石梯巴河特大桥钢围堰渡洪分析

一、钢围堰情况介绍

石梯巴河特大桥长为1462.94m，中心里程：D1K90+723,由4跨连续刚构和37跨预制T梁组成，跨度布置为：1×24+10×32+(48+2×80+48)连续刚构+25×32+1×24m。12#墩、13#墩、14#墩为主墩，12#墩、13#墩施工措施为双壁钢围堰，14#墩施工措施为草袋围堰。13#墩深水基础于2010年12月开始施工，于2011年3月8日完成13#墩钢围堰封底；预计于4月30日完成17根钻孔桩灌注；12#墩预计于4月15日完成水下爆破，预计4月28日完成12#墩钢围堰封底，封底厚度约为2.1m。12#、 13#墩双壁钢围堰要经历一个汛期。12#、13#墩双壁钢围堰安全渡洪对石梯巴河特大桥至关重要。

二、13#钢围堰渡洪分析计算

1.围堰自重计算

1.1计算钢围堰自重

钢围堰材料总质量为M=230t

则钢围堰材料的总自重为G1=Mg=230×10=2300（kN）。

1.2计算封底混凝土重量

混凝土容重为γ =24kN/m3

封底混凝土平均厚度h=2.35m，根据实测经过计算得，实测记录下表。

则封底混凝土的重量为G2=γ×h×a×b=19329.408kN

1.3计算围堰内隔舱水重

水容重γ/=10kN/m3

水头为9.88m，即围堰顶到封底混凝土顶面的高差7.53与封底混凝土平均厚度2.35之和。

围堰尺寸a/=18.8m， b=20.4m，内外两层间距c=1m

围堰内水自重G3= 2×（a/+b）×c×9.88×γ/=7578.3552kN。

1.4围堰的自重

G= G1+ G2+ G3= 29207.7632kN

2.浮力计算

抽水后钢围堰受到的浮力为：

F1=γ/×a/×b/×9.88= 41606.66kN

3.桩基约束力计算

桩基粘结力取0.10MPa

桩基截面直径d=2.3m，根数为17根

桩基与混凝土接触面积为S=17×3.14×d×h=17×3.14×2.3×2.35=288.51m2

则桩基约束力F2=S×0.10×1000=28851.kN

4.抗浮力计算

安全系数K=（G+F2）/F1= 74380.43/41606.66=1.39>K0

结论：围堰整体能够满足抗浮要求

5抗倾覆验算

作用于钢围堰上的流水压力可按下式计算：

式中： 

取K=1.33，g=10m/s2,v=4.76m/s2,则：

A=9.88×18.8=185.744m2

P=1.33×186.684×10×4.762/(2×10)= 2798.66kN

5.1抗滑移验算

围堰总重G=29207.7632kN，G+F2 - F1=32773.77

而P=2798.661kN<μ(G+F2 - F1)=0.15×32773.77kN=4916.0655kN

抗滑移系数为1.756>[K],所以满足抗滑移要求。

5.2抗倾覆验算

如图在O点处，倾覆力矩-自重与浮力产生的合力矩=2798.661×9.88/3-32773.77×22.4/2<0

即满足抗倾覆要求。

6、小结

6.1、通过计算可知即在完成混凝土封底的情况下就能满足钢围堰渡洪。根据我部工期安排，可以在洪水来临前完成17根钻孔灌注桩的灌注，可以做到有桩渡洪。因此13#墩双壁钢围堰能够安全渡洪。

6.2、为巩固钢围堰的安全性，在汛期来临时，坚持24小时值班制度，当发现水位上涨时，从钢围堰外面向里面注水,使钢围堰内外水压保持平衡。防止水压过大对钢围堰造成损坏。

三、12#钢围堰渡洪分析计算

1围堰自重计算

1.1计算钢围堰自重

钢围堰材料总质量为M=230t

则钢围堰材料的总自重为G1=Mg=230×10=2300（kN）。

1.2计算封底混凝土重量

混凝土容重为γ =24kN/m3

封底混凝土平均厚度h=2.10 m，根据实测经过计算得。

围堰内层宽为a=16.8m，长为b=20.4m

则封底混凝土的重量为G2=γ×h×a×b=17273.088kN

1.3计算围堰内水重

考虑到洪水季节不施工，为防洪要求围堰内应注满水

水容重取γ/=10kN/m3

1.3.1围堰内隔舱水重

水头为9.63m，即围堰顶到封底混凝土顶面的高差7.53m与封底混凝土平均厚度2.10m之和。

围堰外层宽a/=18.8m，内层长b=20.4m，内外两层间距c=1m

围堰内隔舱水自重G3= 2×（a/+b）×c×9.63×γ/=7549.92kN

1.3.2围堰内注水重

围堰顶到封底混凝土顶面的高差7.53m，围堰内层宽a=16.8m，内层长b=20.4m

围堰内注水重G4=7.53×a×b×γ/=7.53×16.8×20.4×10=25806.816kN

1.4围堰的自重

G=G1+G2+G3+G4=2300+17273.088+7549.92+25806.816=52929.824kN

2.浮力计算

钢围堰受到的浮力为：

F1=γ/×a/×b/×9.63= 40553.8599kN

3.抗浮力计算

安全系数K=G/F1= 52929.824/40553.859=1.3>K0

结论：围堰整体能够满足抗浮要求

4抗倾覆验算

作用于钢围堰上的流水压力可按下式计算：

式中： 

取K=1.33，g=10m/s2,v=4.76m/s2,则：

A=9.63×18.8=181.044m2

P=1.33×181.044×10×4.762/(2×10)= 2727.845kN

4.1抗滑移验算

围堰总重G=52929.824kN，

G- F1=52929.824-40553.859=12375.965kN

而P=2727.845kN>μ(G-F1)=0.15×12375.965kN=1856.395kN

为满足抗滑移要求，需要在钢围堰内增加额外配重871.45kN，为满足要求我部决定向钢围堰隔舱内加砂。

砂的比重为1.6t/m3

隔舱内填砂高度h

871.45=22.4×1×0.5×2×0.6×10+16.8×1×0.5×2×0.6×10+22.4×（h-1）×1×2×0.6×10+16.8×（h-1）×1×2×0.6×10

故当h =2.35m 时，12#钢围堰刚好满足抗滑移要求；为增大12#钢围堰渡洪安全系数，在隔舱内加砂高度取5m。

所以满足抗滑移要求。

4.2抗倾覆验算

为了增加安全系数，验算时未考虑石笼重量。如图在O点处，倾覆力矩-自重与浮力产生的合力矩=2727.845×9.63/3-12375.965×22.4/2<0

即满足抗倾覆要求。

5、小结

5.1通过计算可知即在完成混凝土封底的情况下就能满足钢围堰渡洪。根据我部工期安排，能够在汛期之前完成12#钢围堰的封底工作。因此12#墩双壁钢围堰能够安全渡洪。

5.2、为巩固钢围堰的安全性，在汛期来临时，坚持24小时值班制度，当发现水位上涨时，从钢围堰外面向里面注水,使钢围堰内外水压保持平衡。防止水压过大对钢围堰造成损坏。

5.3、12#钢围堰在4月28日完成封底的情况下，用过上述计算可知，能够安全渡洪；若在4月28日完不成封底，对钢围堰进行拆除，运至岸上，此情况下钢围堰不渡洪，不存在风险。

四、栈桥渡洪分析

经过我部研究决定，在洪水期间不进行12#墩、13#墩施工，5月1日开始拆除栈桥面板、贝雷架和钢管桩，完全拆除栈桥。即栈桥不存在渡洪风险。

五、预防措施

1、根据工程特点，对职工进行针对性的防洪抢险安全知识教育，增强员工的防洪意识。

2、加强组织领导，统一部署。按照早部署、早落实的原则开展工作。

3、如在汛期内，坚持昼夜值班制度，及时同当地防汛、水利部门联系，密切注意汛情趋势。

4、与达州市气象局紧密联系，掌握未来7天内的天气情况。

5、与桥湾水电站密切联系，了解其开闸放水时间及放水量。