水上大口径钻孔灌注桩施工平台设计研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文水上大口径钻孔灌注桩施工平台设计研究姓名：曾乐飞申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：赵文光20061031I摘 要摘 要 随着我国经济突飞猛进的发展，也加快了基础建设的步伐，一大批桥梁如雨后春笋，层出不穷桥梁施工过程中经常面临跨越河流，在深水中施工桩基、桥墩或索塔的难题，解决这一难题的关键是搭设深水桩基施工平台以及保证其在施工过程中的强度，刚度和稳定特别是，深水桩基施工平台是一施工临时结构，在造价上有很严格的要求本论文主要研究和讨论了水上大口径钻孔灌注桩施工平台结构的设计，并且探讨了平台结构的施工关键技术 论文首先总结了近年来国内外深水桩基施工平台设计研究的现状探讨了浅水域施工平台的一般要求、围堰类型及适用条件研究了土石围堰设计计算和施工关键技术探讨了深水域施工平台的类型、适用范围和施工关键技术，供工程实践参考 其次， 本文以重阳水库大桥固定式工作平台为研究对象， 借鉴结构优化设计理论，以钢结构设计软件 3D3S 为实现手段进行施工平台方案优选；利用通用分析软件ANSYS 建模，进行平台结构的静力、稳定和动力分析着重分析了该结构体系在施工工艺要求下的整体稳定和冲击荷载作用下的力学特点，得出了有益结论。

最后，本文分析了推荐结构的施工关键技术，重点讨论了斜钢管桩与平台钢结构施工工艺，探讨并提出施工过程中保证平台稳定的措施总结了本课题需要深入研究的几个方向 关键词关键词：钻孔灌注桩 施工平台 方案优选 结构稳定 冲击荷载 IIAbstract With rapid development of national economy, our country is accelerating pace of primary construction and large numbers of bridges are being built. Bridge construction often faces with building bridge piles, piers and tower in deep water. It is key to build deep water construction platform and ensure its strength , rigidity and stabilization . Especially, deep water piles construction platform is temporary structures which is strictly restricted by manufacturing cost. This article mainly researches into construction platform structure of water-surface large diameter borehole cast-in-place concrete pile and discuss building methods of construction platform structure. At first , the research actuality of deep water foundation construction platform structure design is summed up in this paper .General requirements, types of cofferdam applied condition , earth and stone cofferdam design and its key construction technology in shallow water is discussed. Types of deep water construction platform, scope of application, the key technology of construction operation of construction platform and is studied. Then , this article sees steel stationary type construction platform of Chongyang Reservoir Bridge as study object , applies steel design software 3D3S to choose proper scheme with structure optimum design theory, and applies program ANSYS to build mechanical dynamic model to complete static , stabilization and dynamic analysis . The author put on emphasis on the whole stability of construction platform which takes construction process into account . Then this article analyzes the mechanical characters of construction platform when it bears the dynamic load and draw an applied conclusion . At last , the article summarizes the key technology of construction operation of construction platform, and put emphasis on batter steel pipe pile and platform steel structure construction technology . The method which ensures platform stabilization during construction is introduced. Some aspects are given for deeply research. Keywords: bored pile construction platform scheme selective preference structure stabilization impact load 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本论文属于 （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密□，在 年解密后适用本授权书 不保密□ 11 绪 论 1 绪 论 1.1 研究目的和意义研究目的和意义 我国江河纵横，海岸线长约 1.8 万公里，海域面积大沿海有开发价值的岛屿众多 我国本世纪路网规划表明， 在大江大河和沿海修建规模更大的桥梁势在必行。

如：长江口联络工程、珠江口跨线工程、钱塘江口路线工程、琼州海峡工程、渤海湾的跨海工程、沿海诸多岛屿与大陆之间的联络工程以及香港、澳门及台湾的大型联络桥工程都需要修建许多桥梁深水基础其中，与香港、澳门、台湾的大型联络桥基础水深会超过 200m另如计划中的同二线高速公路跨海工程，北起黑龙江省同江，南迄海南岛三亚，沿线跨海峡或海口的大桥就有渤海海峡大桥、长江口大桥、杭州湾大桥、珠江口伶仃洋大桥、苏通大桥等，水深一般在 80m 左右，最深达 120m这些工程中会遇到许多新的技术难题，就需要桥梁工作者进一步学习各国已有的深水基础的先进成果和技术，并结合我国实际情况和具体桥梁工程进行认真分析、研究，才能保证我国桥梁深水基础的技术水平持续发展[1] 具体到桥梁工程中，施工过程经常面临跨越河流，在深水中施工桩基、桥墩或索塔的难题，解决这一难题的关键是如何搭设深水桩基施工平台以及如何保证其在施工过程中的强度、刚度和稳定而且，在桥梁的施工过程中，桩基的施工是整个桥梁施工进度和造价的控制因素因此，对深水桩基施工平台的研究对于发展桥梁建设有非常重要的实际意义[2]特别是，深水桩基施工平台是一施工临时结构，其设计、施工等过程与一般的永久性建筑有着本质的区别，它主要有以下一些特点[2]： （1）影响因素众多：深水墩处于深水处，施工时受洪水、通航、水流冲刷的影响，修建于近海的还要考虑海潮、波浪、台风、海水腐蚀等因素。

（2）必须在水中或水上搭建施工平台，平台的搭建施工很不方便 （3）由于施工平台为临时结构，所以其状态处于不断变化中：平台上有大量的施工设备和人员，荷载处于不断变化的状态 （4）深水桩基施工与海水采油平台等水上建筑一样，桩身和竖向的管桩穿过水流和土层而嵌入基岩它既要承受上部结构的荷载，又要受水流、风浪的冲击和桩周土的作用实际上，平台、群桩、水流、土体相互作用构成了平台-群桩-水流-土体系统 （5）对于固定式的深水桩基施工平台，由于竖向钢管桩竖向尺寸远大于截面尺寸，实际为细长薄壁杆件，所以整个平台的竖向稳定问题尤其重要，进行钢管桩施工平台的屈曲分析不可或缺 2（6）由于施工平台为施工临时结构，它区别于永久性的构筑物，所以它的设计受到可行性、水位变化、周期、施工工艺以及经济效益等众多因素制约 因此，为确保深水桩基、桥墩或索塔的工程质量，保证工期，创造良好的经济效益，必须对水上施工平台的设计和关键施工工艺进行深入研究本文结合重阳水库大桥钻孔灌注桩水上工作平台工程实际，用数值模拟仿真技术对重阳水库固定式工作平台的可靠性及合理性进行了研究，为重阳水库大桥水上钻孔灌注桩施工平台的施工提供了有力的智力支持。

1.2 国内外研究现状国内外研究现状 我国桥梁基础建筑有着悠久的历史，如隋代李春于公元 595～605 年建造的河北赵州安济桥，是世界上首创的石砌敞肩平拱桥其净跨为 37.02m，基础平面尺寸为5.5m×10m，高 4.4m，建在较密实的砂粘土地基上，拱的最大推力为 24MN，地基未产生过大变形即使按照现在的规范检算，地基承载力和基础后侧的被动土压力均能满足设计要求此桥至今已经历 1300 多年，曾受多次洪水和地震的考验仍然安然无恙，使世人惊叹 宋代福建泉州建造的万安石板桥 46 孔桥址水深流急，潮汐涨落频繁，河床变化剧烈，根据当时条件修建桥基很困难但建筑者采用：先在江底抛投大石块，再在其上移殖蚝使其繁殖，将石块胶结成整体，形成人工的坚实地基，再在其上建桥基，这种独特的施工方法，实为世界创举但这些仅反映了我国历史上有关桥梁基础工程方面的工艺和技术成就，受当时社会生产力和自然科学发展水平的限制，还仅限于凭经验的感性认识阶段 1935年丹麦涅脱地带桥在水深达30m的条件下采用43.5m×22m的钢筋混凝土沉箱在细密均匀坚硬不透水深层粘土中修筑桥。