钢筋混凝土套箱围堰计算.doc

国道203线雅达虹至炼油厂段一级公路建设项目龙华特大桥合同段（YL）龙华特大桥主桥承台施工准备方案吉林省交通建设集团有限公司龙华特大桥项目经理部2005年3月3日龙华特大桥承台施工准备方案一、概述龙华特大桥主桥主墩36#墩、37#墩为于水中，36#墩采用筑岛围堰法施工，37#墩采用打入桩平台法施工，38#墩和39#边墩均在岸边，现我项目部根据施工现场实际清况，结合项目部现有的材料，计划36#墩、38#墩和39#边墩承台采用钢筋混凝土套箱围堰法施工，37#墩采用钢沉井围堰法施工。钢沉井采用肇源大桥用过的钢沉井，原肇源大桥埋深6米，本桥37#墩埋深3.5米，钢沉井不再做设计计算，只对钢筋混凝土套箱围堰设计和三个主墩承台封底混凝土进行验算。二、钢筋混凝土套箱围堰设计本设计仅对36#墩、38#墩钢筋混凝土套箱围堰进行计算，39#边墩因尺寸小，只要36#墩、38#墩钢筋混凝土套箱验算合格，39#边墩钢筋混凝土套箱必然合格，没有做单独计算。1、钢筋混凝土套箱围堰设计图详见附图。2、计算模式：竖向按简支梁计算，其中下支点为封底混凝土，上支点为工字钢框架。验算箱体强度仅考虑主动饱和砂压力。3、主动土压力q =htg2(45-/2)= Pah 饱和的不均匀砂:Pa=13.5KN/m2/m q=0，qb=3.1*13.5=41.85 KN/m（计算h=3.1m）工字钢360封底砼60RA=(2q+qb)l/6=(0+41.85)*3.1/6=21.62KN RB=(q+2qb)l/6=(0+2*41.85)*3.1/6=43.25KNMmax= qbl2/6*23-*(1+)/(1-) 2 其中= q/qb=0，= （2+1）/3=0.57735Mmax=41.85*3.12/6*(2*0.577353-0)/(1-0)2=25.8KN.mqbRBqRAl=3.1m 4、取1m宽板条计算 ： Mmax=25.8KN.m=2.58107N.mm 采用II级钢筋，g=185N/mm2混凝土标号为20号，容许应力w=9N/mm2 n=10 m=g/w=20.556 =n/（n+m）=0.327 =1-/3=0.891 =/(2*m)=0.008 =2/（*）=6.864 b=100h0= M/(b*w)=140.27mm=14.03cm Ag=bh0=11.2cm2选用6根16mm钢筋，钢筋间距16.67cm，钢筋截面积12.64cm2，h=h0+ag，取混凝土净保护层为2cm，则h=h0+d/2+2=14.03+1.75/2+2=16.91cm，现取h=20cm，所以h0=20-2-0.9=17.1cm按套箱厚20cm，采用低筋设计确定钢筋用量： 设ag=2.9cm，则h0=h- ag=17.1cm=gbh2/M=185*1000*1712/(2.58*107)=209.674查表内插计算得=7.66，=0.00526Ag=bh0=0.00526*100*17.1=9cm2，选用16mm钢筋5根，间距20cm，ag1=10.1cm2ag=9cm2（合格）。5、验算混凝土应力h=10.1/（100*17.1）=0.00591（布置钢筋时，ag仍采用2.9cm）由=0.00591查表，=7.66，h=M/（bh02）=7.66*2.58*107/（1000*1712）=6.8N/mm23314KN，所以套箱将上浮，但是套箱内有6根200钻孔桩,封底混凝土与钻孔桩护筒的握裹力将阻止套箱上浮(38#墩封底混凝土直接与钻孔桩接触，握裹力远远大于封底混凝土与钻孔桩护筒的握裹力，不另行计算)。现计算1根桩产生的握裹力，假定钻孔桩的钢护筒视为光圆钢筋,光圆钢筋的握裹应力 R=1.53.5Mpa,钢筋与混凝土之间的平均握裹力R按下式计算R=P/u=P/dl P=dlR式中P作用在钢筋上的拉力 u钢筋的周长l钢筋的锚固长度 d钢筋的直径（钢护筒直径）1根d=2.3 m 钢护筒P1=*6*0.6*1.5*1000=6503KN 6根d=2.3 m钢护筒总计握裹力P= 6*6503=39018KN5350KN，所以套箱不能上浮。左幅1、宽度B=10.08+1/2*5.3=10.1m 长度L=14.8cm L/B=14.8*10.1=1.465 0=0.072施工水位132承台底标高129.4 m,求封底后抽干套箱内水,底板下的静水压力q0=(132-129.4-t)*10-24 t=26-34 t封底混凝土厚度t= 6*0.072(26-34 t)*10.12/7001/2=0.598m，取0.60m。2、其它计算同右幅四、钢筋混凝土套箱围堰施工及下沉1、 套箱制作1） 整平施工场地，按套箱尺寸，测定出平面位置。2） 绑扎钢筋，立模。3） 浇筑20#箱身混凝土，养生。4） 拆模。2、 箱身加固由于套箱身壁薄，跨度大，在下沉过程中，在箱外侧受土及水压力作用下将使箱内侧发生弯曲，因此在箱内侧预埋钢板，钢板距刃脚底1.2米，水平方向设I32工字钢加固，详见附图。3、 套箱下沉计算 1）左幅套箱：自重（不计浮力）=（15.2*11.0-14.8*10.6）*3.6-(0.1*0.4*14.8+0.1*0.4*10.6)*25=906KN浮力=960/25*10=362KN，扣去浮力后套箱重P1=906-362=544KN，套箱表面积=2*（15.2+11）*3.6=188.6m2，作用在套箱外壁的摩阻力T=15*188.6=2830KN， 套箱靠自重沉不到设计位置，尚需附加向下外力P2=2830-544=2286KN。2）右幅套箱：自重（不计浮力）=（15+2*10.07+2*9.25）*0.2*3.6*25=966KN，浮力=966/25*10=386KN，扣除浮力后套箱重P1=966-386=580KN，套箱表面积=15.2+2*10.08+2*9.25=53.86m，A=53.86*3.6=194 m2，作用在套箱外壁的摩阻力T=15*194=2916KN，套箱靠自重，沉不到设计位置，尚需附加外力P2=2910-580=2330KN4、套箱下沉1）、主要机械设备水力吸砂机8台，9m3/h空气压缩机2台，电动多级水泵2台。3立式水泵4台，6水泵4台，32吨千斤顶16台，横梁10根。2）、主要人员(1) 现工长一人，起重工8人；(2) 空压机司机2名；(3) 水力吸泥机操作人员2名；(4) 向套箱内抽水人员2名。(5) 其它人员55人。3）为使套箱下沉到设计标高，采取下述措施：（1）箱内外同时挖土、抽水，在保证套箱内不产生翻砂现象下适当降低水位。（2）尽量挖除刃脚下的细砂。（3）利用放置在桩基上的反扣工字梁，采用32吨千斤顶16台同时下压套箱，下压力不少于300吨，下压时，施力均匀。4）、套箱下沉方法在未抽砂前，套箱内没有水时，采用人工挖方，进入水位时，边抽水边人工挖方，如若基坑内翻砂，采用吸砂机抽砂，先用水泵将套箱内注满水，开始吸砂。为防止堵塞吸砂管，在吸砂前，将套箱内的石块等大物体清理干净。由于套箱底标高到地下水面高差不足3m，采用水力吸砂机吸砂。吸砂时，采用支架悬吊吸砂机，使其呈悬吊状态，管身垂直，经常摇动管身和移动位置，吸砂管口离开砂面1525cm，随时升降吸砂机，以能经常吸出砂为准。吸砂时要使套箱底面均匀下降，防止套箱偏斜，靠近刃脚的砂如果不能向中间锅底自行坍落时，用高压射水冲向中间后再行吸出，致使套箱下沉到设计标高（128.8m）。5、套箱基底清理当套箱刃脚下沉至设计标高后，对套箱的底面认真量测，对凸出部分，进行抽砂找平，保证封底混凝土的厚度不少于60cm。钻孔桩护筒或钻孔桩四周用高压射水清理干净，以增加混凝土与钻孔桩护筒或钻孔桩的握裹力。各工序准备好后，开始浇筑封底混凝土。五、钢沉井组装及下沉钢沉井采用肇源大桥用过的沉井，施工前，将损坏的钢沉井修补好。按承台尺寸四周留60cm作业面。钢沉井下沉采用不排水法施工。首先，钢沉井在现场冰面上拼装，吊挂在工作平台上，再凿冰下沉。钢沉井下沉前，根据测定的中心线将钢沉井调整至正确位置（允许偏差10cm）。测量人员随时测量其倾斜度和位移，发现钢沉井倾斜或位移超限时及时进行调整。1、基本要求：1)、江底为砂土，先抽沉井内起点桩号高处砂土，后抽刃脚四周砂土，每层抽30cm。2)、钢沉井腔内注满水，加大刃脚对砂土的压力。3)、保持钢沉井内水位高于井外水位1m，以防流砂涌入钢沉井内引起钢沉井歪斜和增加吸砂工作量。2、机械设备：水力吸泥机4台，9m3/h空气压缩机1台，电动多级水泵2台。3立式水泵4台，6水泵4台，5吨卷扬机四台，8吨吊车1台，运输车1台，电焊机5台。3、主要人员：1）工长一人；2）电焊工8人，起重工12人；3）空压机司机2名；4）水力吸泥机操作人员2名；5）向钢沉井内抽水人员2名。6）其它人员15人。4、抽砂操作要点：在未抽砂前由专人对钢沉井内因钻孔桩施工时投入护筒外的装砂编织袋等杂物清除干净，防止堵塞吸砂管。由于钢沉井沉入水面下3.2m，小于5m，采用水力吸砂机吸砂。吸砂时，利用钻孔桩平台上的支架悬吊吸泥机，使其呈悬吊状态，管身垂直，经常摇动管身和移动位置，吸砂管口离开砂面1525cm，随时升降吸砂机，以能经常吸出最多的砂为准。吸砂时要使钢沉井底砂面均匀下降，防止钢沉井偏斜，靠近刃脚的砂如不能向中间锅底自行坍落时，用高压射水赶向中间后再行吸出。5、钢沉井基底清理钢沉井内河床面标高由专人量测，严格控制高程和平整度，对凸出部分，进行抽砂找平，保证封底混凝土厚度不少于0.80米。钻孔桩的护筒、钢管桩表面的粘泥用高压水冲干净掉，以增加混凝土与护筒、钢管桩的握裹力。6、钢沉井下沉时注意事项1）、钢沉井腔内注满水，尽量加大刃脚对土的压力。2）、钢沉井靠起点方向河床标高130.35m，靠终点方向河床标高127.38m，河床横向坡度很大，用卷扬机钢丝绳将钢沉井吊起徐徐下放至设计标高后，终点侧刃脚呈悬空状态，将悬空的空间用编织袋或麻袋装砂填筑到刃脚底标高处和刃脚外缘1m。3）、钢沉井内从河床高处向低处均匀逐步分层除砂，清除的砂堆放在钢沉井终点岸的低处，防止钢沉井发生偏斜。4)、随时掌握砂层变化情况，控制除砂位置和除砂量，确保钢沉井均匀下沉，在砂层中下沉时，必须特别注意使钢沉井内水位高于钢沉井外水位，防止翻砂。5）、下沉过程中，测量人员做好钢沉井底标高、下沉量、 倾斜和位移的测量工作，随时注意纠偏。6）、力求向钢沉井四周均匀弃砂，严防堆在钢沉井一侧，产生偏压造成钢沉井偏斜。7)、钢沉井在下沉过程中遇到破残的圬工、砂袋等障碍物，立即停止下沉，进行详细探查，确定障碍物的位置及形状尺寸，刃脚下沉遇到破残圬工时，小的可将周围掏空取出，大块的先清除其覆盖土，找薄弱部位进行开挖将其取出，遇到砂袋时，先将砂袋钩破再将砂袋取出。六、钢沉井围堰封底混凝土厚度计算及上浮验算1、封底混凝土厚度封底混凝土标号采用C20混凝土，封底板按简支矩形双向板计算：宽度 B=16m，长度取L=30 m，L/B=30/16=1.875 =0.15 0=0.092施工水位按132 m考虑，承台底标高129.4m，求封底后抽干套箱内水，底板下的静水压力设封底板厚为t(m)根据q0=（132-129.4-t）*10-24t=26-10-24 t =26-34 t封底厚度t=60q0B2/wl1/2 = 6*0.092*(26-34 t)*162/7001/2=0.687m，取0.80m。2、钢沉井上浮验算1）、钢沉井自重：Q1=1200KN2）、沉井内水重：底面积A=16.4*23.67+1/2*16.4*6.89=444.6 m2Q2=444.6-(22*14.4+1/2*14.4*6.2)*3*10=2496KN3）、封底混凝土重： Q3=444.6*0.8*24=8536KN合计:Q=Q1+Q2 + Q3=1200+2496+8536=12232KN4）、施工水位132 m ,封底混凝土底标高128.8m ，浮力 P=444.6*(132-128.8)*10=14227KN， P Q =12232KN，所以沉井将上浮。但是沉井内有12根230钻孔桩护筒和1根180钻孔桩护筒，封底混凝土与钻孔桩护筒的握裹力将阻止套箱上浮。现计算1根桩产生的握裹力：假定钻孔桩的钢护筒视为光圆钢筋,光圆钢筋的握裹应力R=1.53.5Mpa,钢筋与混凝土之间的平均握裹力R,可按下式计算R=P/u=P/dl P=dlR式中P作用在钢筋上的拉力 u钢筋的周长 l钢筋的锚固长度 d钢护筒的直径1根d=2.3 m 钢护筒P1=*2.3*0.8*1.5*1000=8670.8KN1根d=1.8 m 钢护筒P1=*1.8*0.8*1.5*1000=6785.8KN12根d=2.3 m 钢护筒和1根d=1.8 m钢护筒总计握裹力：P= 12*8670.8+6785.8=110835.4KN14227KN ，所以沉井不能上浮七、封底混凝土浇筑钢沉井封底混凝土采用导管法水下灌注，导管用混凝土输送泵管，垂直导管法灌注水下混凝土，施工工艺同钻孔灌注桩灌注水下混凝土施工工艺，但钢沉井面积大，需用多根导管依次灌注水下混凝土，灌注封底混凝土采用2台混凝土输送泵。1、封底混凝土技术指标封底混凝土设计标号为20号，封底混凝土既是水下混凝土又是泵送混凝土，必须严格控制质量。2、封底混凝土原材料（1）水泥厂家：吉林省双阳亚泰水泥厂 规格：普硅32.5水泥（2）外加剂厂家：开山屯造纸厂 名称：木钙（3）水：地下水（4）碎石厂家：吉林放牛沟采石厂 规格：16-31.5mm，10-20mm，5-10mm（5）砂厂家：江南砂厂 规格：中砂2、封底混凝土施工布置及主要设备： 1)导管平面布置：导管的数量及平面布置，使各导管的有效灌注半径互相搭接，并盖满基底全范围。水下混凝土有效灌注半径一般为35m，一个导管的作用半径一般采用2.54m，因受沉井内有13根钻孔桩钢护筒和钻孔桩工作平台的钢管桩影响混凝土局部流动坡度很难达到1:5，因此采用一个导管的作用半径为2.5m，导管位置见导管平面位置布置图。 2)导管立面布置：利用钻孔桩工作平台上的龙门吊车悬挂斗及导管或采用40墩吊车吊挂斗及导管浇筑水下混凝土。 3)主要设备：强制式搅拌机2台，混凝土输送泵2台，导管60延米，混凝土运输罐车3台， 40吨吊车一台。 4)灌注水下混凝土顺序：由于封底混凝土面积大，在松源一侧用2排导管同时灌注水下混凝土，当达到设计标高后，将第一排导管移至第三排位置继续灌注水下混凝土，第2排导管水下混凝土达到设计标高后移到第4排灌注水下混凝土，以后依此类推将封底混凝土灌完。 5)封底混凝土灌注需要的时间：一台强制式混凝土搅拌机生产能力200m3/h。受施工时多环节影响，按灌注水下混凝土能力100m3/h计，灌注封底混凝土360m3需3.6小时。3、操作要点1）在开灌前20分钟内将运输车、输送泵内混凝土拌和物储满，以便开灌后能连续不断地浇筑混凝土。2）混凝土拌和时间不少于1.52分钟3）自拌和机出料到通过导管灌注时间不超过30分钟。4）使用2台混凝土输送泵泵送混凝土。5）在输送泵储料仓导管进口处放置清洗导管用的圆球，储料仓装满混凝土拌和物后，开始泵送混凝土。储料仓内始终装满混凝土拌和物，不断地泵送混凝土至导管底，并埋住导管底口0.5m以上。向导管泵送混凝土时