05便桥及平台施工方案.docx

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05便桥及平台施工方案

国道主干线哈尔滨绕城公路东北段

（秦家至东风）松花江大桥

施工便桥及施工平台施工方案

中铁十三局集团第四工程有限公司

松花江大桥项目部

二零零四年十二月十日

一、施工便桥：

1、便桥设计

便桥主梁采用单层四片六四式军用梁；下部结构采用Ф325壁厚为10mm的钢管桩，每墩采用8根桩，由20b工字钢作盖梁（布置方式见图）；跨径为32m；桥面铺20cm厚鼓形木，宽4m。

2、荷载计算：

施工便桥自重取均布荷载

1主梁（六四式军用梁）及连接结构荷载15KN/m；

2桥面铺装15cm鼓形木荷载6KN/m；

3单桩自重（含桩顶连接件）20KN;

4通行荷载（集中荷载最不利布置）500KN。

由以上可计算单桩荷载：

P=（15×32+6×32+500）/8+20

=166.5KN

3、检算单桩承载力（取1.5的安全系数）

单桩允许承载力：

此桩均为打入桩，其承载力可采用公式

P=1/2（u∑αfL+ARα）

式中u为桩截面周长;

f为土层极限摩擦力，中砂、粗砂取f=40Kpa

L为土层厚度；A为桩顶截面积；

α为摩擦系数，在砂砾层中常取1.1；

R为桩尖地层极限承载力，砂层中取3500Kpa；

桩的打入方法采用小跨龙门吊悬吊30吨振动桩锤在冰上行走打桩，单桩打入河床深度为7m，查地质资料，其承载层地质均为中粗砂层，考虑到水流冲刷及河床表层淤泥的影响，验算承载力时打入深度以6m计。

P=（u∑αfl+ARα）/2=[3.14×0.324×1.1×40×6+1.1×0.083×3500]/2=294.5≥166.5KN×1.5=249.8KN

承载力安全可靠

3、单桩稳定性检算

设计江水流速为2.52m/s，为300年一遇洪水流速，施工检算采用江水流速为1.5m/s。

流水压力公式可得

P=0.8Arv2/（2g）=0.8×4.875×10×1.52/（2×9.8）=4.4KN

式中：

0.8为圆形阻水系数；A为桩的阻水面积；

r为水面到冲刷线高度；v为设计流速。

按集中荷载作用在水面以下15/3=5m处，单桩稳定性验算图示如下图：

可求得：

A=31.5cm2Wx=755.7cm3,

Ix=12289.7cm4δ=20mm

Ix/Sx=12289.7/248=49.6cm

N/A=166.5×1000/（31.5×100）=52.9MPa

①跨中弯矩M=4.4×2.5=11.025KN·m

M/W=11.025×106/（755.7×103）=14.5MPa

因为N/A>M/W，采用容许轴向应力[σ]截面强度为：

考虑轴心受压构件稳定系数ф，施工过程中冰面以上4米部分可加固，故在计算桩的长细比时计桩长为12米，桩的回转半径i=0.11225,长细比λ=107，得ф=0.517

σ=N/Aф+M/W=102.4+14.5=116.8MPa<[σ]=140MPa

②剪力Q=2.93KN

τ=Q·Sx/Ix·δ=2.93×103/（496×20）=0.295MPa<140MPa

③换算应力为：

（σ2+3τ2）1/2=（67.42+3×0.2952）1/2=67.4MPa<140MPa

满足使用要求。

在施工过程中在桩顶4米范内施加可靠连接，使桩顶接近刚接。

在桩的打入过程中顶端为自由状态,但由于冰面的导向作用可不进行稳定计算。

5、施工便桥工字钢验算

根据施工方案中结构设计图，可绘出工字钢布置图，如下图：

对工字钢一、二进行受力分析，其原结构为三跨连续梁，最不利荷载产生的弯矩比对简支梁所产生的弯矩小，故对工字钢一及工字钢二均按简支梁简化。

工字钢一，受力简图如下图，

产生的最大弯矩：

M=Px=33×（130-20）/2=18.15KN·m

弯应力：

σ=M/W=18.15/250=72.6Mpa<[σ]=140Mpa安全

剪应力：

τ=P/A=33000/0.00395=8.35MPa<[τ]=80Mpa安全

工字钢二，受力简图如下图，

产生的最大弯矩：

M=Px=33×0.5=16.5KN·m

弯应力：

σ=M/W=16.5/250=66Mpa<[σ]=140Mpa安全

剪应力：

τ=P/A=33000/0.00395=8.35MPa<[τ]=80Mpa安全

故，工字钢布置满足施工要求。

6、便桥的防冰排措施

松花江大桥桥址上游共有5座桥，这5座桥的最大孔径为90米，本桥的最大孔径为138米，距滨北铁路桥仅2公里，且桥位处主河道较宽近400米，大面积冰排都可以平稳通过，所以本桥位处的防冰排压力并不是很大。

但防冰排工作也不可忽视，在便各墩位及围堰的上游均要采取必要的防冰措施。

施工过程中在流冰期（每年的4月1日至4月20日）派专人密切观察流冰情况，并在上游架设过江缆绳用于导向小船人工疏导冰排，同时准备小型炸药包如发现过大冰块或发生冰排拥塞河道时可在冰面进行爆破。

合理确定便桥标高（桥面标高116.5,主梁底标高115,现有冰面标高111.5）确保冰排不会在便桥主梁下能顺利通过不发生拥堵。

在便桥每个墩的上游布设1根钢管桩和便桥墩相连，成三角形布置，打入河床不少于4米深，在冰面以上作可靠连接（连接方式如便桥桩），以防冰排或汛期漂浮物撞击便桥墩桩。

二、简易工作平台：

1、工作平台设计

平台设在钢围堰内部，下部支撑采用Ф325壁厚为10mm的钢管桩，共计24根桩；上部横向主梁采用六四式军用梁，间距为2.7米；纵向次梁采用28b工字钢，间距1.2米；表面铺20cm鼓形木；平台和便桥作可靠连接。

2、承载力验算

其施工总荷载含自重、钻机机重、堆放材料重、及施工荷载。

A、工作台（含钢管桩）重1505KN

B、钻机三台重200KN×3=600KN

C、堆放材料100KN

D、施工荷载20KN合计：

2325KN

搭设平台共用钢管桩24根，即每根桩承载力为：

2325/24=96.8KN<294.5KN

分析单桩的最不利荷载分析，施工过程中，吊车（300KN）与钻机（200KN）同时作用于4根桩，其作用力，（300+200）/4+96.8=221.8KN<294.5KN，即表明单桩在最不利荷载条件下其承载力满足要求。

由上可见，施工平台受力安全，

3、平台的稳定验算

钢管桩位于双壁围堰内部，可不考虑水流的冲击作用，其单桩可按压杆稳定进行验算：

轴向力N=222KN截面面积A=31.5cm2

考虑轴心受压构件稳定系数ф，施工过程中冰面以上4米部分可加固，故在计算桩的长细比时计桩长为12米，桩的回转半径i=0.11225,长细比λ=107，得ф=0.517

σ=N/Aф=222×1000/31.5×100×0.517=136.3MPa<[σ]=140MPa

在施工过程中在桩顶4米范内施加可靠连接，使桩顶接近刚接。

平台稳定满足使用要求。

平台工字钢根据施工图所得，与此连接的军用梁直接作用于桩顶，存在的弯矩与挠度均很少，可不用验算。

三、施工

便桥和平台均利用冬季在冰上施工，各类构件的加工及焊接施工均在现场搭建的暖棚中进行，确保加工质量。

钢管桩的打入采用现有的龙门吊改装后吊30吨振拔桩锤在冰上行走打桩，利用冰的控制和导向作用保证桩的竖直。

作为主梁的军用梁在岸上拼接后顶推架设，尽量避免吊车及其它大吨位车量上冰，保证施工安全。