（建筑工程管理）蘭渝鐵路

新井口嘉陵江四線特大橋

深水基礎施工技術

新井口嘉陵江特大橋深水基礎施工技術

——新井口嘉陵江特大橋81#、82#墩深水基礎施工

1.工程概況

L1工程地理位置、技術標準及規模

新建鐵路蘭州至重慶線廣元段新井口嘉陵江特大橋位于重慶市

沙坪壩區嘉陵江井口河段，與其上游的既有渝懷鐵路井口嘉陵江特大

橋相距45m,橋址處河道彎曲、狹窄、水深，是蘭渝鐵路的控制性工

程。

新井口嘉陵江特大橋是蘭渝鐵路客(雙)線與渝利貨車外繞雙線

合建的特大橋，主要技術標準為：客線列車設計速度為200km/h,

貨車外繞線列車設計速度為

120km/ho

本橋引橋部分客、貨線橋分建，在跨江處合并為四線橋，其中客

線雙線橋長2534m，貨車(單)雙線橋長3865.5m,四線橋部分長

1301m，總投資約8.69億元。

1.2主橋橋式布置及結構

四線主橋跨江段橋跨布置及結構：(64+64)mT構+

(84+152+76)m連續剛構+(64+64)mT構。其中(84+152+76)

m連續剛構是世界上鐵路四線橋第一座采用墩身下段及基礎合修、墩

身上段及梁部分修的四線大跨度預應力混凝土剛構橋。主橋橋跨布置

示意圖如下：

圖L1四線主橋橋跨布置示意圖

13主墩下部結構

主墩81#、82#墩位于江中深水區，設計墩高均為80.5m。81#

墩基礎設計鉆孔樁32根，樁徑2.5m,樁長為33m，按梅花形布置。

承臺為圓弧端形，尺寸為,承臺底標高為

45x20x4m161.15me

82#墩基礎為高樁承臺，設計鉆孔樁32根，樁徑2.5m,樁長為

按行列式布置。承臺為圓端形，外端尺寸為

45m,56.5*21.2*6m0

承臺底標高分別為161.97m0

1.4水文特征

嘉陵江屬于長江一級支流，水位受季節性降雨變化較大，雨季河

水湍急。橋址處主河槽底標高為147m左右，枯水季節江面寬度約

300m,主河槽水深約20~30m,洪水期寬度可達約500m,最大水

深達約47m以上。考慮20年一遇洪水，橋址處最大流速為

V[l/20]=3.8m/s,最高水位為H[1/20]=192.69m。

1.5橋址地質

嘉陵江自西北向東南流經井口，橋軸線位于黑羊石灘下游微彎河

道中，河槽斷面呈寬谷形態。河岸基本無階地，基巖大面積出露，巖

層穩定堅硬，為厚中生界侏羅系上統蓬萊鎮組長石、石英砂巖和砂質

泥巖互層地層。岸上地面表層為層粉質粘土，其下為強風化泥巖夾砂

巖和弱風化泥巖夾砂巖。河床大部分基巖裸露，表層局部有沉積砂卵

石土層，厚1~2m,其下為弱風化泥巖夾砂巖。

1.6航道及航運

橋區枯水航道維護尺度為L5*40*400m（水深*航寬*彎曲半徑）,

規劃航道尺度為：2.0~2.4*60*480m,可通航1000t級船隊，航道

標準為國家DI級，最高通航水位為200.63m,最低通航水位為

166.06m。橋梁通航凈高40.9m,主跨通航凈寬143m,邊跨最小凈

寬68m0

2.主要工程特點及難點

1、新井口嘉陵江特大橋位于重慶市主城區，采用四線連續剛構

橋跨越嘉陵江，可有效地利用橋位資源，提高土地資源的利用效率，

降低工程成本，它的成功實施可為高墩多線連續剛構在鐵路橋梁建設

中的應用提供借鑒與支持。

2、嘉陵江水流湍急，水位隨季節及天氣變化較大，每年6月至9

月底為汛期,洪水頻發，洪水漲幅最多可達到24米，日漲幅10m以

上。枯水季節（施工期）約8個月。由于汛期水位變化較大，施工平

臺及圍堰難以按最高洪水位設計，因此深水基礎施工應盡量避開汛

期，如進入汛期，如何確保施工期間安全度洪預防措施是本工程需要

研究的課題。

3、橋址處于嘉陵江河谷狹窄地段，水流速度大，河床覆蓋層較

薄，大部分基巖裸露。81#墩河床巖面傾斜（高差約5m）,必須先

完成基礎水下爆破開挖，再進行圍堰施工。82#墩位于主河槽內，汛

期水深近50m,枯水期最大水深約30m,施工技術難度及安全風險

均較高。

4、根據嘉陵江的通航條件，枯水期淺灘地段較多，雖然在三峽

水庫蓄水后有所改善，但三峽水庫經常根據下游需求調控下放水量，

對嘉陵江的通航條件影響較大，大型水上運輸設備通行不便。

3任務來源

中鐵十局集團有限公司于2009年7月中標蘭渝鐵路廣元至重慶

段LYS-14標段，其中新井口嘉陵江特大橋由中鐵十局子公司濟南鐵

路工程公司負責施工。

新井口嘉陵江特大橋工期緊、任務重、施工難度大、安全風險高,

是LYS-14標段重要的控制工程。為此中鐵十局濟南鐵路工程公司成

立了深水基礎施工技術研究攻關小組，將蘭渝鐵路新井口嘉陵江特大

橋深水基礎施工技術研究列入科技課題攻關項目。經過概略的比選和

論證，初步擬定了施工方案，為進一步深入的研究明確了目標和方向。

4.研究的主要內容

4.1合理安排工期，滿足總體工期要求

新井口嘉陵江特大橋跨江主橋部分設計初步完成后，受國家長江

水利委員會委對本橋行洪和通航情況進行論證和審批的影響，施工圖

于2010年2月正式出圖。施工圖到位滯后對確定施工方案產生較大

的影響。

根據總體施工組織安排，81#墩2010年6月底完成圍堰施工，

鉆孔樁在汛期過后進行施工，計劃2011年元月底完成，3月底前完

成承臺。82#墩2010汛期前完成施工準備工作，汛后10月份開始

圍堰施工，2011年6月底完成承臺。保證工期目標是確定深水基礎

施工方案的重要依據。

4.2采用可行的施工方案，滿足度洪要求

嘉陵江流域面積大、落差大，汛期洪水漲幅大，流速高。兩個主

墩深水基礎施工周期長，不可預見的因素多，如何滿足度洪安全要求,

是兩個主墩基礎施工方案必須研究的問題。

81#墩鋼圍堰施工距汛期僅有4個月時間，施工方案必須保證在

汛期前完成底節圍堰拼裝下水、上層圍堰拼裝、圍堰定位著床、安裝

鉆孔樁施工平臺、下放鋼護筒及圍堰碎封底。圍堰施工完成后即進入

汛期，其結構體系及措施必須保證鋼圍堰安全度汛。

擬定采用鋼浮筒施工平臺拼裝圍堰的方法，能夠以最快的速度組

織施工，在汛期到來前完成圍堰封底施工。鋼圍堰封底后與河床巖石

形成較強的附著力，施工平臺、鋼護筒、上下導向架連接成整體，形

成鋼圍堰壁板上部支撐，從而保證鋼圍堰安全度汛。

82#為高樁承臺采用吊箱圍堰施工，必須在一個枯水期內完成鋼

圍堰、鉆孔樁、承臺施工。由于鋼圍堰制做、拼裝、下水、浮運、定

位、鉆孔樁施工等施工過程存在著不可預見的因素較多,因此米用的

施工方案必須考慮度汛的要求，結構設計必須保證度洪安全。

擬定采用雙壁鋼吊箱圍堰與定位樁構建施工平臺的方案進行施

工，按最不利情況考慮，即汛期到來前未按期完成承臺施工，樁基完

成60%,已完樁基與吊箱圍堰組成的聯合結構能夠保證安全度洪。

4.3技術研究的主要內容

新井口嘉陵江特大橋主墩大型深水基礎施工在擬定施工技術方

案的基礎上，對鋼圍堰制做、拼裝、下水、浮運、定位、施工平臺建

立、鉆孔樁施工、圍堰抽水、承臺施工等施工方法及相關工藝進行全

面的研究，對于一般性施工技術工藝進行了簡略敘述，其重點技術研

究主要內容有以下幾個方面：

(1)深水基礎施工方案的比選。通過對常見的深水基礎施工方法與

本項目擬采用的施工技術方案進行技術經濟分析對比，確定研究需要

解決的問題和目標。

(2)雙壁鋼套(吊)箱圍堰結構設計。根據擬定的施工技術方案，研

究與之相適應的圍堰結構設計。

(3)鋼浮筒施工平臺拼裝大型鋼圍堰施工技術方案。主要研究利用

鉆孔樁鋼護筒及施工平臺所用材料、構件制做鋼浮筒施工平臺，以及

在鋼浮筒施工平臺拼裝大型鋼圍堰和圍堰下水的施工方法及工藝。

(4)雙壁鋼吊箱圍堰底節岸上拼裝、下水及雙壁鋼吊箱圍堰與定位

鋼護筒構建施工平臺的技術方案和相關的施工方法，及滿足度洪安全

要求的相關措施。

第一部分鋼筒浮平臺拼裝大型雙壁鋼圍堰技術研究報告

蘭渝鐵路新井口嘉陵江特大橋81#墩雙壁鋼圍堰施工

L技術方案論證

深水鉆孔樁承臺基礎施工方法主要有"先樁后堰"和"先堰后樁"

兩大類。本橋81#墩位處基巖裸露，巖面高低錯落變化較大，設計承

臺底位于基巖面以下2~4m左右，因此兩種施工方法均必須先將巖

層爆破開挖至基底(封底碎底1為縮短工期「先堰后樁”施工方法

優勢明顯，因為鋼圍堰拼裝下水與水下爆破開挖可平行作業，爆破開

挖完成后，鋼圍堰就位并在其頂部安裝鉆孔樁施工平臺，經濟上較合

理。鋼筒組裝浮平臺拼裝雙壁鋼圍堰方案可滿足此要求。

底節鋼圍堰拼裝下水常采用碼頭拼裝并拖拉下水和駁船組裝平

臺拼裝然后起吊下水兩種方法。采用第一種方法，本橋與上下游既有

碼頭相距較遠，且碼頭租用、圍堰下水及封航浮運成本較高，若修建

圍堰拼裝臨時碼頭，橋址附近兩岸較陡條件不具備，臨時碼頭選址、

審批、租地、修建及解決施工用電等成本較高，時間上影響工期的不

確定因素較多。如采用駁船作為浮平臺拼裝底節，然后用龍門吊起吊

下水，需租用60m長(800t)的平板駁4條，其中兩條駁船拼裝圍

堰，兩條拼裝龍門吊，另加1臺浮吊進行配合，費用仍超支較大，且

在長江上游租船難度較大，影響工期。

鋼護筒組裝浮平臺拼裝雙壁鋼圍堰是"先堰后樁"的一種施工方

法，是利用鋼護筒制成密閉的鋼筒作為浮體，拼裝成大型浮動施工平

臺，在浮平臺上拼裝底節鋼圍堰后，向鋼浮筒內注水使平臺下沉，底

節圍堰自浮后移至墩位處進行上層圍堰拼裝、注水下沉及著床等作

業，同時對沉入水中的部分鋼浮筒平臺進行充氣排水浮升至水面。

鋼護筒浮平臺利用鉆孔樁鋼護筒和鉆孔施工平臺所需構件、材料

拼裝而成，浮平臺用完拆除修整后再用于鉆孔樁施工，把鋼材及周轉

性材料的消耗量降至較低點，施工成本降低額較大，能取得了較好的

經濟效益。

用鋼護筒拼裝浮動施工平臺，工序少、施工組織快，在底節圍堰

加工完成前即可完成，不占用工期。由于拼裝下水位置不在墩位處，

因此墩位處水下爆破與鋼圍堰拼裝可平行作業，工期大大縮短。

本方案采用簡易的注水下沉系統進行底節圍堰下水，用簡易的充

氣排水系統對部分沉入水中的部分平臺進行浮升打撈，施工方法中均

采用常用的水泵、空壓機等小型機具設備，具有設備簡單、操作簡易、

下水速度均勻可控、安全可靠等特點。

鋼浮筒平臺拼裝雙壁鋼圍堰在橋址現場進行施工，對施工環境要

求不高，不需要施工碼頭，只要水深滿足鋼圍堰下水自浮即可。鋼圍

堰施工均在淺水區域進行，避開了主航道，且不需封航進行長距離浮

運，減少了對水上交通運輸的影響。

2.施工工藝原理

鋼筒浮平臺拼裝雙壁鋼圍堰施工主要設施由鋼筒組裝浮平臺、拼

裝墊梁、注水下沉系統及充氣排水打撈系統四部分組成。施工工藝原

理如下：

采用直徑2.8m鉆孔樁鋼護筒兩端封堵后形成密閉鋼浮筒，用若

干個密閉鋼浮筒作為浮體，拼成4個組塊,其中A組兩塊分別位于兩

側直線段圍堰壁板下，B組兩塊分別位于兩端的圓弧壁板下，用貝雷

梁將4個浮筒組塊拼聯成大型浮平臺，并用錨碇系統進行固定。

在浮平臺上鋪設拼裝墊梁，使拼裝墊梁頂面在同一平面上。

拼裝鋼圍堰底節時，按照先直線段后圓弧的順序進行，合攏塊設

在兩端圓弧段的中部，拼裝過程采用注排水進行平衡或局部配重的方

式保持浮平臺整體平穩。

底節鋼圍堰下水時，先對直線壁板下A組鋼浮筒平臺分兩批對稱

注水下沉，在鋼浮筒頂沒入水中前抽離，然后再對兩端B組鋼浮筒平

臺分批注水下沉，底節圍堰自浮后，B組鋼浮筒平臺沉至水底。注水

下沉系統由進水管、出氣管、水泵、閥門、控制柜組成。注水采用小

型水泵，保持平臺緩慢下沉。鋼浮筒注水過程通過中加強觀測，通過

對圍堰頂面4個角點標高的測量，不水平時，及時用閥門及水泵開關

進行注水量控制和調整，使底節鋼圍堰下水過程基本保持平穩。

底節鋼圍堰移至墩位處即可進行打撈作業。鋼浮筒打撈系統由充

氣管、排水管、空壓機、閥門、氣壓表、控制柜組成。打撈時用空壓

機向B組鋼浮筒充氣排水，當排水量大于B組鋼浮筒平臺自重時，使

其浮出水面，然后拖至岸邊拆解上岸。

底節鋼圍堰下水自浮后，用拖輪將其浮運至墩位處，由錨碇系統

初步就位后，逐節拼裝上層圍堰并注水下沉。圍堰拼裝總高度超過水

深1.0m以上時，及時進行下沉著床作業。下沉至圍堰底距河底0.5m

左右，進行精確定位后下沉著床。圍堰拼裝完成后，在圍堰上安裝鉆

孔樁施工平臺，下放鋼護筒，然后進行封底混凝土施工。

3.施工工藝流程

鋼浮筒平臺拼裝鋼圍堰施工工藝流程

4.主要工藝要點

4.1雙壁鋼圍堰結構設計及制造

4.1.1雙壁鋼圍堰結構

81#墩承臺尺寸為45x20x4m,承臺底標高為161.15m,施

工水位為175m。考慮鋼圍堰下沉就位精度，擬定圍堰平面凈尺寸為

45.4x20.4m,根據水深擬定封底碎厚2.5m,圍堰頂高出施工水位

1.0m,圍堰總高度按17.5m設計。

鋼圍堰由壁板結構及內支撐結構兩部分組成。壁板采用豎向箱

柱、水平桁架和內外帶肋面板構成的空間箱體結構。雙壁部分高度為

，厚度為，單壁部分高度為內支撐采用鋼管結構。

15.0m1.5m2.5me

根據方案墩位處河床基巖水下爆破開挖至圍堰底標高,因此壁板

不設置刃腳，為保證底節圍堰下水后自浮，在距底部L0處設置一道

水平底板，并對下部開口段進行加強。在箱柱底部腹板處開孔與開口

段連通，用于開口段灌注水下碎封底。

4.1.2鋼圍堰結構驗算

4.1.2.1荷載計算

鋼圍堰抽水安排在枯水期施工,按抽水完成后進行驗算。主要荷

載為：靜水壓力、流水壓力和風載，傳力方式為面板一豎肋一水平桁

架一豎向箱柱-內支撐。計算根據設計及重慶西南水運工程科學研究

所編寫的蘭渝鐵路新井口嘉陵江四線特大橋《通航凈空尺度和技術要

求論證研究報告》提供的相關參數。

(1)靜水壓力

靜水壓力按設計施工水位標高175m取值，最大深度按封底碎

頂標高161.15m計算。Pt^YH=10*13.85=138.5kPa

(2)流水壓力

計算時流速按20年一遇標準取值v=3.8m/s,與基礎橫橋向軸

線夾角為a=10°。由于流水壓力值較小，為簡化計算，流水壓力按均

布考慮(忽略水深的影響)，圓弧端按水流與迎水面正交進行計算。

側壁計算考慮水流夾角。

圓弧端：P靜=Kv2p/2g=0.6x3.82xl0/(2xl0)=4.33kPa

側壁：P靜':Kv2PsinlCT72g=L47x3.82xsinl0°/2=L843kPa

其中K一橋墩形狀系數，根據《鐵路橋涵設計基本規范》

TB10002.1-2005相關規定，圓弧端取0.6，側壁取1.430

(3)風荷載

橋區最大風速v=26.7m/s,主風向西北風。風荷載按《鐵路橋

涵設計基本規范》TB10002.1-2005相關規定計算。

W=KIK2K3W0=1.1x1,0x13x0.446=0.64kPa

2

其中W0=v/1.6=26.72/1.6=446Pa

Ki一風載體形系數，取1L

K2—風壓高度變化系數，取1.0。

心一地形、地理條件系數，取13。

4.1.2.2面板驗算

鋼圍堰內外側面板采用8mm厚鋼板，板肋間距設定為0.35m,

第一層桁架設在距封底已頂0.45m處，標高為161.6m,水深13.4,

取該處靜水壓力，面板寬度為1m,按5跨連續梁進行驗算。

(1)均布荷載：Qmax=P靜+P流=13.4xl0+4.33=138.33kN/m

(2)強度驗算:W=l*0.0082/6=0.0000nm3

o=M/W=1.358/0.000011/1000=123.45MPa

<[o]=145MPa故滿足要求。

4.1.23板肋驗算

鋼圍堰內夕卜側板肋N80X50X8角鋼，間距d=0.35m，根據《鋼

結構設計規范》，板肋計算時應與面板組合計算，取面板計算寬度為

板肋兩側各15t,t為面板厚度。面板計算寬度b=30t=24cme

(1)桿件幾何特性：

to=(9.867*2.73+24*O.8*8.4)/(9.867+24*O.8)=6.475cm

Ii=62.83+9.867*(6.475-2.73)2=201.21cm4

2

I2=24*0.8*0.8*0.8/12+24*0.8*(8.4-6.475)=72.17cm4

I=Ii+I2=27338cm4

W=273.38/6.475=42.22cm3

S*=24*0.8*(8.4-6.475)+0.8*(8-6.475)2/2=37.89cm3

(2)桁架間距及板肋內力(MIDAS軟件)計算：

靜水壓力：Pi?=phi

流水壓力：P流=4.33KPa

桁架間距：L=hrhi+i

板肋均布荷載：qi=(Pi靜+P流)d

桁架間距及板肋內力計算(見下表)：

桁架間距及板肋內力計算表

深度間距靜水壓力流水壓力均布荷載跨中彎距桿端剪力撓度

第i層

hiLPi靜P流qiMiQif

013.850.4138.54.3349.991.0010.000.0000

113.450.95134.54.3348.595.4823.080.0009

212.511254.3345.275.6622.630.0010

311.511154.3341.775.2220.880.0009

410.51.11054.3338.275.7921.050.0013

59.41.1944.3334.425.2118.930.0011

68.31.2834.3330.575.5018.340.0014

深度間距靜水壓力流水壓力均布荷載跨中彎距桿端剪力撓度

第i層

hiLPi靜P流qiMiQif

77.11.3714.3326.375.5717.140.0017

85.81.4584.3321.825.3415.270.0019

94.41.4444.3316.924.1411.840.0015

1031.2304.3312.022.167.210.0006

111.80.8184.337.820.633.130.0001

1210.8104.335.020.402.010.0000

130.20.224.332.220.010.220.0000

(3)板肋驗算：

由上表得知各層桁架間板肋的計算內力均滿足以下條件，故安

全。

Mi<[M]=W[a]=42.22*145/1000=6.12kN-m

Qi<[Q]=[T]Id/S*=85*27338*0.8/37.89/10=49.06kN

f=5ql4/384EI<[f]=L/400m

4.1.2.4水平桁架驗算

(1)各層桁架荷載計算

第i層靜水壓力:Pi^=phi

第i層靜水壓力荷載：Qi靜=l/3(Pi+l/2Pi；)(hi；-hi)

+l/3(Pi+l/2Pi+i)(hi-hi+i)

第i層圓端流水壓力荷載：qi流=l/2P2(hi-i-hi+i)

流'=,

第i層側壁流水壓力荷載：qil/2P2(hi-i-hi+i)

第i層圓端均布荷載組合：q產Qi靜+Qi流

第i層側壁布荷載組合：q/=Qi靜+Qi流’

鋼圍堰各層桁架荷載計算詳見下表。

各層水平桁架荷載計算表

深度靜水壓力桁架均布荷載均布荷載組合

第i層標高圓端qi

hiPi靜qi靜側壁qi流’圓端qi側壁q；

流

0161.1513.85138.5

1161.5513.45134.589.552.921.2492.4790.79

2162.512.5125121.714.221.80125.93123.51

3163.511.5115115.004.331.84119.33116.84

4164.510.5105109.904.551.94114.45111.84

5165.69.494103.404.762.03108.16105.43

6166.78.38395.074.982.12100.0597.19

7167.97.17188.335.412.3093.7590.64

8169.25.85877.855.852.4983.7080.34

9170.64.44461.606.062.5867.6664.18

1017233039.875.632.4045.5042.26

11173.21.81819.334.331.8423.6621.18

121741108.003.461.4711.469.47

13174.80.222.002.170.924.172.92

(2)桁架內力計算

根據上述各層桁架荷載計算，第2層桁架承受的均布荷載最大,

其中直線段圓弧端取兩

qmax=123.51KN/m,qmax=125.93KN/m,

該層最大跨距的桁架進行計算，受力簡圖如下：

直線段桁架受力計算簡圖

圓弧端桁架受力計算簡圖

用MIDAS結構計算軟件計算，桁架各桿件內力見下表。

桁架桿件內力表

桿直線段桁架圓弧端桁架

號名稱軸力桿端剪力跨中彎矩名稱軸力桿端剪力跨中彎矩

178.288-78.288-27.40164.018-41.660-7.582

2外弦-78.288-78.289-27.40146.700-58.942-15.178

外弦

3桿-78.288-78.289-27.401-56.758-71.073-22.068

桿

478.288-78.288-27.401-49.377-71.073-8.025

5端桿0059.766-35.537-5.517

6-195.72000端桿000

739.14400-28.72100

內弦內弦

8117,4320042.03500

桿桿

939.14400-13.31400

10-195.72000000

端桿

11端桿000000

12262.58600-102.08100

13-262.58600-206.37000

1487.5290068.73000

15-87.52900腹桿-67.79100

腹桿

16-87.52900-86.66100

1787.5290087.86200

18-262.58600-199.89400

19262.58600

(3)直線段桁架桿件驗算

直線段弦桿采用不等邊角鋼N160*100*10,A=

角鋼與壁板

25.315cm2,I=668.69cm4,i=5.14cm,W=62.13cm30

組合截面示意圖如下：

截面參數計算：

A=25.315+24*0.8=44.515cm2

to=(25.315*5.14+24*O.8*16.4)/(25.315+24*O.8)=9.997cm

Ii=668.69+25315*(9.997-5.14)*(9.997-5.14)=1265.88cm4

2

I2=24*0.8*0.8*0.8/12+24*0.8*(16.4-9.997)=799.46cm4

I=Ii+I2=2065.34cm4

W=2065.34/9.997=206.60cm3

S*=24*0.8*(16.4-9.997)+0.8*(16-9.997)2/2=151.77cm3

i=VI/A=6.81cm

外側弦桿拉(壓)彎構件強度驗算：

u=N/A+M/yxW=143.9MPa<145Mpa故安全。

Yx一截面塑性發展系數，查表yx=1.05

外側弦桿壓彎構件穩定驗算(2、3號弦桿):

o=N/(pxA+pmxM/YxW(l-0.8N/NEx)=144.96MPa<145Mpa安

全。

6—壓桿穩定系數。入x=l/i=20.6,屬c類，查表得6=0.962

Bmx一等效彎矩系數，桿件受勻布荷載，取Bmx=l

NEX—歐拉臨界力。NEx=n2EA/Xx2=21327kN

內側弦桿壓桿穩定驗算：

1、4號桿軸力N=-195.72kN,l=70cm

Ax=|/i=70/6.81=103屬c類，查表得6=0.992

o=N/q)xA=44.32MPa<140Mpa

3號桿軸力N=117.432kN,I=140cm

o=N/A=2638MPa<140Mpa

腹桿壓桿穩定驗算

12、13、18、19號桿采用等邊角鋼Nno*no*io,A=

21.261cm2,i=338cm,N=262.586Kn,按壓桿穩定進行驗算。

Ax=l/i=155/3.38=45.9屬b類,查表得p<=0.874

o=N/q)xA=141.31MPa?140Mpa滿足要求

中間腹桿14、15、16、17采用N90*56*8不等邊角鋼，A=

11.183cm2,i=1.56cm,N=87.529Kn,按壓桿穩定進行驗算。

Xx=IO/i=155/1.56=99.4屬b類,查表得6=0.558

o=N/q)xA=140.26MPa=140Mpa滿足要求

(4)圓端段桁架驗算

直線段弦桿采用鋼環板，鋼板截面尺寸300*10mm,環板與壁

板組合截面示意圖如下：

截面幾何性質計算：

A=A1+A2=30+19.2=49.2cm2

to=(30*15+19,2*30.4)/49.2=21cm

Ii=l*30*30*30/12+30*(21-15)*(21-15)=3330cm4

I2=24*0.8*0.8*0.8/12+19.2*(30.4-21)*(30.4-21)=1698cm4

I=I1+I2=5028cm4

W=I/y=5028/21=239.43cm3

S*=24*0.8*(30.4-21)+l*(30-21)2/2=225.48cm3

i=VI/A=10.1cm

根據圓弧端桁架弦桿截面幾何性質看出，該桿件承載能力強于直

線段弦桿，且各弦桿計算內力小于直線段弦桿，因此不需驗算。

圓弧端桁架腹桿與面與直線段腹桿截面相同，且各對應腹桿內力

小于直線段腹桿，因此不需驗算。

4.1.2.5箱柱驗算

箱柱由翼板、腹板、水平環和板肋組成。其中翼板厚25mm,

腹板厚18mm,水平環板厚10mmo箱柱承受三部分荷載：水平桁

架傳來集中力、箱柱自身承受的靜水壓力（三角形分布）和流水壓力

（均布荷載），經分析取最不利的直線段箱柱進行驗算。

（1）箱柱荷載及內力計算

集中荷載：鋼圍堰箱柱中心最大間距為6.75m,箱柱間桁架計

算長度為L=5.6m,各層水平桁架傳來集中力為Fi=qiLe詳見下表

各層水平桁架傳來集中荷載計算表

第i層qiLFi第i層qiLFi

190.685.60507.82880.345.60449.89

2120.185.60673.03964.185.60359.41

3116.845.60654.321042.265.60236.67

4111.845.60626.281121.185.60118.59

5105.435.60590.39129.475.6053.06

697.195.60544.24132.925.6016.36

790.645.60507.57

最大靜水壓力：Q靜=P靜B=138.5*L15=159.3kN/m

流水壓力：Q流=P流'B=L843*1.15=2.12kN/m

風荷載：C^=WB=0.64x1.15=0.74kN/m

封底混凝土及側壁內混凝土澆筑后，剛箱底部封底混凝土以下可

作為固定端，圍堰頂部內支撐作為剛箱的上支點，受力簡圖如下：

(2)箱柱截面參數計算

翼板

h=(150*2.53/12+150*2.5*(75+1.25)2)*2=4360938cm4

翼板板肋：12=(62.83+9.867*(75-5.27)2)*4=192156cm4

腹板：l3=2*L8*1503/12=1012500cm4

腹板肋：l4=(18.85+9.867*(30-1.25)2)*4=32698cm4

截面慣，性矩：I=h+l2+l3+l4=5598292cm4=0.056m4

彎曲截面模量：W=I/t=0.056/0.775=0.0723m3

截面靜矩：

S*=150*2.5*76.25+9.867*(75-5.27)*2+9.867*(30-1.25)*2+

2*75*1.8*75/2=40662cm3=0.0407m3

(3)強度驗算

u=M/W=8658.07/0.0723/1000=119.75MPa<145MPa

T

=QS7(Ib)=4405*0.0407/(0.056*0.036*1000)=88.93Mpa<85Mp

a

考慮枯水期抽水因此滿足強度要求。

4.1.2.6內支撐驗算

(1)荷載及內力計算

內支撐選用61000x10mm鋼管。根據箱柱荷載及內力計算得

知內支撐承受箱柱上支點傳來壓力考慮內支撐需承

F=1765.72kN0

受一定的施工荷載，因此內支撐按壓彎桿件驗算。假定施工荷載

P=2.5kPa,則均布荷載為：

q=2.5*6.25=15.63kN/m

計算簡圖：

桿端彎矩：M=-552.73kN-m

桿端剪力：Q=-160.99kN

桿端軸力：N=-1765.72kN

(2)截面參數計算：

面積：A=3.14*(1022-1002)/4=3173cm2

慣性矩：1=3.14*(1024-1004)/64=404638cm4

慣性半徑：i=，(I/A)="404638/317.3)=35.7cm

抗彎截面模量：W=I/(D/2)=7934cm3

(3)強度驗算

o=N/A+M/yxW=116.23MPa<145Mpa故安全。

Yx一截面塑性發展系數，查表Yx=L15

(4)整體穩定驗算

o=N/(pxA+PmxM/YxW(l-0.8N/NEx)=133.29MPa<145Mpa安

全。

6一壓桿穩定系數。入x=l/i=57.7,屬b類，查表得6=0.819

Bmx一等效彎矩系數，桿件受勻布荷載，取

NEX—歐拉臨界力。NEx=n2EA/Xx2=19377kN

4.1.3鋼圍堰制造

為保證質量及加快施工進度，雙壁鋼圍堰在工廠分塊加工制做。

結合吊裝設備能力及船運要求確定板件尺寸大小，不宜過大過重

(15~20t),太小則影響吊裝進度。具體分塊尺寸為：壁板高度方向

分為四節，節高分別為5.5m、4.5m、5.0m、2.5m0每層分為18塊,

其中圓端形方向分3塊，直線段方向分6塊，共計72塊。為保證現

場拼裝吻合，每節直線段及圓弧段分別整體制做，質量檢測合格后，

再分割成塊，按每層一批運至現場進行拼裝。

4.2鋼浮筒平臺設計

4.2.1鋼浮筒平臺結構

鋼浮筒平臺主要由鋼浮筒、貝雷梁拼裝而成。鋼浮筒采用直徑

2.8m的鉆孔樁鋼護筒兩端封堵后制成，長度分為9m、13m兩種規

格。在鋼圍堰兩側直線壁板下分別垂直布設5根9m長浮筒，浮筒位

于圍堰豎向箱柱下(塊件拼縫處)，間距6.75m。在鋼圍堰兩圓弧端

下順橋向各設2根31m長浮筒，間距6m,每根由3節浮筒按照9

+13+9m形式拼接而成。在鋼圍堰直線壁板兩側各設一組貝雷梁每

組2片)，將所有浮筒聯結成整體，形成鋼圍堰拼裝浮動平臺。

5.2.2鋼浮筒平臺結構驗算

4.2.2.1浮力驗算

鋼護筒(p2800xl6mm:(9x18+13x4)xl.l04=236.26t

封端鋼板：22x2x6.158x0.01x7.85=21.27t

貝雷梁：(54x4+42x4)x0.1=384

拼裝墊梁132b:(54x8+9x18)x0.05774=32.3t

底節圍堰：320t

其它：30t

合計：G=678t

總浮力：Fmax=(9xl8+13x4)x6.158=1318t

Fmax/G=1318/678=1.94>K=1.5,故滿足要求。

拼裝前每米浮筒排水量：V0=358/(9xl8+13x4)=1.673m3

拼裝后每米浮筒排水量：Vmax=678/(9xl8+13x4)=3.168m3

根據弓形面積與弓高關系式計算鋼浮筒平臺吃水深度：

S=(nR2/180)arcCOS(R-h)/R-(R-h)V2Rh-h2

拼裝前吃水深度：ho=0.89m,

拼裝后吃水深度：hmax=1.43m,干弦高度為H=1.37m,滿足

要求。

4.2.2.2貝雷梁驗算

A.拼裝兩塊壁板時檢算

圍堰壁板按照先直線段后圓弧段及直線段按照由中間向兩端對

稱的順序進行分塊拼裝。在拼裝中部兩塊壁板時，5號浮筒承受重力

W,4號浮筒承受重力W/2,為保持平衡分別向4號筒內注W/2水

量。由于貝雷梁的分配作用，壁板重量由9個浮筒分擔。兩塊壁板焊

連前，5號筒吃水深度略大，將兩塊壁板墊平焊連后，將5號筒上墊

板抽出，在浮力作用下，5#筒相應上浮,4、5號浮筒吃水深度接近。

在荷載和浮力的共同作用下，貝雷梁中部向下彎曲，1號筒與4

號筒間產生吃水深度差為f,為保證安全必須滿足fmax<[f],因本結

構為臨時結構，貝雷梁允許撓度[f]=L/250計。

(1)貝雷梁撓度驗算

假定兩塊壁板下的4、5號3個浮筒加載后下沉量相同，1~4號

浮筒間貝雷梁按懸臂梁考慮，且在浮力作用下產生向上彎曲，因此各

浮筒所產生浮力由4號筒支點開始向兩端遞減，即分配的荷載遞減。

在計算撓度時按平均分配荷載驗算撓度相對安全。具體計算如下：

壁板每米重：320/130=2.46t/m=24.6kN/m

壁板及平衡水重：G1=2W+W=6.75*24.6*3=498.15kN

平均每個浮筒增加浮力：F=498.15/9=55.35kN

在各浮筒浮力作用下貝雷梁各點產生的撓度按公式f=P*x〃

2*(3a-x)/3EI或f=P*a人2*(3x-a)/3E計算，貝雷梁參

數:I=250497cm4,1=2x105MPa,計算結果見下表。

拼裝兩塊壁板1~3號浮筒處撓度

各浮筒距4號浮筒位置及撓度(mm)

各浮筒浮力

①19.5m②13.5m③6.75m

Fl55.35kN68.2737.7510.85

F255.35kN37.7522.657.08

F355.35kN10.857.082.83

(f田h：1176721

貝雷梁端部最大撓度：fmax=117mm<[f]=2L/250=156mm,

滿足要求。

(2)貝雷梁強度驗算

根據按各浮筒平均分配浮力計算貝雷梁的撓度可知，各點的撓度

不同，即各浮筒的浮力或分擔的荷載不同，因此需重新進行分配。

平均每米浮筒排水量：V1=VO+AV=1.673+49.815/(9x

9)=2.288m3

根據弓形面積與弓高關系式計算平均吃水深度:hl=L12m

浮筒的水線寬度：Bo=2*V2Rh-h2=2.74m

由計算可得平均分配浮力時，水線的寬度基本接近浮筒直徑。為

簡化計算，在分配浮力時采用平均水線寬度，對浮力分配影響不大。

設1號浮筒加載后的下沉量為f,貝卜

Fl=BoLAhy=2.74*9.0*而丫=24.665丫

F2=Fl+BoL(fl-f2)Y=Fl+2.74*9.O*(O.117-O.O67)Y=Fl+1.23Y

F3=Fl+BoL(fl-f3)Y=Fl+2.74*9.O*(O.117-O.O21)Y=Fl+2.37Y

F4=Fl+BoLfly=Fl+2.74*9.O*O.117Y=Fl+2.89Y

根據計算假定4、5號3個浮筒浮力相等，因此可得：

F=2Fl+2F2+2F3+3F4=9Fl+15.87Y=9*24.66AhY+15.87Y

△h=(498.15-158.7)/9*246.6=0.153m

則可得：Fl=37.73kN,F2=50.03kN,F3=61.43kN,F4=

66.63kN,力計算簡圖如下：

貝雷梁參數:I=250497cm4,

W=3579cm3,[M]=788.2kn-m,[Q]=245.2kn,采用4片貝雷梁拼裝

兩塊壁板時內力結果計算如下：

Mmax=1825.8kn-m<4[M]=4*788.2=3152.8kn-m

Qmax=149.19kn<4[Q]=4*245.2=980.8kn故安全

B、拼裝四塊時各浮筒的浮力計算：

在拼裝中部四塊壁板時，先將4號浮筒內平衡水抽出，為保持平

衡分別向兩側3號筒內注W/2水量。再進行對稱拼裝。則已拼壁板

重：

G2=4W+W=6.75*24.6*5=830.25kN

平均每個浮筒增加浮力：F=830.25/9=92.25kN

在各浮筒浮力作用下貝雷梁各點產生的撓度計算結果見下表。

拼裝四塊壁板1~2號浮筒處撓度

各浮筒距4號浮筒位置及撓度(mm)

各浮筒浮力

①19.5m②13.5m

F192.25kN39.8912.06

F292.25kN12.064.72

(f)合計：5217

貝雷梁端部最大撓度：fmax=52mm<[f]=2L/250=110mm,

滿足要求。

(2)貝雷梁強度驗算

貝雷梁端部最大撓度：fmax=52mm<[f]=2L/250=110mm,

滿足要求。

(2)貝雷梁強度驗算

根據上述計算貝雷梁的撓度，對1、2號浮筒的浮力重新進行分

配。

平均每米浮筒排水量：V1=VO+△V=L673+83.3/(9X

9)=2.70m3

根據弓形面積與弓高關系式計算平均吃水深度:h1=1.27m

浮筒的水線寬度：Bo=2*V2Rh-h2=2.79m

由計算可知，平均分配浮力時水線的寬度基本接近浮筒直徑。為

簡化計算，在分配浮力時采用平均水線寬度，對浮力分配影響不大，

且偏于安全。

設1號浮筒拼裝四塊壁板后下沉量為5,貝h

Fl=BoLAhy=2.79*9.0*加=25.11訃丫

F2=Fl+BoL(fi-f2)y=Fl+2.79*9.0*(0.052-0.017)y

=F1+O.879y

F3=Fl+BoLfiY=Fl+2.79*9.O*O.O52Y=Fl+1.3O6Y

假定3、4、5號5個浮筒浮力相等，則：

F=2Fl+2F2+5F3=9Fl+15.87y=9*24.66AhY+8.288Y

Ah=(830.25-82.88)/9*251.1=0.33m

則：Fl=82.86kN,F2=91.65kN,F3=95.92kN,計算簡圖如

下：

貝雷梁參數:I=250497cm4,

W=3579cm3,[M]=788.2kn-m,[Q]=245.2kn,采用4片貝雷梁拼裝

四塊壁板時內力計算結果如下：

Mmax=1757.96kn-m<4[M]=4*788.2=3152.8kn-m

Qmax=174.51kn<4[Q]=4*245.2=980.8kn故安全

檢算結論：根據計算最大彎矩和最大剪力小于貝雷梁允許彎矩和

允許剪力，因根據分配后的浮筒浮力計算最大撓度一定小于按平均分

配荷載計算的最大撓度，因此結構的剛度滿足要求。

4.3鋼浮筒平臺制做拼裝

4.3.1鋼浮筒制做及密閉性試驗

用于深水基礎的的鉆孔樁鋼護筒焊接質量能滿足浮筒的要求，因

此可直接用來制成鋼浮筒。在每節浮筒中部(壁板下)設置一道米字

型角鋼支撐，避免在吊裝壁板時產生局部變形。浮筒的兩端采用

10mm厚鋼板焊接封堵，封堵前將注水管及排氣管按要求設置。

鋼浮筒下水前均進行密閉性試檢驗。試驗前在注水管及出氣管上

分別安裝上截止閥，在出氣管上安裝上氣壓表，并與空壓機接通，然

后進行充氣打壓試驗。本工程選定的圍堰下水地點水深為6m,工作

壓力確定為O.IMPa,試驗壓力按不小于工作壓力的1.5倍考慮，充

氣排水打撈時壓力，試驗壓力確定為LOMPa。檢驗時達到試驗壓力

即停止充氣，關閉閥門斷開與空壓機的連接管，10分鐘后觀察壓力表

讀數不下降即為合格。如讀數下降說明局部漏氣，用皂液進行檢漏，

查出漏氣點，進行處理后再進行檢驗。

4.3.2鋼浮筒平臺拼裝

本工程加工制做基地設在嘉陵江東岸，為方便運輸，鋼浮筒平臺

及底節圍堰的拼裝地點選擇在東岸施工棧橋的下游。在東岸拼裝不影

響靠近西岸的81#墩位處進行承臺基礎水下爆破開挖作業。

鋼浮筒分成四個組塊進行拼裝。兩側直線段壁板下各5根9m長

浮筒為A組塊，兩個圓弧端壁板下各2根31m長浮筒為B組塊。A

組塊拼裝時，在浮筒兩端封端板中上部設置一道水平連接桿（［22槽

鋼），將5根浮筒按設計間距連接成整體，兩根浮筒之間設置水平交

叉拉桿（鋼筋025），使組塊A形成水平穩定結構。組塊B長浮筒按

9+13+9m順序連接，連接方式為法蘭栓接，在長浮筒封端板中部

設置水平連接桿（［22槽鋼）,將兩根浮筒按設計間距連成一體，在兩

根浮筒之間設置三處水平交叉拉桿。

拼裝好的組塊用鋼絲繩臨時系于棧橋的鋼管樁上及岸上錨樁上，

全部完成后將四個組塊連接成整體，并利用錨碇系統進行固定。

在拼好的鋼浮筒上放出鋼圍堰的輪廓尺寸線，據此確定貝雷梁的

安裝位置。兩組貝雷梁對稱布置于直線壁板的內外側，每組貝雷梁由

兩片組成，中心間距0.9m,兩片之間每隔3m設一道橫向垂直支撐

架，上弦每隔3m設置一片水平支撐架。貝雷梁下弦用槽鋼與鋼浮筒

扣連。在壁板兩側與貝雷梁之間鋪設1.0m寬走道，以方便操作。

4.2.3鋼浮筒平臺定位

在選擇確定的圍堰拼裝地點進行定位，定位利用上游的棧橋樁作

為主錨，兩側各設兩個岸錨和兩個水錨。岸錨必須設置在拼裝期最高

水位線以上，在選定位置開挖2個4m3的錨坑并灌注C25磅,在碎

中埋設132工字鋼作為錨樁。江側邊錨設置2個8t霍爾式鐵錨，用

35t浮吊進行拋錨。

鋼浮筒平臺拼裝完成后，用錨碇系統進行定位，保證底節圍堰在

拼裝過程中不隨意移動。

4.4拼裝墊梁鋪設

鋼套箱圍堰兩側直線壁板下各設置兩組墊梁，墊梁中心間距

1.5m0每組墊梁由兩根工字鋼132b組成，中心間距0.3m，用10mm

鋼板進行連接。墊梁段在岸上分段加工，運至平臺上進行接長，整體

定位調平后，用鐵件與鋼護筒扣連。

鋼套箱圍堰兩端圓弧壁板下各設置9根墊梁，墊梁長7.5m，間

距2.0m,采用132b工字鋼，用鐵件與鋼護筒扣連。全部墊梁必須在

同一平面上，保證底節圍堰順利拼裝。

4.5底節圍堰拼裝

在拼裝墊梁上放出鋼圍堰的輪廓尺寸線。拼裝鋼圍堰底節時，按

照先直線后圓弧的順序進行，直線段由中部向兩端對稱拼裝，合攏塊

設在兩端圓弧段的中部。直線段塊件拼裝時，在壁板重力和浮力的共

同作用下，平臺（貝雷梁）中部向下彎曲，兩端上翹；一側壁板拼裝

后浮筒下沉，另一側浮筒因此而上浮，因此在拼裝壁板時，按照計算

通過向未加載的浮筒注水或壓重的方式，減少彎曲并基本達到整體平

衡。

壁板吊上平臺后，用5t倒鏈進行精確定位及垂直度校正，用干

斤頂支頂加支墊的方式進行標高調整。中間兩塊壁板吊上平臺后，通

過向兩端浮筒注水使三個承力浮筒基本平衡，精確調整并將兩塊壁板

焊連后，即排除平衡水，再進行下一塊吊裝。

圓弧段拼裝時，根據合攏塊的實際尺寸進行放線，攏口尺寸比合

攏塊略大5~10mm,嚴格控制攏口兩側的塊件拼裝的垂直度，保證

攏口上下尺寸一致。合攏塊吊裝時，保持緩慢垂直插入，中途發生插

入困難時，不得強行下插，避免卡死，待查明原因處理解決后再重新

插入。

底節拼裝完成后，嚴格檢查所有焊縫的質量，并進行滲透性檢驗,

確認合格后，方可進行下水作業。

為防止底節下水時由于局部不均衡下沉產生變形，采取臨時加強

措施，即在四個角部采用630x10mm螺旋鋼管，設置臨時加強斜撐

桿，增強圍堰的整體性和直線段壁板的側向穩定性。

4.6底節圍堰下水

4.6.1下水地點選擇

為保證底節圍堰下水后，鋼浮筒平臺打撈及底節圍堰自浮后接高

拼裝同時進行，下水地點應離開墩位，具體地點選擇在墩位下游附近。

底節圍堰在東岸拼裝完成后，嘉陵江井口段封航2小時，用2艘

400t拖輪將底節圍堰和平臺浮運到西岸，在墩位下游約30m處用水

錨和岸錨定位。

下水地點水深需滿足下列條件：

H>D+h2+h3,

其中：D一鋼護筒直徑，

h2—拼裝墊梁高度，

h3一圍堰自浮吃水深度。

81#墩圍堰下水地點水深5~6.5m。由于橋址處河床基巖裸露,

因此對圍堰下水范圍內河床進行詳細探查，避免局部存在突出巖石影

響圍