裸露基岩,1#墩位处无覆盖层,2#墩位处有1m左右覆盖层。墩位处岩质为含砾砂岩、白云质灰岩。岩面倾斜最大倾角达45度,岩石强度大于1000kpa。 
  2. 锚碇系统的组成 
  沅江大桥钢围堰的锚碇系统主要通过定位船、导向船、拉揽及混凝土锚碇组成。根据沅江桥的地质、水文资料及施工条件,参照已往类似桥梁的施工经验,进行锚碇系统的选择和设计。锚碇系统布置图见图2。 
  图2  锚碇系统布置图(单位m) 
  2.1定位船设置及作用 
  定位船仅设置了前定位船,距离桥轴线130m,定位船上安装有滚筒马口、将军柱、卷扬机、滑车组等。所需的定位船不仅要考虑其强度,还需考虑设备的布设面积。为减少船舶设备的投入,采用2个直径2.9m、长15米的钢护筒两端封闭,顶面铺设型钢组装成定位船。定位船起到随时收放缆索来调整钢围堰位置及调节主锚受力的作用。定位船顶面设备布置如图3所示。 
  图3  定位船平面布置图(单位cm) 
  2.2导向船设置及作用 
  为了方便钢围堰的下沉、接高及定位,在钢围堰两侧配置了两艘300t导向船,两艘导向船用贝雷梁和加强弦杆组成的联结梁连成整体。导向船体系主要起到了调整、确定钢围堰位置作用。同时又与50t履带吊形成浮吊用于第2节―第4节钢围堰的起吊、拼装。 
  2.3混凝土锚碇及拉揽 
  锚碇采用了15t混凝土锚碇,主锚设4个,边锚各一个,尾锚为2个15t混凝土八字锚。主锚主要承受顺水流方向的风阻力及水流阻力,主锚的间距理论上与水流方向夹角越小受力越好,但要根据实际情况合理确定。侧锚主要为固定、调节导向船垂直于水流方向位置。尾锚主要保证导向船及钢围堰位置的稳定。所有锚碇与钢围堰、导向船之间的连接都是通过拉揽完成,拉揽主要起到传递拉力的作用。 
  3. 锚碇系统的设计计算 
  3.1设计依据及原则 
  (1)施工最高水位:最高水位153.0m计算(在围堰即将河床前,围堰最大入水深度控制为25.5m)。 
  (2)计算流速:按洪水期流速0.8m/s取值。 
  (3)基本风荷载:查公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89),全国基本风压分布怀化地区为W0=0.4KN/m2。 
  (4)钢围堰直径36m,高26m。连接梁采用贝雷片,长45m,宽0.9m。 
  (5)导向船两艘320t,马力120马力,长41m宽6.5m高4.0m,吃水深度0.8m。定位船为钢护筒改装,长15m宽6m高3.0m,吃水深度1m. 
  (6)设计原则:按钢围堰下沉至即将着床的状态,锚碇系统受力最大进行计算。 
  3.2锚碇设施的计算 
  3.2.1钢围堰动水压力R1 
  R1=KγAV2/2g=0.8×10×918×0.82/(2×9.81)=239.4KN 
  式中:K―水流阻力系数,圆形取K=0.8 
  γ―水的重度   γ=10KN/m3 
  g―重力加速度   g=9.81 m/S2 
  A―围堰入水部分在垂直水流平面上的投影面积 A=36×25.5=918m2 
  V―计算流速V=0.8m/S 
  3.2.2围堰风阻力R2 
  R2=KKZW0F=1.0×1.0×0.4×18=7.2KN 
  式中: K―风载体形系数  K=1.0 
   KZ―风压高度变化系数:偏大取,KZ=1.0 
  F―挡风面积(m2)围堰露出水面的高度为0.5m  F=36×0.5=18m2 
   W0=0.4KN/m2 
  3.2.3导向船组水流阻力R3 
  R3 =n×(fSV2+ΨA1V2) ×10-2=2×(0.17×292.2×0.82+5×5.2×0.82)×10-2=0.97KN   中:f―铁驳摩阻力系数,取f=0.17 
  S―船舶浸水面积 S=L(2T+0.85B)=292.2 m2 
  L―船舶长度(41m) 
  T―吃水(0.8m) 
  B―船宽(6.5m) 
  Ψ―阻力系数,圆头船取Ψ=5 
  A1―船舶垂直水流方向的投影面积,A1=TB=0.8×6.5=5.2m2 
  V―计算流速V=0.8m/s 
  N船只数量 
  3.2.4导向船风阻力R4 
  R4= K1KZ1W0F1×2=1.0×1.0×0.4×20.8×2=15.9KN 
  式中:K1=1.0 KZ1 =1.0 
  F1―1艘导向船的挡风面积,F1=6.5×3.2=20.8m2 
  W0=0.4KN/m2 
  3.2.5定位船水流阻力R5 
  R5 =n×(fSV2+ΨA1V2) ×10-2=1×(0.17×106.5×0.82+10×6×0.82)×10-2=0.5KN 
  式中系数与前述相同。 
  3.2.6定位船风阻力R6 
  R6= K1KZ1W0F1=1.0×1.0×0.4×12=4.8KN 
  式中系数与前述相同。 
  3.3主锚受力计算及拉揽选择 
  3.3.1主锚计算 
  主锚所受的总锚力R 
  R= R1+R2+R3+R4+R5+R6 = 239.4+7.2+0.97+15.9+0.5+4.8=268.8 KN 
  根据以往类似桥梁施工经验,并考虑到现场的施工条件,若采用大重量的混凝土锚太重,抛锚比较困难。因抛锚区有淤泥和卵石,2#主墩拟采用4个15t混凝土作为主锚。 
  则每个主锚的受力为:R单主=26.88/4=6.72t  单个混凝土锚重量为15t>6.72t  ,符合要求。 
  3.3.2钢丝绳计算 
  (1)主锚钢丝绳验算: 
  根据下式进行验算: 
  K=αFg/R   则Fg=KR/��=5×6.72÷0.82=409.8KN 
  式中:K―为钢丝绳的安全系数。取K=5 
  α―考虑钢丝绳之间荷载不均匀,系数α=0.82 
  Fg―钢丝绳钢丝破断拉力总和 
  R―1个主锚的受力 67.2kN 
  由上式得出的结果,可选用6×19―28-1670,破断力432KN的钢丝绳作为主锚的钢丝绳。 
  (2)主锚钢丝绳长度: 
  其中:lm--钢丝绳长度 
  h―锚位处水深,取h=25.5m 
  R―1个主锚受力67.2kN 
  P―每米钢丝绳在水中的重量,按空气中重量的70%计。 
  故每根锚绳的长度L=828.3/4=207m,若以单根锚绳受力计算,则有单根锚绳长度L=414.8m,综合两者取锚绳LM=300m,不含30m锚链长度。 
  3.3.3锚链的选择 
  主锚锚链计算:安全系数取4,链径=  32.8mm(其中p为主锚受力),锚链取36mm,锚链长度理论上应为L=2.5h=2.5×26=65m,考虑水流及现场实际情况取锚链长度为30m。 
  3.4尾锚、边锚及拉揽选择 
  尾锚按主锚受力的50%考虑,计算同主锚。尾锚采用2个15t混凝土锚,按45度角八字形布置,尾锚钢丝绳长度与规格与主锚钢丝绳相同。每个锚均配30m锚链,链径36mm。 
  根据施工条件、水文状况,边锚各设一个15混凝土锚,靠岸边侧设地锚,边锚钢丝绳长度与规格与主锚钢丝绳相同。尾和边锚均按短锚绳考虑,除地锚外每个锚均配30m锚链,链径36mm。 
  3.5围堰下兜揽 
  为控制钢围堰下沉时下端位置,在距钢围堰下端4m处的围堰壁上附有2个拉缆点(围堰中心线两侧各设一个,其间距为12m,形成对称),设置2根6×19―28钢丝绳下拉缆,下拉缆上游端经定位船的系缆桩导向至绞缆系统,实现围堰底端的调整。为了安全,围堰所受水流按均布考虑。计算图式如图4所示。 
  图4  围堰受力计算图式 
  由图示模式计算得;α=28.91o,β=31.34o 
  T×23.5 cos13.2=(R×12.75+ R×1) 
  经计算求得, T =153.3KN 。结合施工,选用2根6×19―28钢丝绳下拉缆完全满足施工要求。   4.锚碇系统的施工 
  抛锚应在无风无雨,能见度好的条件下进行。由测量人员测出锚位后利用浮吊船抛锚。 
  4.1抛锚前准备工作 
  (1)准备好400吨驳船加70吨吊车作为浮吊抛锚船,另加一艘300吨运输船。 
  (2)准备好前定位船、锚、锚链、钢丝绳等机具设备。 
  (3)做好抛锚位置坐标的计算及放样准备工作,并与海事部门联系维护水上航行秩序,保证抛锚的安全。 
  4.2抛锚 
  抛锚主要利用浮吊船,和运锚船共同完成。由浮吊把锚碇吊起,缓慢的放入到水中,下放时要用绳索控制锚鼻的方向,确保拉点方向的准确。锚碇现场抛锚施工如图5所示。抛锚完成后,主锚偏差在4米以内,尾锚和边锚偏差在5米左右。 
  图5  锚碇现场抛锚施工图 
  4.3锚碇系统施工步骤 
  钢围堰浮运前,必须按设计要求和角度提前放样抛锚。 
  (1)前定位船抛锚碇位。用缆索把主锚落在抛锚船上,抛锚船把主锚运到锚碇位置上游10米处后抛锚,然后用抛锚船对锚绳预拉。用另一艘拖船把定位船牵引至锚碇位置与主锚相连。 
  (2)同样的方法抛设导向船的边锚、尾锚。 
  (3)导向船组及围堰由江边码头浮运到墩位处,锚碇好导向船组调整收紧各锚绳、拉缆,使锚碇系统处于稳定状态。
  (4)钢围堰的着床定位是施工中重要而关键的工序,直接影响到围堰最终的定位质量。通过定位船上拉揽及导向船上设置的导链系统调整,实现钢围堰的精确定位。围堰着床前,用全站仪观测套箱顶上顺横桥向的两个点,调整围堰的倾斜和偏位,直到两点的坐标与设计坐标基本相符为止,然后立即启动抽水机间隔向18个隔仓均衡同时注水,使围堰迅速下沉着床。围堰下沉到位后潜水员下水探明围堰底部着床情况,对底部刃脚与基底空隙用袋装水泥塞垫,确保围堰底部着床良好、稳固。 
  5. 结语 
  锚碇系统是固定钢围堰的重要设施,准确的钢围堰定位系统是保证钢围堰成功的首要条件,对钢围堰施工成败起着关键作用。锚在锚位抛设完成后,尽快形成对拉体系,随抛随时绞紧拉直,以免使先后抛设的锚绳绞在一起。同时对锚进行全部预拉,接着将定位船、导向船通过拉揽进行调整,在调整的过程中注意使各锚受力均匀。另外,日常应派专人负责拉揽的检查和养护,并根据水位的变化及时调整拉揽的长度,使锚碇系统始终处于良好的状态。 
  参考文献 
  [1]高速铁路桥涵工程施工技术指南[S].铁建设(2010)241号 
  [2]钢结构设计规范(GB 50017-2003)[S]. 
  [3]罗瑞华,于祥君.芜湖长江大桥双壁钢围堰锚碇系统设计与施工[J].铁道标准设计,2002(9):32―35. 
  [4]吴建军.深水双壁钢围堰施工[J].铁路建筑,2002(12):31―33 
  [5]狄为民.双壁钢围堰在山区河流桥梁基础中的应用[J].铁道标准设计,2005(4):39―41. 
  [6]时天利,任回兴,贺茂生.苏通大桥双壁钢围堰设计与施工[J].世界桥梁,2007,(3).

       原文地址:http://www.xzbu.com/1/view-7114129.htm

 

师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
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