塘河大橋沉井施工方案設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共1頁
1 工程概況
塘河穿過新（沂）長(zhǎng)（興）鐵路，位于江蘇省錫山市、江陰市分界處，屬于七級(jí)航道。主河道寬26米，設(shè)計(jì)水位H=3.59m，實(shí)測(cè)水位H=1.40m，水深6.1m，水位漲落高度0.7m，水流速度3m/S。航道管理部門要求施工期間保持航道通暢。
塘河大橋中心里程DK29+237，水中2＃墩偏近河岸，墩身高度9m，圓墩直徑2.1m，承臺(tái)尺寸6×6×2m（長(zhǎng)×寬×高），承臺(tái)底設(shè)計(jì)高程H＝－6.10m，土質(zhì)為洪積性砂粘土，軟塑，承載力σ=120Kpa，5根Ф1m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)29m。在對(duì)鋼筋砼沉井方案進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，按照安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、便于施工、保護(hù)環(huán)境的原則，優(yōu)選了正方形鋼筋砼沉井施工方案。為減短工期，便于拆除回收利用，沉井下部3m，（承臺(tái)上下各0.5m高度），受力較大采用250＃鋼筋砼材料，上部6m采用雙層大塊舊鋼模拼成，鋼管排架支撐。
2 組合鋼筋砼沉井施工方案設(shè)計(jì)
2.1 木樁編織袋圍堰
木樁編織袋圍堰起筑島擋土少占航道作用，在施工期間應(yīng)保持穩(wěn)定，內(nèi)坡角距沉井外壁3.5m，水深處加寬至4.8m，高出水面1m。設(shè)雙排直徑16cm以上木樁加固，樁距0.5m，堰內(nèi)填土高出水面1m，經(jīng)檢算沉井下沉?xí)r圍堰滿足穩(wěn)定要求。
2.2 鋼筋砼沉井結(jié)構(gòu)尺寸選擇
下部3m鋼筋砼沉井平面尺寸由地基容許承載力決定。根據(jù)地質(zhì)、水文、荷載、構(gòu)造要求及施工水平選擇沉井壁厚0.4m，井壁每邊比承臺(tái)加大0.3m,刃腳高度0.5m，踏面寬15cm 。
2.3 鋼筋砼沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沉井下沉?xí)r起到擋土擋水的圍護(hù)作用，必須保證沉井下沉過程中處于最不利受力狀態(tài)時(shí)滿足施工安全可靠的要求(圖1 計(jì)算簡(jiǎn)圖)。
2.3.1 3m沉井豎向破裂驗(yàn)算
撤除墊木或下沉?xí)r沉井最后支承在四個(gè)固定支點(diǎn)上，力學(xué)圖式看作簡(jiǎn)支梁。在自重及上部荷載作用下豎直截面內(nèi)產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力，超過砼容許拉力時(shí)沉井就會(huì)斷裂。
撤除墊木或排水下沉?xí)r人工可以控制最后支承點(diǎn)位于最有利位置（支點(diǎn)處負(fù)彎矩值與跨中彎矩值接近），以便使彎曲應(yīng)力值最小，本例選取支點(diǎn)距離5.2m（0.7倍邊長(zhǎng)）為有利位置進(jìn)行檢算（圖2 沉井豎向破裂檢算圖）。不排水下沉?xí)r，按最不利位置即支點(diǎn)位于沉井四個(gè)角點(diǎn)上檢算跨中載面。
公式：
彎矩M＝
應(yīng)力σ＝
q—均布荷載
L—計(jì)算跨度
y—待求應(yīng)力點(diǎn)距中性軸距離
I—截面慣性矩
分別檢算以上兩種情況，彎曲拉應(yīng)力均小于砼容許拉應(yīng)力，沉井不會(huì)開裂。
2.3.2 刃腳配筋計(jì)算
2.3.2.1 計(jì)算圖式
計(jì)算時(shí)分解成豎向懸臂梁和水平閉合框架進(jìn)行分析。作用水平力按豎向α及水平β分配系數(shù)，分配給懸臂梁和閉合框架承擔(dān)。
α＝
β＝
式中L——計(jì)算跨度
h——刃腳高度
刃腳向外彎曲最不利位置需要試算確定，一般選擇沉井沉至中途，已接高沉井，刃腳剛切入土中時(shí)的位置。此時(shí)向外彎矩最大（圖3 刃腳計(jì)算圖式）。刃腳向內(nèi)彎曲的最不利位置是沉井下沉到設(shè)計(jì)高程，刃腳下土已掏掉，此時(shí)使刃腳向內(nèi)彎曲的水土壓力值最大。
2.3.2.2 刃腳懸臂梁計(jì)算
（1）刃腳外彎時(shí)內(nèi)側(cè)鋼筋計(jì)算（單寬井壁）
處于最不利位置時(shí)作用于刃腳上的外力計(jì)算如下：
豎直反力R＝G — T0，
作用于井壁上的摩擦力取T0＝fA，當(dāng)T0>0.5E時(shí)取T0＝0.5E
水平反力U＝
刃腳自重g=，
外側(cè)總土壓力E＇= ，
外側(cè)總水壓力W＇＝，
作用在刃腳上的磨擦力取
T1＝0.5E＇、T1＝fh間較大值
式中：G — 井壁自重
A — 單寬井壁面積
f — 土對(duì)井壁單位面積摩擦力
E — 作用在單寬井壁上的壓力
φ— 土的內(nèi)摩擦角
rh — 砼容重
ea、w —刃腳踏面外側(cè)壓力、水壓力
e＇a、w＇—刃腳根部外側(cè)土壓力、水壓力
w1、w＇1—沉井內(nèi)側(cè)刃腳根部、踏面處水壓力，排水下沉?xí)r，應(yīng)乘以0.7系數(shù)。
當(dāng)不排水下沉?xí)r， 應(yīng)計(jì)算浮力。以上水平力均乘以分配系數(shù)α作用在懸臂梁上。按結(jié)構(gòu)力學(xué)靜力平衡方程計(jì)算出刃腳根部截面上的彎矩M、軸力N、剪力Q，并按單筋截面進(jìn)行配筋計(jì)算。按構(gòu)造要求內(nèi)壁豎向每米布置5φ12，并設(shè)置間距80cm交錯(cuò)布置的φ10拉筋，配筋率大于0.05％。
（2）刃腳向內(nèi)彎曲時(shí)外側(cè)鋼筋計(jì)算
同上。
3m沉井豎向配筋與刃腳保持一致。
2.3.2.3 刃腳作為水平框架配筋計(jì)算
最不利位置與計(jì)算刃腳向內(nèi)彎曲時(shí)相同，計(jì)算圖式為一水平閉合框架（圖4 刃腳計(jì)算圖式）。此時(shí)分配框架承擔(dān)的均布荷載
P＝β（E＇+W＇）
控制截面內(nèi)力按下式計(jì)算
角點(diǎn)彎矩M＝
中點(diǎn)彎矩M＝
軸力N＝
按雙筋截面進(jìn)行配筋計(jì)算。
2.3.3 井壁的水平配筋
2.3.3.1 刃腳根部以上0.4m井壁
考慮刃腳根部傳來剪力Q，單獨(dú)計(jì)算。計(jì)算出角點(diǎn)、中點(diǎn)M、N按雙筋截面分別計(jì)算配筋，作為施工臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，安全系數(shù)取K＝0.86，井壁外圈選φ20@30cm,內(nèi)圈選取φ20@15cm，內(nèi)圈鋼筋在角點(diǎn)位置隔一根起彎一根抗剪，在沉井外側(cè)角點(diǎn)每15cm增加φ20加強(qiáng)筋一道，截面配筋率符合要求。
2.3.3.2 底節(jié)鋼筋砼沉井
高度3m，水平筋布置同0.4m井壁（含刃腳），這種配筋是偏于安全的。
2.3.4井壁豎向受拉計(jì)算
下沉過程中，遇有硬層、孤石把沉井箍住，刃腳下的土被掏空時(shí)，沉井處于懸吊狀態(tài)，在自重作用下，可能會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)摩擦力上大下小或排水下沉?xí)r，井壁中最大拉力Smax出現(xiàn)在沉井半高處。
Smax＝
Ag=
式中: Q—— 沉井自重
fy—— 鋼筋設(shè)計(jì)受拉強(qiáng)度
Ag—— 所需豎向鋼筋面積
經(jīng)計(jì)算井壁豎向配筋完全滿足要求。
2.4上部6m鋼模板沉井
