顶推专项施工方案.docx
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顶推专项施工方案
1、编制依据
公路现行施工规范、设计规范、现有设计文件具体如下：
《株洲云峰大道（二期）工程初步设计》上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司
《云峰大道跨长株高速公路桥、云峰大道跨五一水库支流桥工程地质详细勘察报告》株洲市规划设计院，2014年3月
《云峰大道（二期）方案优化专家评审会议纪要》株洲云龙示范区管理委员会建设项目管理办公室，2015年1月
《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）
《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《建筑施工计算手册》
《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）
《混凝土结构设计规范》（TB10203-2002）
《中华人民共和国安全生产法》
《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80）
《特种作业人员安全技术考核管理规定》（GB5036）
《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076-95）
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
《建筑钢结构焊接技术规程》（JTJ81-2002）
《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质[2009]87号
《建筑起重机械安全监督管理规定》建设部令第166号
《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005
2、工程概况
云峰大道跨长株高速公路现已有一座跨线桥，桥宽13m.为满足道路通行需求，在利用现有桥的基础上，在其南侧，北侧各新建一座桥梁。
南侧新建一座人行和非机动车通行的绿道跨线桥，北侧新建一座通行机动车，非机动车、人行的跨线桥，机动车单向三车道。
3、工艺流程
4、人员配备
序号
工种
人数
备注
1
项目副经理
1
现场总负责
2
技术主管
2
技术管理及技术总结
3
技术员
4
现场技术管理及资料收集
4
工长
2
施工组织安排及资源调配
5
安全员
2
现场安全施工检查
6
质检员
2
现场质量检查
7
试验员
2
试验检测
8
测量员
3
测量放样
9
电焊工
10
焊接作业
10
起重工
2
起重吊装作业指挥
11
顶推操作人员
10
12
普工
20
合计
60
5、主要施工设备配备表
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
1
汽车吊
25t
台
1
2
平板运输车
10t
台
2
3
电焊机
BX1-500
台
10
4
单链手拉葫芦
2t
个
4
5
单链手拉葫芦
5t
个
4
6
冲击钻
台
5
7
旋挖钻
台
1
8
顶推设备
台
32
9
液压泵站
个
7
10
主控台
个
2
11
全站仪
莱卡TCA2003
台
2
12
水准仪
台
2
13
钢筋弯曲机
台
2
14
钢筋切断机
台
2
拖泵/泵车
台
2
6、箱梁预筑平台施工
6.1预筑平台及临时墩
顶推平台临1~临6下部临时支撑采用桩基础和混凝土承台支撑，承台上安置步履机，临7、临8采用桩基础和钢管桩支撑，其他部位均采用满堂支架。
为保证临时墩桩基承载力满足顶推要求，桩基施工按正式桩规范施工。
6.2临时支撑计算参数
（1）钢材弹性模量E=2.05×105MPa;
（2）Q235钢材抗拉、抗压设计控制强度f=205MPa，剪切强度fv=125MPa；
（3）钢筋砼重度26KN/m3；
（4）结构安全系数1.3；
（5）恒载系数1.2，活载系数1.4；
（6）施工人员及机械活载约1.0KN/m2参照（JGJ166-2008）；
6.3荷载计算
（1）结构恒载
箱梁平均横断面积：
A=V/L=1225.1/84=14.58m2
永久结构荷载：
q1=rc×A=26×14.58=379.08KN/m
（2）施工人员及机械活线荷载q4=1×17.212=17.212KN/m；
（3）临时墩计算荷载：
q=1.2q1+1.4q4=1.2×379.08+1.4×17.212=478.99KN/m
（4）车行桥预制平台临时墩桩底标高通过试桩确定入岩深度4m。
6.4受力计算
1）当84m梁卸下底模时，完全由临1、临3、临5、PM14墩支撑。
此时临1墩受力最不利状态为卸底模时，如图2所示:
V临1＝（3.68+28.78/2）×478.99＝8655.35KN
临1由8根直径1m桩基组成，则每根桩基平均受力N=8655.35/8=1081.92KN
（2）在顶推过程中，当箱梁刚离开临1时，此时：
V临2＝（13.78+15/2）×478.99＝10192.91KN，则每根桩基平均受力N=10777/8=1274.11KN
（3）在顶推过程中，当箱梁刚离开临2时，此时：
V临3＝（25/2+15）×478.99＝13172.23KN，则每根桩基平均受力N=14657/8=1646.53KN
（4）在顶推过程中，当箱梁刚离开临3时，此时：
V临4＝（15/2+10）×478.99＝8382.33KN，则每根桩基平均受力N=14657/8=1047.79KN
（5）在顶推过程中，当箱梁刚离开临4时，此时：
V临5＝（25/2+15）×478.99＝13172.23KN，则每根桩基平均受力N=14657/8=1646.53KN
（6）在顶推过程中，当箱梁刚离开临5时，此时：
V临6＝（15/2+10）×478.99＝8382.33KN，则每根桩基平均受力N=14657/8=1047.79KN
（4）在顶推过程中，在顶推导梁滑过LpM12时将根据具体分节长度，依次拆除，因此最不利荷载发生在箱梁钢离开临6时候，此时箱梁全部荷载由LpM12、LpM13、LpM14全部支撑，当箱梁刚离开临6时此时：
VM13＝（27/2+30/2）×478.99＝13651.22KN，则每根钢管桩平均受力N=23087/8=1706.40KN
6.5、预制平台单桩承载力计算
车行桥预制平台临时墩桩基底标高参考PM14号墩桩基，PM14桩基底标高+49.5，桩顶标高+68.5m，桩长18m。
根据现场试桩，桩基桩端需嵌入中风化泥质粉砂岩
内4m，则剩余桩基15m由于没有详细资料，考虑全部为杂填土。
表1土层物理力学指标建议取值表（参考云峰大道地质报告）
土的名称
承载力基本容许值（kPa）
各土层极限摩阻力（kPa）
杂填土
90
10
中风化泥质粉砂岩
1800
360
根据《桩基施工手册》
[P]=1/2×3.14×1.1（9.82×10+10.6×360+0.7×0.95×1800）=8827KN
在顶推过程中，预制平台临时墩单桩最大受力1832KN<[P]=8827KN
因此预制平台临时墩承载力满足要求。
6.6临时墩验算
在PM12、PM13侧布置钢构临时墩，临时墩采用φ800×16钢管，具体结构见图2，高度H＝6.059m
图3
（1）垂直荷载作用强度验算
（2）弹性压缩量
：
（3）压杆稳定性验算
钢管立柱顶部纵向与PM12、PM13墩用钢管桩联成整体，横向立柱联成整体，所以视钢管立柱底端为固定端，顶端为铰接：
φ800×16钢管截面特性：
A＝0.03941m2，I＝0.003029m4，L＝6.8m
按底端固定，顶端铰接，长度系数μ＝0.7
则：
（4）滑道顶面标高预留值的确定：
因为顶推对标高要求很高，LM12、LM13墩相对于L1、L2、L3、L4、L5、L6刚度要小，考虑基础下沉，以及各叠加层可能有残余压缩，钢管立柱弹性压缩等因素进行预留，预留值凭经验确定为18mm。
其依据：
①连续梁设计考虑了2cm竖向位移，只取1/2，为10mm；
②弹性压缩3mm；
③残余压缩值5mm。
（5）临时墩基础计算
临时墩基础采用群桩基础，设置8根桩基对应8根钢管桩，所以单根桩基平均受力为2885.9KN，远远小于4.2中计算的单桩容许承载力8827KN。
6.7、满堂支架验算
6.7.1验算参数
（1）钢材弹性模量E=2.05×105MPa;
（2）Q235钢材抗拉、抗压设计控制强度f=205MPa，剪切强度fv=125MPa；
（3）钢筋砼重度26KN/m3；
（4）结构安全系数1.3；
（5）二次分配梁允许挠度【ω】=L/500；
（6）恒载系数1.2，活载系数1.4；
（7）施工人员及机械活载约1.0KN/m2参照（JGJ166-2008）；
（8）模板重量q=2.5KN/m2；
（9）φ48×3.5钢管，钢管、顶托、地板均采用Q235A钢材，弹性模量E=2.05×105MPa，抗拉、抗压和抗弯强度f=205MPa，剪切强度fv=125MPa；φ48×3.5钢管力学特征为：
A=4.89cm2,惯性矩Ix=Iy=12.15cm4,抵抗拒W=5.078cm3,回转半径i=1.578cm。
本设计使用的材料几何特性见表1所示。
表1材料几何特性表
序号
构件名称
材料类型
几何参数mm
截面面积cm2
截面模量cm3
惯性矩cm4
备注
1
碗扣式脚手管
钢管
φ48×3.5
4.89
--
12
2
扣件式脚手管
钢管
φ48×3.5
4.89
--
12
3
横向分配梁
型钢
[10
12.7
39.7
198
4
方木
木材
100×100
100
166.67
833.3
6.7.2.荷载计算
（1）结构恒载
箱梁平均横断面积：
A=V/L=1225.1/84=14.58m2
永久结构荷载：
q1=rc×A=26×14.58=379.08KN/m
（2）模板线荷载：
q2=2.5×17.212=43.03KN/m
（3）支架结构恒载：
q3=0KN/m（按【JGJ166-2008】脚手架规范规定，支架高度不足10m高，可不计支架重量；
（4）施工人员及机械活线荷载q4=1×17.212=17.212KN/m；
（5）支架设计计算荷载：
q=1.2（q1+q2+q3）+1.4q4=1.2（379.08+43.03+0）+1.4×17.212=530.63KN/m
6.7.3内力计算及结构计算
6.7.4计算每排支架分担荷载
每排支架顺桥向布置间距b=90cm。
每排脚手架分担荷载：
Q=bq=0.9×530.63=477.567KN
6.7.5计算脚手架支撑能力
脚手架采用标准φ48×3.5钢管，Q235钢材。
其强度及截面特征如表1。
支架高度约2.6m，横桥向宽度17.212m，不属于宽度比失调的窄支架，不进行高宽比失调折减。
用局部承压能力代替整体承载能力。
水平杆步距按1.2m设计。
横杆与立杆的连接点视为铰接，顶托杆不大于0.6m、地脚杆不大于0.2m。
最大受压段为0.9m，其长细比λ=L/i=90/1.578=57<100，属于短杆，折减系数ψ=0.174.
则单根支撑柱的允许承载能力为：
【R】=Ψ×K1×K2×f×A=0.714×0.8×0.7×0.205×489=40.1KN/m
K1—重复使用的钢管，折旧系数取0.89；
K2—使用变形及安装轴线偏差折减系数，取0.7。
6.7.6计算横向脚手架的布置根数
在纵向布置间距0.9m的条件下，设横向需要根数为n，则：
N=KQ/【R】=1.3×477.567/40.1=15.5，方案初步采用25根形式布置。
6.7.7计算横向n=25排脚手架的布置间距
按横断面面积等份分配的计算原则布置。
1.计算标准横断面的面积
标准横断面的面积荷载荷载计算图如图2所示：
图2标准横断面的面积
标准横断面面积为A=16.088m2。
2.计算横断面布置间距
全断面总计布置
25排支撑柱，按平均荷载分配，每根支撑柱分担面积为：
A1=0.64352m2
从横截面中心处向外逐一划分每一份A1=0.64352m2的位置，再计算每一份面积的重心线。
每一根重心线就是理论上的支撑线，再接合脚手架水平横杆碗口的固定连接距离进行微调。
进过计算——调整——最后确定预制平台全断面布置25根脚手杆（预制平台由于考虑到全桥一次浇筑成型后整体顶推，以及翼缘板部位模板的设置）支撑间距为：
（900×3+300×2+900+742+900+300×2+900×2+863+900+300×2+900×2+766+900+300×2+900×3）cm，脚手架横截面布置见下图：
图3脚手架横截面布置图
上图中实际受力较大的是中间25根。
按25根平均每根脚手架实际分担荷载为：
F1=Q/n=477.567/25=19.10KN，安全储备系数
K=【R】/F1=40.1/19.10=2.1>1.3
满足规范要求。
6.7.8地基基础设计
满堂支架脚手架基础，落在粗砾砂层及混合岩层上，地基承载力最低为
σ0=300kPa。
铲平后浇筑20CM厚C20混凝土并抹平表面。
基地承载力不得低于σ0=300kPa。
。
支架地脚座板平面尺寸为200mm×200mm，压力按刚性角45°传递。
传递到垫层下的接触地基面积为A=0.4×0.4=0.16m2：
传递到垫层下地基上的应力为：
σ=F1/A=（19.1+0.4×0.4×26×0.1）/0.16=121.975kPa
安全传播系数：
K=300/121.975=2.46，满足要求。
表2地基承载力计算汇总
垫层厚度
A（mm2）
容许基础承载力P（Kpa）
10cm
0.16
121.975
15cm
0.25
80.3
20cm
0.36
58.3
施工中，容许地基承载力不低于表值即可。
6.7.9顶层横桥向一次主梁槽10强度验算
（1）受力
脚手架顶层一次主梁采用槽10，其受力如图5所示（单位N）：
图5脚手架一次主梁受力图
（2）变形
图6脚手架一次主梁位移图
（3）应力
图6脚手架一次主梁应力图
经过以上计算，采用槽10作为一次主梁，位移最大为0.484mm小于允许挠度ω=L/500=17.212/500*1000=34.4mm；最大支反力为28.6KN<40.1KN；最大应力为82.5MPa满足要求。
6.7.10横向二次分配梁
一次主梁槽10上的槽8属于二次分配梁，顺桥向布置，属于多跨超静定连续梁，被支撑的跨度与脚手架的纵向布置间距相等。
等跨支撑间距为b=90cm，标准槽8按9m考虑，连续跨度为10跨.按全断面受荷整体核算，横断面计算荷载q=530.63KN/m。
按多等跨超静定连续梁计算内力，二次分配梁槽8的内力图如图所示（单位N）：
图7脚手架二次分配梁受力
应力图如下：
图7脚手架二次应力
最大支反力为19.3KN，最大应力为63.1MPa以上均满足规范要求要求。
6.8导梁设计
计算说明：
该计算采用3D3S建模分析。
根据以往顶推工程，导梁最不利工况一般为两种，第一种：
自身悬挑；第二种：
上墩约2/3导梁长度位置。
6.8.1导梁不利工况1（悬挑）
●计算模型。
导梁采用4片H型钢，之间用钢管桁架连接。
材质：
H型钢为Q345B，钢管为Q345B。
图1计算模型
●荷载及约束
荷载：
混凝土及导梁本身自重。
荷载组合：
变形（1.0恒）；应力（1.35恒）
约束：
在支墩位置施加竖向约束。
图2荷载及约束
●弯矩图
图3弯矩图（最大弯矩为28365kN.m）
图4导梁弯矩图（最大弯矩为1732kN.m）
●结构应力比
图5结构应力比（最大应力为0.149）
●结构变形
图6结构变形
●总结
综上可知，结构最大应力比为0.215<1，结构变形为24mm。
导梁在该工况时满足强度和刚度要求。
6.8.2导梁不利工况2（上墩14m）
●计算模型。
导梁采用4片H型钢，之间用钢管桁架连接。
材质：
H型钢为Q345B，钢管为Q345B。
图7计算模型
●荷载及约束
荷载：
混凝土及导梁本身自重。
荷载组合：
变形（1.0恒）；应力（1.35恒）
约束：
在支墩位置施加竖向约束。
图8荷载及约束
●弯矩图
图9弯矩图（最大弯矩为55722kN.m）
图10导梁弯矩图（最大弯矩为-5695kN.m）
●结构应力比
图11结构应力比（最大应力为0.491）
●结构变形
图12结构变形
●总结
综上可知，结构最大应力比为0.491<1，结构变形为19mm。
导梁在该工况时满足强度和刚度要求。
6.8.3导梁不利工况3（上墩15m）
●计算模型。
导梁采用4片H型钢，之间用钢管桁架连接。
材质：
H型钢为Q345B，钢管为Q345B。
图13计算模型
●荷载及约束
荷载：
混凝土及导梁本身自重。
荷载组合：
变形（1.0恒）；应力（1.35恒）
约束：
在支墩位置施加竖向约束。
图14荷载及约束
●弯矩图
图15弯矩图（最大弯矩为55037kN.m）
图16导梁弯矩图（最大弯矩为-5951kN.m）
●结构应力比
图17结构应力比（最大应力为0.513）
●结构变形
图18结构变形
●总结
综上可知，结构最大应力比为0.513<1，结构变形为19mm。
导梁在该工况时满足强度和刚度要求。
6.8.4导梁不利工况4（上墩17m）
●计算模型。
导梁采用4片H型钢，之间用钢管桁架连接。
材质：
H型钢为Q345B，钢管为Q345B。
图19计算模型
●荷载及约束
荷载：
混凝土及导梁本身自重。
荷载组合：
变形（1.0恒）；应力（1.35恒）
约束：
在支墩位置施加竖向约束。
图20荷载及约束
●弯矩图
图21弯矩图（最大弯矩为53205kN.m）
图22导梁弯矩图（最大弯矩为-5709kN.m）
●结构应力比
图23结构应力比（最大应力为0.492）
●结构变形
图24结构变形
●总结
综上可知，结构最大应力比为0.492<1，结构变形为16mm。
导梁在该工况时满足强度和刚度要求。
6.9临时墩桩基础施工
临时墩桩基施工工程量如下表：
桩号
桩径（m）
桩长（m）
桩基个数
临1
1
19
8
临2
1
19
8
临3
1
19
8
临4
1
19
8
临5
1
19
8
临6
1
19
8
临7
1
19
8
临8
1
19
8
考虑到工期压力，钻孔桩施工预计采用旋挖钻与冲击钻相结合的施工方式，拟定配备1台旋挖钻，2台冲击钻机，施工时先采用旋挖钻钻孔，遇到岩层再换用冲击钻。
主桥桩基施工方法及施工工艺
（1）埋设护筒
整平场地、放线，埋设护筒，护筒采用钢板制作，可多次重复使用。
护筒顶端高出地面30cm，埋深一般1.5～2.5m，护筒采用人工挖坑埋设法，周围用粘土夯填密实。
（2）泥浆护壁
为了发挥泥浆的护壁和清碴作用，必须选用符合要求的粘土，并备足用量。
泥浆稠度视地形变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排碴能力小，护壁效果差。
泥浆太稠会削弱钻头冲击能力，降低钻进速度。
（3）钻孔
开钻时先搅拌泥浆，使泥浆比重达到1.3～1.4。
钻孔须连续作业，不得中途停止，特别情况要停钻时须及时提起钻头以免塌孔埋钻头。
钻孔过程中，经常检查钻机的稳固、位移和倾斜等情况，以防止成孔偏斜等不良现象的发生，并注意地层变化，严格做好记录。
（4）终孔检查
除钻孔过程中密切观察监督外，在钻孔达到设计深度后，对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。
检查结果要符合技术规范及设计图纸的有关要求，并填写“终孔检查证”。
（5）清孔
孔底清理紧接终孔检查后进行，采用稀释法清孔，在水柱压力下向外排出泥浆和孔底沉碴，同时向孔内注水，保持孔内水位不变，当用手摸泥浆中无大的颗粒时，使用稠度仪和比重计测量，当泥浆比重降低到1.03～1.1。
即可进行下一道工序。
（6）检孔
清完孔后，利用钻机放检孔器，检孔器顺利下到孔底后，认为孔径合格。
检孔器用钢筋焊成。
孔径合格后，用测锤测孔深及沉碴，合格后监理工程师签字，而后下钢筋笼。
（7）钢筋笼制作、安放
钢筋笼根据长度整体或分节制作（大于10m），分节长度9m。
要求主筋平直，箍盘圆顺，尺寸准确。
主筋接点要错开，同一截面接头面积不超过总面积的50%，钢筋笼上Φ25mm主筋双面搭接焊，焊缝长度不小于5d。
焊缝饱满、密实无残渣，符合设计与规划要求。
钢筋笼制作时，预先按照超声波检测管。
每根钢筋笼安装3根。
安装时注意保护声测管的完整性与密封性。
设计保护层距离用“钢筋耳环”控制。
制作完成后，运到施工现场，利用汽车起重机吊装就位，并固定好。
（8）下导管
导管采用卡式导管，由管径为300mm的管节组成，管节长2m，导管上每隔5～7m均设有腰鼓形导滑筒。
以防止导管与钢筋兜挂。
（9）灌注水下砼
下完导管后，进行二次清孔，得到监理工程师批准后，立即开始灌注砼，并且不得中断。
首次灌注保证充满导管空间并使导管在砼中埋深不少于1.0m。
在整个灌注过程中，严格控制砼水灰比、坍落度，保证出料口伸入先前灌注的砼内2～3m，要始终量测孔内砼顶面高程，高程量测用测线吊锤进行。
砼灌注超出理论桩顶截面50～100cm。
为保证成桩质量，对每个桩均进行检测。
（10）检测
钻孔桩逐根进行采用低应变无破损检测。
7.0、钻孔灌注桩施工过程中钢筋笼通病防治措施
掉钻落物
1、钻孔过程中可能发生掉钻落物事故。
（1）掉钻落物原因。
卡钻时钢丝绳超负荷或疲劳断裂。
（2）操作不慎，落入扳手、撬棍等物。
2、预防措施
（1）开钻前应清除孔内落物，零星铁件可用电磁铁吸取，较大落物和钻具也可用冲抓锥打捞，然后在护筒口加盖。
（2）经常检查钻具、钢丝绳和联结装置。
3、处理方法
a首先准确判断掉钻部位，并据此制定正确的打捞方案，一般采用偏心钩、三翼滑块打捞器打捞的方法进行打捞。
b在打捞过程中,杜绝强拔,以避免扩大事故。
c打捞上来后，要妥善固定在孔口安全部位，方能松脱打捞工具。
d对于孔内遗落的铁件，采用电磁打捞器打捞。
e分析事故产生原因，避免以后再出现类似事件。
扩孔和缩孔
扩孔比较多见，一般表局部的孔径过大。
在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大，易于出现扩孔，扩孔发生原因与坍孔相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。
若只孔内局部发生坍塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是混凝土灌注量大大增加。
若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍孔事故处理。
缩孔即孔径的超常缩小，一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提外鸣叫的迹象。
缩孔原因有两种：
一种是钻头焊补不及时，严重磨耗的钻头往往钻出较设计桩径稍小的孔；另一种是由于地层中有软塑土（俗称橡皮土），遇水膨胀后使孔径缩小。
各种钻孔方法均可能发生缩孔。
为防止缩孔，前者要及时修补磨损的钻头，后者要使用失水率小的优质泥浆护壁并须快转慢进，并复钻二三次；对于有缩孔现象的孔位,钢筋笼就位后须立即灌注,以免桩身缩径或露筋。
钻孔偏斜
1、偏斜原因
（1）钻孔中遇有较大的孤石或探头石。
（2）在有倾斜的软硬地层交界处，岩面
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