江阴钢栈桥施工方案.docx
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江阴钢栈桥施工方案
福州江阴港铁路支线工程西港特大桥
钢栈桥施工方案
中铁七局福州江阴港铁路支线项目部
二OO九年六月
钢栈桥施工方案
1、工程概况
西港特大桥位于福州江阴港铁路支线起点5.3公里处,距兴化湾海堤闸口约3公里,大桥起点桩号为DK6+161.55~DK7+220.22,由32跨32m简支T梁组成,全长1058.67m,轨顶设计高程为7.63m。
本工程的施工特点:
1,大部分墩体在水下水下施工,钻孔桩要在施工平台上作业,承台施工必须在钢套箱内完成,在整个施工标段施工难度最大、施工条件最差、技术难题密集。
2,大桥跨过海湾,桥下及周边都是当地村民开辟的养殖场,多养殖市场价值较高的海生品种,海域面积7000亩,海域水有流动性。
环保问题突出,每个墩必须设置一个储量为9m3的钢制泥浆池,必须随时监控泥浆池的储存状况,防止外溢污染海域,造成不必要的损失,随时准备外运。
3,施工周期最长,由于是水上作业,材料运输、设备运转都要靠栈桥通行,只能单线作业,流水作业不能形成,工作面难以全面铺展。
4,非常规施工,高空坠落、落水、触电、起重安装、车辆等安全隐患多多,必须加强安全管理,员工的安全教育、安全技术交底非常必要,安全措施要得力、落实到位,参与本工程施工的员工必须经过安全技术培训方可上岗。
因此,必须把本工程列为管理重点,投入精干力量,以本工程施工工期作为全线工期控制点,力争提前完成,为全线早日完成任务打下坚实基础,影响深远、意义重大。
2、工程水文地质情况
本工程所处地段属海洋平原区,地势平坦开阔,西港两侧多辟为养殖场,主要地层有:
Qm淤泥,厚度10~14m左右,σ0=40Kpa,fi=15Kpa。
;圆砾土层,厚度一般在5.0~8.0m左右,σ0=120Kpa,fi=50Kpa。
-19m以下为全风化~弱风化j3nb凝灰岩,σ0=180Kpa,fi=70Kpa。
基岩面起伏变化较大,松散堆积物中地下水为孔隙潜水,基岩中地下水未裂隙水。
地表水有海水和水塘,地下水和地表水对砼具有侵蚀性,化学侵蚀作用等级为Ⅲ~Ⅳ。
本地段不良地质不发育,特殊性岩土为淤泥。
本方案钢管桩埋置层均为流塑淤泥层,端承力非常小,主要考虑钢管桩的摩阻力承重。
3、水位及高程、气象
本施工地点属南亚热带气候带,冬季短暂,暖热湿润。
全年受西风带及副热带环流交互影响,季风气候显著,又因三面临海,海洋性气候尤为突出。
年平均气温19.7℃。
月平均气温最低值是10.6℃(1月份),最高是28.8℃(7月份),极端最高气温38.7℃,极端最低气温-1.2℃。
本地区雨量充沛,年降水量1348.8mm。
降雨量的季节分布很不均匀。
一般上半年雨量逐月增加,6月达最高峰,7月雨量突降,8月份出现次高峰,9月始雨量逐月减少,10月至次年2月份月平均雨量都在65毫米以下,11~12月为全年降水最少月份。
全年最多风向为偏北风。
沿海地区以东北风为主,北风次之,6~8月盛吹西南风,10月至次年4月盛吹东北风。
影响本区的台风大部分出现在6~9月间,8月份出现最频繁,其次为7月和9月。
台风影响范围广,且具有很大的破坏性。
受台风影响时,沿海风力均在8级以上,最大可达12级以上。
根据测量人员现场实测及调查,低潮时水面宽度810m,临水桩号为DK6+310~DK7+120,闸口外潮差7m左右。
由于附近海滩多辟为养殖场,潮差一般由海堤闸口人工调控。
闸口布置在江阴支线DK11+400处,根据过桥山垦区提供的水文资料,闸口内水位一般控制在0.00m,洪水期可涨到2.0m(30年一遇),低潮水位最低可降到-1.5m。
闸口外最低水位-3.0~+4.0m,最高水位5.0m。
该海域有等级较低的通航要求,当地居民养殖小船来往,应考虑在适当的地方设置低潮时净空高度为2.0m、宽度5m的过道。
低潮水位时的水深见下表
桩号
水深
换算地面高程
高潮水位2.0时水深
DK6+022
1.88~3.78m
DK6+060
3.78m
DK6+075
2.38m
DK6+290
0.36m
1.64m
DK6+310
0
0.86m
1.14m
DK6+340
0.5m
0.36m
2.5m
DK6+400
1.0m
-0.14m
3.0m
DK6+440
1.7m
-0.84m
2.7m
DK6+545
2.5m
-1.54m
4.5m
DK6+692
3.0m
-2.14m
5.0m
DK6+780
3.0m
-2.14m
5.0m
DK6+900
6.0m
-5.14m
8.0m
DK6+980
3.5m
-2.64m
5.5m
DK7+020
0
0.86m
2.0m
DK7+070
0.5m
0.36m
2.5m
DK7+080
2.69m
0.69m
DK7+120
0.0m
0.86m
2.0m
DK7+160
0.00m
2.0m
DK7+215.6
0.9m
1.1m
4、施工方法
为方便大桥的施工时施工材料、设备向水中墩运输,提高施工效率,我部拟在6#墩桩号DK6+360开始搭设栈桥,到32#台DK7+220.0范围搭设施工栈桥,栈桥总长度为860.0m。
布置一座双向车道钢栈桥。
栈桥平面布置具体见附图二。
栈桥的主要功能为:
混凝土浇筑,施工材料运输,设备的转运和人员的通行,避免频繁的水上倒运作业,提高施工效率,增加安全度。
栈桥桥面宽6.0m,在各个桥墩处桥面加宽到8m,作为20t轮胎式吊车作业的平台。
在大桥中部设置一段宽度15m、长度9m的平台作为车辆调头场地。
栈桥由支承桩、I56a横梁、贝雷架主桁梁、次梁、分配梁及面板组成。
支承桩为φ630×8mm钢管桩,排架间距根据桥墩的位置9m不等(共计340根桩)。
加上钻机平台钢管桩140根,合计480根。
考虑本工程施工栈桥长且桥上需要安装水管、电缆等设施,施工设备及工装构件均需要通过施工栈桥运输。
同时考虑潮汐和台风影响。
施工栈桥桥面初步设计宽度为6m,栈桥用贝雷梁拼制,基础为打入钢管桩基础,跨度9米,荷载需满足相关运输车辆和汽车吊等重要设备通行需要。
栈桥基础采用Φ630×8mmQ235a钢管桩,钢管间用2[12型钢平联作剪刀撑、管顶用2I25型钢作联系梁;钢管立柱与贝雷架之间设纵向斜撑,用1*2I25型钢联系;纵向主承重梁用3组每组2榀“321”交通战备贝雷片,I22工字钢、间距150cm作横向分配梁;桥面系采用[10型钢、间距30cm铺设纵梁;纵梁上部直接焊接δ=10mm钢板作桥面板,桥面板上焊接栏杆立柱。
桥面附属物有护栏、照明灯柱、电缆、水管等。
(见图)
施工流程:
钢管桩加工→振动锤沉入钢管桩→安装管桩联系梁→安装剪刀撑→安装贝雷片主纵梁→安装横向分配梁→安装桥面板→栏杆、防滑条、照明、管线等附属结构物安装。
栈桥施工采用50t履带吊机配合振动打桩锤施打桩基础,利用履带吊分块吊装至栈桥顶进行组拼后,在栈桥顶利用履带吊机完成打入桩的施工。
履带吊吊起振动锤及桩对位后进行施打到设计深度,依次完成打入桩施工。
每排钢管桩下沉到位后,进行桩之间的剪刀撑连接,增加桩的稳定性,钢管桩长度需根据现场尺寸下料。
下横梁I56a直接嵌入钢管桩内35~40cm。
在与主纵梁接触部分加焊加劲板,增强局部刚度。
贝雷梁梁部施工每跨主梁采用在施工场地内拼装按每组9m尺寸成型,运输到位后利用履带吊机吊装架设。
考虑到现场地形状况,栈桥的渔溪站端与海滩顺接,港湾端与海堤顺接,顺接端部考虑用片石浆砌桥台。
为保证栈桥整体稳定性要求,考虑钢管桩端进入淤泥层深度不小于17m。
4.2、钢栈桥施工准备
在栈桥施工前,将电源箱沿施工便道布置至施工现场,并将钢丝绳、卡环、电焊机、割刀、氧气、乙炔等材料准备到位。
在后场区设临时施工场地,供钢管桩、贝雷架堆存及型钢加工场地之用。
φ630钢管桩在现场分二节加工制作,底节钢管桩的底口加30cm的环箍。
(第一节长12m,第二节长13.0m两种规格),用加长车转运至现场。
贝雷架按桥跨长度整体拼装吊装完成,I56横梁、I25b次梁及I10分配梁按尺寸在临时加工场地进行加工后运至现场。
4.3钢管桩下沉
钢管桩采用500kN履带吊车配60型振动锤振动下沉,钢管桩轴线与振动锤轴线一致,然后开动60型振动锤击打到设计标高。
履带吊起吊连接振动锤的钢管桩,经测量定位后缓慢下放,钢管桩在自重情况下入土稳定,满足要求后低档振动下沉,待钢管桩入土一定深度后高档振动下沉,至钢管桩露出土面长度为1.0m~1.5m时停振,在履带吊车配合下,焊接第二节钢管桩,钢管桩对接时测量控制其同轴度,采用同样方法下沉至-18m标高以下。
本栈桥设计桩长及入土深度通过计算确定,钢管桩入土深度不少于17m。
4.4、钢管桩焊接施工
φ630钢管桩与预埋钢板之间焊接牢固,焊接钢管时采用履带吊车吊装,人工配合,确保焊接后钢管桩的垂直度。
4.5、帽梁安装
钢管桩施打到位后,将6米长拼装好的I56a下横梁吊装就位,在钢管桩顶面标高+0.50m处,开设一道35~40cm的缺口,下横梁I56a直接嵌入钢管桩内,局部焊接牢固。
4.6、贝雷架架设
栈桥的主梁采用单层双排900mm贝雷架,每跨9米。
贝雷架分布位置如图所示,贝雷架之间用角钢连接牢固。
5、钢栈桥设计与验算
5.1、栈桥平面位置:
栈桥位于桥右边,桥面标高为+2.0m,桥面板为δ=10mmQ235钢板,纵向布置次肋[10,间距@=300mm,横梁I22a@=1500mm,纵主桁梁为3榀“321”贝雷梁,每榀间距@=900mm,榀间距(中到中)@=2100mm。
栈桥排架墩主承重梁采用φ630×8螺旋钢管,钢管立柱间距(中到中)为4.5m,打入淤泥层17m。
5.2、栈桥结构
栈桥排架跨度为9m,如遇到桥墩位置不方便施工可以适当调整跨度,在有通航要求的孔间桩距为4.5m,上面铺设I56a,可以提高净空1.1m。
为抵抗水流力和侧向风力,在排架墩立柱设δ=10m、高=100mm小抱箍,并设斜拉杆与栈桥排架立柱连接,两立柱间用[12焊接成剪刀撑加固。
栈桥最大活荷载为行驶50t履带吊或行驶8m3砼搅拌运输车。
50t履带吊作业时需在栈桥排架墩附近。
人群荷载可不考虑。
水流力计算按最大流速Vmax=0.5m/s计,风压考虑8.5级,按0.3KPa计,即30kg/m2。
5.2.1栈桥上构验算
主承重横梁I56a的强度验算:
按照加权平均数计算,左右两个贝雷骨架作用力中心线在钢管桩直径范围内,弯矩作用不明显。
a,荷载计算,最大跨度L=9m
9m跨贝雷梁重:
W贝=270×2×9/3×3=4860kg
横梁I22a重(单根长L=6.0m):
WI22a=6.0×9/1.5×33.05=1189kg
纵向(顺桥向)次梁[10重:
WI10=6.0/0.3×9×11.25=2025kg
桥面板(δ=10mmQ235钢板)重:
W板=6.0×9×0.01×7850=4239kg
栏杆(φ48×3.5)及防滑条(φ=10mm)重:
W栏防=25×2×9=450kg
主承重横梁(排架盖梁)I56a自重:
q=106.3kg/m
活荷载50t履带吊:
W活=55000kg
集中荷载p=(4860+1189+2025+4239+450+55000)/3=22587kg=22.587t
b,下横梁受力简图:
c,求支座反力:
RA=RB=(22.587*3+0.106*6)/2=34.2t
d,计算弯矩:
中线一侧所有的力对中点求矩,得
M中=-34.2*2.25+22.587*2.12+0.106*3*1.5=28.6t-m=2860000㎏-㎝
e,强度计算:
查表:
I56a工字钢的惯性矩J=65600㎝4,抗弯截面模量W=2340㎝3。
理论重量106.3㎏。
截面积为133.4cm2。
毛截面对中和轴的面积矩Sx=1368.8㎝3,腹板厚度d=12.5㎜。
f=M/W=2860000㎏-㎝/2340㎝3=1222㎏/㎝2=122.2N/mm2≦[f]=215N/mm2,满足要求。
由于下横梁的承载应力远大于许用应力,横梁的稳定验算略。
f,抗剪计算:
I56a工字钢下横梁的抗剪计算:
许用剪应力[τ]=100Mpa。
根据下横梁的受力简图可以看出,在支座附近的剪应力最大,取该截面进行验算:
满足要求。
双拼I56a工字钢高宽比为h/b0=56/16.6=3.37<6,稳定性满足要求,可不进行稳定验算。
水平横梁I22的强度验算:
取一米长度的荷载计算
a,荷载计算,最大跨度L=1.2m
纵向(顺桥向)次梁[10重:
W[10=11.25*20=675kg
桥面板(δ=10mmQ235钢板)重:
W板=6.0×0.01×7850=471kg
栏杆(φ48×3.5)及防滑条(φ=10mm)重:
W栏防=25×2=50kg
水平横梁(排架盖梁)I22a自重:
q=33.05kg/m
活荷载50t履带吊:
W活=55000kg
集中荷载p=(675+471+50+55000)/6=9369kg=9.369t(考虑车辆行走集中在一个断面,每边三根槽钢受力)
b,受力简图:
c,求支座反力:
RA=RB=(9.369*3+0.033*1.2)/2=14.07t
d,计算弯矩:
中线一侧所有的力对中点求矩,考虑中部三根槽钢受力,支座一点不受力,得
M中=-14.07*0.6+9.369*0.3+0.033*0.6*0.3=5.627t-m=562700㎏-㎝
查表:
I22a工字钢的惯性矩J=3400㎝4,抗弯截面模量W=309㎝3。
毛截面对中和轴的面积矩Sx=177.7㎝3,腹板厚度d=7.5㎜。
强度计算:
f=M/W=562700㎏-㎝/309㎝3=1821㎏/㎝2=182.1N/mm2≦[f]=215N/mm2,满足要求。
抗剪计算:
I22a工字钢下横梁的抗剪计算:
许用剪应力[τ]=100Mpa。
抗剪强度满足要求。
面板δ=10mmQ235钢板、纵向次梁[10及主桁贝雷梁,根据我局施工的多座施工栈桥经验,则验算略。
5.2.2栈桥桩基验算
a)自重荷载计算,最大跨度L=9m
9m跨贝雷梁重:
W贝=270×2×9/3×3=4860kg
横梁I22a重(单根长L=6.0m):
WI22a=6.0×9/1.5×33.05=1189kg
纵向(顺桥向)次梁[10重:
WI10=6.0/0.3×9×11.25=2025kg
桥面板(δ=10mmQ235钢板)重:
W板=6.0×9×0.01×7850=4239kg
栏杆(φ48×3.5)及防滑条(φ=10mm)重:
W栏防=25×2×9=450kg
主承重横梁(排架盖梁)I56a重:
WI56a=(5.5+0.63+0.37)×106.27=691kg
单根钢管(φ630×12螺旋钢管)立柱重:
W板=(13+12)×3.14×0.63×0.008×7850=3105kg
活荷载50t履带吊:
W活=55000kg
单根立柱(桩)使用荷载
W=ΣWi/2+W管
=(4860+1189+2025+4239+450+691+55000)/2+3105=36959kg=36.959t
b)单根垂直承载力计算
水流力和风力作用由标高-0.5m的拉杆承担,即立柱(桩)无偏心力矩而增大单桩使用荷载,设计按摩擦桩计算,根据西港特大桥桥型图所示地质资料,在地表面~-14m之间为淤泥,σ0=40Kpa,fi=15Kpa。
在-14m以下为圆砾层,该层地基σ0=120Kpa,fi=50Kpa。
桩基的承载力较低,摩阻面积必须加大,每排考虑设置2根桩。
考虑使用φ630的钢管桩,单位摩阻面积为0.63*π=1.98㎡
摩擦桩承载力公式:
1/2×3.14×0.63×(14×1.5+3×5.0)=35.6t<使用荷载=36.959t,不满足要求,需加大钢管桩埋置深度。
取埋置深度20m计算:
1/2×3.14×0.63×(14×1.5+6×5.0)=50.5t>使用荷载=36.959t,满足要求。
安全系数p=50.5/36.959=1.37
考虑-3.9m以下的淤泥沉淀时间较长,在自重应力的作用下有可能处于可塑状态,摩阻力会增加,钢管桩底部坐落在圆砾层,其端部有部分承载能力,可以满足要求。
c)单桩压杆稳定验算
计算长度ln=25-19=6m=600cm
φ630×8钢管回旋半径r=
=
=22
长细比λ=
=
=27.27查表稳定系数ψ=0.922
σ=
=
=344.7kg/cm2
=34.47MPa<[σ]=170MPa
5.2.3水平斜拉杆[6.3验算
a)工况分析
a、水位2.0m,即受水流力又受风力
b)工况b的水流力与风力计算
i.水位2.0m时的立柱所受水流力计算
水深H=2.0-(-6)=8m,相对水深影响系数n2值,
=
=12.7
n2=0.98,遮流影响系数m1,
=
=7.73,m1=0.81
即上游立柱(首迎水流)m1=1.0,下游立柱m1=0.81。
上游立柱水流阻力系数Cw上=Cw·n2·m1=0.73×0.98×1.0=0.7154
下游立柱水流阻力系数Cw下=Cw·n2·m1=0.73×0.98×0.81=0.58
则上游立柱所受水流力FW上=0.7154×
×8×0.63=4.14(KN)
下游立柱所受水流力FW下=0.58×
×8×0.63=3.36(KN)
ii.水位2.0m时贝雷梁及桥面梁板系所受风力计算
为简化计算,将桥面系板梁高即横梁高、次梁高面板厚拼入贝雷桁梁高即桁架高h=1.5+0.22+0.10+0.01=1.83m,桁架间距b按
=1.05m,
=
=0.574<1.0,φ0=
为桁架的挡风系数,A0为桁架杆件和节点挡风的净投影面积,A=hl为桁架的轮廓面积。
按贝雷桁架3m节段进行计算
A0=3.0×0.1×2+0.08×(1.5-0.2)×3+8×0.08×
+0.11×3.0+0.0042×2.5=1.9315(㎡)
A=1.83×3.0=5.49(㎡)
则φ0=
=0.352
单排桁架的体型系数μst=φμs=0.352×1.3=0.4576,其中μs=1.3
n排平行桁架的整体体型系数μstw=μst
,式中η经查表得η=0.58,
则μstw=0.4576×
=0.723。
μz---风压高度系数,经查表μz=1.0,
w0---基本风压,查江阴地区w0=0.3KPa=30㎏/㎡
则风荷载标准值wk=μstw·μz·w0=0.723×1.0×0.3=0.2169(kN)
贝雷梁及桥面梁板系数所受风力Hw=wk·A=0.2169×9×1.83=3.57kN=357㎏
每排架立柱所受水流力和9m跨贝雷梁等所受风力之和
H=FW上+FW下+HW=4.14+3.36+3.57=11.07(kN)=1107㎏
经计算工况b承受水平力最大,是控制荷载。
则水平拉杆[6.3的
σ=
=
=131㎏/cm2=13.1MPa<[σ]=170Mpa。
故选[6.3过于保守,选1级钢筋φ16~20即可。
5.3钢栈桥形成后即运营期的稳定分析
经过前面计算,每排架立柱所受水流力和9m跨贝雷梁等所受风载之和的最大水平力H=1107㎏,此力由引桥排架墩外侧立柱设水平拉杆与栈桥排架立柱之I56a主承重横梁连接而平衡,且栈桥基础为钢管桩埋置深度有21m,故栈桥是稳定的。
6、栈桥主要材料计划
主要材料计划表
序号
材料名称
型号规格
单位
数量
备注
1
钢板
δ=10mm
t
474
2
槽钢
[10cm
t
198
3
工字钢
I22cm
t
149
4
工字钢
I56a
t
72
5
贝雷片
300*150*18cm
t
540
2002片
6
贝雷架连接片
宽45cm
t
40
800片
7
贝雷架连接片
宽90cm
t
30
485片
8
钢管
Φ630mm
t
668
6078m
9
圆钢
Φ10mm
t
12
用于栈桥面,机动车防滑
10
钢管
Φ50mm
t
3
用于钢栈桥两侧栏杆700m
11
螺纹钢
Φ20
t
11
用于钢栈桥两侧栏杆
12
剪刀撑
[12
t
14
用于两桩加固
13
水平撑
[25
t
15
用于两桩加固
14
纵向斜撑
[25
t
30
与贝雷片连接加固
合计
t
2256
7、机具使用计划
机具使用计划表
序号
名称
单位
数量
1
500kN履带吊
台
1
2
DZJ-60振动锤
台
1
3
200kN汽车吊
台
1
4
运输车
台
2
5
电焊机
台
12
6
全站仪
台
2
7
精密水准仪
台
2
8
对讲机
台
12
10t船舶
艘
1
9
250KW发电机
台
1
8、劳力资源计划
劳力资源计划表
序号
名称
人数
序号
名称
人数
1
技术主管
2
7
电工
3
2
技术员
4
8
起重工
4
3
质检员
2
9
电焊工
15
4
工长
2
10
普工
30
5
测量人员
5
11
其他人员
6
6
专职安全员
2
12
合计
75
9、施工进度计划
根据项目部生产情况,钢栈桥施工进度计划如下:
从2009年8月20日~2009年11月20日施打钢管桩,每天4根,共340根。
贝雷架架设和桥面板铺设安排从打桩开始即着手拼装,紧密配合打桩进度完成桥面铺设作业,交互延伸直至栈桥施工完成。
10、质量、职业安全健康保证措施
(1)严格按照栈桥设计要求、钢结构施工规范以及桥涵技术规范施工。
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,栈桥施工每跨的各种构件安装可靠后,才能上重载。
(2)55T履带吊在栈桥上沉桩时,履带最前端悬臂处与下横梁的水平距离不得超过2.5m,吊车应居中,以保证栈桥和吊车安全。
(3)现场配备两名专职安全员负责安全工作,同时要求现场施工人员必须戴安全帽、穿救生衣,高空作业系安全带。
(4)作业人员上岗前进行安全培训,特殊工种必须持证上岗。
(5)施工现场悬挂安全标志、配备安全网、救生设备等,严禁违章指挥,违章操作和酒后作业。
严格在港监指定水域内施工,同时按照水上作业有关规定,协助海事、航道部门一起做好航道维护和航标设置工作。
(6)因栈桥为临时辅助结构,结构设计计算时未考虑撞击荷载,因此需设置严密的防撞措施,主要从制度、警示牌、教育培训等管理手段方面进行预防,并在施工侧距栈桥边线5m牵一道警界绳。
夜间设置航道警示灯。
(7)严格限制通行车辆的荷载和车速(不得大于5km/h),并在两侧桥头显著位置设置限载和限速警示牌,在桥头设置值班岗亭,维护栈桥的正常运行。
(8)定期对栈桥各结构及连接点进行检查,对发现的问题及时进行维护,在栈桥上设置沉降观测点,定期观测栈桥的沉降变形情况。
(9)本栈桥桥面标高与两侧自己施工的临时栈桥桥台顺接,相对防洪标准较高,但在运行过程中