双壁钢围堰施工方案

国道主干线哈尔滨绕城公路东北段

（秦家至东风）松花江大桥

双壁钢围堰施工方案

中铁十三局集团第四工程有限企业

松花江大桥项目部

二零零四年十二月十日

松花江大桥35号、36号墩双圆形

双壁钢围堰施工方案

1,双圆形双壁钢围堰设计

围堰的设计本着受力条件好、稳定性强、以便施工、节省材料和

可回收日勺原则进行设计，松花江大桥35号及36号墩承台为条形29.5m

X13.9mX3m,顶面水深14m。根据构造尺寸设计成内径20米、外

径22.4米的双圆形构造（如图），即充足发挥了圆形构造受力条件好

的特点，又最大程度的节省了材料。围堰运用自身浮力进行回收。

1.1原因确实定

1.1.1根据承台形状和构造受力分析，将围堰平面布置成双圆组合形

（如图1）0

1.1.2根据面板日勺局部和自重确定面板厚度为5mm。

1.1.3根据上确定为薄壳筒状无盖无底构造。

R10000500020

壳体满足如下三方面条件，合用无矩理论。

(1)几何方面沿壳中面光滑持续无斜率和曲率的突变，壳体日勺厚度也

无突变。

(2)载荷方面沿壳面持续分布而无突变。

(3)边界条件挠度与转角不受约束。

1.2设计采用的理论

以薄壳筒状体线性理论设计构造。

以轴心受压稳定设计加强圈、支撑桁架。

1.3荷载

以承台底标高为最大压力计算位。

最大水深为16.5m,其中土深为3.5m。

因有较密定位桩及防冲桩，不考虑水流和浪击等横向不均匀载荷。

因有施工平台，围堰轴向荷载不计。

由于采用浮沉工艺，堰底与地面不均匀接触、构件吊装等受力状态,

不予计算。

在最大抽水深度下，考虑了壁间有水9米深，以减少壁板局部计算

荷载。

1.4规范有关采用《GB50017-2023^

1.4.1强度设计f=215N/nvn2(Q235钢)

1.4.2稳定

(1)轴心受压—</

按多跨持续梁计算，同步考虑壁板40倍板厚的宽度参与受力；（3）

壁板按支撑在竖向加劲肋上的多跨持续板计算。

2.3受力工况

浇筑承台前钢围堰最大抽水状态为最不利工况。钢围堰受力重要

计算荷载有静力压力、土压力、施工荷载以及壅水所产生的压力等。

浇筑承台时钢围堰外设计施工水位采用13m,土埋置深度3.5m,壁

仓内的水位9m,计算水流流速1.5m/s。根据以上简化计算措施，壁

板、竖肋按简化公式进行局部计算。水平加强圈及水平斜撑可采用简

化公式计算。

3.双圆形双壁钢围堰空间分析计算

3.1构造分析模型

用空间模型进行分析计算，外壁板、内壁板、水平加强圈采用空

间板壳单元，竖肋采用空间梁单元，水平斜撑采用空间桁架单元，即

两端与水平加强圈采用较接连接。

3.2计算分析

重要计算荷载：静水压力、土压力、浪击力与风荷载（处作用较

小此处可忽视不计）、施工荷载。

3.3计算过程

3.3.1加强圈设计计算

（1）壁板参与受力的宽度h。确实定勾《40摩

LAA.

采用Q235钢儿<40^=40X5;用0mm

（2）根据无矩理论，均匀外压力作用下的筒壁内力只有周向力，无

弯矩。周向力按公式No=P°Ro计算。

式中Po——外压（N/mm2）

Ro---外圆半径（mm）

室X

OO

（3）根据线性理论，周向力由双壁板和加强圈

共同承受，那么壁筒任意高度上日勺一种加强圈与

壁板组合将成为双肢格构轴心受压构造（如图

示）。

（4）每个双肢格构的承压能力

式中f=215N/mm2（Q235W

5——以换算长细比加确定的折减系数。

A——加强圈与壁板组合后的总面积。

换算长细比的计算

加强圈采用100X100X10角钢，A=6852mm2;

儿=85.5;缀条用63X63X5角钢匕=614.3X2=1228.6mm2

“ox2^+27—=J85.52+27x=86.4

xV1228.6

查表（b类截面）（p=0.645

乂=/•夕A=215X0.645义6852=950201N

加强圈采用75X75X8角钢，A=4606mm2;4=84.4;缀条用63X63

X5角钢'=614.3X2=1228.6mm2

心二

查表（b类截面）8=0.655

M=/•夕・A=215X0.655义4606=648634N

(5)竖向间距同确定

Po在围堰上沿高度变化，最大为刃角顶面0.186N/mm2

最小间距L=——95。2（/——p456/nm取450mm

s0.186x11200

2

（6）缀条计算缀条用63X63X5角钢Ai=614.3mmiy=12.5mm

Lo=1528mmQ=45°

2=^=—=122.24<[2]=150查表（p=0.426

12.5

折减系数0.6+0.0015X=0.6+0.0015X122=0.783

剪力确定「啜旧T竺等=，2N

N^Vmax/2=17332/2=8666N

。二N1/A1=8666/614・3-14.1

WO.783（plf=0.783X0.426X215=71.7

3.3.2竖向加劲肋的计算

采用50X50X5或63X63X5角钢,根据受力和加工条件将截面

布置成如图4所示

图4

(1)组合后截面数据50X50X5角钢A=1480mm2y1=14.9mm

433

y2=40.1mmIy=590000mmWi=39600mmW2=14700mm

4

63X63X5先钢A=1614mm2y1=20.8mmy2=47.5mmIy=1125232mm

W|=54098mm3W2=23689mm3

⑵间距确实定

荷载围堰外压随深度变化而变

化，为了增长围堰在水中的稳定，同

时减少外壁的计算压力，考虑内外壁

间水位9米高。

周界固定整个面板受均布荷载。

根据刚性薄平板的计算公式（h/0.2b）,

确定间距。

(负号表达上缘纤维受拉)

式中：。一一计算应力

C-----由a/b值确定的I系数，查表

获得(a/bel)

P0一一外压荷载，沿面板高度不一样而度化。

b加强圈冷间距a加劲肋间距h板厚

当b>a时，已不符合周界固定条件,应按多跨持续板计算,确定间距。

以上措施应在每个加强圈间距中计算，由于他们的P。值是不一样的。

(3)验算加劲肋角钢与面板共同抗弯强度，角钢在加强圈位置断开

应按简支梁计算

线荷载qj=a•p0

8

八可M“……,

式中：Wx一一角钢与面组合后日勺抗弯模量(取14700mm3)

当用50X50X5角钢检算通不过时，换用63X63X5角钢,

Wx=23689mn?检算。

3.3.3支撑桁架计算

（1）受力分析

围堰在中间支撑两端设计加工不易保证其刚度，为简化计算忽视

围堰的中间支撑两端的刚性，根据无矩理论，引用加强圈压力，中间

支撑计算压力（图6）

N=2NiCOSa

式中a——双圆围堰在中

/

间支撑两端切线与中间支撑轴

————

线的夹角

N=2X950201Xcos47.379°=1286849N1'""响'

（2）采用100X100X10或75X75X8

角钢相扣成方管，构成双肢柱桁架，截面数据

LJ-

24

100X100X10角钢Ai=1926X2=3852mmIxl=6231667mm

4

ixi=40mmIx=mmix=782mmlo=14276mm2V=18.3

缀条用75X75X6角钢A1二879.7mn?l0=1817mmi^=14.9mm

片122

4=L；+27—=J18.32+27X^Z21.«21.3

°”N*ALvV1759.4

查表（P=O.966

。二丛=1286849^的^^二0966x215«208

A7704

75X75X8角钢，缀条用75X75X6角钢，计算略。

（3）缀条计算

2=122<[2]=150

受力检算与加强圈缀条检算相似，计算略。

4,抗滑、抗倾覆、抗浮稳定性验算

4.1抗滑稳定性验算

在围堰下水之前要在冰面上测放出围堰日勺精确位置，并且在围堰

的内外打入钢管桩同步起导向作用和约束钢围堰不发生滑移。围堰内

部日勺导向桩和施工平台连起来形成整体，增强稳定性和增大抗冲击

力。在围堰的第一阶段下沉时冰也对围堰也起约束和导向作用。

在围堰的内部上游打入4根钢管桩，重要用来抵御因水流日勺冲击

而产生向下游滑移的顷向，钢管桩打入河床深度不不不小于5米，上

部和施工平台相连接。计算简化模型如图8所示。

选用①325壁厚为10mm日勺钢管桩凡二755.7cm3、

流水压力公式为

P=0.8Arv2/（2g）LJ

式中：0.8为圆形阻水系数；A为围堰的阻水面积；鸟O

L

r为水的容重;v为水流速

q=p/13=0.8X22.4X1X13X10X1.572X10X13

=20.2KN/m

M„x=9ql7128=9X20.2KN/mX137128=240KNm

32

f=MIllilx/4Wx=240KNm/4X755.7cm=79.4MPa<f=2\5N/fnfn

不发生滑移

4.2抗倾覆稳定性验算

围堰的长宽比较大为2.18,且质量均匀并有导向钢管约束不会发

生倾覆，因此不必进行抗倾覆验算。

4.3抗浮稳定性验算

在承台浇筑前最大的抽水状态下，对钢围堰及封底混凝土的自

重与否能克服浮力的作用考虑，进行钢围堰浮力稳定性检算。由于受

河床标高及围堰入十深度口勺控制，封底混凝十采用C20水下混凝十，

厚度为2米；封底混凝土底面的水压力以18米计；仅靠钢围堰、封底

混凝土、壁仓内注水等的重力不能克服服力作用。因此，必须考虑封

底混凝土与基桩间的粘结力，在封底前由潜水员对封底混凝土范围内

口勺桩身表面进行清理并凿毛，保证封底混凝土和桩身之可以很好的粘

接，计算中取封底混凝土与基桩间单位面积的粘结力为O.5MPa。

浮力P=Ahr

=752.6X18X1O=135468KN

钢围堰重N]=2300KN

壁仓内注水重N2=50X2X1.2X9X10=l0800KN

封底混凝土重N3=314.3X2X2X23-3.14X2X18X23

=26315.7KN

封底混凝土和基桩的粘结力N4=3.14X2X2X18X0.5X1000

=U3040KN

NI+N2+N3+N4=2300+10800+26315.7+113040=152455.7KN

NI+N2+N3+N4>P

可以抵御浮力

5.施工

5.1双壁围堰的制作

双壁围堰的制作在工厂中加工，按互换件和对号入座的措施制成

块件，汽车运至江边后，人工在冰上拖至墩位处进行现场拼装。各节、

块之间安设防水胶条，在墩位处设跨施T平台龙门吊对组装后围堰翻

身，尽量防止立焊或仰焊，现场搭设施工大棚，保证焊接质量。

围堰焊接后应有一定的刚度，围堰内外壁进行满缝施焊，保证无

焊伤、无漏焊、无砂眼。钢板与角钢水平杆的焊缝长度,不小于100mm,

间距不不小于80mm。角钢骨架时焊接进行满焊，在骨架块的J外壁板

上，焊接吊环，组装成型后对围堰尺寸、高度、倾斜角以及焊质量进

行检查验收，并作漏水试验保证不漏水。

5.2围堰下沉

围堰分两阶段下沉，第一阶段在钻孔桩施工之前将围堰下沉到河

床；第二阶段待钻孔桩完毕后再将围堰下沉到设计位置。

第一阶段

在施工平台的军用梁上固定若干10T倒链，用于固定已拼装好的

围堰悬浮于水中，在围堰入水前先用测量仪器测放精确承台日勺位置后

在围堰日勺上下游分别打入导向钢管桩，同步运用冰日勺作用使围堰入水

位置精确并可以抵御水的冲击。围堰下放到水面以上位置处固定倒链

使其处在悬浮状态，然后再拼装第二节围堰，第二节围堰和第一节围

堰加固好后来再继续下放，当不下沉后在围堰的双壁间对称注水使其

下沉。围堰下从容陆河床后暂不再下沉围堰，把围堰和导向钢管桩同

定将悬挂倒链锁死°

第二阶段

在施工平台上进行钻孔桩施工，待承台内钻孔桩所有完毕后再采

用吸泥法下沉围堰到达设计位置，运用吸泥机和砂石泵配合使用在围

堰内侧刃脚附近将泥砂吸出，注意吸泥机和砂石泵要在围堰四面均匀

布置，保证围堰均匀平稳下沉。

5.3封底

围堰下沉完毕，对围堰内河床按方格网坐标分区域逐块吸泥，将

泥砂清理洁净，由潜水员下水逐块、逐片检查，测量标高合格后才能

浇注水下封底混凝土。在各阶段施工时均要注意围堰内外的水面高差

平衡，防止出现翻砂现象。封底前由潜水员对承台的各桩桩头进行清

理保证封底混凝土和桩基良好连接，增强封底混凝土的抗压能力减少

封底混凝土日勺厚度c

封底混凝土采用一次性布设导管法，剪球次序由四面向中间，施

工时防先剪球的导管混凝土扩散到未剪球日勺导管位置。