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南京長江第二大橋主塔基礎鋼圍堰渡洪分析

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標簽:工程設計, 南京長江第二大橋主塔基礎鋼圍堰渡洪分析,http://www.nvlbio.live
  (南京長江第二大橋建設指揮部) 【摘要】本文根據南京二橋主塔鋼圍堰施工情況、地理條件、自然環境,在考慮波浪荷載作用的基礎上,對鋼圍堰施工用基底應力、穩定進行了詳細分析,確定了鋼圍堰安全渡洪的條件。 【關鍵詞】鋼圍堰 渡洪 分析 南京二橋 一、橋塔鋼圍堰情   (南京長江第二大橋建設指揮部) 【摘要】本文根據南京二橋主塔鋼圍堰施工情況、地理條件、自然環境,在考慮波浪荷載作用的基礎上,對鋼圍堰施工用基底應力、穩定進行了詳細分析,確定了鋼圍堰安全渡洪的條件!娟P鍵詞】鋼圍堰 渡洪 分析 南京二橋一、橋塔鋼圍堰情況概述南京長江第二大橋南汊橋是主跨為628m的鋼箱梁特大型斜拉橋,在目前同類橋梁中國內第一、世界第三。南汊主橋橋位在南京長江大橋下游11km處,位于長江主航道上。南汊橋橋址斷面江寬1100m,橋位主槽貼近北岸,河床斷面呈不對稱的V型,河道中布置兩個主墩,北主墩在深槽,南主墩江床面較高,流速也較小。南汊主橋兩個深水基礎于1997年10月開始施工,作為主塔施工平臺和圍水設施的雙壁銅圍堰外征 36m,內徑 33m,南、北鋼圍堰高度分別為 54.25m和 65.5m,是目前國內直徑與高度均為最大的鋼圍堰。根據建設指揮部的工作部署,南、北鋼圍堰已分別在2月中旬、3月中旬著巖,將在4月上旬、5月上旬完成鋼圍堰封底,6月底、7月底分別完成3根鉆孔灌注樁施工。1998年 3月份,南京下關水位就達到+5.0m(黃海高程,下同),較常年高出2.0m,同時1997年全球又出現了厄爾尼諾現象,按照我們對厄爾尼諾現象的統計來看,今年汛期水位高而且提前來臨,估計在 6月份長江水位就有可能達到+7.0m,汛期在 6~9月份。主塔鋼圍堰安全渡洪對南京二橋建設至關重要,北塔地處主漕深泓區,水深流急,施工計劃又滯后,是鋼圍堰安全渡洪的決定因素,故以北塔鋼圍堰為例,對鋼圍堰必然經歷的三個階段(即著巖、封底、有樁)至少有一個階段經歷長江汛期,放對渡洪條件進行分析,以便于合理安排施工。北主墩河床高程為-24.63~31.10m,水深達 28.0~34.3m,覆蓋層厚度大,最大達32m,鋼圍堰周邊基巖面高程在-55.5m左右,巖體為極軟質巖類,容許承載力為600KPa,微新礫巖的容許承載力也僅為 l~ 1.2MPa,鉆孔灌注樁按摩擦樁設計。鋼圍堰從 1997年11月初拼裝接高下沉,至1998年1月初鋼圍堰著床時,其周圍覆蓋層沖刷至平均標高一36.5m,至1998年3月中旬,鋼圍堰在標高-55.5m著巖,鋼圍堰周圍覆蓋層沖刷至平均標高-38.5m!赌暇╅L江第二大橋南汊橋橋墩局部沖刷研究報告》指出,在南汊橋四年施工期間,鋼圍堰周圍覆蓋層將全部給沖刷掉,但根據過去長江上大橋實際發生的沖刷判斷,完成局部沖刷需3~4年,預計在2000年6月底前。覆蓋層可能沖刷至-45.0m高程,詳見圖1。二、鋼圍堰渡洪分析計算1.鋼圍堰荷載 鋼圍堰自重 G1= 17709kN,井壁混凝土的重量G2= 194424kN,井壁內水的重量 G3=21125kN,封底混凝土的重量G4=137208kNo鋼圍堰承受的浮力 G5=101563kN,封底混凝土承受的浮力G6=57170kN。2.施工荷載鋼圍堰平臺重量F1=2825kN,鉆機重量F2=5400~7200kN。3.風荷載、水流荷載根據南京長江第二大橋南汊主橋實測資料,鋼圍堰承受的風力H1=142.3kN。風力H1產生的彎矩M1=9391.8kN·m。鋼圍堰迎水面承受的壓力H2=6740kN,H2產生的彎矩M2=304423kN·m。4.波浪荷載在目前的《公路橋涵設計規范》中,對江河流域中墩臺承受風浪力荷載尚沒有明確的計算方法,但根據南京市氣象臺的資料,在南京長江水域中,在大風的作用下,確實有浪高2.0m的風浪發生,鋼圍堰安全渡洪至關重要,因此,在鋼圍堰滾洪分析計算中,考慮波浪力對鋼圍堰穩定的影響。目前計算波浪荷載的理論及公式有很多,在本文的計算中采用立波理論,即認為波浪在鋼圍堰處完全反射,不產生碎波。(1)波浪要素的確定根據南京市氣象臺提供的南汊主橋區最大浪高Hl=2.0m,根據設計流速為 3.0m/s,進行波浪要素的確定。根據以上兩個因素,在《海港水文規范》中的小風區風浪要素計算圖表中查得風浪周期T=5.0s。由下式確定波浪的波長L:經計算可得: L= 39.0m。(2)波浪力的確定因為鋼圍堰直徑 D= 36.0m,為保

www.nvlbio.live守起見,在計算波浪力時,將鋼圍堰看作直墻式建筑物。以立波理論為基礎進行計算,式中,h指最大沖刷線以下覆蓋層的厚度,d=L/2,hd指水平面至鋼圍堰底部的距離。將上述參數代人上式,可得到波浪力H3=5172.4kN;波浪力H3產生的彎矩M3=298408kN·m。5.施工期間飄浮物撞擊荷載在南汊主橋施工期間,在加強了望、值班及港監巡邏等措施的基礎上,還發生過小船碰撞事件,為確保鋼圍堰安全渡洪,故在對鋼圍堰的渡洪分析中,考慮飄浮物撞擊荷載。鋼圍堰在施工期間受的船撞力H4=900kN,船撞力H4產生的彎矩M4=56250kN·m。6.覆蓋層對鋼圍堰產生的荷載根據施工中鋼圍堰刃腳段實際下沉至一55.5m的標高,以及在施工過程中控制北塔鋼圍堰周圍的覆蓋層沖刷標高不得低于-45.0m等規定進行如下分析計算。根據地質勘探資料及實際施工情況,判定在-45.0m~-55.5m標高范圍內,覆蓋層基本為中粗砂,平均側壁摩阻力τ=50KPa。鋼圍堰承受的側壁摩阻力F3大約為 71252kN。7.三個階段鋼圍堰抗滑動、抗傾覆分析因鋼圍堰高度達 65.5m,而控制的覆蓋層厚度僅為 10.5m,為安全起見,在對鋼圍堰渡洪分析計算時,不考慮覆蓋層的有利作用,作為安全儲備。a.考慮鋼圍堰刃腳段沒有沖空,對鋼圍堰封底前及封底后的穩定進行分析,結果匯總如表1。b.基底應力估算(i)鋼圍堰沒有封底時在此工況下,鋼圍堰的基底應力很大,鋼圍堰容易發生傾斜,平面位置不能穩定,鋼圍堰不能安全渡洪。(ⅱ)鋼圍堰已完成封底混凝土澆注時鋼圍堰自重、井壁混凝土重量、鉆機重量、平臺重量認為由鋼圍堰刃腳段承受,水平荷載及彎矩由鋼圍堰與封底混凝土共同作用,計算如下:在此工況下,鋼圍堰平面位置難以發生傾斜。c.在完成21根鉆孔灌注樁情況下,根據設計單位的計算,即使在鋼圍堰刃腳段被沖空的情況下,鋼圍堰也能夠安全渡洪。三、小結(1)南京二橋主塔基礎鋼圍堰在沒有完成封底混凝土澆注的情況下,穩定安全系數較低,地基應力難以通過驗算,安全渡洪的風險較大;鋼圍堰在封底后,能夠安全渡洪;由于水汛、水性及地質情況存在一定程度的不確定性,尚存鋼圍堰底部沖空的極小可能性,考慮長江特大基礎的重要性,有樁渡洪可保萬無一失,而且二橋建設指揮部的工期安排,可以做到有樁渡洪。(2)對鋼圍堰內的清基要求將松動的卵石、浮層清理干凈,使鋼圍堰內呈鍋底形或饅頭形,以鍋底形為最好,饅頭形次之,鋼圍堤內呈平面狀為最差,保證封底混凝土與巖層緊密接觸,則鋼圍堰無樁渡洪的安全度更高。(3)鋼圍堰直徑、高度等因素對鋼圍堰渡洪也有有利的一面,即增加了自重,增加了豎向荷載。(4)鋼圍堰穩定即使在考慮波浪荷載的作用,封底后鋼圍堰仍有很大的渡洪安全系數。參考文獻[1]公路橋涵設計規范.北京:人民交通出版社[2]港口工程技術規范.北京:人民交通出版社[3]M.J.湯姆林森著,樁的設計和施工.朱世杰譯.北京:人民交通出版社[4]凌治平主編.基礎工程.北京;人民交通出版社[5]中華人民共和國交通部發布.公路橋涵施工技術規范,北京:人民交通出版

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