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合肥肥西派河三桥施工方案设计与控制 摘要 在斜拉桥的建设中，由于斜拉桥的受力特点，梁上荷载通过拉索的 传递到主塔，使主塔承受了绝大部分荷载，而不等跨桥梁又使得桥墩承 受了较大弯矩，从而在设计桥梁时不得不计算桥塔地基的沉降，验证沉 降量是否容许范围之内，确保桥塔地基不至由于过大沉降而丧失稳定； 并验证抗滑力，确保地基不至因滑移而丧失稳定，保证了桥梁在建设之 后的安全。在本文用等代实体深基础法计算地基沉降，来验证地基沉降； 用“理正岩土系列”软件计算地基稳定性。而在施工过程中为了使整个 成桥后的线形以及受力状态符合设计要求，在施工过程中实施桥梁施工 控制对于确保施工过程中结构的可靠度和安全性有重要意义；本文将以 肥西派河三桥( 斜拉桥) 施工为背景，论述了斜拉桥的施工控制的必要 性以及施工控制内容、方法和过程。对派河三桥建立了理论分析模型， 采用“m a d i s ”软件进行了仿真计算。 关键词：地基沉降地基稳定施工控制仿真计算 c o n s t r u c t i o np l a nd e s i g n i n ga n dc o n t r o l o ft h en o 3p a i h eb r i d g eo ff e i x ic o u n t y a b s t r a c t i nc o n s t r u c t i o no fc a b l e - s t a yb r i d g e , b e c a u s ec a b l e - s t a yb r i d g er e c e i v es t r e n g t h c h a r a c t e r i s t i c , r o o fb e a m1 0 a c tt h r o u g ht ot r a n s m i tm a i nt a m e r l a nt og u yc a b l e ，m a k e m a i nt o w e l b e a rm a j o r i t yi o a d ，w a i tf o r , m a k ep i e rb e a rc u r v e ds q u a r em o l ea g a i na c l t o s s b r i d g e , t i l u sh a v et oc a l c u l a t et h es u b s i d i n go ft h ef o u n d a t i o no fb r i d g et o w e rw h i l e d e s i g n i n gt h eb r i d g e ，p r o v ew h e t h e rt h es u b s i d i n ga m o u n ti sp e r m i t t e dw i t h i nt h er a n g e ， g u a r a n t e et h ef o u n d a t i o no fb r i d g et o w e ri su n l i k e l yt ol o s eb e c a u s et o ob i gt os u b s i d e s t e a d i l y ；p r o v et h a tr e s i s t ss l i p p e r ys t r e n g t h , g u a r a n t e et h ef o u n d a t i o ni su n l i k e l yt ol o s e b e c a 嘴o fs l i p p i n ga n dm o v i n gs t e a d i l y , h a sg u a r a n t e e dt h es e c u r i t yo ft h eb r i d g ea f t e r c o n s t r u c t i o n i nt h i st e x tb e i n gw i t hw a i tf o r , t a k et h ep l a c eo fe n t i t yd e e pf o u n d a t i o n l a wc a l c u l a t ef o u n d a t i o ns e t t l e m e n t , a n dc a l c u l a t et h es t a b i l i t yo ft h ef o u n d a t i o nw i t ht h e s o f t w a r eo f ”r o c ks o i ls e r i e so f l i z h e n g “i nc o n s t r u c t i o nf o rm a k ew h o l el i n es h a p et o b e c o m eb r i d g ea n da c c o r dw i t ht h ed e s i g n i n gr e q u i r e m e n tb yt h es t r e n g t h s t a t e ， i m p l e m e n tb r i d g ec o n s t r u c t , c o n t r o lf o rg u a r a n t e ec o n s t r u c t i o nt e l i a b i l i l ) ，a n ds e c u r i t yo f s t r a c t u r eh a v ei m p o r t a n tm e a n i n g so ft h ec o u r s ei nc o n s t r u c t i o n ；t h i st e x tb a s e do i lt h e n o 3p a i h eb r i d g e ( c a b l e - s t a yb r i d g e ) o ff e i x ic o u n t y , e x p o u n dt h ef a c tn e c e s s i t yt h a t c o n s t r u c t i o no fc a b l e - s t a yb r i d g ec o n t r o la n dc o n s t r u c t ,c o n t r o lc o n t e n t , m e t h o d , p r o c e s s t h en o 3p a i h eb r i d g eo f f e i x ic o u n t yw a ss e t t e du pt h e o r ya n a l y z em o d e l ，a n d t h e ”m a d i a ”s o f t w a r eh a sb e e nc a r r i e do i lt h es i m u l a t i o nc a l c u l a t i o n k e y w o r d s ：f o u n d a t i o ns e t t l e m e n t ； f o u n d a t i o n s t e a d y ；m o n i t o r i n gf o r c o n s t r u c t i o n ；s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o n 插图清单 图卜i 派河三桥地理位置图1 图卜2 派河三桥整体效果图l 图2 _ l 地层剖面示意图一4 图2 2 等效实体法示意图1 0 图2 3 地基稳定圆弧滑动面验算1 5 图7 1 自适应控制实施框图4 6 图7 - 2 随机最优控制全过程框图4 7 图8 - i 全桥模型图图5 2 图8 2 主梁( 箱梁) 断面图5 2 图8 3 全桥位移图5 2 图8 - 4 全桥弯矩图5 2 图8 5 全桥最大应力图5 3 图9 - 1 承台模型5 4 图9 2 承台纵向冷却水管的布置方式5 5 图9 3 承台浇筑后混凝土l h 的温度变化图5 6 图9 - 4 承台浇筑后混凝土2 h 的温度变化图5 6 图9 5 承台浇筑后混凝土3 h 的温度变化图5 7 图9 - 6 承台浇筑后混凝土4 h 的温度变化图5 7 图9 _ 7 承台浇筑后混凝土5 h 的温度变化图5 8 图9 - 8 承台浇筑后混凝土6 h 的温度变化图5 8 图9 - 9 承台浇筑后混凝土7 h 的温度变化图5 9 图9 1 0 承台浇筑后混凝土8 h 的温度变化图5 9 图9 1 1 承台浇筑后混凝土9 h 的温度变化图6 0 图9 1 2 承台浇筑后混凝土1 0 h 的温度变化图6 0 图9 1 3 承台浇筑后混凝土2 0 h 的温度变化图6 1 图9 一1 4 承台浇筑后混凝土3 0 h 的温度变化图6 1 图9 1 5 承台浇筑后混凝土5 0 h 的温度变化图6 2 图9 1 6 承台浇筑后混凝土8 0 h 的温度变化图6 2 图9 1 7 承台浇筑后混凝土1 2 0 h 的温度变化图6 3 图9 一1 8 承台浇筑后混凝土1 7 0 h 的温度变化图6 3 表格清单 表2 - 1 岩样试验成果表5 表2 - 2 土工试验成果表6 表2 3 岩样试验成果表8 表2 - 4 荷载计算表”- - - 9 表2 5 附加应力系数计算表1 2 表2 - 6 附加应力系数计算表1 4 表9 - 1 承台浇筑的控制数据表6 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我所 知，除了文中特别加咀标志和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包吉为获得盒b b 王些太兰 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：l 易锈e 亭签字日期：口7 年功日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目b 王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权盒日b 王 些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名；南翟乒 签字日期：0 7 年侈，月日 学位论文 工作单位 通讯地址 导师签名： 签字日期： 电话：m l s t j j - ， 邮编：髟刚 煳嗍 弘咿 谢辞 夜已深，窗外灯影寥落。秋雨又至，滴滴答答的激荡着静谧的夜晚，有如我同 样不平静的心 时光匆匆而逝，我的读研生活也行将结束。仍清楚记得当初边工作边复习考研 的艰辛、辞职时的不舍与无奈以及再次踏进校园的欣喜。这个过程总让我清醒 当初不畏艰辛踏进来，现在离别时即使泪流满面也要挺起胸膛走出去i 师恩不能忘! 首先感谢我的导师崔可锐教授在论文的整个过程中给予的糟心指 导和无私帮助，导师严谨的治学态度、广博的学识、对事物敏锐的洞察力、开阔的 视野、热诚不倦的教诲使我受益匪浅。并且导师在学习中对学生给予了诸多关怀、 帮助，在此谨向导师表示衷心的感谢。 另外还要感谢安徽省建筑工程质量第二监督检测站郭杨高级工程师及合肥工业 大学土建学院杜勇峰博士给予的无私帮助。也感谢我的同学在论文进行期间给与的 帮助，在共同的学习生活期间，给了我很多的欢乐，一起走过的日子将成为我美好 的回忆。 同时，感谢合肥工业大学所有授课的老师，感谢他们的授业与解惑。 最后，感谢我的家人对我多年来学习上的全力支持与鼓励，正是他们二十多年 来的驮默付出，我的学业才得以顺利完成。 总之，感谢所有关心我的人l 我将继续努力，以更加优异的成绩回报大家。 作者：高程东 2 0 0 7 年1 1 月1 5 日 第一章肥西派河三桥工程概况 1 1 工程概况 派河三桥位于肥西县上派镇普贤路( 环城北路) 上分别与紫蓬路、滨河路 相交，连通方兴大道和合肥经济开发区该桥跨越派河，派河上已形成了合安 路桥、巢湖路桥两座桥梁，派河三桥位于这两座桥梁的下游。 图卜1 派河三桥地理位置图 本桥建成后将成为肥西县城一道标志性建筑，与周边派河景观一道形成肥 西县一道靓丽的风景线，该桥全长1 2 6 0 0 米。 图卜2 派河三桥整体效果图 1 2 技术标准 派河三桥设计荷载：城市一b 级。设计行车速度：4 0 公里小时。桥面宽度： 4 o m ( 人行道) + 3 o m ( 慢车道) + 0 5 m ( 钢护栏) + 7 o r e ( 车行道) + 3 0 ( 塔柱拉索 区) + 7 o m ( 车行道) + o 5 m ( 钢护栏) + 3 o m ( 慢车道) + 4 o r e ( 人行道) = 3 2 o m 。地震 烈度：桥位处地震动峰值加速度为0 1 0 9 。相当于基本烈度度，按度设防。 1 3 气象 本桥位区属暖温带半湿润季风气候与北亚热带湿润季风气候过渡带，区内 总的气候特征：气候温和、四季分明、雨量适中、光照充足、无霜期较长等特 点。 区内年平均气温为1 4 5 1 5 3 ，极端最高日平均气温( 7 月) 为4 2 ， 极端最低气温( 元月) 为一2 2 。区内年日照时数为2 1 7 3 7 2 4 2 5 3 小时，年 无霜期在2 1 0 2 2 2 天左右。 区内雨量充沛，降水量年际变化较大，多年平均降水量在8 2 1 3 9 8 5 3 n ， 丰水年降水量在1 5 8 3 m m ，早年降水量在4 7 1 9 m m ，且降水年内分布不均，6 至9 月降水量较大，1 1 月至翌年2 月降水量最小。区内降水具有降水量大，降水延 续时间长，短时间降水强度大等特征。主汛期一般在6 9 月份，洪峰多出现在 7 8 月份，年平均蒸发量1 4 2 i 9 1 6 1 3 2 m m ，相对湿度为7 2 7 7 。 第二章肥西派河三桥地基稳定性评价 桥梁地基的稳定性包括桥墩地基沉降、桥台地基沉降是否在容许值内及桥 墩地基沉降和桥台地基沉降差是否满足要求。沉降量、沉降差过大都会影响桥 梁的稳定，除此之外深层基础产生滑移也会导致桥梁失稳。在本章将计算派河 三桥桥墩地基和桥台地基的沉降以及它们的沉降差，验证是否满足容许值，并 验算地基是否会产生滑移来评价派河三桥地基的稳定性。 2 1 派河三桥地基的物理力学性质 2 。1 1 工程地质概况 层素填土i 层厚2 4 0 5 2 0 m ，灰、灰黑色，主要为亚粘土组成，软塑状， 夹碎石、砂和少量砼地坪，局部含有机物； 层粉土：层厚8 8 0 1 1 6 0 m ，层顶埋深2 4 0 5 2 0 m ，层顶高程4 0 0 1 1 7 0 m ，灰黄一深灰色，湿一饱和，多为中密状，摇振反应较迅速，无光泽度，强度较 低，无韧性，含铁锰质结核，可见层理： 层粉细砂：层厚6 3 0 7 o o m ，层项埋深1 3 7 0 1 6 8 0 m ，层项高程0 1 0 一4 8 0 ，灰一浅灰色，湿一饱和，中密一密实，主要成分为石英、长石及云母， 微细水平层理清晰，具铁染，底部偶见砾石； 层强风化泥质砂岩：层厚3 8 0 6 2 0 m ，层顶埋深1 9 5 0 2 5 8 0m ，层顶 高程一8 9 0 一1 2 7 0r a ，褐红色，少量钻孔见青灰色，岩石风化多呈粘土状， 可硬塑，夹少量未完全风化的块状一碎屑状岩芯，原岩结构不清，手能折断； 层中风化泥质砂岩：最厚为1 3 2 0 m ，层顶埋深2 4 4 0 2 9 8 0 m ，层顶高程 一1 2 9 0 一4 7 3 0m ，褐红一暗紫红色，岩芯多呈块状，具纵横交错状风化裂缝， 锤击呈片状裂开，本层岩芯采取率低；下部岩芯完整性好，均匀，裂隙偶见， 岩石坚硬、固实。 图2 一l 地层剖面示意图 勘查区内地表水一一派河为肥西县主要河流之一，一般5 9 月为丰水期， 其问水位骤涨，往往益处河床，冲刷岸边。场地内地下水主要为赋存于层素 填土中的上层滞水以及、亚砂土、粉细砂孔隙中赋存的潜水，受派河地表 水、大气降水的垂直补给、地下水径流渗透的侧向补给，该场地地下水较为丰 富，静止水位0 5 0 6 3 0 m ，且渗透能力较强、下部中风化砂岩能得到补给。 2 1 2 岩土物理力学性质 勘察报告对场地各层土的物理力学性质指标进行了分析、筛选和统计，结 果见表2 一l 土工试验成果表和表2 - 2 岩样试验成果表： 表2 1 岩样试验成果表 物理性质指标力学性质 取样样品 容 重 抗压强度 岩样 深度规格岩石名称 编号 天然状态， 天然状态 ( 皿) ( 西宰h ) ( c m ) k n c m 3 巴a 1 12 9 8 - 3 0 06 9 8 8 6 52 3 40 5 砂岩 - 1 23 4 5 - 3 5 0 6 8 6 9 6 52 2 21 8 砂岩 2 62 3 8 2 4 06 9 0 x 8 7 5 2 2 20 1 砂岩 一72 6 3 - 2 6 57 0 2 1 2 32 2 9 0 7 砂岩 一82 7 5 - 2 7 76 9 8 8 9 2 2 2 40 3 砂岩 一92 8 5 - 2 8 76 9 5 8 9 52 3 8 3 7 砂岩 3 82 1 t0 2 1 26 9 6 1 0 62 2 0o 2砂岩 3 92 4 0 - 2 4 26 9 5 9 6 02 1 7o 1砂岩 3 1 02 5 8 - 2 6 06 9 5 7 9 62 1 90 1 砂岩 3 一l l2 8 3 - 2 8 56 8 6 x 9 ，1 2 2 1 6o 1 砂岩 4 - - 82 4 5 2 4 76 9 8 1 2 02 1 7 0 1 砂岩 一92 5 5 - 2 5 76 9 8 x 1 0 82 2 1 o 1 砂岩 一1 02 8 5 2 8 76 9 6 9 6 22 2 2o 3砂岩 一1 13 1 5 - 3 1 76 9 5 x 1 0 22 3 8 6 o 砂岩 1 23 4 5 3 4 76 9 4 9 6 52 3 9 5 9 砂岩 - 5 槲 删 锓 盘 省 h 州 n 弼 制刊剞刊刊 刊g 求粼钾簿 宴刊稻拯 台硷 刊 宴 刊 蜜 蜓 蜜 惶蛞 寻岳豁龌弈 蝗 念 金舞 命盆 叫 烈 霍世鞲r 1 k 值 急 嚣 容 毯 删耀磔r 要 对 坦嫖鼙螭 叟 出嫖倏糍 oo o o 攥掣颦裁 剁掣靶籁 剐醛 篷睚宣 葶 g 冥倒 手 翎篮丑 鐾 d 蜷c d a 0 d 靼 刊靶筮蝴o ne q 蜓 n 掣 龆 s 。 剐 赵 嚣 - 铀 一 n 赠瑚趟 暑 毒 扣* 得 i葶 o 奠 n p 譬 哥棼磷避 翟i a i 占甘 ? o 曲 卜o 呈 o 州棼鹰妒- p q 一巾 硅审 i 韶 描 嗣刊刊刊刊书刊刊书 刊 会舞撂 据 弈弈念弈弈攘耀念台 实导 _ | | 呈：蜂 峰蜒嚣龌嶂餐恒 囊囊 蜜稻 蜜 金会命念蜜稻 薯 一 一 n 一 苫 “ 呻n 。 nd ? 吧 曲曲n卜 o i 中 od 号呻h i 占 山 li oi j o 鼍 鼍 一 卜a o 一 卜呻卜 一一一 o i 寸 亭 n 表 3 岩样试验成果表 物理性质指标 力学性质单轴抗 岩性 统计指标 容重r ( k n i c m 3 ) 压强度 c a ( g p a ) 统计数66 最大值2 2 7 00 2 最小值 2 1 7 0 0 1 平均值 2 2 0 7 0 1 3 强风化泥质砂岩 标准差 0 3 7 0 0 5 变异系数 0 0 1 7 0 3 8 修正系数 0 9 9 0 9 8 标准值 2 2 8 40 1 3 统计数 1 01 0 最大值 2 3 96 o 最小值 2 1 6 0 1 平均值 2 2 8 l1 9 3 弱风化泥质砂岩 标准差 0 8 6 2 3 8 变异系数0 0 3 11 2 3 修正系数 0 9 7 0 4 7 标准值2 2 1 5o 9 1 2 2 肥西派河三桥桥梁地基变形计算 在本文中计算地基的竖向变形，既地基的沉降。以最不利荷载计算桥梁地 基沉降，既取荷载极限值计算桥梁地基和轿台地基的沉降，并比较沉降差。桥 梁地基容许沉降量5 0 r a m 。 2 2 1 荷载计算 ( 1 ) 恒载 一期恒载包括主梁、塔、索以及防腐材料荷载混泥土索塔容重为2 6 k n m 3 ； 斜拉索按所需钢交线荷载g x ( 1 + 1 0 ) 计； 二期荷载为桥面( 路缘、防护栏、栏杆、灯柱、泄水管等) ，梁内电缆以及 桥面铺装等；主要有钢筋网、沥青混泥土、防水混泥土等 ( 2 ) 活载：以最不利荷载计算桥梁地基沉降 3 a 、汽车荷载：设计为城市a 级计算桥墩上部荷载时按车道荷载计算，每 一车道为均布荷载q 。= 1 5 k n m ，加一集中荷载p = 3 0 0 k _ n ，本桥设计车道数为 4 车道。计算桥台上部荷载时按车辆荷载计算，车辆标准重为7 0 0 k n 。 b 、汽车冲击力：为汽车荷载标准值乘以冲击系数u ，( u 取o 1 ) 。 c 、人群荷载：城市行人密集，取3 5k n m 3 ，桥面人行道面积：1 2 6 6 x 2 ， 按均布荷载算为3 5 x1 2 = 4 2 k n m 。 荷载组合计算： 表2 _ 4 荷载计算表 粱结构重力 均布荷载7 2 0 7 2 k n m 钢筋网l _ 2 8 k n m 沥青混泥土3 8 8 6 k n m 恒 c 4 0 防水混泥土2 3 3 3 心岍 其他护栏等总重 2 2 2 k n m 合计8 0 6 3 9 k n ，m 拉索重 4 0 根7 1 3 0 1 3 6 x 9 8 x1 i = 7 6 8 6 2 8 6 3 n 索塔上部 1 4 0 0 2 8l 小i 载 桥墩 6 0 6 06 i d q 承台3 1 2 5 3 i d 叮 桩3 0 5 3 8 5 蝌 活 车道荷载6 0 k n m + 作用在墩上的集中力3 0 0 x 4 = 1 2 0 0 k n 人群荷载4 2 i d q m 载 汽车冲击力 0 1 7 0 0 x 4 = 2 8 0 k n 在计算纵向桥墩上部荷载时，活载换算为均布荷载，计算出的活载以集中 力的方式施加在塔柱上，一期恒载和二期恒载通过索力以集中力的方式施加载 塔柱上，拉索自重全部通过索力施加载塔柱上。 总的均布荷载：9 0 8 3 9k n m ； 。 施加在桥墩上的总荷载：( 8 0 6 3 9 1 2 5 + 1 0 2 ) x1 2 6 x o 9 5 - i - 2 8 0 + 7 6 8 6 3 + 1 4 0 0 2 8 + 1 2 0 0 = 1 4 9 4 1 6 9 4 k n 。 把梁看成简支梁，梁作用在l 号桥台上的荷载为桥梁i 2 ( 结构重+ 5 0 m 上的活载) = 2 2 7 0 9 7 5 k n ： 同理粱作用在2 号桥台上的荷载为桥梁1 2 ( 结构重+ 7 0 m 上的活载) = 3 1 7 9 8 6 5 k n ； 作用在承台上的荷载：1 4 9 4 1 6 9 4 k n + 6 0 6 0 6 k n = 1 5 5 4 7 7 5 4 k n ； 9 承台重：3 1 2 5 3 k n ； 桩重：3 0 5 3 8 ，5 k n ； 桩间土重：1 4 6 5 9 3 4 2 k n 。 2 2 2 地基沉降计算 在本工程中，主塔基础采用1 9 根直径为1 5 m 的钻孔桩基础，桩长3 5 m 。 承台在地面以下，为圆形，承台半径为8 7 5 m ，高5 o m 。桥台基础用两根直径 为1 8 0 m 的钻孔桩，其中l 号桥台桩基础桩长3 0 m ，2 号桥台基础桩长5 0 m 。地 基沉降量实际就是桩基础的沉降的一部分。 2 z 2 1 桥墩地基沉降计算 用等代实体深基础法计算桥墩地基沉降，即既将承台下的群桩基础视为等 代实体深基础按浅基础的分层总和法近似计算，如图2 - 2 。 图2 - 2 等效实体法示意图 ( 1 ) 等代基础底面尺寸的确定 b = 2 r + 2 l t a n 岱：( 2 1 ) 式中：l 一桩长，m ； f 一由外围桩所限定的外围长度，m ； 口一扩散角，土层内摩擦角的加权平均值； b - - 等代实体深基础的长度，在此为等代圆形基础： 内摩擦加权平均值庐= 1 5 2 ，口= 4 = 3 8 ； b = 8 7 5 x 2 + 2 x 3 5 t a n 4 5 5 1 2 5 = 2 1 8 2 m 。 ( 2 ) 桩基础最终沉降量的计算采用单向压缩分层总和法( 国家地基规范法) l o s = 墨= 子i 刁卵z l q t r l _ ii ( 2 2 ) i - 1 1 。， 式中：s 一地基最终沉降量； 毛，：。一分鄹为桩端以下第i 层层底、层顶离桩端平面的距离； 口，一分别为桩端以下第i 层土层底、层项的平均附加应力系数； 疋一桩端以下第i 层土的压缩模量； s 。一按分层总和法计算所得地基变形量； n 一地基沉降计算深度范围内的土层数，沉降计算深度需满足要求；无相 邻荷载影响时，计算深度也可按乙= b ( 2 5 - - 0 4 1 n b ) 。 ( 3 ) 扣除摩阻力的基底附加应力 分层总和法计算g ：线形的假设：a 地基是均质连续、各向同性线性变形 的半无限空间，可按弹性理论计算土中附加应力：b 地基土受荷后只产生竖向 压缩，无侧向交形，采用侧限条件下的压缩试验指标；c 地基最终沉降量以基 础中心点下土所受的附加应力盯。进行计算。 已知下卧层土为租砂，容重2 2 8 1k n ，压缩模量为9 3 2 m p a ，单轴抗压强度 r a = 1 9 3 m p a 1 桩身侧摩阻力冠_ = u ，x 厶x o ； 其中：j 钻孔桩桩侧极限摩阻力，k n ； u 钻孔桩在i 层土的桩周长，m ； 厶钻孔桩在i 层土的桩长，m ； f 。钻孔桩在i 层土的单位面积的摩阻力，心a ； 经计算得如= 9 6 3 2 7 3 5 k n 基底压力计算g = 2 0 8 3 8 4 9 2 k n ，f = 1 5 5 4 7 7 5 4 k n ：a = 3 4 2 8 8m 2 按中心荷载计算p ：! 掣堕一肇： 15547754+20838392-zc8752x40x10 9 6 3 2 7 3 5 ：5 0 1 8 lk p a 。 3 4 2 8 83 4 2 8 8 基础底面附加应力计算 po=p一仃0=pyd(2-3) 靠d = 苁趣+ 以也+ + r a ，扎为第i 层土的有效重度，在此为减去浮重度 后的值。 根据勘察报告值可计算得：y = 4 4 6 4 2 k p a 风= 5 0 1 8 1 4 4 6 4 2 = 5 5 3 9 k p a 。 将下卧层地基分层，以2 m 为一层计算。 表2 - 5 附加应力系数计算表 深度( z m )z r 应力系数 001 0 0 0 20 1 7 00 9 9 4 40 3 4 1 0 9 6 2 6 0 5 1 00 9 1 0 80 6 2 80 8 1 5 1 00 8 5 0o 7 9 2 1 2i 0 2 0 o 6 4 0 1 41 1 9 0 o 5 4 9 1 61 3 6 00 4 8 0 1 81 5 3 5 0 ，4 2 1 2 0 1 7 0 50 3 6 0 2 21 8 7 60 3 1 1 2 4 2 0 4 60 2 8 2 2 62 2 1 70 2 4 3 2 82 3 8 70 2 1 0 3 02 5 5 60 1 8 8 计算地基中的附加应力分布，各层面处的平均附加应力。基础底面为圆形，直 径为2 1 8 2 m ，即基础宽度b = 2 1 8 2 m ，半径r = 1 0 9 1 m 。附加应力为： c r o = 岛= 5 5 3 9 k p a ,= a , p o 。坼按圆形面积均布荷载下的表查出，计算 结果如表2 5 。 地基沉降计算深度乙确定，乞= b ( 2 5 0 4 i n 功= 2 9 0 3 m ；故沉降计算深度取 3 0 m 。 计算各分层的附加应力系数平均值口，；口l ，= 0 1 9 9 。 npf- 、 计算，爿5 争iz j 口，一刁。q 一一i i j 2 苦喜卜啤m ) - 等砌s a 。u = 4 1 3 9 珊。 由土力学课本利用内插法可求得虬= 0 5 8 。 地基最终沉降量： s = 虬s = 0 5 8 x 4 1 3 9 = 2 4 1 7 衄 然而容许沉降量是5 嘶，故最终沉降量在容许沉降之内。桥梁地基不会产生过大 沉降而失稳。 2 2 2 2 桥台地基沉降计算 桥台基础使用两根桩基础。i 号桥台桩基各长3 0 m ，2 号桥台两个桩基分别长5 0 m 。 桥台宽3 2 m ，长3 m ，容重以2 6 崩v i m 3 计算，算得总重为9 9 8 4 k n ：车辆荷载标准值7 0 0 k n ， 总重7 0 0 4 = 2 8 0 0 k n ，人群荷载3 x 1 2 x 3 5 = 1 2 6 k n ；汽车冲击力8 4 0 k n ；沥青混泥 土铺装层3 6 8 6 4 k n 。1 号桥台的重量为5 3 4 1 3 4 k n ：2 号桥台的重量为3 8 1 5 2 4 k n 。 i 号桥台上最不利荷载i 恒载+ 活载= 3 6 8 2 8 3 9 k n ：每根桩上的荷载= l 2 3 6 8 2 8 3 9 k n = 1 8 4 1 4 2 0 k n ，桩身自重= 1 9 8 3 8 5 k n 。 2 号桥台上最不乖j 荷载：恒载+ 活载= 4 5 9 1 2 2 9 k n ；每根桩上的荷载= i 2 x 4 5 9 1 2 2 9 k n = 2 2 9 5 6 1 5 k n ，桩身自重= 3 3 0 6 4 2 k n 。 ( 1 ) l 号桥台地基最终沉降计算 在此桥台下两个桩距较大，不考虑相互影响，用单桩沉降计算法计算每根桩的最 终沉降量，并假设每个桥台下两根桩的沉降量相同。沉降计算用等代实体法计算单桩 沉降，既用分层总和法计算单桩沉降。已知：桩径为1 8 m ，桩长3 0 m ，下卧层土容重 2 2 8 1 胁r 一，土压缩模量e = 9 3 2 m p a 。 采用国家地基规范法计算计算地基最终沉降量，根据公式( 2 2 ) ： nd 厂 一 、 s = 妖= 争e 弓a - 一g t _ l a l _ ll ； i i 桩的自重= i 4 m 8 2 x 3 0 x 2 6 = 1 9 8 3 8 5 k n ： 确定等效基础底面积土的内摩擦角加权平均值= 1 5 2 ，口= 3 8 。 圆形底面等效直径b = b + 2 l t a n a = 1 8 + 2 x 3 0 x t a n 3 8 = 5 7 8 m 。 基础底面积a = ( 1 4 ) 7 r6 3 1 2 = 2 6 2 7 n f 。 基底压力计算f = 1 8 4 1 4 2 0 k n ，g = 1 9 8 3 8 5 k n 侧摩阻力r 鼻= 1 8 x 3 1 4 x 厶= ( 2 4 3 0 + 1 1 3 3 5 + 5 ，8 4 0 + 4 ，9 4 0 + 1 1 6 x 7 0 ) 5 6 2 5 - - 9 4 6 9 6 9 k n 尸：f+g-万0,92x30 x10一鱼：1841420+198385-76302一946969； z 一 2 6 2 72 6 2 7 3 8 6 9 5 k p a 。 基底附加应力p e = p - y d ，= 1 0 9 9 k n i m 3 五= 3 8 6 9 5 - - 1 0 9 9 x 3 0 = 5 7 2 5 k p a 分层，以2 m 一层。 计算地基中各层面的附加应力系数。等效基底面为圆形，半径2 9 0 m 。 表2 6 附加应力系数计算表 深度z m z r 附加应力系数口 o 01 20 6 9 00 8 2 0 41 3 8 00 4 7 0 62 0 6 9 0 2 6 8 82 7 5 90 1 6 2 1 03 4 4 8o 1 1 4 1 24 1 3 8 0 0 8 2 确定地基沉降计算深度磊= b ( 2 5 一o 4 1 r i b ) = 1 0 4 m 计算深度取1 2 m 。 第i 层土平均附加应力系数：q = 0 。9 1 ；a 2 = 0 。6 4 5 ；= o ，3 6 9 ；= o 2 1 5 ； q = 0 1 3 8 ；2 0 0 9 8 地基最终潞量计算，g = 窆鲁( 毛q 一护苦x i 1 7 6 = s z j _ l a i r o x 1 176。ffil器 地基最终沉降量计算，g2 争( 毛q i ) = i 考鲁 - l l n 1 1 7 6 = 7 2 2 r a m 。 s = 虬s = o 5 8x 7 2 2 = 4 2 0 r a m 。 ( 2 ) 2 号桥台地基沉降计算 已知：桩径为1 8 m ，桩长5 0 m ，下卧层土容重2 2 8 1 k n m 3 ，土压缩模量 占= 9 3 2 脚a 。同上采用国家地基规范法计算： 确定等代基础底面面积 土的内摩擦角加权平均值= 1 1 6 ，口；2 9 ： 圆形底面等效直径b = b + 2 l t a a t r = 1 8 + 2 x 5 0 x t a n 2 9 = 6 8 7 m ； 基底面积a = 3 7m 2 。 基底压力计算： 侧摩阻力= 1 8 x 3 1 4 x l i = 1 2 2 4 5 2 6 k n ： f = 2 2 9 5 6 1 5 k n ，0 = 3 3 0 6 4 2 k n ； p ；f + g - n 0 9 2 x 5 0 x 1 0 一! 鱼 aa ：2295615+330642-1271735798：34448kpa。 3 7 基底附加应力风= p - y d ；，= 1 0 8 7 k n m 3 。 晶= 3 4 4 4 8 一1 0 8 7x 5 0 = 一1 9 9 0 2k p a 由此可得基底附加应力最小于0 ，这与实际不相符，而这是由于桩身侧摩阻力的 作用造成的，然而侧摩阻力要在压力作用下才产生，故在实际中地基不发生沉降。 1 4 故桩基最终沉降量s = 虬s = o 衄； 所以桥墩地基和桥台地基沉降量都在容许范围之内，并且桥台地基与桥墩地基最 大沉降差为2 4 1 7 r a m ，在容许沉降差3 0 咖内。 2 3 桥梁地基稳定性计算 由于桥梁地基所受荷载复杂，故常会发生深层滑动，必须进行滑动验算。地基的 稳定用最小安全系数来判断在此取安全系数标准值为1 2 。下面采用。理正岩土系 列软件”中的圆弧滑动法的b i s h o p 法验算地基的深层滑动 首先假设：桥墩桩基表面水平，基础底面以下土是对称的，滑动力主要由荷载 和渗流力产生。桥梁上的水平力对抗滑作用忽略不计。计算图如图扣3 。 用“理正岩土系列软件“计算步骤如下： 圆弧稳定分析方法：b i s h o p 法 土条重切向分力与滑动方向反向时：当下滑力对待 稳定计算目标：( n u l l ) 条分法的土条宽度：0 ，5 0 0 ( ) 圆弧入口起点x 坐标：3 0 0 0 0 ( m ) 图2 3 地基稳定圆弧滑动面验算 圆弧入口终点x 坐标：5 0 0 0 0 ( m ) 圆弧出口起点x 坐标：- 5 0 0 0 ( m ) 圆弧出口终点x 坐标：0 0 0 0 ( ) 搜索时的圆心步长：1 0 0 0 ( ) 入口搜索步长：1 0 0 0 ( m ) 出口搜索步长：1 0 0 0 ( m ) 搜索圆弧底的上限：1 0 0 0 0 0 0 ( m ) 搜索圆弧底的下限：- 1 0 0 0 0 0 0 ( m ) 圆弧限制最小弓高：1 0 0 0 ( m ) 计算结果： 最不利滑动面： 滑动圆心= ( 1 5 0 0 0 ，1 8 0 0 0 ) ( m ) 滑动半径= 2 3 4 3 1 ( m ) 滑动安全系数f s = 4 5 9 7 1 2 所以可知本桥梁地基不会产生滑移，地基是稳定。 1 6 第三章钻灌注桩施工方案设计 3 1 工程概况 本工程上部箱梁采用现浇砼施工方法，支撑系统采用贝雷架和满堂钢管支 架方法旄工，下部均用桩基支撑方法。本施工组织设计是临时支撑桩的施工工 序指导书，主墩桩基施工方案由专项施工组织设计钻孔采用g p s - 1 5 、g p s - 1 8 型桩机成孔。临时支撑桩基设置为ml o o c m 钢簏混凝土桩，根据计算确定其纵 向中距主跨为1 5 m ，边跨为1 3 m ，横向中距为3 m ，桩底标高为一2 1 0 m 。因此， 全桥临时支撑桩纵向共设9 排，共9 9 根，其中有2 排2 2 根桩要待l # 主墩沉井 完成后，才能进行施工，先施工7 7 根桩，钻空灌注桩砼标号为水下砼c 3 0 。( 共 计砼1 6 3 2 9 m 3 ) l 临时支撑桩基，通过前期旌工准备阶段已经搭设的木排桩临时施工便桥和 钻机工作平台，使钻机能够顺利、安全的进出到施工的桩位。循环泥浆通过专 用胶管循环到岸上的泥浆池中。 3 2 施工方法 3 2 1 设备的选用 、根据临时支撑桩较多、且有是在雨季季节施工，施工难度大，时间紧， 对机型的选择更为重要，钻孔设备采用g p s 一1 8 型桩机，配备3 台钻机、按机械 设备完好率正常运转，每天按2 台钻机正常运转计算，每台钻机每三天完成一 根桩，总计3 个半月时间完成7 7 根桩。在施工过程中如有其他变化情况，再根 据现场情况进行组织机构和钻机配备实际调整。 、护筒：护筒须坚固耐用、便于安装和拆除，本工程护筒采用钢板卷制， 所在拼接处均垫以3 5 m m 厚的橡胶垫密封，以防漏水。 、导管：选用内径2 5 0 r a m 的导管，分节长度便于搬运和装拆，中间节长 2 ，下端节做成3 6 米，上端与漏斗、活门相连接处配两节0 5 1 o m 长的短 管，以便调整高度，导管使用前应做好检验 、储料斗和漏斗：储料斗和漏斗的体积必须满足首批砼的储存量为准， 首批灌注砼的数量应能满足导管初埋深度和填充导管底部间隙的需要。 3 2 2 钻孔前准备 、临时支撵桩除2 # 8 排桩在水中作业外，1 # 、9 # 两排桩基中心离o # 、 2 # 桥台中心3 9 5 m 远，是在陆地上。因此，水中钻孔的钻机进入、是通过施工便 桥再通过排架后就位的，需要本桥钻孔桩除主墩桩基处在水中外，其余各桥台 的桩基均处于陆地上。水中钻孔作业先要搭设工作平台，搭设工作平台须牢固、 1 7 稳定，能承受工作时所有的动静荷载。 、工作平台采用木桩作为支架桩，在桩顶设置纵横梁( 纵横梁均采用 1 8 x 2 0 c m 的方木) ，施工平台的高度应设置在施工时最高水位线以上0 5 m 标高 位置。 、护筒的埋设；护筒的埋设工作是钻孔桩旅工的重要准备工作，护筒的 平面位置与竖直度是否准确、护筒周围与护筒底部是否紧密不透水，对于成孔、 成桩的质量都有重大的影响，因此，埋设护筒应符合下列规定： a 、护筒顶端高度：当处于陆地时，除满足施工要求外，宜高出地面0 3 m ， 以防杂物、地面水落入或流入井孔内。当处于水中时，且地质不良，容易坍