第一章 概述
1 工程概况
东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥工程是密切联系南岸弹子石片区、渝中解放碑CBD、江北城片区“两江三地”的重要纽带，范围起于南岸区涂山路，止于江北城金沙路，其中有两座跨江特大路轨两用桥——东水门长江大桥主桥长858米，上层城市道路桥为双向四车道。
东水门大桥主塔基础采用18根φ3.0m钻孔灌注桩，桩基呈梅花型布置，纵桥向4排、横桥向5排：纵向行距5.2m、6.0m、横向行矩6.0m；结合桩基布置形式，承台采用八边形，横向总长29m，纵向总宽21.4m。按照通航论证及防洪报告中的建议，P1主塔基础承台顶置于河床面以下，标高为▽+167.50m，承台厚7m，采用C20混凝土，封底混凝土厚2.5m。
图1.1 东水门大桥P1主塔基础布置图
双壁钢围堰的整体布置如图1.4所示。
图1.4 东水门大桥钢围堰布置图
东水门大桥P1主塔基础钢围堰高27.5m，采用6m首节段（L80角钢）+6m标准段（L80角钢）+6m标准段（L100角钢）+5m标准段（L80角钢）+4.5m顶段（L80角钢）。
2 采用规范
（1）《钢结构设计规范》（GB50017－2003）
（2）《铁路桥梁钢结构设计规范 》(TB 10002.2-2005)
（3）《铁路钢桥制造规范》（TB 10212-1998）
（4）《铁路桥梁设计和施工规范》（TB 10203-2002）
（5） 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）
3 水位条件
东水门大桥跨越长江河流，长江是重庆市主城区的过境河流，在大桥拟建区河流流向北北西，河面宽500～550m。长江常年洪水位一般为175.00～180.00m、汛期最大流量86200m3/s(1981年7月)，调查的历史最高水位为196.25m(1870年)，最低水位为158.08m(1987年)，勘察期间水位在163.00～166.00m波动。全年水位变化规律是2～4月为最低水位期，7～9月为最高洪水期。
2009年三峡水库完全投入使用后，三峡大坝坝顶高程185m（吴淞高程），正常蓄水位175m（吴淞高程），防洪限制水位145m（吴淞高程），枯水季低水位155m（吴淞高程）。水库调度运行方式为：每年5月末至6月初，坝前水位降至汛期防洪限制水位145m（吴淞高程）；汛期6-9月，水库一般维持此低水位运行，遇大洪水时期根据下游情况，水库排洪蓄水，库水位抬高，洪峰过后，仍降到145m（吴淞高程）运行；汛末10月，水库充水，水位逐步升高到175m（吴淞高程）；11月到次年4月，水库尽量维持在高水位。
根据《重庆东水门长江大桥通航净空尺度和技术要求论证研究》
东水门大桥的通航水位如下表所示。
4 工程地质
东水门大桥南主塔基础位于长江一狭长砂岩礁石上，基岩为砂岩、砂质泥岩。岩层产状陡，岩体较完整。地下水位埋深0～1.00m，同江水位一致，水量丰富，受长江补给；砂岩上部中裂隙发育，裂隙与江水贯通，水量大，勘察期间钻孔中水量至少在50吨/小时以上。根据水下地形图，南主桥墩区为陡坡，高差在20m左右。无不良地质现象，工程地质条件良好，适宜布设南主桥墩。
东水门大桥北主塔基础位于长江左岸的河漫滩上，地面高程173.00～190.00m，为两阶平台，相对高差约17.00m。桥墩区土层厚度17.40～30.30m，下伏基岩为、粉砂岩、砂岩、砂质泥岩。水文地质条件简单，水量及水位受江水影响大，随季节动态变化，地下水位埋深6.20～22.00m，同江水位一致，水量丰富，受长江补给；砂岩上中部裂隙发育，裂隙与江水贯通，水量大。岩层产状：290∠18，节理裂隙较发育，主要发育二组构造裂隙：40°∠70～80°；J2：330∠70～85，结合一般，属硬性结构面。P2主墩处无不良地质现象，工程地质条件中等复杂，适宜布设桥墩。
第二章 主要试算结果
1封底混凝土施工过程
东水门大桥P1主墩基础施工过程为：先灌注1.5m的水下封底混凝土，然后桩基护筒定位，再浇注1.0m的水下封底混凝土，最后施工桩基。护筒进入封底混凝土的深度为1m。
2计算假设
假设封底混凝土在承受水压时双臂钢围堰不会上浮。
3有限元模型
（1）已知资料
施工基础过程中，洪水位按184.23m考虑，钢围堰顶标高按185.5m设计，承台底标高为160.5m，围堰底标高为158.0m，封底混凝土厚2.5m。施工承台时，围堰抽水水位为176m，封底混凝土承受的静水压力为18m。
（2）有限元模型
选取钢围堰封底混凝土和夹舱混凝土为计算对象，混凝土采用实体单元，面板采用板单元，钢围堰刃脚处采用只受压的边界条件，考虑桩基和封底混凝土的锚固作用。
4计算结果
（1） 第一种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，但桩基未施工，此时封底混凝土能承受的最大水压。
当封底混凝土承受的水压为8m时，封底混凝土的顶面最大主拉应力为0.54MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。封底混凝土的底面最大主压应力为0.53MPa。封底混凝土的主拉应力和主压应力分布图如下图2.1~2.2所示。
图2.1封底混凝土顶、底板主拉应力分布图
图2.2 封底混凝土顶、底板主压应力分布图
（2） 第二种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，桩基也施工完毕，此时封底混凝土能承受的最大水压。
当封底混凝土承受的水压为16m时（水位为174m），封底混凝土的顶面最大主拉应力为0.50MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。封底混凝土的底面最大主压应力为0.33MPa。封底混凝土的主拉应力和主压应力分布图如下图2.3~2.4所示。
图2.3 封底混凝土顶、底板主拉应力分布图
图2.4封底混凝土顶、底板主压应力分布图
在16m静水压力荷载作用下，各个桩基所受的浮力不均匀，结果如表所示。
图2.5 桩基编号示意图
表2.1 桩基护筒与混凝土之间摩擦力汇总表
注：单根桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力为2488kN。（桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力按120KN/m2，计算高度为2.0m）
查2009年10月、11月水位，施工承台时，围堰抽水水位最大为176m，封底混凝土承受的静水压力为18m，大于2.5m封底混凝土承受的水压为16m时（水位为174m）。
且由于基底在招标文件验收交接中允许有±50cm的偏差，因此部分封底混凝土厚度为2m，能承受的水压为14m时（水位为172m）。
（3） 第三种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，未施工桩基，在桩位处加直径3.2m，高9.5m的水柱压重，此时封底混凝土能承受的最大水压。
当封底混凝土承受的水压为9.8m时，封底混凝土的顶面最大主拉应力为0.52MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。封底混凝土的底面最大主压应力为0.5MPa。封底混凝土的主拉应力和主压应力分布图如下图2.6~2.7所示。
图2.6 封底混凝土顶、底板主拉应力分布图
图2.7封底混凝土顶、底板主压应力分布图
（4） 第四种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，桩基也施工完毕，假设施工承台时，长江水位为176m，此时，应采取多大的压重才能保障封底混凝土承受的主拉应力满足规范要求。
2.5m封底混凝土在18m静水压力荷载作用下，最大的主拉应力为0.62 MPa，大于C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。最大的主压应力为0.40 MPa。应力分布图如下图2.8~2.9所示。
图2.8 封底混凝土底板、顶板主拉应力分布图
图2.9 封底混凝土底板、顶板主压应力分布图
图2.10 桩基编号示意图
表2.2 桩基护筒与混凝土之间摩擦力汇总表
注：单根桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力为2488kN。（桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力按120KN/m2，计算高度为2.0m）
11
采取反压措施：
在下图所示位置压重20 KN/m2。2.5m封底混凝土在18m静水压力荷载作用下，最大的主拉应力为0.53 MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。最大的主压应力为0.35 MPa。应力分布图如下图2.12~2.13所示。
图2.11 钢围堰压重位置示意图
图2.12封底混凝土顶、底板板主压应力分布图
12
图2.13封底混凝土顶、底板板主压应力分布图
图2.14 桩基编号示意图
表2.3 桩基护筒与混凝土之间摩擦力汇总表
注：如果桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力按150KN/m2，成孔桩径为3.3m，计算高度为2.0m单根桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力为3110kN。
13
第一章 概述
1 工程概况
东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥工程是密切联系南岸弹子石片区、渝中解放碑CBD、江北城片区“两江三地”的重要纽带，范围起于南岸区涂山路，止于江北城金沙路，其中有两座跨江特大路轨两用桥——东水门长江大桥主桥长858米，上层城市道路桥为双向四车道。
东水门大桥主塔基础采用18根φ3.0m钻孔灌注桩，桩基呈梅花型布置，纵桥向4排、横桥向5排：纵向行距5.2m、6.0m、横向行矩6.0m；结合桩基布置形式，承台采用八边形，横向总长29m，纵向总宽21.4m。按照通航论证及防洪报告中的建议，P1主塔基础承台顶置于河床面以下，标高为▽+167.50m，承台厚7m，采用C20混凝土，封底混凝土厚2.5m。
图1.1 东水门大桥P1主塔基础布置图
双壁钢围堰的整体布置如图1.4所示。
图1.4 东水门大桥钢围堰布置图
东水门大桥P1主塔基础钢围堰高27.5m，采用6m首节段（L80角钢）+6m标准段（L80角钢）+6m标准段（L100角钢）+5m标准段（L80角钢）+4.5m顶段（L80角钢）。
2 采用规范
（1）《钢结构设计规范》（GB50017－2003）
（2）《铁路桥梁钢结构设计规范 》(TB 10002.2-2005)
（3）《铁路钢桥制造规范》（TB 10212-1998）
（4）《铁路桥梁设计和施工规范》（TB 10203-2002）
（5） 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）
3 水位条件
东水门大桥跨越长江河流，长江是重庆市主城区的过境河流，在大桥拟建区河流流向北北西，河面宽500～550m。长江常年洪水位一般为175.00～180.00m、汛期最大流量86200m3/s(1981年7月)，调查的历史最高水位为196.25m(1870年)，最低水位为158.08m(1987年)，勘察期间水位在163.00～166.00m波动。全年水位变化规律是2～4月为最低水位期，7～9月为最高洪水期。
2009年三峡水库完全投入使用后，三峡大坝坝顶高程185m（吴淞高程），正常蓄水位175m（吴淞高程），防洪限制水位145m（吴淞高程），枯水季低水位155m（吴淞高程）。水库调度运行方式为：每年5月末至6月初，坝前水位降至汛期防洪限制水位145m（吴淞高程）；汛期6-9月，水库一般维持此低水位运行，遇大洪水时期根据下游情况，水库排洪蓄水，库水位抬高，洪峰过后，仍降到145m（吴淞高程）运行；汛末10月，水库充水，水位逐步升高到175m（吴淞高程）；11月到次年4月，水库尽量维持在高水位。
根据《重庆东水门长江大桥通航净空尺度和技术要求论证研究》
东水门大桥的通航水位如下表所示。
4 工程地质
东水门大桥南主塔基础位于长江一狭长砂岩礁石上，基岩为砂岩、砂质泥岩。岩层产状陡，岩体较完整。地下水位埋深0～1.00m，同江水位一致，水量丰富，受长江补给；砂岩上部中裂隙发育，裂隙与江水贯通，水量大，勘察期间钻孔中水量至少在50吨/小时以上。根据水下地形图，南主桥墩区为陡坡，高差在20m左右。无不良地质现象，工程地质条件良好，适宜布设南主桥墩。
东水门大桥北主塔基础位于长江左岸的河漫滩上，地面高程173.00～190.00m，为两阶平台，相对高差约17.00m。桥墩区土层厚度17.40～30.30m，下伏基岩为、粉砂岩、砂岩、砂质泥岩。水文地质条件简单，水量及水位受江水影响大，随季节动态变化，地下水位埋深6.20～22.00m，同江水位一致，水量丰富，受长江补给；砂岩上中部裂隙发育，裂隙与江水贯通，水量大。岩层产状：290∠18，节理裂隙较发育，主要发育二组构造裂隙：40°∠70～80°；J2：330∠70～85，结合一般，属硬性结构面。P2主墩处无不良地质现象，工程地质条件中等复杂，适宜布设桥墩。
第二章 主要试算结果
1封底混凝土施工过程
东水门大桥P1主墩基础施工过程为：先灌注1.5m的水下封底混凝土，然后桩基护筒定位，再浇注1.0m的水下封底混凝土，最后施工桩基。护筒进入封底混凝土的深度为1m。
2计算假设
假设封底混凝土在承受水压时双臂钢围堰不会上浮。
3有限元模型
（1）已知资料
施工基础过程中，洪水位按184.23m考虑，钢围堰顶标高按185.5m设计，承台底标高为160.5m，围堰底标高为158.0m，封底混凝土厚2.5m。施工承台时，围堰抽水水位为176m，封底混凝土承受的静水压力为18m。
（2）有限元模型
选取钢围堰封底混凝土和夹舱混凝土为计算对象，混凝土采用实体单元，面板采用板单元，钢围堰刃脚处采用只受压的边界条件，考虑桩基和封底混凝土的锚固作用。
4计算结果
（1） 第一种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，但桩基未施工，此时封底混凝土能承受的最大水压。
当封底混凝土承受的水压为8m时，封底混凝土的顶面最大主拉应力为0.54MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。封底混凝土的底面最大主压应力为0.53MPa。封底混凝土的主拉应力和主压应力分布图如下图2.1~2.2所示。
图2.1封底混凝土顶、底板主拉应力分布图
图2.2 封底混凝土顶、底板主压应力分布图
（2） 第二种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，桩基也施工完毕，此时封底混凝土能承受的最大水压。
当封底混凝土承受的水压为16m时（水位为174m），封底混凝土的顶面最大主拉应力为0.50MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。封底混凝土的底面最大主压应力为0.33MPa。封底混凝土的主拉应力和主压应力分布图如下图2.3~2.4所示。
图2.3 封底混凝土顶、底板主拉应力分布图
图2.4封底混凝土顶、底板主压应力分布图
在16m静水压力荷载作用下，各个桩基所受的浮力不均匀，结果如表所示。
图2.5 桩基编号示意图
表2.1 桩基护筒与混凝土之间摩擦力汇总表
注：单根桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力为2488kN。（桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力按120KN/m2，计算高度为2.0m）
查2009年10月、11月水位，施工承台时，围堰抽水水位最大为176m，封底混凝土承受的静水压力为18m，大于2.5m封底混凝土承受的水压为16m时（水位为174m）。
且由于基底在招标文件验收交接中允许有±50cm的偏差，因此部分封底混凝土厚度为2m，能承受的水压为14m时（水位为172m）。
（3） 第三种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，未施工桩基，在桩位处加直径3.2m，高9.5m的水柱压重，此时封底混凝土能承受的最大水压。
当封底混凝土承受的水压为9.8m时，封底混凝土的顶面最大主拉应力为0.52MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。封底混凝土的底面最大主压应力为0.5MPa。封底混凝土的主拉应力和主压应力分布图如下图2.6~2.7所示。
图2.6 封底混凝土顶、底板主拉应力分布图
图2.7封底混凝土顶、底板主压应力分布图
（4） 第四种试算工况：东水门大桥P1主墩2.5m封底混凝土施工完毕，桩基也施工完毕，假设施工承台时，长江水位为176m，此时，应采取多大的压重才能保障封底混凝土承受的主拉应力满足规范要求。
2.5m封底混凝土在18m静水压力荷载作用下，最大的主拉应力为0.62 MPa，大于C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。最大的主压应力为0.40 MPa。应力分布图如下图2.8~2.9所示。
图2.8 封底混凝土底板、顶板主拉应力分布图
图2.9 封底混凝土底板、顶板主压应力分布图
图2.10 桩基编号示意图
表2.2 桩基护筒与混凝土之间摩擦力汇总表
注：单根桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力为2488kN。（桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力按120KN/m2，计算高度为2.0m）
11
采取反压措施：
在下图所示位置压重20 KN/m2。2.5m封底混凝土在18m静水压力荷载作用下，最大的主拉应力为0.53 MPa，接近C20混凝土容许承受的最大主拉应力0.57MPa。最大的主压应力为0.35 MPa。应力分布图如下图2.12~2.13所示。
图2.11 钢围堰压重位置示意图
图2.12封底混凝土顶、底板板主压应力分布图
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图2.13封底混凝土顶、底板板主压应力分布图
图2.14 桩基编号示意图
表2.3 桩基护筒与混凝土之间摩擦力汇总表
注：如果桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力按150KN/m2，成孔桩径为3.3m，计算高度为2.0m单根桩基护筒与混凝土之间的最大粘结力为3110kN。
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