钢便桥专项工程施工设计方案.docx

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钢便桥专项工程施工设计方案

山东省临沂市陶然路沂河大桥新建工程

导流明渠钢栈桥

专项施工方案

中国铁建大桥工程局集团

临沂市陶然路沂河大桥项目部

二〇一四年六月

导流明渠施工钢栈桥专项施工方案

一、工程简介

钢栈桥设置在线路前进方向左侧（北侧便道上），一期围堰时共设计3座钢栈桥：

8#至13#墩之间1座（单个桥长120m）、18#至20#墩位之间2座（单个桥长60m），距离主线中心43.3米；二期围堰时共设计2座钢栈桥：

13#至16#墩及24#至27#墩位之间各1座（单个桥长120m），距离主线中心43.3米；建成后主要用于混凝土罐车通行，钢筋、模板等材料运输，并兼备导流作用。

二、钢栈桥结构设计概述

钢栈桥设计长度60m/120m，采用多跨连续梁方案，单跨跨径为12m；跨径布置：

5×12m/10×12m，栈桥桥面宽7m双车道设计；河水标高64.5m，钢栈桥顶标高设计为67.6m，比施工便道高出160cm，桥头考虑2%顺坡。

钢栈桥结构：

桥面系由定型桥面板和“321”型贝雷梁组成，承重枕梁由双Ⅰ32a或Ⅰ40a工字钢组成，采用双墩钢管桩基础由6根325×8mm厚钢管桩组成，并设[10槽钢焊接水平联及剪刀撑增加双墩稳定性。

便桥全长范围内不设温度缝，仅桥面板安装时考虑16mm温度缝，防止温变时桥面板变形，影响行车质量。

钢栈桥纵断面布置图

钢栈桥横断面布置图

三、贝雷钢栈桥结构设计说明

1、设计参数及各项指标

（1）设计荷载

①、荷载取载重90吨履带吊施工车辆、60吨混凝土罐车。

②、荷载组合

组合一：

履带吊车辆荷载Q1、车辆冲击荷载q1与钢栈桥均布恒载G同时考虑；

组合二：

混凝土罐车荷载Q2、车辆冲击荷载q2与钢栈桥均布恒载G同时考虑；

组合一：

S1=0.5*（1.4*（Q1+q1）+1.2*G）

组合二：

S2=0.5*（1.4*（Q2+q2）+1.2*G）

取其最不利的组合进行验算：

S=｛S1、S2｝max=S1，即组合一最不利。

附注：

人群，机具等临时荷载，由于栈桥属于单车道，汽车通行时桥面无法堆放材料设备，不予考虑。

（2）主要设计指标

钢栈桥主要技术标准

①、计算行车速度：

8km/h

②、设计荷载：

90吨

③、桥跨布置：

4×12+30+7×12=162m贝雷梁桥

钢材强度设计值

考虑钢栈桥属于临时结构，参照上述主要参考资料之规定，计算时，结构的内力计算（除钢管桩外）均控制在钢材的容许应力或1.3倍容许应力以内（1.3为临时结构钢材的提高系数）。

钢管桩因考虑湖水锈蚀作用影响及使用周期将近两年的实际情况，其内力计算控制在容许应力以内，不考虑1.3的临时结构钢材的提高系数。

2、结构设计

钢栈桥结构设计如下：

（1）基础及下部结构设计

本工程位于跨越沂河，河面宽约1600米，水下地质情况自上而下普遍为：

中粗砂。

基础结构为：

双墩6根Φ325×8mm钢管桩基础。

下部结构为：

Ⅰ32a或Ⅰ40a双工字钢横梁

钢栈桥下部结构采用钢管桩，双墩布置6根钢管（桩径Φ325mm，壁厚8mm）。

钢管桩横向间距3m，桩顶布置Ⅰ32a或Ⅰ40a双工字钢横梁，钢管桩与钢管桩之间用10槽钢作为管桩剪刀撑，并焊接牢固。

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、钢管桩入土深度必须大于10m。

④、当个别钢管桩入土小于10m锤击不下，且用DZ60桩锤激振2分钟仍无进尺，必须现场分析地质状况，采取双排桩或其它加强措施，以提高钢管整体稳定性。

（2）、上部结构设计

上部结构为：

标准跨300×150cm贝雷片8组纵梁,间距90cm。

321型贝雷片

根据行车荷载及桥面宽度要求，桥面采用面板厚度为10mm的正交异性桥面板。

栈桥纵梁采用规格为150cm×300cm国产贝雷片，12米跨纵梁每跨布置单层8片贝雷片。

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，贝雷片下采用双排32a或40a工字钢横梁。

（3）、防护结构设计

栏杆：

桥面采用小钢管（直径48mm）做成的栏杆进行防护，栏杆高度1.0米，栏杆纵向1.5米1根立柱（与桥面预留孔连接）、高度方向设置3道横杆。

栏杆纵向布置图

护轮带：

并在栏杆底脚桥面内侧设置护轮带，护轮带用50cm长φ20钢筋每1.5米设置一道，牢固焊接在桥面班上，限制车辆贴边行走，保证行车安全。

护轮带平面布置图

四、钢栈桥各部位受力验算

1、荷载

（1）动荷载：

90t（荷载平面图）

（2）冲击荷载：

10t

（3）每跨12米8组贝雷片自重：

9.6t

（4）两根7.5mI25a工字钢自重：

0.6t

2、钢栈桥各部位内力计算

（1）、桥面板结构检算：

桥面宽7米，分节接长而成，厂家直接加工7×1.26的单元片运到现场，面板厚10mm，板下衬10mm×10mm×10mm的与面板等厚的U型肋梁，中心间距26cm。

对面层进行校核：

沿顺桥向取60cm宽面板跨越顺桥向一块桥面板的长度为研究对象，简化成跨度为26cm的四跨连续梁建模如下：

计算模型：

旋挖钻单侧履带尺寸约5m×0.6m，

q=（900×1.4+100×1.2）/2/5=138KN/m，L=0.26m

依据《路桥施工计算手册》765页附表2-10得，

最大弯矩：

M=0.107×ql2=0.107×138×0.26×0.26=1KN∙M

截面模量W=（1/6）60×1×1=10cm3

σ=M/W=1×1000/10×1000

=0.1MPa＜[σw]=215MPa

最大剪力：

Q=0.607×ql=0.607×138×0.26=21.8KN

τ=Q/S=21.8×1000/（10×600）=3.7MPa<[τw]=125MPa

ω=0.632ql4/（100EI）

=0.632×138×260×260×260×260/（100×2×100000×1/12×600×10×10×10）=0.4mm

变形满足要求。

对肋梁进行结构检算：

取旋挖钻施压范围内的肋梁为研究对象，履带宽60cm，肋梁的跨度为贝雷片横向间距，为90cm，取一跨简支建立计算模型：

肋梁上方面板自重：

G=0.9×0.26×0.01×7850×10/1000=0.18KN

肋梁自重：

G’=0.3×0.9×1×0.01×7.85×10=0.21KN

均布荷载q=（0.18+0.21+230×0.26×0.9）/0.9=60.2KN/m

依据《路桥施工计算手册》740页附表2-3得，

最大弯矩：

M=0.125×ql2=0.125×60.2×0.9×0.9=6.1KNm

根据平行移轴公式计算U型肋梁的截面惯性矩：

I=2/12×0.01×0.1×0.1×0.1+

2×0.01×0.1×0.05×0.05+

1/12×0.1×0.01×0.01×0.01=6675000mm4

截面抵抗矩W=I/（150/3）=6675000/（1/3×150）=133500mm3

σ=M/W=6.1×1000000/133500

=45.7MPa＜[σw]=215MPa

最大剪力：

Q=0.5ql=0.5×60.2×0.9=27.1KN

τ=Q/S=27.1×1000/（2×10×100）=13.6MPa<τw]=125MPa

最大挠度：

ω=0.677ql4/（100EI）

=5×60.2×900×900×900×900/（384×2×100000×6675000）

=0.4mm

挠度满足要求。

所以在最大荷载作用下，面板的承载能力和变形都符合要求。

（2）、主梁贝雷梁结构检算

主梁标准跨：

单跨12m（净跨9m）由8片贝雷片通过花架拼装而成，间距0.9米，以履带压住2片贝雷梁，车辆停放在跨中位置为最不利位置，按单跨简支梁建模，建立模型如下：

图中：

q1=1.4×（900+100）/2/（5×0.6）×0.6/2=70kN/m

q2=1.2×10/12=1kN/m

L1=5m,L2=12m

依据《装配式公路钢栈桥多用途使用手册》59页得，

单排单层贝雷片的参数如下：

截面模量W=3578cm3,截面惯性矩J=250497cm4

单排单层截面承受的最大弯矩M=788kNm

单排单层截面承受的最大剪力Q=245kN

最大弯矩出现在跨中位置，用荷载分解叠加的方式求解。

依据《路桥施工计算手册》740页及742页附表2-3及得，

M1=70×5×｛3.5×6/12-（6-3.5）2/2/5｝=394kNm

M2=0.125ql2=0.125×1×12×12=18kN∙m

M=M1+M2=412kN∙m<788kN∙m

最大剪力

Q1=70×3.5×5/12=102kN

Q2=0.5ql=0.5×1×12=6kN

Q=Q1+Q2=108kN<245kN

跨中最大挠度变形：

ω1=70×3.5×5×（（4×12-4×3.5×3.5/12-5×5/12）×6-4×6×6/12+（6-3.5）4/（5×3.5））/（24×EI）=23mm

ω2=5×1×2.4×2.4×2.4×2.4/（384×EI）

=0.5mm

单销间隙引起的非弹性挠度：

ω3=d∑sin（（n-1）/2）α）=16mm

ω=23.3+0.5+16=39.8mm

所以8片贝雷片@90cm布置满足承载能力和变形要求。

（3）、主横梁结构检算

主横梁为2I32a或2I40a横贯四根桩基顶部，长8m，支撑贝雷梁，

简化为单跨简支梁，以一根双工字钢建立模型如下：

图中均布荷载

q=（（90+10）×10×1.4+（45+10）×10×1.2/2）/6=288.33KN/m

L=2.7m,I32a工字钢属性如下：

I=11080cm4,w=692cm3,S=400cm3,腰厚t=9.5mm

最大弯矩出现在跨中，

依据《路桥施工计算手册》740页页附表2-3及得，

M=0.125×ql2

=0.125×288.33×2.7×2.7=263KNm

σ=M/W=263×1000/（1.05×2×692）

=181MPa＜[σw]=215MPa

抗弯强度满足要求。

支座处剪力Q=0.5ql=0.5×288.33×2

=288.33KN

截面抗剪强度

τ=QS/It

=288.33/2×1000×400/1000000/（11080/100000000×0.0095×1000000）=54.8MPa<[τw]=125MPa

抗剪强度满足要求。

跨中挠度最大，

ω=5ql4/（384EI）

=5×288.33×1000×2.7×2.7×2.7×2.7/（384×2.06×11080×2）=4.4mm

变形量满足使用要求

所以，双I32a主横梁配置满足要求。

（4）、钢管桩承载力检算：

钢管桩入土深度按14米计算，根据《环巢湖旅游大道详细工程地质勘察报告》提供的数据，按最差地质考虑，τ=70KPa

单根钢管桩下部地基反力

N=τ×2πr×h+πr2×fa

=60×3.14×0.325×10+100×3.14×0.325*0.325/4

=621kN

单根桩基承受荷载

f=（90×10×1.4+（45+10）/2×1.2×10）/3

=531kN

f=531kN＜N=621kN，所以桩基承载能力满足要求。

长细比λ=10/0.325=31＜150，竖向压杆稳定性可靠。

综上，栈桥各部位结构都能够满足承载力和稳定性要求。

五、临时材料表

沂河大桥钢便桥材料表

序号

构件名称

单位

数量

1

321型贝雷片

片

640

2

贝雷片轴销

个

1248

3

U型卡（带压板）

套

640

4

定型桥面板（7m*1.26m）

块

188

5

90型花架

片

562

6

花架螺栓

套

2248

7

枕梁Ⅰ32a或Ⅰ40a

米

704

8

立柱φ325*8及以上

米

1980

9

水平联及剪刀撑[10或[14

米

1608

10

护栏（成品）

米

480

11

桥面板U型卡

套

1128

护栏（非成品）：

1、立柱（φ48*3）：

1.1m-384根；

2、水平顶杆（40*60*1）：

480m；

3、水平管（30*50*1）：

480m。

六、施工工艺

1、管桩运输

调运钢管桩至现场指定位置整齐堆码待用。

杜绝严重锈蚀，变形等管桩进入施工现场。

2、施工准备

（1）、分别从西岸向东岸推进，在围堰内根据栈桥桥址放样施工桩墩。

（2）、由测量人员准确放样，定出栈桥钢管桩施工平面位置。

（3）、钢管桩的加工与制作

每根栈桥钢管桩按需要加工制作接长,接桩在现场平整的场地进行，每个接头先将整个管子断面用气割修正平齐，两根对接的钢管桩放水平，使焊口缝隙均匀一致，施焊时环形焊缝采用满焊接头，环形焊缝施工完毕后，在焊缝外侧采用3块200mm×200mm×8mm钢板帮焊加强，焊缝饱满无沙眼裂纹，接好的钢管桩实际桩长不得少于设计值。

3、管桩施工

钢管桩施工，钢管通过铲车托运至吊车后方，用吊车将钢管吊起，启动DZ60振动锤，锤头下端夹具插入钢管桩顶端，通过锚杆穿过事先割好的孔洞和夹具起吊钢管，将钢管提升离开地面后，水平吊至设计桩位处，缓缓下放，利用锤头和钢管的自重下沉到稳定后，启动振动锤，这期间要保证桩身垂直度不超过1%，振动下沉的过程中要不断地调整吊绳长度和吊车大臂的角度，保证桩的垂直度。

当沉桩的速度渐渐缓慢且在30秒内下沉量不足10cm时，即可停止打桩，拔下锚杆，进行下一根钢管桩的施工。

打桩施工工艺流程框图

管桩施工质量保证措施：

（1）管桩入土深度经现场技术员计算确定，控制管桩入土底标高；

（2）管桩入土深度达到设计值时，下沉速度仍较快时，分析原因，必要时增加管桩施工长度，下沉速率控制为2min内无明显进尺；

（3）当个别钢管桩入土小于10m锤击不下，且用60锤激振2分钟仍无进尺，必须现场分析地质状况，采取双排桩或其它加强措施，以提高钢管整体稳定性。

（4）用直尺测量，管桩平面误差±10cm

（5）用测锤量取垂直度，误差＜1%L且不大于2cm（L：

管桩高度）

4、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、桩顶2根32a或40a型工字钢横梁施工。

（1）、每个桥墩管桩施工完成后，横桥向在顶口开槽，并在槽底加设带肋分配钢板。

然后整体吊装双排32a或40a型工字钢横梁。

（2）、在钢管桩上进行平联的测量放样。

技术人员实测桩间平联长度后精确下料，同步进行焊接及剪刀撑、桩顶2根32a或40a型工字钢横梁的加工。

（3）、用吊车悬吊平联、剪刀撑，到位后电焊工焊接平联、剪刀撑。

现场技术人员及时检查焊缝质量，合格后进行横梁的架设

5、栈桥上部结构安装

栈桥上部结构的安装：

采用铲车运输配合履带吊吊装进行施工。

（1）、贝雷梁纵梁的拼装

纵梁的位置需放线后确定，以保证栈桥轴线不偏移。

贝雷梁安装顺序：

同一孔内遵循先中间后两侧对称吊装的原则施工。

将拼装好待安装的300cm×150cm贝雷片组运至已装好的完成桥跨后面，便于吊车起吊安装。

纵梁安装过程中，应准确安装在由现场技术员放样的位置上，以保证栈桥均匀负载。

纵梁安放完成后，必须立即与下横梁联接稳定。

在联接完成前吊绳不得与吊车脱钩，以防止纵梁侧倾造成严重事故。

（2）、桥面系的安装

在50t履带吊的配合下，使用U型连接器，将桥面板固定在纵向贝雷梁上。

栈桥栏杆高1m，采用Φ48×3.2mm焊接钢管焊接，立柱间距1.5m，安装在桥面板预留孔内，栏杆统一用红白油漆涂刷，交替布置，达到简洁美观。

在栈桥入口设置车辆限速行驶8km/h警示牌以及车辆限重90t标志牌。

栈桥要安排专门的卫生打扫人员兼安全监察员，保证栈桥的清洁。

并在入口出设置水泵一套，进入车辆如车轮帯泥，必须冲洗干净方许车辆进入栈桥，防止车轮在栈桥上打滑发生安全事故。

栈桥使用完成后，按照先上后下，先纵后横的顺序拆除栈桥上部结构。

因钢管桩入土时间较长，拔除钢管桩使用50t履带吊配60振动锤，务必保证管桩全部拔除。

6、施工工艺

钢栈桥施工工艺框图

7、栈桥各部位联结及加固措施

1、钢管与顶盖钢板焊接联结，并与双32a或40a工字钢焊接，工字钢横梁与贝雷片下弦杆用门字形限位器联结。

2、施工过程中，每排墩管桩之间用剪刀撑焊接牢固，以增强其横向纵向稳定。

以上布置，可以确保钢管桩在汽车的行驶及刹车时，不会产生位移及偏位，因此，钢栈桥是稳定安全的。

七、钢栈桥施工质量保证措施

钢栈桥建成后承担东西两岸材料设备等运输及施工车辆通行任务，是全桥施工的咽喉，为保证钢栈桥保质、保量和安全及时的完成，制定如下保证措施：

1、认真编制分项工程施工技术方案，对班组进行全面的施工技术交底，保证严格按设计及施工技术规范要求施工。

2、钢栈桥由项目总工程师组织工程部门相关人员认真计算、校核，并报上级部门审批、保证各项验算满足通行使用要求。

3、每个墩位钢管桩施工完成后，应利用低水位时及时设置剪刀撑及水平撑，剪刀撑或水平撑采用10#槽钢。

4、钢管如锈蚀严重或严重变形，应清退出场，不得用作钢栈桥基础。

5、钢栈桥的施工应严格按设计计算书指导施工，如现场地质状况无法按设计位置施工或地质变化较大，项目部技术人员应根据现场情况进行认真分析、讨论，拟定变更方案，再将变更方案上报驻地监理办及相关部门报批后方可施工，确保钢栈桥质量与安全。

八、劳动力计划

序号

工种

单位

数量

备注

1

电焊工

人

5

焊接钢管

2

普工

人

6

搬运、对位

3

电工

人

2

检修电路

4

起重工

人

4

吊装

5

司机

人

4

驾驶机械

6

安全员

人

2

安全检查

7

测量员

人

2

定位

九、机械使用计划

序号

机械名称

单位

数量

型号

1

电焊机

台

12

2

汽车吊

台

1

25t

3

履带吊

台

1

50t

4

铲车

台

1

5

气割设备

套

2

6

运输船

艘

1

7

发电机

台

1

100kw

8

振动锤

台

1

DZ60

9

打桩船

艘

1