教学设计14固定式作业平台设计及施工工艺.docx
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教学设计14固定式作业平台设计及施工工艺
固定式作业平台设计及施工工艺
1前言
对于跨越海湾、江河、湖泊、水库的水上桥梁工程，当基础采用钻孔灌注桩等非打入式结构且无法采用筑岛方式施工时，搭设固定式作业平台是解决基础施工设备作业平台的常用方法。
为规范固定式作业平台的结构设计及施工工艺，特编制本标准施工工艺。
2工艺特点
（1）固定式作业平台受水文条件影响小，且通过栈桥等辅助设施施工机械方便就位或退出。
（2）平台整体稳定性好、承载能力大，具体结构可根据施工机械设备配置和地质、水文等实际情况确定。
（3）平台搭设施工方便，机械设备配套要求不高。
3适用范围
对于跨越海湾、江河、湖泊、水库的水上桥梁工程，当基础采用钻孔灌注桩等非打入式结构且无法采用筑岛方式施工时，均可采用本标准工艺。
4工艺原理
固定式作业平台是水上桥梁基础施工的作业平台，平台结构通常采用钢管桩基础、型钢分配梁、贝雷桁架或型钢梁部及花纹钢板桥面板的结构型式；钢管桩之间、钢管桩与钢护筒之间焊接剪刀撑，以使其成为一个整体，增加平台的稳定性。
平台施工采用汽车吊（或浮吊）配振动锤插打钢管桩、汽车吊（或浮吊）配人工进行梁部及桥面板安装。
5固定式作业平台结构设计与检算
为便于阐述固定式作业平台结构设计与检算，本标准工艺以广珠城际铁路西江特大桥固定式平台为工程载体。
其它工程项目需使用固定式平台时可参照该结构并通过计算分析最终确定各分部结构。
5.1固定式作业平台结构设计
5.1.1作业平台结构设计总体方案
基础采用Φ1000×10mm钢管桩，钢管桩之间用剪刀撑连接。
钢管桩顶部开口布置2I56a工字钢做下横梁，横梁上布置贝雷梁（或直接在横梁上铺设I32a工字钢），贝雷梁上再铺设I32a工字钢，最后是平台面板（δ=10mm的防滑钢板）和栏杆的附属设施的施工。
待整个工作平台形成后，在工作平台四周布置拉锚，增强工作平台的整体稳定性，并根据实际需要在平台边搭设转运码头。
若无栈桥连接陆地，可铺设一根水下电缆供钻孔桩施工用电。
5.1.2作业平台分部结构设计
（1）基础。
钢管桩采用壁厚10mm的钢板在钢结构加工场卷制成Φ1000mm的钢管桩，利用150t浮吊吊挂击振力为90t的振动锤插打工作桩。
工作桩打入强风化岩层2.5～3.0m，工作桩平均长度约45m。
具体布置见图1。
在钢管桩水面以上部分焊接剪刀撑，将工作桩纵横向连接成整体，增加稳定性。
图1 钢管桩平面布置图
（2）承载分配梁。
承载分配梁包括桩顶分配梁、纵梁和横向分配梁。
其中，桩顶分配梁采用2I56a工字钢，在钢管桩顶开口（开口处应做加固处理）布置；纵梁采用贝雷梁（也可采用型钢），贝雷梁布置情况见图2；在贝雷梁上铺设I32工字钢作为横向分配梁，间距为@=25cm。
纵横向分配梁的间距均根据受力要求确定。
图2贝雷梁布置图
2I56a工字钢与钢管桩之间用牛腿加强，牛腿与钢管桩、工字钢连接应焊接可靠。
贝雷梁在拼装时，插销应安装贝雷梁配套的保险销，并保证可靠连接；贝雷梁与横梁焊接角钢限位；双排贝雷梁之间采用支撑架连接。
I32工字钢铺设时，在工字钢底面焊接角钢连接工字钢成为整体。
（3）平台台面板。
施工平台台面板采用δ=10mm的防滑钢板。
面板与工字钢之间采用间断焊焊接，并保证在施工荷载作用下不会发生翘曲变形。
在平台面板铺设完成后应划分车道，并标示出重车范围，以确保施工安全。
（4）平台附属设施。
1）转运码头。
当平台与陆地之间没有栈桥连接时，平台边上设置转运码头，以方便起吊设备及各种车辆上下平台；转运码头的结构与施工平台基本相同，但其顶面必须设置成斜面，并且考虑到设备上下的水平力作用，特别需要注意各层结构之间的连接应该牢固，不能出现悬空现象。
2）栏杆。
沿施工平台的四周应设置栏杆，防止施工作业人员落水。
3）照明设施。
当平台与陆地之间没有栈桥连接时，应铺设水下电缆至平台，保证施工设备用电需要；并在平台的适当位置设置足够的配电箱、照明设施。
5.2固定式作业平台结构检算
5.2.1作业平台结构检算的依据
（1）桥梁工程总体施工方案。
（2）现行桥梁设计、施工技术规范。
（3）现行钢结构设计、施工技术规范。
Q235钢材许用应力：
轴向应力：
[σZ]=140MPa 容许应力提高系数1.3[σZ]=140×1.3＝182MPa
弯曲应力：
[σZ]＝145MPa 容许应力提高系数1.3[σZ]＝145×1.3＝188.5MPa
剪应力：
[τ]=85MPa 容许应力提高系数1.3[τ]＝85×1.3＝110.5MPa
（4）工程所在区域的工程地质、水文等环境资料。
5.2.2荷载组合
施工平台的荷载应根据本工程总体施工方案确定。
一般情况下，施工平台的荷载有桩基钻孔设备及配套设备、起吊设备和施工人员以及临时堆放的材料等。
由于本施工平台上需使用150t履带吊进行钢筋笼其吊等作业，该设备作用在平台荷载为控制荷载，因此，施工平台和码头分别按150t履带吊走行和起吊作业时的荷载标准计算。
流水作用力按最大水流速度为1.5m/s考虑，对平台的影响主要体现在局部冲刷。
（1）上部结构恒载。
施工平台上的恒载主要包括防滑钢板、型钢分配梁和贝雷桁架三个部分。
各项荷载具体情况如下：
1）δ10防滑钢板 9×7.5×0.01×7.85；
2）Ⅰ32a横向分配梁11×25×52.7/（1000×9）；
3）贝雷梁。
贝雷梁主要结构为：
上下弦杆2[10，腹杆和斜杆用8号工字钢，剪力由斜杆承担。
贝雷梁的主要技术参数为：
A：
双排单层普通型性能参数：
自重5.83kN/m，许用弯矩M=1576.4kN·m，许用剪力Q=490.5kN，B：
.双排单层加强型性能参数：
自重8.2kN/m，许用弯矩M=3375kN·m，许用剪力Q=490.5kN，C：
三排单层普通型性能参数：
自重7.8kN/m，许用弯矩M=2246.4kN·m，许用剪力Q=698.9kN。
.
（2）活载。
施工平台的活载主要包括150t履带吊及吊重、人群及小型机具荷载两个部分。
为避免荷载过于集中，活载分布进行两点限制：
一是在履带吊工作相邻跨内，不布置其它重车；二是由于150t履带吊荷载太大，在施工平台上应限定履带吊吊装作业只能在横桥向施工平台上，且履带长度方向垂直Ⅰ32a工字钢长度方向。
各项荷载具体情况如下：
1）150t履带吊自重：
1500kN。
履带吊纵向履带长6.5m、横向履带中心间距5m、履带宽度1.1m，如图3所示。
图3履带吊示意图
2）人群、机具荷载：
3kN/m2
q2=3×7.5＝22.5kN/m
3）吊重：
800kN。
5.2.3作业平台分部结构检算
（1）平台台面板。
（2）承载分配梁。
1）贝雷梁计算
①贝雷梁计算工况B-1：
履带吊吊重工作状况。
工况B-1-1：
履带吊在图示位置是贝雷梁最不利工况，按两跨连续梁计算B点处贝雷梁受力，
图4 贝雷梁计算模式（工况B-1-1）
此工况剪力：
。
从贝雷梁的以上两种计算结果表明贝雷梁是受剪力控制，应选四排单层普通型贝雷梁（即三排单层普通型贝雷梁再加一排）。
②贝雷梁计算工况B-2：
履带吊行走工况
当履带吊行走时一半的力直接作用在贝雷梁上，贝雷梁受力模式如图7：
图7 贝雷梁计算模式（工况B-2）
2）2I56a工字钢横梁计算。
①工况I56a-1：
履带吊吊重工作工况
图8 2I56a工字钢计算模式（工况I56a-1）
图8中E点支座反力为桩顶最大荷载
，将其集中作用在钢管桩上。
如图9所示：
②工况I56a-2：
钢护筒导向架荷载作用在工字钢横梁上
导向架放在横向2I56a工字钢横梁上，按四跨连续梁（7.5m+6m+6m+7.5m），最大跨度为7.5m，承受荷载为钢护筒重量800kN，按单面承重P=400kN计算。
工况I56a-2-1：
导向架重心位置如图10所示。
计算结果为：
工况I56a-2-2：
导向架重位置如图11所示。
计算结果：
由上述两种计算可得2I56a工字钢梁受力最大为404.32kN。
2I56a工字钢梁最大跨径为7.6m，考虑钢管桩直径，可按6.6m计算。
受力模式见图12。
计算结果：
计算结果均满足要求。
3）I32a工字钢横梁计算。
工字钢按200mm间距布置，荷载计算分两种工况：
①工况I32a-1：
履带吊吊重在贝雷梁7.6m跨中间，荷载按三跨连续梁计算。
支座反力：
，I32a工字钢梁受力见图13：
图13 I32a工字钢计算模式（工况I32a-1）
②工况I32a-2：
履带吊空载运行在施工平台
履带吊履带宽度1.1m，按每边履带下密布5根I32a工字钢计算，I32a顺桥向最大跨距为7.6m。
I32a工字钢梁与δ10mm厚防滑钢板组合形心
，惯性矩
，抗弯截面模量W＝692500。
其受力情况见图14。
图14I32a工字钢计算模式（工况I32a-2）
根据计算结果得：
I32a工字钢按中心距200mm密布在贝雷梁上，总体满足要求。
但应在工字钢下方通过型钢将工字钢按剪刀架方式联接为整体，增加整体性及横向刚度。
（3）基础。
桩顶荷载
，钢管桩选型为：
φ1000×10。
1）方法一：
摩擦支承桩轴向承载力。
式中
满足要求（桩长45m，桩尖进入局部冲刷线以下2m）。
2）方法二：
用砂填实的钢管桩。
用砂填实的钢管桩φ1000×10mm的容许承载力
式中 φ=0.73
3）方法三：
按压弯构件计算。
①工况一：
单根沉桩完成时，桩处于悬臂状态。
此工况时，钢管庄承受水平荷载主要为流水力，流水速度V=2.31m/s，轴向荷载为钢管桩自重
。
轴心受压构件稳定系数φ=0.373
②工况二：
工作桩桩顶被横向联接结后。
此工况时，工作桩按两端铰接计算。
满足要求
（4）平台附属设施码头.
由于有防滑钢板所以不考虑摩擦力不足问题。
取水平平面计算，没有考虑坡度问题，本次只计算横梁，横梁材料为2I56a。
活载：
P＝1500／2＝750kN，计算模型见图15。
按贝雷梁计算工况1计算出码头纵梁最大线形荷载：
图15 码头贝雷梁计算模型
计算结果：
6固定式作业平台施工总体方案、工艺流程及操作要点
6.1施工总体方案
钢管桩打设利用150t浮吊挂击振力为90t的振动锤进行。
利用两艘定位船定位150t浮吊到预定位置，浮吊吊挂击振力为90t的振动锤，按先上游后下游、先岸侧后江侧的原则，依次插打Φ1000×10mm工作桩；钢管桩打设后焊接剪刀撑，增强已插打完成工作桩的整体稳定性。
待插打完成8排工作桩（每排7根共计56根工作桩）后，架设2I56a工字钢做下横梁、贝雷梁做纵梁，铺设I32a工字钢做上横梁，δ=10mm的防滑钢板做面板。
测量放线，固定导向架，插打钢护筒；四根钢护筒插打完成后将其与工作桩刚性连接。
待整个工作平台形成后，在工作平台四周布置拉锚，增强工作平台的整体稳定性。
并在工作平台四周用φ60mm、φ40mm钢管布设栏杆。
最后铺设一根水下电缆供钻孔桩施工用电。
6.2施工工艺流程图
见图16。
图16 固定式作业平台施工工艺流程图
6.3施工操作要点
6.3.1钢管桩基础施工
（1）钢管桩制作。
工作桩用壁厚10mm的钢板在钢结构加工场卷制成外径为1.0m的钢管。
（2）钢管桩运输。
制作验收合格的工作桩，首先用平板车运送至码头，然后两台吊车起吊上船，采用驳船运输至墩位处。
（3）钢管桩打设（含振动锤选型）。
1）振动锤选型。
根据钢管桩的承受能力和荷载最大值选用振动锤类型，插打钢管桩至不能下沉为止。
2）确定打桩顺序。
钢管桩在施工之前还必须确定好打桩顺序，防止先施打的桩妨碍后续的桩施工。
钢管桩插打总体按照先上游后下游，先岸侧后江侧的施工顺序进行。
3）施工放样。
钢管桩插打前应进行准确放样，钢管桩的平面误差应控制在10cm以内。
为了后续工作中的下放双壁钢吊箱能顺利进行，与钢护筒相邻的工作桩，精度应提高至5cm以内。
4）打桩船就位。
按照确定的打桩顺序进行打桩船的抛锚定位，抛锚的方法是，打桩船的首尾各抛两只锚，呈“八”字形，另外还要在船尾抛设一只带前进缆的锚，吊桩及桩位的调整就依靠这5根锚缆进行。
抛锚定位总的原则是，所有的锚缆不得影响已经施打完毕的桩，否则，打桩船就需要重新抛锚定位。
同时还应该方便运桩船喂桩。
5）沉桩。
打桩船抛锚定位完成后，后退让出空间。
然后运桩船将桩运至打桩船船首处，由打桩船上的两只吊钩将要打得桩两点吊起，并将其竖起，放入河中，由测量组控制，调整钢管桩的垂直度和桩位坐标。
采用一台全站仪和一台经纬仪来进行控制钢管桩垂直度。
钢管桩的平面位置及垂直度调整完成后，开始压锤，依靠钢管桩自身及打桩锤的重量将其压入土层，当测量复测桩位及倾斜度偏差满足要求后，开始锤击。
钢管桩在未入土之前处于悬臂状态，在水流力的作用下，会产生一定的挠度，计算其挠度最大值。
所有钢管在施打过程中不需要设置下拉缆，其在水流力的作用下摆动较小，不需要采用稳桩措施。
（4）横向连结系制作、安装。
钢管桩施打完毕后，即可进行剪刀撑得焊接，此时用小船辅助，施工人员除穿救生衣安全帽外，尚需系安全带（平台安装最危险阶段就是剪刀撑得安装，因单根桩自由长度大，挠度大，且人员没地方站）。
用浮吊吊装时可一点吊，使角钢的一头先下到位用限位板和节点板连接，然后另一头下放，以便于就位准确和上人施焊。
6.3.2承载分配梁制作、运输、安装
（1）分配梁制作。
分配梁制作和贝雷梁组装应严格按照设计要求进行。
2I56a横梁中间焊接加劲板，加劲板与加劲板焊接，使两个工字钢连接为一个整体。
贝雷片在码头用吊车吊装，组拼成双排单层式的桁架。
桁架用销子连接，同时安装好保险扣。
（2）分配梁运输。
横梁和贝雷梁采用吊车起吊，平板车转运至码头，然后采用驳船运输至施工地点。
（3）分配梁安装。
钢管桩按设计标高和开口切割后，浮吊起吊横梁放置在钢管桩上，横梁下焊接牛腿与钢管桩连接。
横梁上放置贝雷梁。
安装贝雷架时注意贝雷桁架的节点应放在2I56a横梁上，贝雷桁架用20mm厚钢板割制成U型卡使之与横梁固定，在纵横方向的节点上均设置固定点，使桁架在平面位置上不能移动。
桁架之间的上、下弦用角钢L75×75×10mm和螺栓在贝雷片的销节点连接。
贝雷桁架上I32a工字钢分配梁安装时应注意控制间距和整体性连接质量。
6.3.3平台台面板制作、运输、安装
平台台面板采用δ=10mm的防滑钢板，在工厂集中制作；制作过程中应严格按照设计图纸要求做好质量控制。
平台台面板运输采用汽车调配合，平板车和驳船分别进行陆上和水上运输。
面板铺在I32a工字钢上，并与工字钢分段焊接，防止面板滑动。
6.3.4平台附属设施制作、运输、安装
平台附属设施在工厂集中制作；制作过程中应严格按照设计图纸要求做好质量控制。
平台附属设施运输采用汽车调配合，平板车和驳船分别进行陆上和水上运输。
平台附属设施现场安装应严格按照设计图纸进行，注意钢管与工字钢焊接质量。
6.3.5平台拆除
平台拆除的工序与搭建时刚好相反。
先拆除面板及附属设施，然后拆除承载梁。
最后采用浮吊拔出所有的钢管桩。
7主要施工机械设备配备
见表1。
表1 主要施工机械设备配备表
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
震动锤
120型、90型
个
各1个
2
吊车
25T
辆
2
3
柴油发电机
500kW
台
1
4
交流电焊机
500kVA
台
8
5
弯曲机
￠6-￠38
台
8
6
切断机
￠32
台
8
7
浮吊
150t
艘
1
水上吊装
8
运输船
300m3
艘
3
9
交通船
艘
1
10
千斤顶
200t
套
16
11
定位船
300m 3
艘
2
12
卷板机
台
1
13
潜水设备
套
2
14
平板车
12t
台
3
8工程质量控制标准、保证质量的技术措施
8.1工程质量控制标准
固定式施工作业平台为临时结构，其施工可参照现行的桥梁钢结构和基础工程设计、施工及验收标准。
8.2保证工程质量的技术措施
施工过程中应严格按照国家和地方政府质量管理、标准的法律、法规等有关规定组织施工，切实做好以下几个方面的工作：
（1）开工前认真编写作业指导书，并向全体施工人员进行全面技术交底，明确该项工程的设计要求、技术标准、施工方法、与其它工程的关系和施工注意事项。
（2）施工中进行自检、互检、工序交接检查，做到上道工序不清，不准进入下道工序施工。
施工中明确责任，检查和交接都持有互相签认字据，为施工分析留下证据。
施工过程的质量控制要通过“跟踪检测、复测、抽样检验”三级检测制度来实现，对工班作业检测由专业人员跟踪检测，试验室进行复测和抽样检测。
通过对施工过程的质量检验达到及时解决问题的目的，为全过程质量控制创造条件，为工程竣工验收打下基础。
（3）钢管桩打设的平面位置、倾斜度、最终灌入度控制及整体性连接质量是固定式作业平台的关键，应安排专人负责。
（4）贝雷梁的组装方法和现场的整体性连接要求严格设计要求进行，安排专人负责过程控制。
9工程施工的重大危险源及保证施工安全的技术措施
9.1工程施工的重大危险源
水上作业时，风浪较大，应当注意失足掉入河中。
过往船只对施工平台的威胁，应当注意船只冲撞平台而引发事故。
9.2保证施工安全的技术措施
施工过程中应严格按照国家和地方政府安全生产的法律、法规等有关规定组织施工，切实做好以下几个方面的工作：
（1）施工前，与当地航道部门联系，商定有关航运和施工的安全事项，发布通航公告。
（2）定时与当地气象、水文站联系。
当六级以上大风时，停止工作，并检查加固水面上的船只和锚缆等设施。
如确有需要继续作业时，采取有效措施。
（3）水上施工应设立明显的航标，以确定施工范围。
（4）施工使用的各种船只，按航政部门规定设置航运标志，并备有救生、消防及靠绑设备。
并加以保管。
（5）水上施工设专用救生船，并派人值班。
（6）船上在夜间应有照明设备，没有照明设备的船只，应备有防风灯及电池灯具。
（7）运料船在作业船附近作业时，防止锚缆挂住叶轮和船舵被打坏。
（8）作业人员乘坐交通船时穿好救生衣，并服从船长的指挥。
（9）船头、船尾、船帮上不站立和骑坐，非驾驶人员，不得私自操作。
（10）船按规定吨位装卸，不偏载。
装载的料具符合安全规定。
船到位后，靠稳拴好，搭好跳板后，方可卸料。
（11）料船之间的空隙，铺脚手板，或挂安全网，防止人员落水。
（12）遇有雾天雷暴雨使视线不清时，作业船只显示强烈灯光信号，并鸣锣、敲钟、喊话，引起过往船只的警惕。
（13）定位船锚定后，派人昼夜值班。
（14）上游失去控制的船只或巨大漂浮物威胁作业船只安全时，立即派出机动船协助避让。
（15）作业船只航行中认真了望。
当来往船只动态不明或声号不统一时，立即减速停车。
必要时开倒车。
（16）施工期间，在西江上下游（距离墩位约500m）处设置航道警示船，提示往来船舶安全行驶；在施工区域悬挂醒目的施工标志和旗帜，并安置安全警示灯。
（17）所有水上施工必须穿戴安全帽、救生衣和系安全绳。
10工程施工的重大污染源及保护环境的技术措施
10.1工程施工的重大污染源
施工垃圾和油污对河道的污染是平台施工中的重大污染源。
10.2保护环境的技术措施
施工过程中应严格按照国家和地方政府环境保护的法律、法规等有关规定组织施工，切实做好以下几个方面的工作：
（1）制定详细的环境保护措施，建立严格的检查制度，避免人为恶化环境。
保护好铁路沿线的植被、水环境、大气环境、自然生态环境、土壤结构，维护生态平衡系统。
（2）油和废油的管理：
施工机械维修、油料存放地面应硬化，减少油品的跑、冒、滴、漏，所有油罐要有明显的标志，在不使用时要密封；对施工水域中的机械进行定期的检查，排除机械漏油事故的发生；严禁随意倾倒含油废水，应集中处理。
严禁将生活污水直接排放至江河中，含油废水经隔油池处理后排放，防止油污染地表和水体。
施工垃圾定点堆放，集中统一处理；生活污水经化粪池处理后排放。
11结语
本标准施工工艺是在我公司承建的广珠城际铁路西江大桥等几座桥梁深水基础施工经验总结的基础上编写而成，具有较好的适用性、经济性。
但由于各座桥梁施工环境、施工设备选型等的不同，该施工工艺还是需要针对其特点进行必要的调整。
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