钢护筒设计与计算(槽钢加强圈)_建筑土木_工程科技_专业资料.doc
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1、湖南环达公路桥梁建设总公司桑植双门岛大桥澧水一桥1-3#墩钢护筒设计与验算建设单位:张家界市交通投资集团公司监理单位:湖南金路工程咨询监理公司 施工单位:湖南环达公路桥梁建设总公司 桑植双门岛大桥项目部二0一六年一月桑植双门岛大桥澧水一桥1-3#墩钢护筒设计与验算(钢护筒布置与受力计算)编制: 复核: 审核: 日期: 2016 年 1 月 18 日湖南环达公路桥梁建设总公司桑植双门岛大桥项目部 目 录一编制说明4二编制依据5三工程概况63.1工程简介63.2工程设计概述63.3地形地貌73.4地质岩性73.5区域地质构造83.6不良地质现象83.7水文地质条件83.8防洪标准83.9气象情况9
2、3.10施工特点9四澧水一桥钢护筒设计104.1设计说明104.2钢护筒受力最不利因素假设10五各主要参数11六钢护筒最不利荷载计算12七钢护筒设计137.1钢护筒基本布置147.2外侧压力钢护筒厚度选择157.3钢护筒内压壁厚选择157.4钢护筒壁厚的确定157.5钢护筒加强圈计算15八钢护筒稳定性屈曲验算17九总结19III一 编制说明桑植双门岛大桥由澧水一桥、澧水二桥和道路部分组成,合同价约4100万元,工期24个月。该项目具有复杂的地质条件、比较深的水位和造价低的特点,针对澧水一桥1#、2#、3#墩桩基水位深、基底覆盖层薄、基岩为斜面且坡率较大,钢护筒稳定难度大的特点,且在1号墩施工过
3、程中发现桩底有大型溶洞,出现泥浆突然下降,钢护筒在外水压力的作用下出现严重变形、破裂等现象,致使卡钻的现象发生,故经业主、监理、项目部共同决定在原施工组织设计的基础上特编制此钢护筒出现类似1号墩溶洞现象的钢护筒设计与受力验算方案,以确保工程安全、有序进行施工。二 编制依据1)桑植双门岛大桥施工合同2)双门岛大桥招投标文件3)桑植双门岛大桥施工图设计。4)第六册工程地质勘察报告。5)公路桥涵施工技术规范(JNG/N F50-2011)。6)钢结构工程施工质量验收规范(GB 50205-2001)7)贺龙水库历年降雨、洪水、流速等情况调查。8)钢结构设计规范(GB50017-2003)9)钢结构设
4、计手册(第二版)中国建筑工业出版社10)结构力学人民交通出版社11)实用土木工程手册人民交通出版社12)公路桥涵设计通用规范(JNG D60-2004)13)公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JNJ025-86)14)GB150-2011压力容器15)结构设计软件midas civil 8.32三 工程概况3.1 工程简介本项目的主要目的是通过在鸡公咀渡口、小埠头渡口处架设桥梁并布设接线,从而避开S907(原S305)山体垮塌地段,故其起、终点均应连接S305老路。经过图上布线及现场勘察,充分考虑路线的总体走向、桥位合理、与老路连接顺畅等因素,本项目起点(K0+000)定于桑植县桥自湾乡鸡公咀渡
5、口附近,在此处设置澧水一桥;终点(K0+980)定于桑植县打鼓泉乡小埠头渡口附近,该处设置澧水二桥。澧水一桥桩基础分类如下:墩编号桩基顶标高桩基底标高最大洪水位直径桩长桩根数桩基础部位水深1#285.97238.17288.52.447.8 2水中352#286.04238.04288.52.448 2水中33.883#286.04247.84288.52.438.2 2水中24.65图1 桑植县双门岛大桥桥位地形图3.2 工程设计概述澧水一桥中心桩号为K0+216.34,位于桑植县桥自湾乡鸡公咀渡口附近,贺龙水电站澧水上游约2Km为该桥桥位处,桥位处河面宽度约220m,最大水深达35.0m。
6、桥梁轴向与流水方向右夹角约80,桥梁按此角度斜向布置,其上部结构采用550米预制N梁,先简支后结构连续,桥梁全长257.2m.桥梁上部结构初步设计采用350+350m(预应力N梁,先简支后结构连续)+318m(现浇连续箱梁),桥梁全长360.34m。对于现浇箱梁由于在弯道上,采用普通钢筋混泥土进行设计。图 3.21澧水一桥桥型整体布置图本桥桥墩基础为钻孔灌注桩桩基,按嵌岩桩设计。3.3 地形地貌本项目位于桑植县贺龙水库区,距县城约7.4km,贺龙水电站澧水上游约2km处,以跨越澧水的两座桥梁为主体,澧水一桥0#桥台处为一民房,5#桥台处为小洲,水面宽约220m,水流自南向北,一般水流较缓,水位
7、变化较小,但遇泄洪或发电,水位变化可达10米之多,勘察期间,最大水深达35.0m。桥位东岸为S305,西岸无公路,交通条件较差。一桥桥位区地形起伏大,地面高程253.5297.5m,最大相对高差44.0m。桥位区微地貌单元为微丘、冲沟。东岸桥台附近为一陡坡,地势险峻,基岩出露,西岸小洲上地形平坦,地势较低,为橘园、菜地。3.4 地质岩性1-3#墩: 粉质粘土:qik=10KPa fa0=80KPa 灰褐色,深灰色,软流塑状,饱和,含粉砂较多 ,局部含砾,分布于河床,层厚1.26.0m。中风化灰岩:fa0=1500KPa frk=30MPa 灰色、深灰色,隐晶质结构,薄中厚层状构造,含方解石脉,
8、层间裂隙、风化裂隙较发育。岩芯多呈短柱状、块状,少量碎石状、片状,岩体完整性一般较好。该层分布于整个场地,最大揭露厚度31.7m。3.5 区域地质构造根据湖南省区域地质志及1:100万湖南省构造体系图综合野外地质调查,场地位于湖南西北部,处于桑植-石门早-晚期新华夏系褶断带,该褶断带发育于震旦系至三叠系中,呈左型雁列的褶皱群。归属于新华夏系的湘西北的弧形构造。其主体由东山峰复背斜、桑植复向斜以及相随一些断裂及伴生构造成分组成。主体走向由北东-北北东-北东东,呈S形伸展。向东同石门-临湘东西向构造重接,组成所谓“湘西北联合弧”。往南西同川、黔晚期新华夏系相接,长250km,宽80km。桥址南侧约
9、3km处有一近南北向次生压性逆断层F1,该断裂长约10km,无近期活动迹象,已趋于稳定。桥位区三叠系中统灰岩呈单斜构造,岩层产状15541,较为稳定。3.6 不良地质现象在初勘时发现有裂缝存在,但在1号墩桩基施工时出现护筒内泥浆突降12米的情况,根据护筒变形与破裂情况及泥浆变化与护筒时水位变化速度与高差情况分析,本桥位存在大型溶洞的可能性极大,通过潜水员下割钢护筒时下层泥浆并未出现较明显的稀释,说明护筒破口以下泥浆并未外漏,始终保持着内外压力差,由此可以判定护筒底的前期封底较为完好,加之泥浆为瞬间下降,也不可能是渗漏造成的泥浆下降,据此分析,1号墩桩基位基岩存在封闭的溶洞。据起吊后的护筒变形与
10、破口位置(位于水位下13.6米处)判断,按受力分析与模拟计算判定1号墩桩基底的溶洞容量大小约为12米泥浆体积,约为3.14*1.4*1.4*12=74立方米。3.7 水文地质条件桥位区地表水系很发育,较大的地表水体为贺龙水库,一般水流较缓,水位较稳定,变化小,但遇泄洪或发电,水位变化可达10米之多,勘察期间,水位标高287.7m,最大水深35.5m。水位及流量受降水及电站控制,每年36月为雨季,水量较大,水位较高;812月为旱季,水量较小,水位较低。桥位区地下水主要有第四系覆盖层中的孔隙潜水和基岩中的裂隙水。孔隙潜水主要赋存于卵石层中,主要接受大气降水补给,其迳流和排泄与河水形成互补关系,水位
11、埋深较浅,水量较大。裂隙水主要赋存于灰岩的层间裂隙、风化裂隙中,主要接受大气降水补给,并与河水形成互补,其水量大小与裂隙的发育程度、连通情况密切相关,因基岩裂隙连通性差,故水量较小。勘察期间,稳定地下水位高程在275.1287.0m之间。3.8 防洪标准本桥按百年一遇洪水位设计标高,其桥墩阻水面积、阻水率、桥孔净长。过水净面积等经计算均可满足要求,并以获得省水利厅的正式批复。3)设计洪水位(1)泄洪水位:288.00m;(2)50年一遇:291.50m;(3)100年一遇:292.64m;3.9 气象情况每年36月为雨季,812月为旱季。3.10 施工特点本桥处于岩溶地区,具有如下特点:1、地
12、层和地质情况复杂,易造成塌孔、漏浆、砼浇筑流失等问题。2、岩石坚硬,穿岩厚度大,施工困难,费时、费工材料消耗大。3、半边岩层多,岩面高差大,钻进易孔斜,且易卡钻。4、溶洞充填物复杂,软塑层充填物稳定性差,钻具提起易埋钻。5、河水水量不稳定,水位上涨极快且流急。6、河床覆盖层薄,钢护筒难于稳定。7、水位变化大,最大水位变化为10米。8、桥位桩基处有溶洞存在,计算时考虑最大泥浆变化值12米。9、工期紧。四 澧水一桥钢护筒设计4.1 设计说明澧水一桥1、2、3号墩水深在24.65m-35m,且基本没有覆盖层,所以钢护筒的施工较澧水二桥更为复杂,加之澧水一桥交通不便,各种材料及人员设备的运输更为困难,
13、为了加快施工进度,在钢护筒的设计时应综合考虑各项因素。4.2 受力的不利因素假设1、 钢护筒最大位水深35米,泥浆较水位高1米。2、 最大水位时因遇溶洞而使泥浆下降至水位下12米。3、 钢护筒泥浆未下降而外侧水位下降10米。4、 最低水位时,即水深25米时泥浆下降12米。5、 最大水位时进行混凝土浇筑施工。6、 最低水位时进行混凝土浇筑。4.3 施工步骤 1、测量放样,放出钢护筒的平面位置,并做好标记;2、吊装钻机到钢平台设定位置,预冲钢护筒孔;3、制作钢护筒,安设钢护筒定位架,逐节下设、焊接钢护筒直至钢护筒坐床;4、浇筑水下混凝土封底;5、检查钢护筒外侧混凝土封底高度,看是否符合设计规定;6
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