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《绿色建筑中给排水系统CO2排放量的阈值研究》

来源:中国期刊网位置:工业技术时间:15-02-09 08:59

1.工程概况 

  罗屿特大桥为跨越罗屿海峡设计,桥全长765.75m。墩台基础采用φ1.25m和φ1.5m钻孔桩,钻孔桩共计113根,最长桩长36米;桥台为矩形空心桥台,桥墩为圆端形桥墩,最高墩9.75米;桥跨为23-32m预制后张法简支T梁。湄州湾罗屿海峡属于规则半日潮类型,并且低潮位时水位比较低,施工受大风、高潮差的影响较大。桥位区域地质情况从上至下依次为淤泥质土、粉质粘土、全风化混合岩、强风化混合岩、弱风化混合岩。地质资料显示不均匀性,地质条件比较复杂。
  8#-23#墩承台基础采用5根钻孔灌注桩, 桩顶以上设整体式高桩承台,承台尺寸为8.7(长)×8.7m(宽)×3m (高),下设封底混凝土设计厚1.5m。桥位位于海中、水深约7-16m。最低水位在-1.5m、最高潮水位在+3.92 m、浪高60cm。承台设计底高程为- 5.4m。根据施工水位、工程特点及工期要求等综合考虑, 决定采用有底钢吊箱围堰施工。考虑到承台砼施工后需要进行防腐处理,钢吊箱围堰尺寸为10m(长)×10m(宽)×12m (高)。

  2、整体式钢吊箱围堰设计

  (1)钢围堰相关参数

  护筒外径D(m): 1.7m, 承台桩数n(根): 5, 设计最高水位(m): 4.6, 围堰顶高程(m):4.6, 围堰底高程(m): -6.9, 承台顶高程: -2.4m, 潮位差H(m): 6.1, 封底厚度h1(m):1.5, 围堰外轮廓底面积A0(m2):100, 孔面积A1(m2): 11.4, (去孔后)A= A0- A1(m2): 88.6
  围堰自重G1(t):100, 封底自重G2=2.4x A h1(t):320, 围堰承受最大浮力(t):1019
  封底砼与钢护筒粘结力(t):720, 每平方米18吨

  (2)工况分析

  钢吊箱围堰作业时段, 设计受力状态可按照以下工况条件进行分析。
  工况一: 150 cm厚封底混凝土浇筑完成, 按最低水位-1.5m考虑;
  吊挂及底承重系统承受吊箱围堰自重及封底砼重量(100+320=420吨)
  工况二: 150 cm厚封底混凝土浇筑完成, 抽干水阶段按最高水位+4.6m考虑;
  吊箱围堰承受浮力1019吨;
  工况三: 浇筑承台混凝土施工阶段,按在最低水位-1.5m考虑;
  吊挂系统承受围堰自重及封底砼自重、承台砼重量、封底砼与钢护筒粘结力。浮力剩余部分重量(100+320+590-720-434=-144吨)。故吊挂系统不受力无需验算。

  (3)围堰结构组成及受力体系介绍

  ①模板:吊箱侧模、底模模板采用δ=6mm钢板,∠80×8mm为组合模板边框,内肋为8cm槽钢,间距为30cm。
  ②侧板:侧板采用模板组合而成,第一层采用双16槽钢竖向布置作为整体背肋(间距为1m)、第二层采用双32工钢横向布置作为加强肋(间距为1.5m×2道+2m×3道),立柱与加强肋采用拉杆螺栓连接并焊接,加强肋与模板背肋采用焊接连接成整体。
  (备注说明:考虑到节省吊箱封底砼、吊箱大小重量及后续承台施工方便,吊箱模板设置在外侧为背肋和加强肋结构,因此在封底完成抽干水后吊箱整体结构各个部位焊点处于受拉状态,故在吊箱整体焊接过程一定要按规范要求做到模板和背肋、背肋和加强肋之间紧密焊接。)
  ③底模及承重结构:底模采用6mm钢板拼装,在护筒处预留孔洞。模板下铺设12工钢作为分配梁,间距为20cm,分配梁长度为12米;分配梁下设4道双拼45cm工字钢作为主承重梁,每排桩基在护筒两侧各设一道,每道长度均为12m。
  ④承吊系统:利用钢护筒作为承吊系统,由于封底混凝土浇筑后要割除钢护筒,为保证底模及侧板正常工作,在护筒内埋设φ500mm钢管,作为以后体系的转换。主承重上吊梁采用双贝雷梁(横向布置4组8片贝雷片),长度为12m,顺路线方向在护筒顶立柱横梁上安装,通过50mm圆钢与底承重梁连接,共设置横向4个、纵向8个共32个吊点。
  ⑤内支撑及封底分仓:为防止侧板在水压下内倾及吊箱下沉定位,在钢护筒与侧模之间设置两道竖向支撑,在封底完成后在为保证吊箱整体稳定性,在吊箱内横向设置三道内支撑(采用200mm钢管)间距为1m+4m+4m+1m;竖向设置两道:一道在承台顶标高上来50cm处,另一道布置在离第一道顶标高四米处。

  (4)吊挂系统检算

  ①悬吊用50mm圆钢
  按工况一检算,总荷载为420t,共设置32根吊杆,考虑吊杆间受力不均匀系数1.2,吊杆承受的最大荷载为1.2×420/32=15t。单根圆钢25×25×3.14×140=27.4t,满足要求。
  ②抗浮,按工况二检算。
  检算水位+4.6m, 浮力计算水头差h: 6.1m, 围堰总计算浮力F总=A*h=1019t
  围堰封底砼重量G1=320t, 围堰重量G2=100t, 护筒外壁与封底混凝土粘结力G3=720t
  抗浮总稳定荷载∑G1=1140t
  结论:钢护筒与封底混凝土抗浮稳定系数K=∑G1/F总,满足要求
 

  (5)侧板模板加强肋施工验算

  结构模式:内支撑三道横向间距为1m+4m+4m+1m,内支撑直接对顶在模板外侧双拼I32工字钢的垂直面上。
  计算模式:按横向三根钢管(横向间距4m)、管顶双拼I32工字钢,按二等跨连续梁计算内力。
  受力分析:封底后抽干吊箱内水时最下层I32工字钢横梁承受最大水压力。(此时水头压力H=10米)
  N=rHs=10KN/m3×10×8×0.26=208KN q=208/8=26kn/m
  Mmax=0.125ql2=0.125×26×16=52KN.m Qmax=(0.625+0.625)ql=1.35×26×4=140KN
  I32力学特性:Ix=16574cm4,Wx=920.8cm3,Sx=541.2cm3,t=15.8mm
  主梁横梁强度验算
  σ=Mmax/Wo=52×106/(920.8×2×103)=28Mpa<〔σ〕=188Mpa 剪应力τ=Q Sx/(Ixt)=140×1000×1082.4×1000/(33148×10000×30)=16Mpa<[τ]=110 Mpa
  故模板加强肋采用双拼I32工字钢满足使用要求。
 
 

  (6)侧板整体内支撑施工验算

  由加强肋计算知道,内支撑最大压力为140KN,计算200mm钢管应力。钢管桩杆件按两端固结受力模式验算
  钢管桩截面惯性半径 i===7.4cm
  截面面积:A=0.785(20×20-19.88×19.88)=3.75cm2
  柔度λ=0.65l/i=0.65×10×102/7.4=87,查表知纵向弯曲系数∮1=0.60
  应力N=140KN/3.75cm2=37MPa<0.60〔σ〕=84Mpa
  故横向布置三道采用200mm钢管内支撑满足使用要求。
  钢吊箱围堰示意图

  3、钢吊箱围堰施工

  (1)在深水裸岩钻孔灌注桩

桩基完成后, 用浮吊将钢吊箱逐部分拼装成整体后, 安装下放, 然后通过力的转换, 将整个吊箱重量(及以后封底混凝土重量)悬吊在钻孔桩主钢护筒顶部,然后灌注水下混凝土封底,待水下混凝土形成强度后, 钢吊箱即和封底混凝土结合在一起, 并通过吊杆系统锚固在钢护筒上,抽干水后,,撤去原来的钢吊箱吊杆系统, 然后进行承台施工。这时,封底混凝土作为承台底模。

  (2)钢吊箱围堰拼装下放

  钢吊箱围堰在加工场地加工制造完成后,运至墩位处拼装,拼装利用墩位钻孔平台进行,在原墩位平台基础上加焊支撑型钢,构成拼装平台。围堰的组拼工作是将各块件点焊组拼成型,待其高度、倾斜度及结构的对焊焊接情况等进行检查签证、验收合格后方可进行全面焊接。围堰采用分段拼装、分段下沉的施工方法,先拼装底节钢围堰,拼焊好后,进行全面质检,对内外壁板焊缝及隔舱板焊缝进行煤油渗透试验。对重要焊缝进行超声波探伤抽查,确保围堰水密性,结构安全。

  (3)钢围堰拼装顺序

  ①首先在作业平台上放样划线;
  ②拼装从一个角向两边对称进行,直至合拢;
  ③第一层围堰拼完后,利用顶、垫、拉和支撑等方法对之进行校正;
  ④为加快拼装速度,可根据吊机的起重能力,在岸上分段预拼装后吊上工作平台逐段接长直至合拢。

  (4)钢围堰起吊

  正式起吊前进行试吊,即把钢围堰吊起至离开作业平台面5cm左右,停止起吊,对钢围堰进行一次全面检查,当确认其纵、横和水平方向情况良好,无大的变形之后,再继续起吊至离开作业平台1m左右后停止,锁定各倒链滑车,然后拆除支撑平台。
  底节拼装完毕,安装围堰起吊设备(包括起吊梁、4门滑车组、卷扬机及钢丝绳等)。卷扬机布置在贝雷梁平台上,采取措施保证其安全稳固。围堰起吊下放前严格检查起吊设备,消除安全隐患,确认正常后起吊。滑车组通过下吊点将底节围堰提升,先提高1m以后割除拼装平台,清除有碍于围堰下放的结构。利用卷扬机将围堰缓慢下放至水中,下放过程中保证各卷扬机下放的同步,保证各点按相同的下放速度入水。
  围堰底节入水初步阶段起吊设施不松钩,保持起吊下放状态。大致调整围堰平面位置,随围堰下沉松放起吊钢丝绳,待围堰下沉至要求位置后,将围堰与墩位平台进行临时连接。快速运输、并对称安装中节上节钢围堰侧板。

  (5)封堵孔隙

  安排潜水员封堵桩和底板之间缝隙, 采用胶垫和钢板抱箍进行封堵。

  (6)钢吊箱拆除

  ①首先拆除吊箱侧模板外框架, 然后拆除外侧模板。
  ②在底板横梁上挂上并收紧手动葫芦, 潜水员水下切割吊杆, 使底板重由卷扬机承受。
  ③放松卷扬机, 使底板纵横梁下落脱离承台。然后拆除纵梁, 最后拆除横梁。

  4 结语

  (1) 钢吊箱不受水流对河床冲刷的影响, 其底标高只需满足封底混凝土施工的要求即可, 因而吊箱的结构高度变小, 虽然增加了底板及吊杆, 但用钢总量较钢套箱少。
  (2)钢吊箱通过传力杆件吊挂在成桩后的钢护筒上, 受力明确; 在吊箱底板上进行封底混凝土施工, 风险小。
  (3)本钢吊箱采取分块制作、分块现场安装的制作吊装工艺, 需要的起重能力相对较小。同时吊装方法可靠性高、技术风险小, 对吊箱工况下的受力要求相对不高。
  (4)该拉压柱式钢吊箱围堰对于承台体积较小的高桩承台施工适用性强。利用型钢制作的拉压柱既能抵抗部分浮力, 降低封底混凝土高度, 又能起到拉杆的作用承受承台混凝土的自重。同时采用手拉葫芦下沉的方法合理地取消了大型浮吊设备。拉压柱是主要承力构件,其在施工过程中的焊接工作量大, 且焊接质量须严格控制

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