钢栈桥平台专项施工方案.docx

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钢栈桥平台专项施工方案

南溪特大桥钢栈桥、平台施工专项方案

编制：

审核：

批准：

中国中铁电气化局集团公司

新建漳州港尾铁路项目部

南溪特大桥钢栈桥、平台施工专项方案

一、工程概况

南溪特大桥中心里程为DK23+120.8，孔跨布1×24+12×32+2×24+29×32+1×24+2×32+1×24+（56+96+56）+1×24+13×32+2×24+1×32+1×24m，全长为2308.77m。

跨越南溪河处采用（56+96+56）m连续梁，其它桥跨为普通简支T梁。

简支梁固定支座0#~48#墩设置于漳州南站端，51#~69#墩设置于深沃端。

本桥下部结构设计为墩台桩基础。

桩长为6m~68.5m，以17-3弱风化花岗闪长岩为桩端持力层。

最大墩高为19.5m。

共有钻孔桩395根，总长度14611米。

其中φ1.0米直径的桩9785.5延米，φ1.25米直径的桩3403.5延米，φ1.5米直径的桩1422延米。

本桥47#、48#、49#，50#、51#、52#墩位于南溪河中。

南溪河道宽敞、顺直、平缓，河槽呈U型。

桥址处地质情况为＜2-2＞淤泥质粘土层约4~6m；＜4-2＞粉质粘土（硬塑）层约20m；＜8-2＞中砂层约6m；＜4-2＞粉质粘土（硬塑）层约4~5m；＜17-1＞全风化花岗闪长岩层约15~20m；＜17-2＞强风化花岗闪长岩层约3m；＜17-3＞弱风化花岗闪长岩。

桥址处最高水位为5.01m，最低水位为3.16m。

百年一遇洪峰水位为5.35m。

一般水流速为2.63m/s。

当地6~10月为雨季，期间南溪河水位较高，一般农历8月涨海潮，南溪河水位达到高峰。

南溪河航道为内河四级标准，典型船舶为乘潮通航200T海轮。

200T级海轮空载水线以上的高度通常为9~9.5m。

本桥难点在水中墩，水中墩施工前需对河堤进行加固，桥址处上游两岸各50m，下游两岸各100m范围内的河堤堤脚进行抛填片石，抛填厚度1m，片石单块重量不小于50kg，岸坡采用块石铺砌，厚度30cm，下设10cm砂碎石垫层，底部铺设土工布，护坡止滑体采用M7.5浆砌片石，尺寸为80*60cm。

水中墩基础为群桩基础，其中47#、48#、51#、52#位于浅水区，采取先围堰后桩基原则，桩基础施工时，筑岛围堰进行桩基施工，承台开挖时，围堰采用木桩加固；49#、50#桥墩位于深水区，桩基施工时，需采用水上钻孔作业平台，承台施工采用钢板桩围堰。

由于南溪河有通航要求，对栈桥要求净高11.5m，净宽80m，根据现场情况，采取不连续栈桥，即在河岸两侧各搭设60米长栈桥，中间保留通航通道。

新建铁路漳州港尾铁路南溪特大桥（56+96+56）m预应力混凝土连续梁，梁体全长209.4m（含两侧梁端至支座中心各0.70m），中跨中部18m梁段和边跨部17.7m梁段为等高梁段，梁高3.8m；中墩处梁高为7.0m。

箱梁顶板宽7.0m，箱宽4.8m。

全桥顶板厚35～40～45cm，边跨端块处顶板厚由35cm渐变至60cm；底板厚44～70cm，边跨端块处底板厚由44cm渐变至110cm；腹板厚为35～80cm，边跨端块处腹板厚由40cm渐变至80cm。

梁体在支座处设有横隔板，全联共设4道横隔板，横隔板中部处设有人孔，供检查人员通过。

单线直线梁,采用三角形挂篮悬臂灌注法，施工其中49#、50#为主墩，48#、51#为边跨墩台。

主跨上部结构为混凝土悬浇挂蓝施工、下部构造位于江中施工受江水影响，南溪大桥主墩水深约7—8m、江水最高水位为+4.95m、河床面高程为-2.67m、构造物（承台）底高程为-7.98m,覆盖层自上而下地质情况普遍为：

素填土（1—2m）、淤泥质粘土（2—3m）、粉质粘土（8—15m）、细砂层（3—5m）、中粗沙层等。

为保证南溪大桥水中主墩施工需要必须架设一座经济实用又安全的钢栈桥。

根据现场地形地貌并结合荷载使用要求，经过现场勘查、结合桩基施工平台和承台钢围堰施工需要同时考虑通航要求我部架设的钢栈桥规模为：

钢栈桥分南北两岸架设桥、单侧桥长各约120m；钢栈桥标准跨径不超过12米、桥面净宽均为6米；桥面设计高程+7.5m（以贝雷梁底露出最高水位50cm控制）；桥位布置形式为：

钢栈桥布置在新建桥梁上游，栈桥边缘与承台砼边缘净距离3.0米。

施工平台与机械平台的布置应满足桩基施工和承台钢围堰施工需要。

二、钢栈桥施工方案

2.1、主要设计标准及参考资料

2.1.1、主要设计标准

1、计算行车速度：

5km/h

2、设计荷载：

载重500KN施工车辆

3、桥跨布置：

n12m连续贝雷梁桥

4、桥面布置：

净宽6m

5、桥面高程：

+7.5m

2.1.2、主要参考资料

1、交通部《公路桥涵施工技术规范》JTJ041—2000

2、人民交通出版社《路桥施工计算手册》

3、交通部交通战备办公室《装配式公路钢桥使用手册》

4、公路施工手册

5、公路桥涵钢结构木结构设计规范

2.2、钢栈桥结构特点

1、基础结构为：

钢管桩基础

2、下部结构为：

工字钢横梁

3、上部结构为：

贝雷片纵梁

4、桥面结构为：

装配式公路钢桥用桥面板

5、防护结构为：

钢管护栏

2.3、钢栈桥施工设计文字说明

2.3.1、基础及下部结构设计

2.3.1.1、钢栈桥钢管桩基础布置形式

单墩布置3根钢管（桩径ф426mm，壁厚8mm），横向间距2.5m，桩顶布置2根36cm工字钢双拼横梁，下垫60cm*60cm*1.6cm钢板找平受力均匀，管桩与管桩之间用12cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接。

为了增强栈桥纵向稳定性，每隔3个墩位设置1处加强排架墩基础（即单布置6根钢管：

横向间距2.5米、排距3.0米）。

见图2-3-1

47#-49#墩主栈桥面长为120m。

47#墩-48#墩钢栈桥作业平台15*15m，单墩纵向布置3排钢管（桩径ф426mm，壁厚8mm），纵向间距7.2m；单墩横向布置4排钢管（桩径ф426mm，壁厚8mm），间距4.8m，桩顶布置2根32cm工字钢横梁，下垫60cm*60cm*1.6cm钢板找平受力均匀,管桩与管桩之间用12cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接。

48#墩-49#墩钢栈桥作业平台18*45m，单墩纵向布置6排钢管（桩径ф426mm，壁厚8mm），纵向间距9.0m；单墩横向布置5排钢管（桩径ф426mm，壁厚8mm），间距4.5m，桩顶布置2根32cm工字钢横梁，下垫60cm*60cm*1.6cm钢板找平受力均匀,管桩与管桩之间用12cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接。

（本方案同适用于50#-52#墩）。

见图2-3-1钢栈桥施工示意图

图2-3-1.1钢栈桥47#~48平台施工示意图

图2-3-1.1钢栈桥48#~49平台施工示意图

注明：

50#、51#、52#墩栈桥平台搭设与47#、48#、49#墩一样。

2.3.1.2打钢管桩技术要求：

①严格按设计书要求的位置和标高打桩。

②钢管桩中轴线斜率<1％L。

③钢管桩入土（进入粉质粘土层）深度必须大于8m，实际施工过程由于各个支墩地质情况复杂，管桩终孔高程应以DZ45桩锤激振2分钟仍无进尺为准。

2.3.1.3钢管桩的清除：

河道管理要求，新桥建成后必须拔除钢管桩。

2.3.2、上部结构设计

桥梁纵梁各跨跨径均为12m。

根据行车荷载及桥面宽度要求，12米跨纵梁布置单层6片3组国产贝雷片（规格为150cm×300cm），横向布置形式为：

均为120cm，贝雷片纵向用贝雷销联结，横向用90型定型支撑片联结以保证其整体稳定性，贝雷片与工字钢横梁间用U型铁件联结以防滑动。

2.3.3、桥面结构设计

桥面采用装配式钢桥定型桥面板（设计规定最大荷载为挂车—80级，故受力不再做验算），单块规格为6m×1.26m，桥面板结构组成为：

5.5mm厚印花钢板、12cm工字钢底横肋（间距30cm）、12cm槽钢底竖肋（间距65cm）。

制作好的桥面板安放在贝雷片纵梁上并用螺栓联结。

2.3.4、防护结构设计

桥面采用钢管（直径4.8cm）做成的栏杆进行防护，栏杆高度1.2米，栏杆纵向4.5米1根立柱、高度方向设置两道横杆，安装完成后涂上红白油漆。

2.4、钢栈桥各部位受力验算

根据《路桥施工计算手册》表8-9规定：

在计算临时结构时，钢材容许应力可取1.30的增大系数。

2.4.1、贝雷片纵梁验算

①、荷载计算（按12米跨6片贝雷片验算）

钢桥承受荷载为500KN重车（后轴压力2×200KN轴距4+1.4m、）

由于车速控制在5Km以内、故考虑安全和冲击系数为15%、P=575KN。

单跨12米贝雷片纵梁自重为:

4×6×2.75=66KN

单跨12米桥面板自重为:

1.11×12×6.0=80KN（每平方约111kg）

②、受力模式分析

单跨12m按两等跨连续梁计算内力和变形

纵梁受力由两部分叠加：

一部分为壹辆500KN重车双排后轮位于跨中时的集中力计算

（此时双排后轮按单排集中力P最大取值575KN进行不利验算）

另一部分为单跨栈桥自重产生的均布荷载（按长度方向）

q＝146/12＝12.2KN/m

③、纵梁内力及变形计算

弯矩验算：

（查路桥施工手册静力计算公式P763页）:

M1max＝0.203×PL

＝0.203×575×12＝1400KN.m

M2max＝0.096ql2＝0.096×12.2×122＝169KN.m

Q1max＝（0.594+0.094）P＝0.688×575＝395KN

Q2max＝（0.563+0.063）ql＝0.626×12.2×12＝91KN

Mmax=1400+169=1569KN.m

Qmax=395+91=486KN

允许弯矩Mo＝6片×0.85（不均衡系数）×788.2KN.m＝4019KN.m

允许剪力N＝6片×0.85（不均衡系数）×245KN＝1249KN

（贝雷片单片允许弯矩及剪力见公路施工手册之桥涵下册P1088）

强度验算：

贝雷片截面模量Wo＝3910×6片＝23460cm3

σ＝Mmax/Wo＝（1569×106）/（23460×103）

＝67Mpa<1.3〔σ〕=1.3×210=273Mpa

（公式见公路桥涵钢结构及木结构设计规范P4、P7）

挠度验算

贝雷片几何系数

E＝2.05×105Mpa、Io＝283000cm4、Wo＝3910cm3

（取值见公路桥涵钢结构及木结构设计规范P3和公路施工手册之桥涵下册P923）

集中力影响的挠度计算：

fmax1=（Pl3）/（100EI）

=（575KN×12米3）/（100×2.05×105Mpa×283000cm4×6）

=4.3mm

均布荷载影响的挠度计算：

fmax2=0.912（ql4）/（100EI）

=（0.912×12.2KN/m×12米4）/（100×2.05×105Mpa×283000cm4×6）=1mm

纵梁允许挠度f=L/400=12000/400=30mm

经荷载受力验算:

Mmax

2.4.2、工字钢横梁计算

1、荷载计算（双拼32cm工字钢横梁）

当载重500KN重车后轮位于墩位时横梁承受最大应力，应力由重车本身和桥面自重叠加：

P=575+146=721KN

2、受力模式分析：

钢管桩立柱单排3根横向间距为3.0米，故横梁按二等跨连续梁验算内力和变形、计算跨径L=3.0米，横梁按均匀的承担6片贝雷片传递来的荷载。

集中力受力计算简化为具有相同支座荷载的均布荷载计算。

q=721/6=120KN/m

3、横梁内力及变形验算：

横梁采用双拼32工字钢其力学特性如下：

（Ix=11080cm4、Wx=692.5cm3、Sx=400.5cm3、t＝15.0mm）

承受弯矩和剪力计算：

（公式见路桥施工计算手册P762页）

跨内最大弯矩：

Mmax＝0.125ql2＝0.125×129×9＝145KN.m

跨内最大剪力：

Q=（0.625+0.625）q1=468KN

横梁强度验算：

σ＝Mmax/Wo＝145×106/（692.5×2×103）

＝105Mpa<1.3〔σ〕＝188Mpa

剪应力验算：

τ＝QSx/（Ixt）

＝468×1000×400.5×1000×2/（11080×2×10000×15.0×2）

＝56Mpa＜1.3[τ]=110Mpa

挠度验算

f=0.521ql4/（100EI）=2.2mm

f<3000/400=7.5mm

经荷载受力验算:

σ<〔σ〕、Q<〔Q〕、fmax<〔f〕，故桩顶横梁采用双拼32cm工字钢满足使用要求

2.4.3、钢管立柱受力验算

受力模式分析:

500KN汽车位于墩位处时钢管承担最大作用力，

单排3根钢管中中间1根承受的荷载最大，由工字钢横梁传递而来。

因此单根钢管受力:

P=Q=468KN

钢管高度按入土8米，最大水深7米计算（以426mm钢管来验算）

⑴钢管摩察力计算

根据设计图地质分析，取进入淤泥质粘土3米（£=15kpa、σ=60kpa）、进入粉质粘土层8米（£=45kpa、σ=150kpa）

（见南溪大桥地质钻孔图）

承载力N=0.426×3.14×3×15+0.426×3.14×8×45

=541KN（尚未计闭口桩桩底承载力）

摩察力计算入土8米满足要求，实际施工过程由于各个支墩地质情况复杂，管桩终孔高程应以振动锤激振2分钟无进尺时终孔。

⑵计算露钢管稳定σcr

设钢管桩一端固定，一端自由的压杆

钢管桩截面惯性半径i＝（√D2+d2）/4

＝（√42.62+41.22）/4＝14.8cm

截面面积:

A=0.785（42.6×42.6-41.2×41.2）=92.1cm2（见路桥手册P730）

柔度λ＝l/i＝7×102/14.8＝48

（L按水深7米计算自由度）

查表知纵向弯曲系数∮1=0.828

应力N＝375KN/92.1cm2＝40MPa<0.828〔σ〕＝120MPa满足要求

综上所述：

墩位下部结构单排3根∮426钢管立柱满足使用要求。

2.4.4、钢管桩施工及机械操作平台施工文字说明及计算书

钢平台的结构形式均为：

钢管桩基础、工字钢横梁、贝雷片纵梁、工字钢分配梁、钢板面板。

钢平台尺寸为：

47#~48#墩钢平台长为15米，宽为15米；48#~49#墩钢平台长为45米，宽为18米。

施工平台采用ф42.6cm的钢管横向间距为4.5m,跨度为9m、工字钢横梁为2I32型、工字钢分布梁为I25型（间距40cm）、面板为1cm钢板。

纵梁荷载计算

钢平台承受荷载为500重车，由于车速控制在5Km以内、故考虑安全和冲击系数为15%、P=575KN。

根据钢平台结构形式采用截面至少有6片贝雷片同时共同承担受力的状态进行验算（单跨最大跨度为9米）

贝雷片纵梁自重为:

3×6×2.75=49.5KN

工字钢分配梁自重为：

（9/0.4）*9*38.015*0.01=77KN

面板自重为:

9×9.0×785*0.001=64KN

②、受力模式分析

单跨9m按简支梁计算内力和变形

纵梁受力由两部分叠加：

一部分为壹辆500KN重车双排后轮位于跨中时的集中力计算

（此时双排后轮按单排集中力P最大取值575KN进行不利验算）

另一部分为单跨栈桥自重产生的均布荷载（按长度方向）

q＝139/9＝15.4KN/m

③、纵梁内力及变形计算

弯矩验算：

（查路桥施工手册静力计算公式P741页）:

M1max＝0.25×PL

＝0.25×575×9＝1293KN.m

M2max＝0.125ql2＝0.125×15.4×92＝156KN.m

Q1max＝（0.5+0.5）P＝1×575＝575KN

Q2max＝0.5ql＝0.5×15.4×9＝69KN

Mmax=1293+156=1449KN.m

Qmax=575+69=644KN

允许弯矩Mo＝6片×0.85（不均衡系数）×1687.5KN.m＝8606KN.m

允许剪力N＝6片×0.85（不均衡系数）×245KN＝1249KN

（贝雷片单片允许弯矩及剪力见公路施工手册之桥涵下册P1088）

强度验算：

贝雷片截面模量Wo＝3910×6片

＝23460cm3

（见公路施工手册之桥涵下册P923）

σ＝Mmax/Wo＝（1449×106）/（23460×103）

＝62Mpa<1.3〔σ〕=1.3×210=273Mpa

（公式见公路桥涵钢结构及木结构设计规范P4、P7）

挠度验算

贝雷片几何系数

E＝2.05×105Mpa、Io＝283000cm4、Wo＝3910cm3

（取值见公路桥涵钢结构及木结构设计规范P3和公路施工手册之桥涵下册P923）

集中力影响的挠度计算：

fmax1=（Pl3）/（100EI）

=（575KN×12米3）/（100×2.05×105Mpa×283000cm4×6）

=1.2mm

均布荷载影响的挠度计算：

fmax2=0.912（ql4）/（100EI）

=（0.912×15.4KN/m×9米4）/（100×2.05×105Mpa×283000cm4×6）=2.6mm

纵梁允许挠度f=L/400=9000/400=22.5mm

（公式见路桥施工计算手册）

经荷载受力验算:

Mmax

横梁内力及变形验算：

工字钢横梁计算（双拼32cm工字钢横梁）

1、荷载计算

当载重500KN重车后轮位于墩位时横梁承受最大应力，应力由重车本身和桥面自重叠加：

P=575+190.5=765.5KN

2、受力模式分析：

钢管桩立柱单排3根横向间距为4.5米，故横梁按二等跨连续梁验算内力和变形、计算跨径L=4.5米，横梁按均匀的承担6片贝雷片传递来的荷载。

集中力受力计算简化为具有相同支座荷载的均布荷载计算。

q=383/6=64KN/m

3、横梁内力及变形验算：

横梁采用双拼32工字钢其力学特性如下：

（Ix=11080cm4、Wx=692.5cm3、Sx=400.5cm3、t＝15.0mm）

承受弯矩和剪力计算：

（公式见路桥施工计算手册P762页）

跨内最大弯矩：

Mmax＝0.125ql2＝0.125×64×20.25＝162KN.m

跨内最大剪力：

Q=（0.625+0.625）q1=360KN

横梁强度验算：

σ＝Mmax/Wo＝162×106/（692.5×2×103）

＝117Mpa<1.3〔σ〕＝188Mpa

剪应力验算：

τ＝QSx/（Ixt）

＝360×1000×400.5×1000×2/（11080×2×10000×15.0×2）

＝43Mpa＜1.3[τ]=110Mpa

挠度验算

f=0.521ql4/（100EI）=3.1mm

f<4500/400=11.5mm

经荷载受力验算:

σ<〔σ〕、Q<〔Q〕、fmax<〔f〕，故桩顶横梁采用双拼32cm工字钢满足使用要求

钢管立柱受力验算

受力模式分析:

500KN汽车位于墩位处时钢管承担最大作用力，

单排3根钢管中中间1根承受的荷载最大，由工字钢横梁传递而来。

因此单根钢管受力:

P=Q=360KN

钢管高度按入土8米，最大水深7米计算（以426mm钢管来验算）

⑴钢管摩察力计算

根据设计图地质分析，取进入淤泥质粘土3米（£=15kpa、σ=60kpa）、进入粉质粘土层8米（£=45kpa、σ=150kpa）

（见南溪大桥地质钻孔图）

承载力N=0.426×3.14×3×15+0.426×3.14×8×45

=541KN（尚未计闭口桩桩底承载力）

摩察力计算入土8米满足要求，实际施工过程由于各个支墩地质情况复杂，管桩终孔高程应以振动锤激振2分钟无进尺时终孔。

⑵计算露钢管稳定σcr

设钢管桩一端固定，一端自由的压杆

钢管桩截面惯性半径i＝（√D2+d2）/4

＝（√42.62+41.22）/4＝14.8cm

截面面积:

A=0.785（42.6×42.6-41.2×41.2）=92.1cm2（见路桥手册P730）

柔度λ＝l/i＝7×102/14.8＝48

（L按水深7米计算自由度）

查表知纵向弯曲系数∮1=0.828

应力N＝375KN/92.1cm2＝40MPa<0.828〔σ〕＝120MPa满足要求

综上所述：

墩位下部结构单排3根∮426钢管立柱满足使用要求。

2.5、钢栈桥施工工艺流程及主要方法

2.5.1钢栈桥施工工艺流程如下

施工工艺流程见图2-5-1

图2-5-1工艺流程

2.5.2钢栈桥施工方法

本项目钢栈施工主要包括钢管桩基础施工、贝雷梁架设、型钢分配梁及桥面板铺设、桥面附属设施施工。

2.5.2.1钢管桩的加工与运输

钢管外径426mm、壁厚8mm，每根栈桥钢管桩分两节加工，每节长度为7.75～11.75m不等,接桩采用焊接接头，每一接头外贴焊δ10mm加强钢板。

构件在加工结束后标上重量、重心和吊点的位置，以便吊运和安装。

管桩运输后场采用吊车吊装装车，运至施工现场后采用履带吊卸车。

2.5.2.2钢管桩下沉施工方法

钢管桩下沉采用“钓鱼法”施工，施工示意图参见下图2-5-2。

整根钢管桩一次性打设到位。

测量员复核导向架垂直度和空间位置满足设计要求后，吊车配合振动锤打沉钢管桩至设计标高。

在打设钢管桩的过程中要不断的检测桩位与桩的垂直度，发现偏差要及时纠正。

按此方法，逐步完成每跨钢管桩的施工。

施工时用50吨履带吊DZ45振动锤夹紧钢管桩进行施工，施工过程应保证钢管垂直度，当钢管桩入土达到2m左右时方可连续沉桩，下沉过程中应及时检查钢管倾斜度，发现倾斜应及时采取措施调整。

图2-5-2“钓鱼法”沉打钢管桩

2.5.2.3钢管桩间剪刀撑、平联、桩顶分配梁施工

栈桥一个墩位处钢管桩施工完成后，立即进行该墩钢管桩间剪刀撑、平联、牛腿、桩顶分配梁施工。

1、在钢管桩上进行平联、牛腿位置的测量放样。

技术员实测桩间平联长度并在后场下料，同步进行牛腿加工、焊接及剪刀撑、桩顶分配梁的加工。

2、将配有发电机、电焊机的船舶装上钢管桩施工所需半成品行至施工栈桥墩位处并将其拴牢固定在钢管桩侧。

3、用吊装设备悬吊平联、剪刀撑，到位后电焊工焊接平联、剪刀撑。

现场技术员及时检查焊缝质量，合格后进行纵横分配梁架设。

4、吊装设备悬吊纵梁或横梁到测量放样位置后安装并简易固定，电焊工按测量放样位置焊接牛腿，技术员检查合格后，将纵、横梁焊接在牛腿上。

所有焊缝均要满足设计要求。

5、对于群桩墩，在纵梁上测量放样后，吊装设备悬吊横梁并安放至纵梁顶，电焊工将纵梁和横梁焊成一体。

技术员检查合格后，一个栈桥墩的下部结构施工即告完成。

2.5.3接桩

由于吊车能力有限，对于超长钢管桩的打设需分两次打设，在接桩时下节桩的打剩高度，除应留出使接桩容易就位的连续高度外，为了能有最好的接头及便于焊接作业，能提供良好的焊接作业位置和操作姿势，一般下节桩的打剩高度以位于导向架以上50～80cm为宜。

下节桩打入后，应检查下节桩的上端是否变形，如有损伤，用千斤顶及其它适当方法加以修复，同时应将锤上飞散出来的油污等对焊接有害的附着物除掉并清扫。

在上节桩就位之前，要扫除上节桩接头开口部在搬运及吊入作业中附