沉洲特大桥主桥北岸栈桥设计施工方案.docx
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沉洲特大桥主桥北岸栈桥设计施工方案
沉洲特大桥主桥北岸栈桥设计、施工方案
1.编制依据
⑴.泉厦高速公路扩建工程A2合同段沉洲特大桥设计图纸
⑵.泉厦高速公路扩建工程详勘
⑶.晋江水文资料
⑷.北岸栈桥设计荷载等级及抵抗侧向撞击等级
⑸.型钢参数表
⑹.清华大学结构力学求解器2.0工程版（计算程序）
⑺.桩基承载力计算程序（计算程序）
2.项目概况
沉州特大桥左线起点桩号为ZK395+967.259，终点桩号ZK399+054.259，全3086.997延米；右线起点桩号为YK395+972.194，终点桩号为YK399+059.194，全长3087延米。
该桥在左线ZK397+949～ZK398+236段跨越晋江，其64#～67#墩位于水中，在右线YK398+001～ZK398+231段跨越晋江，其65#～67#墩位于水中。
3.晋江水文地质资料
⑴.晋江水文特性如下:
最高洪水位：
6.81米（1961年9月13日）；
最高潮位：
4.71米（2001年10月18日）；
最低潮位：
-2.23米（2003年12月25日）；
平均高潮位：
2.89米；
平均低潮位：
-1.16米；
最大潮差：
6.22米（2003年11月25日）；
最小潮差：
0.91米（1973年2月27日）；
平均潮差：
4.05米；
平均涨潮历时：
4小时42分；
平均落潮历时：
7小时58分；
50年一遇最高水位：
4.84米；
50年一遇低潮水位：
-1.91米。
以上根据泉州大桥水位站1955～2003年实测水位资料统计分析所得数据。
下游栈桥桥面高程确定为5.65m，上游为6.15m
⑵.晋江地质情况如下：
晋江流域属于现代河流阶地或冲海积区，地形较平缓，冲海积层较厚，且多见软土分布，弱、微风化基岩埋藏较深。
地表上覆第四系全新统长乐组海陆交互相沉积层（Q4cmc），下部为残积层（Qe1）；下伏基岩为燕山早期侵入花岗岩（γ52）及其风化层。
4.栈桥设计功能需要
根据施工需要，计划在晋江上进行修筑钢栈桥。
晋江为通航河流，栈桥从两岸向中间修筑，在66#至67#墩之间预留通航位置。
施工栈桥承担着繁重的交通运输任务。
施工栈桥不仅承担着大量材料、机械设备的运输任务，而且还承担着水上各个桥墩下部构造的施工操作平台的任务，变水上施工为陆上施工，同时也是应急撤离人员的通道。
本方案为主桥北岸栈桥设计、施工方案，栈桥设计功能为满足主桥各个部位施工工序中材料运输、吊装的要求，同时满足汛期施工中抵抗水中一般漂浮物冲击的需要，但不考虑抵抗船只撞击工况。
5.栈桥设计检算方案
5.1.栈桥荷载工况
⑴.打桩作业，采用25T汽车吊吊装DZ45耐振高频打桩锤施打钢管桩；
因本栈桥设计采用工字钢纵梁，跨度模数选用6m，打桩设备选用25T汽车吊携载DZ45振动打桩锤进行施打，因工字钢纵梁出厂单根长度标准尺寸为12m,在施打管桩时必须一次施打两排管桩，方可进行纵梁铺设，因此施工工况需要进行调整，具体如下：
25T汽车吊主要技术性能表
项目
单位
数据
规
格
最大额定起重量
t
主
钩
25（3.0m时）
付
钩
3
最大工作幅度
m
28
22
最大幅度时起重量
t
0.6
0.3
最大起重高度
m
32.5
40.3
转台尾部半径
mm
3199
轴距
m
4325+1350
轮距
mm
前轮
2040
后轮
1865
支腿间距离
m
横向
5.9
纵向
5.16
总重量
t
29.2
轮廓尺寸
m
长×宽×高12.61×2.5×3.21
DZ45A振动锤主要技术性能表
项目
单位
DZ45A
振动力
kN
363
额定电流
A
91
拔桩夹紧力
kN
500
整机重量
kg
3802
作业工况如下图所示
25T汽车吊携载DZ45振动锤打桩工况示意图
⑵.拔桩作业，采用25T汽车吊吊装DZ45耐振高频打桩锤拔除钢管桩；
作业工况如上图所示。
⑶.下放钢筋笼作业，采用50T汽吊吊装主墩最长一副钢筋笼；
本桥主墩64～66号墩钢筋笼单体最大重量为：
13.486t，按照规定在起吊钢筋笼时履带吊均停放在管桩上方，所以此工况仅用于控制管桩基础承载能力计算。
⑷.砼输送罐车驶入桥梁跨中
混凝土罐车轮距及轴距参数如下：
符号
名称
单位
太脱拉底盘
斯太尔底盘
尼桑底盘
A
长度
mm
8570
7978
7953
B
宽度
mm
2500
2480
2490
C
高度
mm
3630
3590
3559
D
轴距1
mm
3700
4325
3850
E
轴距2
mm
1320
1350
1300
名称
单位
配置底盘
太脱拉T815-2
斯太尔1491
尼桑CWB520
搅拌筒容积
m3
9.06
9.06
9.06
搅动容积
m3
6.09
6.09
6.09
满载重量
kg
27640
26410
26000
罐车通行栈桥最不利工况即为车体后轮位于栈桥单跨跨中位置，为保证计算结果偏于保守，选用T815-2底盘，并将整车重量全部分配到后侧车轮，工况如下图所示：
混凝土输送罐车通过栈桥最不利工况
⑸.排洪期间水中漂浮物冲击栈桥工况
5.2.设计检算过程
钢结构计算采用极限应力法控制，控制[σ]＝210MPa。
⑴.桥面板横梁最不利工况设计检算
桥面板横梁拟采用[25a槽钢口向下扣放在工字钢纵梁上，净距5cm，横梁肢边与纵梁顶面全部满焊，焊缝厚度≥5mm。
据此桥面横梁可以简化为一个连续梁结构模型，间距0.9m，最不利工况在混凝土罐车满载通过时，一个轮胎压在纵梁间隙中间，简化示意如下：
P＝3.455t
[25：
Iy＝175cm4Wy＝30.5cm3A＝34.9cm2[σ]＝210MPa
计算模型如下：
计算结果如下：
变形：
Fmax＝0.1mm＜L/200＝4.5mm合格
弯矩：
σ＝M/W＝6036.59/3.05e-5＝198MPa＜[σ]＝210MPa因检算荷载工况本身取值已经偏于保守，故桥面系应力值不超过容许值即为合格。
⑵.栈桥纵梁最不利工况检算（安全系数K＝1.3）
纵梁选用7根工36a工字钢，间距0.9m。
因履带吊履带长度与跨度基本接近，其走行及起吊作业工况下可不必对纵梁进行检算。
因此最不利工况有两种，分别为：
混凝土运输罐车通过栈桥的工况（简化为2根工字钢纵梁受力）；打桩工况（简化为6根工字钢受力）。
①.满载罐车通过栈桥中部
按照罐车最大满载重量27.64t，可知后侧双排车轮分别承载13.82t（偏于保守），输入程序计算结果如下：
工36a：
Ix＝15760cm4；Wx＝875cm3；A＝76.3cm2；G＝59.9kg/m
计算工况侧向示意图如下：
每轴P＝13.82T
本计算工况横向示意图如下：
计算简化模型如下（侧向）：
跨度6m跨度6m跨度6m
挠度：
Fmax＝12mm＜L/200＝30mm合格
应力：
σ＝M/W＝261840.8/3.5e-3＝74.8MPa＜[σ]＝210MPa
K＝2.8>1.3合格
②.打桩工况（临时工况K＝1.2）
打桩工况考虑25T汽车吊加振动锤全重分配在后支腿位置，其后支腿承担33t荷载，支腿下方通过枕木将荷载平均分配到6根工36a纵梁上，检算时暂不计导梁，计算结果如下：
工36a：
Ix＝15760cm4；Wx＝875cm3；A＝76.3cm2；G＝59.9kg/m
示意图：
计算模型
挠度：
Fmax＝32mm>L/200＝30mm需要采取端头临时连接导梁措施，使其延伸到前面一个管桩横梁。
应力：
σ＝M/W＝851400/5.25e-3＝162.2MPa＜[σ]＝210MPa
K＝1.29>1.2合格
⑶.栈桥管桩上方横梁最不利工况（安全系数K＝1.3）
栈桥管桩上方横梁选用2工36a，长度6m。
其最不利工况有二，分别为：
履带吊停在钢管桩顶部起吊钢筋笼的工况和混凝土罐车一侧轮胎停在半幅横梁中间地段，分别示意如下：
工36a：
Ix＝15760cm4；Wx＝875cm3；A＝76.3cm2；G＝59.9kg/m
P＝13.82t
混凝土罐车通过工况履带吊通过工况
根据上图可以判断控制工况为混凝土罐车通过工况，检算结果及简化模型如下：
计算模型
挠度：
Fmax＝0.9mm合格
应力：
σ＝M/W＝121546.59/1.75e-3＝69.5MPa＜[σ]＝210MPa合格
K＝3.02>1.3合格
⑷.栈桥侧向抗冲击检算
栈桥侧向抗冲击检算分为两种工况，具体如下：
①.64～65号墩范围，因管桩自由长度最大为9.1m，考虑对有剪刀撑和无剪刀撑状况分别计算，具体工况如下：
本工况需要分别按照有横向剪刀撑和无横向剪刀撑的要求分别计算，水平冲击荷载假定为每组钢管桩支墩承受100KN水平荷载：
工36a：
Ix＝15760cm4；Wx＝875cm3；A＝76.3cm2；G＝59.9kg/m
φ426×8mm钢管桩：
Ix＝22952.91cm4
A＝105cm2
W＝2155.2cm3
G＝82.47kg/m
A外表面积＝1.338m2/m
∠100×63×10剪刀撑用角钢：
Iy＝154cm4
A＝15.5cm2
G＝12.1kg/m
计算模型分别如下：
有横向剪刀撑的管桩基础计算弯矩图示
计算结果分别如下：
最大弯矩值：
杆端1杆端2
单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩
1-68.326524727018.77030.00000000-68.326524727018.770316211.2621
252784.4655-53304.276615788.243752784.4655-53304.2766-90820.3094
3109388.97832862.9903-92774.5767109388.97832862.9903120834.860
4136.65304950451.55030.00000000136.65304950451.550330270.9302
566.1199957-62055.463029310.771766.1199957-62055.4630-94800.1542
6-1131.4429634246.0547-98466.5814-1131.4429634246.0547124132.774
7-68.326524722529.6793-0.00000000-68.326524722529.679313517.8075
8-51706.0896-52028.001513139.5815-51706.0896-52028.0015-90916.4216
9-108257.53532890.9548-92875.1252-108257.53532890.9548120916.081
10-72981.229668.3265247-0.00000000-72981.22966
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