钢平台设计方案及检算.docx
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钢平台设计方案及检算
钢平台设计方案及检算
一、工程概况及方案选择
1、工程概况
根据地质资料，地层自上而下依次为：
第四系全新统海相沉积层（Q4m）、第四系风化残积层（Q4el）、晚侏罗世第一阶段第二次侵入二长花岗岩（J31bηγ）。
上述岩土层根据岩性及其物理力学性质又分为若干亚层。
本工程位于台山市南部滨海地区，属于亚热带海洋性气候，受东亚季风的影响，夏季盛吹偏南风，冬季以偏北风为主，全年则以偏北风为主。
并且位于黄茅海西侧近出海处，黄茅海系珠江八大尾闾的崖门水道和虎跳门水道出海的喇叭状河口湾，根据烽火角潮位站的统计资料，最高潮位2.76m（珠江基面），平均高潮位0.62m，最低潮位-1.95m，平均低潮位-0.60m，历年最大潮差3.52m，平均潮差1.22m，最大台风增水6.1m。
黄茅海为弱径流、强径流并以潮流的作用为主的河口湾，因受海岸、地形的限制，潮流的晕倒形式显明显的往复特性，运动方式呈NE-SW方向。
2、钻孔平台施工方案
由于钢平台考虑施工期间需通行砼运输罐车及吊车下放钢筋笼，本合同段内钻孔平台采用φ529×8㎜钢管桩作基础，每排支墩由3根钢管组成，钢管之间设置剪力撑。
钢管顶采用I32b型工字钢双拼作为垫梁，垫梁顶部纵向安装I30b工字钢，间距0.4m，平台两边缘间距0.5m，其顶面铺设10mm厚的钢板作为平台工作平面，平台四周设置护栏，采用50×50×3㎜角钢，护栏高1m，立杆每2m设置一道。
平台钢管桩跨径：
（4.45＋5.7×23＋4.45）m。
二、施工机具
设备名称
型号
功率
吨位
单位
数量
汽车吊
QY-50-1
25t
台
2
履带吊
50t
台
2
浮吊
30t
艘
1
DZ50A震动锤
50KW
个
2
运输船
300t
艘
1
机动舟
994/993型
艘
2
电焊机
BX1-400
30KVA
台
5
三、施工方法
1、施工前的准备工作
（1）钢管桩入土深度按计算原则上不得少于10.0m。
（2）施工前，首先通过静载试验，以确定钢管桩单桩承载力，并以此来确定桩长。
2、钢管桩的插打
（1）打入钢管桩需结合桥梁的位置，对钻孔平台钢管桩精确定位，桩心误差不得大于5cm。
（2）浮吊吊运钢管桩就位，并吊起DZ50A震动锤振动下沉，由一侧向另一侧插打。
打入钢管桩时，应严格控制桩身的垂直度，确保钢管桩合理承载，沉桩以标高控制。
沉桩偏差：
桩位平面位置：
±10cm ；桩顶标高：
±10cm；桩身垂直度：
小于1%。
（3）每排钢管桩下沉到位后，桩之间用[14a进行连接，以增加桩的稳定性。
3、分配梁的拼装
桩顶垫梁采用I32b型工字钢双拼。
嵌入钢管桩时应首先将桩顶开口，I32b嵌入后与钢管桩顶部齐平。
垫梁上部布设I30b分配梁，间距0.4m，平台两边缘间距0.5m，用履带吊直接吊装安装在墩顶横梁上并用钢筋将工字钢连接，以增强稳定性；工字钢的位置需放线后确定，以保证钻孔平台轴线不偏移，
4、钻孔平台桥面结构
面板采用10mm厚的钢板，面板与分配梁之间间断焊，每块之间预留1cm的缝隙。
栏杆高1m，横杆2层，均采用∠50×50×3㎜焊接,立柱间距2m，焊在分配梁上。
四．平台受力检算
1、设计荷载
钻机按每台30t计算，砼运输罐车40t，期中车重20t，8m3砼20t。
2、桥面板10㎜钢板检算
按连续梁计算，计算跨径取L＝0.4m。
车轮宽度按30cm计算,每对车轮的着地面积为0.6×0.2（宽×长），采用40t重车满载荷载进行验算。
线荷载P＝166/2/0.2＝415KN/m。
钢板的截面特性（钢板宽度取1.5m）：
Ix=bh3/12=1.5×0.013/12=1.25×10-6m4，
wx=Ix/ymax=1.25×10-6/0.01=125㎝3
计算模型：
Mmax=qlc（2-c/l）/8=0.125×415×0.2×0.75×（2-0.2/0.75）
=13.49KN·m
σ=Mmax/Wmin=13.49×1000/（125×10-6）=107.9Mpa＜1.3[σ]=1.3×145=188.5Mpa
f=qcl3（8-4c2/l2+c3/l3）/（384EI）
=0.57mm＜L/250=1.6mm，安全。
3、分布纵梁I30b工字钢检算
分布纵梁重心间距为0.4m，计算跨径取L=5.7m，按简支梁计算。
由4根工字钢承受荷载。
当砼罐车后轴轮重心位于跨中，计算模型如下：
弯矩图：
剪力图：
位移图：
由以上计算可知，分布横梁I30b工字钢最大弯矩：
Mmax=282.04KN·m，最大剪力Q=200.75KN，最大位移f=3.8㎜。
则有：
σ=Mmax/Wx=282.04×1000/（4×612×10-6）
=115.2Mpa＜1.3[σ]=1.3×145＝188.5Mpa
τ=QSx/（Ixt）=200.75×1000×323.5×10-6/（9550×10-8×0.01）=68.4Mpa＜[τ]=85Mpa
I30b工字钢最大位移f=3.8㎜＜[f]=L/400=14.25㎜，安全
当砼罐车后轴轮重心位于钢管桩顶部，计算模型如下：
弯矩图：
剪力图：
由以上计算可知，分布横梁I30b工字钢最大弯矩：
Mmax=110.29KN·m，最大剪力Q=175.43KN，满足施工要求。
4、大横梁I32b工字钢检算
大横梁由2根I32b工字钢双拼共同承受荷载，计算跨径4.5m。
按简支梁计算。
荷载分为：
砼罐车活载及桥面板、分布横梁自重恒载。
恒载：
桥面板：
4×329.7/5.7/100=4.96KN/m（钢板规格300×150×1㎝）；分配梁：
5.7×7×52.794/4/100=5.27KN/m，故恒载Q=4.96＋5.27=10.23KN/m。
活载：
砼罐车40t。
计算模型：
弯矩图：
剪力图：
位移图：
支反力图：
由以上计算可知，大横梁I32b工字钢双拼最大弯矩：
Mmax=245.85KN·m，最大剪力Q=189.02KN，最大位移f=7.8㎜,最大支反力F=189.01KN，满足施工要求。
I32b工字钢截面特性值：
W＝726㎝3，I＝11620㎝4
σ=Mmax/Wx=245.85×1000/（2×726×10-6）
=169.3Mpa＜1.3[σ]=1.3×145＝188.5Mpa
τ=QSx/（Ixt）=189.02×1000×426.1×10-6/（2×11620×10-8×0.015）=23.1Mpa＜[τ]=85Mpa
I32b工字钢最大位移f=7.8㎜＜[f]=L/400=11.25㎜，安全。
5、钢管桩检算
钢管采用Φ529㎜δ=8㎜规格。
每排支墩由2根钢管组成。
钢管桩容许承载力计算：
[P]=1/2（UΣαiliτi+αAσR）
式中：
[P]—端桩轴向受压容许承载力，KN；
U—钢管桩周长，m；
αi、α—桩周摩阻力和桩底承载力的影响系数，按进入局部冲刷线下5米计算均取1；
li—局部冲刷线以下各土层厚度，m；
τi—各土层与桩壁的极限摩阻力，取60KPα；
A－桩端受力面积,按管壁计算；
σR—桩尖处土层（强风化层砾石）的极限承载力，取5000KPα；
因此：
[P]=1/2（1.98×1×15×60+1×0.0118×5000）
=920.5KN
钢管桩压力:
P=189.01KN<[P]=920.5KN，承载力满足要求。
钢管桩稳定性检算：
计算公式：
N/Am≤Ψ[σ]
其中[σ]=140MPa
长细比：
λ=L0/r
L0:
自由长度，根据地质情况取15m；
r:
回转半径：
r=
/4=/4=0.184m
因此长细比：
λ=15/0.184=81.5
查表内插，得：
Ψ=0.521
Am=3.14×（0.5292-0.5132）=0.052m2
N/Am=189×103/0.0523=36.1MPa<Ψ[σ]=0.521×140=72.94MPa
因此，稳定性满足要求。
为安全起见，并考虑其它不利因素影响，施工中采用φ529×8㎜的钢管桩，并将钢管桩内灌满粗砂,顶部用C20砼封顶50cm，以保证钢管桩的稳定性。
五、技术、安全保证措施
1、施工时在钻孔平台上安装刚度较大的导向架，并利用多台全站仪多方位监控，确保钢护筒打入精度。
2、钻孔平台应严格按设计要求组织施工。
钢管桩制作，必须符合设计及规范要求，并按规范进行抽检。
钢管桩沉桩偏位控制在设计范围内，以保证结构受力可靠，以及避免与工程桩位，承台冲突，钻孔平台施工每跨的各种构件安装可靠后，才能上重载。
3、每根桩的下沉应一气呵成，中途不能有较长时间的停顿，以免桩周围土扰动恢复造成沉桩困难。
4、每排钢管桩施打完毕，应立即进行桩间连接，钢联撑焊接质量可靠，以保证桩的稳定性。
5、施工必须做好必要安全防护设施。
进入施工现场必须带安全帽；高空作业，必须系好安全带；水上作业，必须穿好救生衣；钻孔平台施工须穿防滑鞋，严禁酒后作业。
6、在钻孔平台入口处，树立标识牌注明：
设计、可承受荷载及注意事项等说明。
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