特大桥钢栈桥及便道施工方案.docx

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特大桥钢栈桥及便道施工方案

一、工程概述：

按设计要求，京杭运河特大桥桥址处河宽为666.2m，其中2#~11#墩位于水中，施工所用材料（混凝土、钢材及其他材料等）均需采用栈桥或货物运输船运至各墩位处，根据我部实际情况及总工期要求，我部决定采取搭设临时施工栈桥来满足施工中材料运输要求。

东岸栈桥起始位置为①~②墩间（里程为K10+222.9）至⑩墩（里程为K10+702.9），长度为480m，栈桥位于桥梁前进方向的右侧；西岸栈桥从岸边（里程为K10+882.9）至⑾墩（里程为K10+822.9），长度为60m，栈桥位于桥梁前进方向的左侧。

栈桥平面及纵面布置图如图1、图2所示。

二、栈桥结构型式：

栈桥桥面宽度为6m，基础形式为打入钢管桩，钢管桩外径为500mm，壁厚为10mm。

沿栈桥长度方向每12m布置一排，每排三根，间距为2.75m。

桩顶采用I56a工字钢作帽梁，帽梁上采用贝雷片桁梁作为承重梁，顺桥向摆放四片，间距为1.7m。

为均匀分布行车荷载，在承重梁上横向密排I25a工字钢分配梁，间距为50cm。

桥面板采用厚度为10mm的钢板，在分配梁工字钢上满铺。

栈桥结构型式如图3、图4所示。

三、水文及地质情况

经我部现场勘测，目前水面标高为+4.33m，从设计图纸及地方水利部门调查可知，最大洪水位为7.92m左右。

运河河面共分为3个区域，即东、西航道区及中间浅滩区。

东侧栈桥位于东航道及浅滩区，最大水深为6.39m；西侧栈桥位于西航道岸边，最大水深为7.40m。

栈桥处地层土质以亚粘土为主，软塑亚粘土与硬塑亚粘土交替出现。

四、基桩型式及长度确定：

（一）按水文及地质剖面图，根据我部施工经验，为保证外露钢管桩强度及耐久性，采用沥青涂刷外露桩身部分作为防腐层。

（二）钢管桩长度确定：

1、荷载取值（按一排桩最不利的荷载情况考虑）

（1）恒载：

①工字钢横梁自重（I55a）

106.2kg/m×6m=637.2kg合6.37KN

②贝雷片桁架纵梁自重

6×（4片×270kg/片）=6480kg合64.80KN

③桥面分配梁（I25a）

（48根×6m/根）×38.1kg/m=10972.8kg合109.73KN

④桥面系

钢板6m×12m×0.01m×7850kg/m3=5652kg合56.52KN

以上恒载合计：

G=6.37+64.80+109.73+56.52=237.42KN

则每根桩的恒载值为：

F=G/3=79.14KN

（2）施工活载：

考虑施工期间的最不利荷载作为计算荷载，即两台混凝土运输车（容量7m3）满载时（砼重按17.5T考虑，自重按12T考虑）在栈桥上错车，且错车位置为桩位处，两车荷载由三根桩承受，受力示意图如下：

混凝土运输车P1+G1+P2+G2=2×（17.5+12）=59T合590KN

则每根桩承受活载重量为：

N=590/3=196.67KN

故一根桩所承受的恒、活载合计为：

F+N=79.14+196.67=275.81KN,考虑车辆行驶时对栈桥水平及垂直方向的冲击力，取安全系数为3.0，则单桩承载力为3.0×275.81=827.43KN。

2、钢管桩入土深度确定：

根据单桩竖向极限承载力标准值计算公式：

Quk=Qsk+Qpk=UΣqsikli

+qpkAp，其中Qsk为桩侧摩阻力，Qpk为桩端摩阻力，考虑钢管桩受力机理主要为桩侧摩阻力，故不考虑桩端阻力作用，则单桩承载力为Quk=UΣqsiklI，其中U为桩身周长，qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力，li为第i层土的厚度。

由地质剖面图可查得钢管桩嵌入的土层及土层厚度如下：

第一层：

素填土或耕植土qs1k=22kpal1=1.0m

第二层：

软塑亚粘土qs2k=36kpal2=9.8m

第三层：

硬塑亚粘土qs3k=66kpal3=?

综上有：

0.50π（22×1.0+36×9.8+66L3）=827.43KN

从而求得：

L3=2.30m

则钢管桩合计入土深度为：

L=l1+l2+l3=1.0+9.8+2.30=13.1m，考虑河床冲刷等影响，取单根桩长为L=15m。

五、钢管桩施工工艺及要点：

1、沉桩机具的选择

根据栈桥所处位置及基桩的类型，水中桩选择30T浮吊配合90KW电动振动锤（最大激振力为666.425KN，最大拔桩力225KN）进行施工；靠近岸边处，浮吊无法停靠的桩位处采用25T吊机配合振动锤进行钢管桩下沉施工。

2、沉桩前的准备工作

沉桩前先在岸边修筑陆上吊机进场便道及浮吊定位桩，定位桩应牢固、不易拔起。

另外，还需在岸边设置打桩定位观测平台，以控制沉桩过程中的垂直度及纵、横轴线。

3、沉桩施工流程

沉桩施工流程：

岸上接桩→运桩船就位→吊桩对位→插桩→启动振动锤沉桩至一定深度→再次校核桩位→沉桩至设计深度→放样精割桩头→戴桩帽。

4、接桩及运输

在岸边进行钢管桩的接长，焊接前对连接端进行精割，准确对位后采取围焊，并在每个接缝处采用四块劲板对称焊接。

接好的钢管桩吊至岸边驳船上，由驳船运至沉桩处。

钢管桩在驳船上的堆放应事先排序，以保证先沉入的钢管桩放置于上面。

5、沉桩方法

沉桩时，先用两台经纬仪架设在桩的正面和侧面，校正桩的垂直度，当桩位距离岸边较远，另一台经纬仪无法架设时，采用运桩铁驳船暂作观测平台，以配合钢管桩的定位。

管桩校正后需保证振动锤、桩夹具及桩身轴线一致，起动振动锤沉桩1-2m后，再次校正垂直度，准确无误沉至设计标高。

6、贯入深度控制

当桩沉入深度为1/3～1/2桩身长度时，涌入桩管内的土体即将桩管闭塞封死，相当于闭口桩（即柱桩）的作用，此时可采用贯入深度控制，直至沉至设计标高为止。

按设计桩顶标高精割桩头，并加盖桩帽。

六、工字钢帽梁及贝雷片桁梁施工

桩顶采用单根I55a工字钢作为帽梁，帽梁长度为6m，并点焊于桩帽之上，为避免工字钢发生倾倒，在工字钢两侧加焊预先加工好的梯形劲板。

安放工字钢时应注意位置摆放要精确，以保证顺桥向间距为12m，不至于产生过大误差（误差应控制在10cm以内），若工字钢横、梁间距误差较大，需在桩端焊加牛腿结构预以校正。

桁架承重梁采用贝雷片组拼而成，贝雷片（单片长度为3m）间通过销钉相连，形成连续桁梁。

顺桥向共摆放四片桁梁，间距为1.7m。

为保证桁梁稳定，在贝雷片端节点处采用自行设计的支撑架将四片桁梁连接在一起。

另外，为减小栈桥承重时变形，采用配套加强弦杆对桁梁上弦杆进行加强。

桁梁安装前，先在工字钢帽梁上放样出桁梁的位置，并在桁梁两侧加焊竖直短槽钢以固定桁梁位置。

首段桁梁在岸边组拼，25T汽车吊机安装就位，立即安装分配梁及桥面钢板，以后各段桁梁可已成桥面上组装和起吊就位。

七、分配梁及桥面系施工

首段组合桁梁安装就位后，即可摆放分配梁I25a工字钢，分配梁间距为50cm，每隔300cm将一道分配梁工字钢采用螺栓固定在两侧桁梁的加强弦杆上，并采用[10槽钢在将所有分配梁连成整体。

桥面采用10mm厚钢板满铺，钢板接头处尽量落在分配梁工字钢上，不能满足时采取搭接，并点焊加固。

为保证行车安全，在分配梁连接槽钢上焊加钢管栏杆，栏杆立柱间距为200cm，高度为100cm。

八、栈桥与岸边路基的连接施工

为保证栈桥与岸边路基连接良好，岸边桥头的栈桥基础不采用打入桩，在桁梁支点位置开挖基基槽，横桥向浇筑砼地梁，地梁断面尺寸为70cm（高）×80cm（宽）。

在地梁砼内预埋钢板（钢板下设锚筋），在桁梁端销孔内穿入短钢管，采用钢劲板将钢管焊于地梁预埋钢板上，形成固定支座。

并减小河岸土体对栈桥的侧压力，采取在岸边砌筑挡土墙，挡墙成“八”字形，高度同桥面标高。

挡墙后填土夯实，作成引道，并视河岸及栈桥高程情况引道纵坡。

九、栈桥主要工程数量表—见表1。

十、栈桥力学检算

（一）桩顶帽梁（横梁）强度及刚度检算

1、强度检算

取一根横梁（I55a工字钢）作为研究对象，取最不利荷载作为计算荷载，即桥跨方向12m范围内全部恒载及最不利活载，即两台砼运输车在横梁处错车，此荷载并取定安全系数为3.0，其总荷载值为：

P=3.0×（P恒+P活）=3.5×[237.42+（295+300）]=2825.97KN

力学简化模式如下图：

由力学简化模式图可知，P1=P2=P3=P4==P5=P6=P/6=471KN

根据力学简化模式图及二等跨梁的内力和挠度系数表可以确定：

跨内最大弯矩Mmax=0.222×471×2.75=287.55KN•m，剪力最大值Qmax=QB左=QB右=1.333×471×2.75=1726.57KN；又查得：

I55a工字钢

A=146.45cm2，Iz=55150cm4，E=2.1×1011N/m2，ymax=27.5cm，则有

σmax=（Mmax/Iz）•ymax=（287.55×103/55150×10-8）×27.5×10-2=143.38Mpa

≤[σ]=215Mpa

τmax=Qmax/A=1726.57×103/146.45×10-4=117.89Mpa≤[τ]=125Mpa

故横梁强度满足要求

2、帽梁刚度检算

由受力模式图及二等跨梁的内力和挠度系数表可以确定，跨内最大挠度为跨度中点挠度，其值为

ymax=1.466×471×103×2.753/（100×2.1×1011×55150×10-8）=1.23mm≤L/400=12.75mm

故帽梁刚度满足要求。

（二）贝雷片桁架梁强度检算

取顺桥向两排基桩间（跨度为12m）单片桁架纵梁作为研究对象，由分配梁的荷载均分作用，故将栈桥活载视为均布荷载，其值为q=3.5×[（P活/6）/12m]=3.5×[（198.33/6）/12]=9.64KN/m，则单排桁架梁力学简化模式如下图：

取节点A、B

则有：

YA=YB=qL/2=9.64×12/2=57.84KN

1、弦杆强度检算

立杆截面积A=50×5×2+70×5=850mm2

σAC=NA/A=YA/A=57.84×103/850=68.05Mpa

≤[σ]=215Mpa

故弦杆强度满足要求。

2、钢销钉抗剪强度检度

因O2结点为钢销结点，故取O2B段作为研究对象，其剪力为：

Q=YB=57.84KN，又知钢销钉截面积：

A=πD2/4=1963.50mm2，则每个钢销钉所承受的剪力为：

Q＇=Q/2=57.84/2=28.92KN，其剪应力为：

τmax=Q＇/2A=28.92×103/（2×1963.50）=7.36Mpa≤[τ]=215Mpa

故销钉抗剪满足要求。

3、销孔内壁承压验算：

销孔所承受的压力为：

N=Q=YB=57.84KN，承压面积：

S=2×50×80=8000mm2，则压应力为：

σ=N/A=57.84×103/8000=7.23Mpa

≤[σ]=215Mpa

故销孔内壁承压满足要求。

（三）分配梁强度及刚度验算

1、强度检算

取一根分配梁（I25a）作为研究对象，考虑25T吊机工作时及砼运输车（容量为7m3）满载时的最不利荷载情况，考虑桥面钢板对荷载的均分作用，假设车辆两后轮作用于四根分配梁上，并取一根分配梁作为研究对象，其力学简化模式如下图所示：

即将分配梁看成是均布荷载作用的五等跨连续超静定梁，其中：

q=[（175+120）/4+（0+300）/4]/5.5=27.05KN/m，由五跨等跨连续梁内力和挠度系数表查得：

最大弯矩为Mmax=MB支=0.105×27.05×1.12=3.44KN·m；

最大剪力为Qmax=QB右=0.526×27.05×1.1=15.65KN

又查得I25a工字钢E=2.1×1011N/m2，Iz=5023.54cm4，ymax=

25cm/2=12.5cmA=48.5cm2，则有：

σmax=（Mmax/Iz）•ymax=（3.44×103/5023.54×10-8）×12.5×10-2=8.56Mpa

≤[σ]=215Mpa

τmax=Qmax/A=15.65×103/48.5×10-4=0.93Mpa≤[τ]=125Mpa

故分配梁强度满足要求

2、分配梁刚度检算

由以上分析可知：

最大挠度发生在AB或EF跨中，其最大挠度为：

ymax=0.644×27.05×1.14/（100×2.1×1011×5023.54×10-8）=2.4×10-5mm

≤L/400=5500/400=13.75mm

故分配梁刚度满足要求。