湛江海湾大桥主塔墩承台施工控制阶段的计算

xxxx大桥主塔墩承台施工控制阶段的分析计算xxxx大桥位于xx省西部的xx地区，是xx省省道S373线上跨越麻斜xx的一座特大型斜拉桥梁。该工程是xx市一个标志性的工程，工程的建成对加强粤西地区与珠三角洲地区的经济联系，改善城市规划和促进周边经济发展具有重要的意义。xxxx大桥是国内目前在建斜拉桥梁中难度最大的项目之一，施工技术含量高，桩基深度达106m，并采用变截面结构，主塔身线型为双曲线火炬形，塔高为155m，因此，主塔墩承台总面积将达到1000多平方米，承台体积约1万立方米。考虑到承台施工过程将在悬吊过程中完成，并且还将经历多种复杂工况，所以施工难度很大，技术含量较高，必需对施工过程中所面临的最严峻工况进行严格的计算分析，这就构成了本文的主要内容。1塔墩承台施工方案简介xxxx大桥全长约4.0km，由东至西分为五个部分：东岸引桥、水中东引桥、主桥斜拉桥、水中西引桥、海滨立交桥，跨径组合为：28×28m+18×50m+60m+120m+480m+120m+60m+16×50m+25×28m。岸上引桥为跨径28m的PC连续箱梁，水上引桥为50m跨的PC连续箱梁，主桥为双塔双索面混合梁斜拉桥，主跨为480m。主桥桥面宽度为主桥28.5m，引桥桥面宽度25.5m；设计荷载汽一超20，挂-120级，计算行车速度80km/h。其桥型总布置如图1。图1桥式总布置图（单位m）主塔设计外形为双曲线的火炬形，塔高155m，结构新颖美观，如图2（a）所示。面对复杂的地质条件和长达100多米的桩基，对承台的设计提出了很高的要求，主要表现为承台的面积和厚度必须保证为主桥的安全和稳定提供足够的支撑，图2（b）为承台的设计图形。图2主塔墩设计形状和承台分层浇筑方案从图2可以看到，对于厚度为6.5m的塔墩承台，其施工方案计划分四次浇筑完成。根据施工工期的安排，在这样一个分次浇筑的过程中，由于海水水面高程随时间的变化，以及模板内排水施工以及混凝土浇筑荷载的变化，使得封底的受力状况成为人们关注的重点，因为，混凝土封底层的安全实际上决定了整个主塔墩承台的施工安全和质量。根据xx地区海平面历史资料以及混凝土分层浇筑的工期，对封底混凝土层构成最大威胁的主要有两种工况：工况Ⅰ——封底层完成之后，为了进行承台第一层的浇筑，必须排尽模板内的海水，而恰好此时海水平面涨到最高水位，这时封底混凝土将面临最大的海水浮力作用；工况Ⅱ——承台第一层浇筑完毕，此时恰好海平面降到最低水位，这时封底混凝土层将面临最不利的重力作用。本文主要就上述两种最不利工况，对封底混凝土层的受力状况进行分析。2工况Ⅰ状态下的封底层受力分析根据施工方案，封地混凝土层的浇筑是模板立起之后在水下完成的。模板及其模板支撑系统见图3。图3模板及其内部支撑系统的有限元模型实际操作过程中，图3所示模板和内部支撑系统是放置在由底梁和预制铺装底板构成的平台之上，该平台则由悬吊机械吊起锁定。在上述系统的维持下进行水下封底混凝土浇筑，浇筑完成之后排尽模板之内的海水，以便为承台第一层混凝土的浇筑做好准备。然而，在等待第一层混凝土浇筑的时间里将经历海水平面最高的时间过程，如图4所示。兰图醉4道抢工况融Ⅰ御所对应的受力啊状态特对于河图依4倘所示的工况，佩封底混凝土受湖到的力包括垄：乎a梅)诉海水的浮炕力亡F蒜浮倦;b鼠)矩封底混凝土的奏重定力临G刊1街；妨c业)苹铺装底板的重牧力陡G翼2太；贩d吧)傲底梁的重昌力泼G3;e妨)杰模板系统的重南力轻G垄4锤；搏f井)粮桩基套筒与封恐底混凝土之间盲的粘结胶力怀F塔粘。残为了保证封底遵混凝土层的整乒体稳定，首先砍下列受力方程农应当得到满足聋：邀F=截F耍浮乳-墨（东G1+G2+龟G3+G者4即）蜻≤坝奴F稳粘万实际的计算结睡果为寺：救F=333剧3踢T悼，争F伍粘捷=3621龟T勇，显然上述方疯程得到满足，瞒封底层在工净况荐Ⅰ袋状况下是稳定栽的。迅稳定性得到保沸证之后，还需疾要进行工狡况最Ⅰ员状况下的封底解混凝土层的应愉力分析，以确育保封底层不会略发生局部弯曲嘉拉压破坏。封某底混凝土层的服应力分析采女用弦algo镜r头通用有限元程仔序完成。利用站该程序建立如胖下计算模型（篇见扎图背5何）。奔图危5仁瞎封底混凝土层县应力分析模型眯在上述模型中节，在模拟封底张混凝土的板块书单元施加方向缘向上的面分布拦荷续载弊f蚊（姨f=[偶F道浮尺-倦（复G1+G2+业G睬3链）渴]/贺A化，近A唯是封底混凝土灾的真实面积）财，模板荷有载冠G编4妨以线荷载的方智式施加在封底违层的边缘，封钱底层与钢套管醉的结合处采用括位移固结方式寿进行约束。征图叹6踢显示了模型的逝加载情况和约涛束情况。挠图推6杜挪模型的加载情佛况和约束情况再在上述条件下欺，利园用樱ALGO嫩R况通用有限元分令析软件对整体容模型，得到如卸下分析结果。愁图个7只插封底层在工况堡Ⅰ殖作用下的变形浪图躲8考肢封底混凝土应核力分析结果李从太图奔8幸所示的应力分置析计算结果可式以看到，在江工究况辨Ⅰ目情况下，封底脉混凝土层在巨融大的海水浮力雄作用下，两个就圆弧形的端部纳有上挠的趋势堤，上挠的最大愈幅度仅为辜0.5mm前，封底混凝土温层的局部应力翅最大值组为考1.47Mp哨a训，因此，不会董对封底混凝土络层的安全构成离威胁，这说明覆施工技术方案讲是科学的、可间行的。而该项抢工程的实施结丘果也证明了计肿算分析的可信麦性和正确性。圆3靠惨工颤况跟Ⅱ损状态下的封底闪层受力分析丹工况详Ⅱ海所对应的施工烧状态和海平面走位置如域图尚9址所示。驶在启工况宏Ⅱ珍中，承台刚刚积完成了厚度为眯1.5m鹅的第一层浇筑成，混凝土还处惠于流塑形状态涛，而此时海平伸面降落至最低钟水位（收-1.9m丛）。在这种情估况下，第一层植浇筑混凝土作滤为分布荷载作挡用于封底层的荡表面，而海水袭平面由于降至扰最低潮，海水红浮力也减至最患小，因此，封矛底混凝土层受虑到的合力主要金是由自身的重妻力和第一浇筑扛层的重量以及极海水浮力构成钱的，方向向下巴。捷图声9瓜角工办况夺Ⅱ鄙所对应的受力拌状态爸拢童由于在承台的鼠施工方案中，搁底梁和铺装底宝板被悬吊机械装吊起并锁定（任见博图部9纷），而且模板甩是布置在底板舒之上，所以，注底梁、铺装底紫板和模板对于竭封底的受力基标本没有贡献。姻因此，在工蝶况滤Ⅱ南中进行封底混裁凝土层的应力肉分析时，可以伸将底梁的悬吊恼点看成固定支悲撑点，以此建全立底板的有限栋元模型，在此剑基础上进行应搏力分析。茶对于工酒况奋Ⅱ演，封底层受到鉴的方向向下的蛾合构力饱F=515壁0窝T除，在本模型中屋，晓将颤5150咬T黑荷载分布作用懒在封底层上，态如性图少1著0爹所示。习图宿10狸奋工央况气Ⅱ蔽下的荷载分布魔情况己根据粮图业10驼齐所示的荷载情膜况，运们用绳algo便r就通用有限元软管件进行了封底辫混凝土层的变震形和应力分析司。分析结果见此图蜘1抚1阔和鱼图游1终2浩。伶图凭11寺菌封底混凝土在多工况凑Ⅱ醒荷载作用下腰的变形趋势草图敏12纠撤封底混凝土在赞工况馆Ⅱ旬荷载作用下脊的应力分布鞋从变形和应力肉的分析结果可追以看到，工况航Ⅱ彩对封底混凝土易层的安全性不蹈构成威胁，这续说明承台的施商工方案是完全宝