水上栈桥与施工平台施工方案要点.docx
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水上栈桥与施工平台施工方案要点
惠澳高速西枝江大桥
水上钢栈桥与钢平台专项施工方案
一、工程概况
西枝江大桥长湖岸位于马安镇双寮村，澳头岸位于三栋镇沙澳村外江元组，横跨西枝江，大桥两岸分布有G324国道、惠澳大道及众多乡村简易公路，交通网络发达，交通条件便利。
桥位区为西枝江冲积平原地貌，地形平坦，小河两岸地面高程12.6～14.8米。
西枝江河床开阔平坦，勘察期间河水水位为11.38～11.4米。
该桥为整体式桥梁，全长870米，上部构造为13×30m先简支后连续小箱梁+42+60+42m悬浇连续箱梁+11×30m先简支后连续小箱梁，下部构造采用柱式台配桩基础、柱式墩配桩基础，该桥桩基础全部按钻孔灌注桩设计。
本桥主桥平面位于直线段内。
（一）水系
西枝江地处莲花山脉，是东江一级支流，发源于紫金县竹坳，自上有杨梅水、小沥河、安墩水、楼下水、白花河、梁化河及淡水河等集水面积超过100Km2的直流汇入，于惠州市东新桥下注入东江，全长176Km。
（二）气象、水文条件
惠州市地处低纬度地区，属南亚热带季风气候区，高温、多雨、湿润、具有明显的干、湿季节。
据惠阳站雨量统计，多年平均降雨量166.0mm，最大年降雨量2296.3mm（1951年），最小年降雨量696.6mm（1963年）。
4～9月是暴雨较为集中的季节，约占全年暴雨日数的88.7%，又恰是连续暴雨，常引起山洪暴发，河水泛滥，毁坏房屋和农作物。
（三）地质条件
根据区域地质资料和本次勘察成果，桥位区无断裂构造分布；地表覆盖层为粉质黏土、粉砂、细砂及粗砂等，基岩主要为砂岩、砾岩及其互层，岩层稳定。
桥位区地表水、地下水对桥梁基础开挖影响较大；桥位处地下水、地表水对混凝土无腐蚀作用。
二、施工时间
钢栈桥、钢平台计划2010年11月30日开始施工，2011年2月30日完工，共计90天。
三、钢栈桥及钢平台施工
本工程主桥共有28个墩，其中6#～20#共15个墩位于西枝江河堤内，其中11#～17#共7个墩位于水中，其余8个墩在两边的河岸上，惠州岸3个，澳头岸5个。
根据现场施工条件，西枝江河堤内岸上墩拟采用筑岛的方式搭设便道和施工平台，水中墩搭设钢栈桥作为施工便道，搭设钢平台作为施工平台。
14#～15#墩之间60m不搭设钢栈桥留作通航水道。
根据桩基础及承台的布置情况，对筑岛、钢栈桥及钢平台分述如下：
（一）、筑岛布设
从两岸河堤用砂石铺一条宽6.5米的便道至河岸边，然后根据各墩位的布置情况用砂石筑施工平台与便道相连。
具体见《主桥钢栈桥、钢平台总体布置图》
（二）、钢栈桥布设
从西枝江两岸分别布置钢栈桥至14#、15#墩，14#～15#墩之间60米不设钢栈桥留作通航水道。
具体见具体见《主桥钢栈桥、钢平台总体布置图》
钢栈桥采用630×8mm的钢管桩作支承桩。
钢管桩的纵向布置中心间距12.0m，桩横向中心间距3.5米。
钢管桩顶横向连接采用2I25b工字钢，长度5.0米。
在2I25b工字钢顶布设两组贝雷片，贝雷片中心间距3.5米。
贝雷片顶纵向均布20b工字钢，间距0.75米。
20b工字钢顶横向满铺16#槽钢。
具体如图02、03
图02
图03
（三）、钢平台置设
根据桩基、承台及系梁的平面布置，分别在14#、15#墩搭设12.5×7.5m钢平台，在13#、16#墩，搭设11.7×3.8m的钢平台，在11#、12#、17#墩，搭设11.8×3.5m的钢平台。
用以施工桩基础及下部结构的作业平台。
钢平台13#、16#墩采用530×8mm的钢管桩作支承桩，11#、12#、14#、15#、17#墩采用430×6mm的钢管桩作支承桩；桩顶采用I45b工字钢横梁，横梁顶均布30b工字钢，间距0.75米。
平台面板采用6～8mm厚防滑钢板。
具体见图04、05、06。
图04
图05
图06
（四）、钢管桩桩基施工
钢管桩采用吊船配振动锤进行打设。
1、振动锤的选择
（1）振动锤应具有必要的起振力P0
P0≧0.6F
F---桩土之间摩阻力，根据栈桥计算书，F按400KN考虑。
则P0≧240KN
（2）振动体系应具有必要的振幅
振动沉桩时，只有当振动锤使桩发生振动的必要振幅A0使振动力大于桩周土的瞬间全部弹性压力，并使桩端处产生大于桩端地基的某种破坏力时，桩才能下沉。
A0=0.8N+1
A0=N/12.5
N---标准贯入击数。
按上两式计算取平均值，即可求出A0值。
桩下沉所必须的振幅为7～15mm。
（3）振动锤应具的必要频率
振动沉桩时，只有当振动锤的频率n大于自重作用下桩能够自由下沉时振动频率n0时，桩才能沉入预定的设计标高。
（4）振动锤应具有必要的偏心力矩
振动锤的偏心力矩KA0相当于冲击锤的垂参数。
因此，偏心力矩愈大，就愈能将更重的桩沉入至更应的土层中去。
必要的偏心力矩KA0=A0×（QB+GP）（KN.cm）
A0---振动锤的必要振幅，如前所述；
QB---振动锤重量，本工程按60KN。
GP---桩的重量，本工程最长桩重70KN。
（5）振动体系应具有降要的重量QB+GP
振动沉桩时，振动体系必须具有克服桩尖处土层阻力的必要的重量。
（6）振动锤应具有必要的振动力FV
FV=0.04n2M（KN）
另外，在选定振动锤时，还应根据桩径与长度，考虑以下一定时间完成的打入为宜。
2、振动沉桩施工要点
（1）振动锤：
选择45KW振动锤初打，60KW振动锤补打。
（2）接桩：
钢管桩的连接采用外拼及接头对接焊连接，对外拼板均匀布置6块，管桩对接时要保证管口平整、密贴。
焊条采用国产J502，焊缝厚度应满足要求。
应严格控制焊接质量，焊接强度不小于主材强度。
钢管桩对接必须顺直，顺直度允许偏差0.5%。
（3）开始沉桩时宜用自重下沉，待桩身有足够稳定性后，再采用振动下沉。
（4）桩帽或夹桩器必须夹紧桩头，以免滑动降低沉桩效率、损坏机具。
（5）夹桩器及桩头应有足够夹持面积，以免损坏桩头。
（6）沉桩过程中应控制振动锤连续作业时间，以免因时间过长而造成振动锤损坏。
（7）每根桩的沉桩作业，须一次完成，不可中途停顿过久，以免土的摩阻力恢复，继续下沉困难。
3、停锤控制标准
振动沉桩的停锤标准，应以通过度桩验证的桩尖标高控制为主，以最终贯入度作为校核。
如果桩尖已达标高而最终贯入度相差较大时，则应查明原因，研究后另行确定。
采用桩尖标高和贯入度双控的方法作为确定停锤标准。
本工程最终贯入度（最后连续三次振锤一分钟）按3cm/min控制或通过试桩确定贯入度控制标准。
4、出现异常情况的处理。
振动沉桩过程中，出现桩的偏移、倾斜或回弹（严重时），以及其他不正常情况时，均应暂停，并查明原因，采取措施方可继续沉桩。
5、测量控制
根据坐标定出桩基的纵横中心线。
施工中测量控制应注意下述几点：
（1）打一根桩复核一根，做好测量记录。
（2）测量人员应对桩的就位，垂直度和打设标高进行监测，确保施工精度。
（3）沉桩完成后，测量人员应根据轴线测出桩的平面偏位值，认真做好记录。
栈桥施工总的测量工作归纳为：
a、桩位测量；b、贯入度观测。
（4）贝雷桁架定位测量及复测。
（5）贝雷架挠度观测。
6、沉桩容许偏差
垂直度：
1%
桩位：
纵桥向40mm，横桥向50mm。
四、钢栈桥及平台架设
（一）、钢栈桥的架设
1、钢管的打入应在栈桥的同一直线上，钢管桩打入后，由测量人员测出钢管桩顶标高，割去多余的钢管桩，并在钢管桩上割槽，槽的大小应比2I25宽度宽2～3cm。
工字钢底与管桩接触处应焊接，同时应采用开槽割除的钢管加工成10cm宽（长度根据需要定）加劲环板把工字钢与钢管焊接定位，每根钢管焊4根四块加劲环板。
在钢管桩的槽口上栈桥横向架设5米长2I25工字钢。
2、横梁2I25b工字钢架设好后，在工字钢横梁上纵桥向设两组贝雷片，贝雷片横桥向间距3.5m。
贝雷片与2I25b工字钢之间采用槽钢[10固定。
3、贝雷片顶顺桥向按0.75米的间距均布I20b。
4、I20工字钢顶横桥向满铺槽钢[16，槽钢[16倒扣在I20工字钢上。
（二）钢平台的架设
1、在钢管桩打好后，应把握好低潮位时间，采用剪刀撑和水平撑加固钢管桩，水平撑和剪刀撑采用[10，交叉点焊接，撑与钢管桩采用钢板连接。
与钢管桩焊接之前，应将钢管桩焊接处除锈。
而且撑尽量在两条钢管桩的中心线上，以最大限度的达到受力要求。
钢管桩开槽与栈桥钢管相同，工字钢需要搭接位置的管桩开槽要能放置一根I45b。
其余与栈桥的要求一致。
2、在I45b上铺设I30b，间距为0.75m,铺设工字钢时考虑桩基的施工顺序，可以预留部分钢护筒的位置，其余的在以后施工中再逐渐拆除护筒位置的工字钢。
铺设好工字钢后必须马上进行加固。
3、在I30b工字钢上铺设防滑钢板，平台的面板采用6～8mm的钢板，钢板利用船吊安装，钢板边与工字钢要全面焊接，确保焊接强度达到要求。
横向和纵向相邻两块钢板之间应间隔3cm，保证满足热胀冷缩的要求，钢板的纵向边必须与槽钢焊接，在此处需要增加一根槽钢，其余的槽钢布置不能改变。
栈桥和平台搭设完毕后，设置安全护栏，护栏高度为1.2m，立杆的间距为2m，立杆焊接在工字钢上，立杆及扶手均采用φ48×3.5mm钢管，扶手与桥面之间设置两道φ16圆钢。
五、钢栈桥、钢平台验收
钢栈桥、钢平台验收从以下几方面考虑：
（一）、安全性、稳定性
从下到上开始检查：
1、检查钢管桩打入记录，看打入深度是否满足要求。
每根钢管桩入土深度需大于3.5米；
2、检查钢管桩顶横梁工字钢2Ⅰ25b与钢管桩之间的连接钢板焊接是否牢固，焊脚高度大于6mm，焊缝长度大于10cm；
3、检查钢管桩顶横梁工字钢2Ⅰ25b与纵梁贝雷梁之间的固定槽钢[10是否在每个钢管桩墩顶位置都进行了固定，槽钢与槽钢之间，槽钢与横梁工字钢2Ⅰ25b之间所有接触部位是否都进行了满焊，焊缝质量是否满足要求。
焊缝要求饱满，焊脚高度大于6mm，不能有焊渣、气空之类的情况。
4、检查纵梁贝雷梁与纵向均布工字钢Ⅰ20b之间每根是否都进行了卡扣连接，卡扣连接是否牢固。
5、检查纵向均布工字钢Ⅰ20b与纵向满铺槽钢[16之间是否进行了点焊，是否有漏点的情况。
6、检查钢平台钢管桩打入记录，看打入深度是否满足要求。
每根钢管桩入土深度需大于3.5米；
7、检查钢管桩顶横梁工字钢Ⅰ45b与钢管桩之间的连接钢板焊接是否牢固，焊脚高度大于6mm，焊缝长度大于10cm；
8、检查钢管桩顶横梁工字钢Ⅰ45b与顶部均布工字钢之间Ⅰ30b的点焊接是否牢固；
9、检查各槽钢斜撑与钢管桩之间焊接是否牢固，要求满焊，焊缝饱满，焊脚高度大于6mm，不能有焊渣、气空之类的情况。
10、检查贝雷梁斜撑与贝雷梁之间的螺栓连接是否牢固。
11、钢栈桥成桥后，用50T重车在栈桥上来回走两趟，测量观测变形。
水平摇摆幅度不能大于左右各2cm；跨中最大饶度必须小于L/400，即1200/400=3cm。
（二）、使用性
1、检查栈桥桥面宽度是否能满足过车和堆放材料要求；栈桥桥面宽度为6米；
2、钢平台顶面宽度必须大于4米，即钻机宽度2米，每边1米工作宽度。
六、钢栈桥受力计算
（一）、便桥结构简介
便桥结构见附图，便桥采用钢管桩基础，每排采用2根直径为630mm的钢管组成，钢管桩顶嵌入2Ⅰ25b工字钢作为横梁，横梁上纵桥向布置两组150cm高公路装配式贝雷桁架主梁，每组两片贝雷桁架采用90cm宽花架连接。
贝雷桁架上横铺Ⅰ20b工字钢分布梁，分布梁间距为75cm，分布梁顶沿顺桥向铺设[16槽钢桥面板。
（二）、便桥各主要部件的应力计算
便桥受力计算采用50T的重车进行验算，前轴每个取5T，每个后轴取20T，取后轴进行验算，在便桥横桥向分布如下，取最不利位置：
各主要部位受力，从下到上计算如下：
1、贝雷桁架纵梁受力计算
根据下面对横向分布Ⅰ20b工字钢梁的受力计算可以得知，两组贝雷桁架中的外侧贝雷片总有一片承受上拔力，贝雷片的受力极不均匀，取受竖直向下的最大荷载计算，单片贝雷架承受的最大荷载为7040×2=14080Kg（重车有两个后轴），按简支梁计算，
贝雷架的跨中弯矩最大值Mmax=14.08×12/4=42.24t.m，单片贝雷片容许弯矩为78.8t.m,所以贝雷桁架纵梁的受力能满足需要。
注：
贝雷片容许应力取值，取至《桥涵》下册页
单片贝雷片的抗剪能力为24.5t，通过下面对横向分布I20b工字钢的受力计算知其最大支座反力为8645Kg，两个重轴，此时贝雷片相当于在跨中作用8645×2=17290Kg的集中力，显然贝雷片的剪力等于8645Kg，小于该值24.5t，贝雷片抗剪能够满足要求。
2、钢管桩上横梁受力计算
横梁支撑在钢管桩上，其支点距离为350cm，按简支梁计算，其计算简图如下：
先计算P的值：
P=6m贝雷桁架重量及桥面系总重的1/8+后轴总重的1/4
=约2000Kg+10000=12000Kg
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的弯矩图如下：
最大弯矩Mmax数值为540000Kg.cm
σmax=
=
=639.5Kg/cm2=63.95MPa＜f=215Mpa
其抗剪能力不需计算，能够满足要求。
3、Ⅰ20b分布梁受力计算
1）、抗弯应力计算
重车采用两个后轴，每个后轴重20t，每侧分布宽度取为50cm，一侧按作用在分布梁跨中时为分布梁跨中的最不利受力。
分布线荷载q=10000/50=200Kg/cm。
其计算简图如下：
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的弯矩图如下：
跨中弯矩最大Mmax=332346.2Kg·cm
分布梁为Ⅰ20b工字钢，其截面抵抗矩W=250.2cm3
所以横梁的最大应力σmax=
=
=1328.3Kg/cm2
=132.8Mpa＜f=215Mpa
横梁抗弯应力能满足规范要求。
以上计算均为静载受力时的应力，考虑汽车荷载为动载，查荷载规范知动力系数为1.1，显然，考虑动载作用的最大应力值近似等于上述计算的弯应力乘以1.1，仍然小于规范要求的抗弯强度设计值。
215Mpa。
2）、抗剪能力计算
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的剪力图如下：
最大剪力为5807.8Kg，采用《钢结构设计规范》4.1.2式计算工字钢剪应力：
=
，式中:
V-----计算截面沿腹板截面作用的剪力
S-----计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩
I-----毛截面惯性矩
tw-----腹板厚度
V=5807.8KgS=146.1cm3I=2502cm4tw=1.1cm
=
=
=308.3Kg/cm2=30.8MPa＜fv=125Mpa（钢结构设计规范表3.4.1-1查得），所以Ⅰ20b工字钢抗剪能力满足要求。
3）、支座反力计算
横向分布I20b工字钢的支点约束反力采用清华大学结构力学求解器计算如下：
（其中结点编号参照上述计算简图）
反力计算
约束反力值（乘子=1）
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力合力
支座----------------------------------------------------------------------------------
结点水平竖直力矩大小角度力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
20.00000000-2616.885200.000000002616.88520-90.00000000.00000000
30.000000006809.063610.000000006809.0636190.00000000.00000000
60.000000009217.491160.000000009217.4911690.00000000.00000000
80.000000006590.330410.000000006590.3304190.00000000.00000000
----------------------------------------------------------------------------------------------
由上述计算可知，外侧贝雷片处的上拔力较大，为2616.88Kg，需做好横向分布梁与贝雷梁的卡扣连接工作，每根横向分布梁与贝雷梁的外接触点必须进行卡扣连接，每根横向分布梁与贝雷梁连接两处。
4）、挠度计算
采用清华大学结构力学求解器计算的最大挠度为0.05cm，0.05/260=1/5200＜[f]=1/400，挠度计算能满足要求。
4、顶面[16槽钢桥面受力计算
1）、[16槽钢抗弯能力计算
重车采用两个后轴，每个后轴重20t，由于每侧分布宽度为50cm，可以考虑作用在3片[16槽钢上面，在槽钢上的分布宽度（即轮压顺桥向长度）取为20cm，其分布线荷载q=10000/3/20=166.7Kg/cm。
其计算简图如下：
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的弯矩图如下：
跨中弯矩最大Mmax=35857Kg·cm
[16槽钢开口朝下，由于其对Y轴的界面抵抗矩上下不一样，开口侧的抵抗矩比腹板端要小很多，图中弯矩也是下口的数值大，所以只计算开口侧的应力即可。
其开口侧截面抵抗矩W=17.55cm3
所以横梁的最大应力σmax=
=
=2043Kg/cm2
=204.3Mpa＜f=215Mpa
所以桥面[16槽钢受力能满足要求。
[16槽钢考虑动载作用时的最大应力值近似等于上述计算的弯应力乘以1.1，σmax=204.3×1.1=224.7，略大于215，根据《钢结构设计规范》4.1.1，在主平面内受弯的实腹构件，考虑截面的塑性发展稀系数时，其抗弯强度需满足下式要求：
+
≤f，本题只有绕y轴弯矩作用，查表5.2.1知，对开口侧
=1.2,所以考虑截面的塑性发展时上面计算的应力值需除以1.2，所以σmax=224.7/1.2=187.25MPa＜f=215Mpa，所以考虑截面塑性发展时，桥面[16槽钢受力是能够满足受力要求的。
2）、[16槽钢抗剪能力计算
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的剪力图如下：
最大剪力为3006Kg，采用《钢结构设计规范》4.1.2式计算槽钢剪应力：
=
，V=3006Kg
腹板侧对中和轴的面积矩S1=15.45×1.05=16.22cm3
开口侧对中和轴的面积矩S2=7.52×2.17=16.3cm3
取S=16.3cm3I=83.4cm4tw=1cm
=
=
=588Kg/cm2=58.8MPafv=125Mpa
所以[16槽钢抗剪能力满足要求。
3）、[16槽钢支座反力计算
[16槽钢的支点约束反力采用清华大学结构力学求解器计算如下：
（其中结点编号参照上述计算简图）
结点约束反力合力
支座----------------------------------------------------------------------------
结点水平竖直力矩大小角度力矩
--------------------------------------------------------------------------------------------
10.00000000-251.1431560.00000000251.143156-90.00000000.00000000
20.000000001951.980900.000000001951.9809090.00000000.00000000
30.000000001723.949400.000000001723.9494090.00000000.00000000
40.000000002907.415730.000000002907.4157390.00000000.00000000
50.00000000331.6296110.00000000331.62961190.00000000.00000000
--------------------------------------------------------------------------------------------
由上述计算可知，[16槽钢上拔力只有251Kg，槽钢与I20b工字钢之间只需点焊即满足要求。
五、桩基施工平台受力计算
（一）、次梁30b工字钢
桩基荷载：
冲锤120KN，桩机135KN，按前轴0.7进行计算，桩机主梁间距2.0m，滚轮间距6.0m。
平台取14#、15#墩平台进行计算。
其计算简图如下
D=（1.2x135x0.7+1.4x120x0.7）/2=115.5KN
1）、弯矩计算
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的弯矩图如下：
跨中弯矩最大Mmax=14437.5KN·cm
分布梁为Ⅰ30b工字钢，其截面抵抗矩W=534.4cm3
所以横梁的最大应力σmax=
=
=27.0KN/cm2
=2.7Mpa＜f=215Mpa
横梁抗弯应力能满足规范要求。
2）、抗剪能力计算
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的剪力图如下：
最大剪力为115.5KN，采用《钢结构设计规范》4.1.2式计算工字钢剪应力：
=
，式中:
V-----计算截面沿腹板截面作用的剪力
S-----计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩
I-----毛截面惯性矩
tw-----腹板厚度
V=115.5KNS=312.3cm3I=7481cm4tw=1.3cm
=
=
=4.14KN/cm2=0.4MPa＜fv=125Mpa（钢结构设计规范表3.4.1-1查得），所以Ⅰ30b工字钢抗剪能力满足要求。
（二）、平台主梁45b工字钢的计算
均布荷载：
q=11.5.5x2/5.85=39.5KN/m
弯矩：
M=ql2/8=39.5x5.852/8=168.9KN.m
剪力：
Q=ql/2=39.5x5.85=230KN
弯曲应力：
σmax=M/W=168.9x103/2x1500x10-6=56.3Mpa<[σw]=145Mpa
主梁受弯满足要求。
剪应力：
Тmax=QS/Ib=（230x103x887x106）/（2x33759x10-8x0.012）
=25.1Mpa<[T]=85Mpa
变形;
f=5ql4/384EI=（5x39.5x103x5.854）/（2x384x2.1x1011x33759x10-8）
=0.01<[f]=l/400=0.0146
（三）、钢管受力计算
1、钢管桩竖向受力计算
P=115.5KN
采用D260振锤，激振力为485KN>115.5KN
2、钢管桩在水流冲击下稳定计算
钢管桩水阻力R1
按文献《公路桥涵设计规范》P39公式（2.3.10）知：
R1=K·A·（rv2/2g）（KN）……………………
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