三丘田灌注桩施工平台计算书.docx

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三丘田灌注桩施工平台计算书

轮渡码头扩建及配套工程

（鼓浪屿轮渡候船平台及三丘田码头扩建工程）

灌注桩施工平台

结

构

计

算

书

计算：

审核：

编制时间：

2011年12月20日

中交三航局鼓浪屿轮渡候船平台及三丘田码头扩建工程项目经理部

第一章施工平台计算说明

一、设计依据

二、主要技术标准

三、技术规范

四、主要材料

五、设计要点

六、结构计算内容

七、使用注意事项

第二章施工平台结构计算书

一工程概况

二设计参数

三［20槽钢计算

四纵梁工字钢I36计算

五桩顶横垫梁（工字钢I36）强度验算

六钢管桩竖向承载力计算

七、平台的稳定性验算。

八、平台抗9级风稳定性验算

第一章施工平台计算说明

一、设计依据

本施工平台上部纵、横梁采用I36b和3I36b的工字钢，下部桩基采用Φ630×8mm钢管作为桩基础，满足平台的使用功能要求。

二、主要技术标准

1、桥梁用途：

满足本工程项目冲孔灌注桩施工使用的钢平台，使用寿命为3个月。

2、设计单跨标准跨径5.5m～6m。

3、设计荷载：

①成孔桩机（100KN/台），②500KN履带吊车，③材料堆放及电缆等荷载：

2KN/m。

本设计未设人行道荷载，暂不考虑人群荷载。

4、平台面标高：

与老驳岸齐平（轮渡扩建平台为+7.3m；三丘田码头为+7.5m）。

5、设计风速:

24.4m/s（9级风20.8～24.4m/s）

三、技术规范

1、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89。

2、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵结构及木结构设计规范》JTJ025-86。

3、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）。

4、中华人民共和国交通部战备办《装备式公路钢桥使用手册》（交通部战备办发布，1998年6月）。

5、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000。

四、主要材料

1、钢材

钢管桩采用Q235A钢板卷制，其技术标准应符合国家标准（GB699-65）的有关规定。

型钢应符合国家标准（GB2101-80）的有关规定。

钢材容许应力及弹性模量

按JTJ025-86标准（page4页表1.2.5）

A3钢（Q235）：

弯曲应力[σw]=145MPa

剪应力[τ]=85MPa

轴向应力[σ]=140MPa

弹性模量E=2.1*105MPa

16Mn钢：

弯曲应力[σw]=210MPa

剪应力[τ]=160MPa

轴向应力[σ]=200MPa

弹性模量E=2.1*105MPa

五、设计要点

本施工平台计算简支梁计算。

设计单跨标准跨径5.5～6m。

本平台基础为打入式钢管桩，单桩允许承载力[P]（计算时按壁厚7mm计算，以确保安全）计算：

取Φ630×8mm螺旋焊钢管材料进行验算，壁厚按δ=7mm进行计算，其钢管截面特性如下：

A=136.935cm2

I=66477.84cm4

i＝22.03cm

W=2109.3cm3

M＝107.5Kg/m

单根φ630mm，δ=7mm钢管截面承受的允许压力[N]

[N]＝（A×[σ]）

＝136.935×10-4×140×103＝1917kN

由于钢管桩为压杆，要考虑压弯失稳，故进行稳定性校核

按两端铰支计算钢管稳定容许应力，则μ=1。

该处钢管最大自由长度为L＝6.69m（根据勘测资料从强风化岩面标高在-1.5～+1.5之间，取强风化岩面起至钢管墩顶止0～+6.69）。

则有：

λ＝μL/i＝1×6.69/0.2203=30.36＜λ0=60（Q235钢λ0取60）；

故此处钢管桩为小柔度压杆，应按强度问题计算。

上式中λ——长细比（或柔度）；

μ——压杆的长度系数，该处取μ＝1；

L——压杆的自由长度，该处L=6.69m；

i——压杆对轴的惯性半径，该处i＝0.2203；

[σ]——压杆材料的容许应力，钢管＝140MPa

φ——压杆稳定系数。

由上面λ＝30.36；fy/235=1；钢管按a类截面，查《钢结构设计规范》得，φ＝0.95。

按照路桥施工计算手册表12-2公式，则钢管稳定容许应力：

[σ]ω＝φ[σ]＝0.95*140＝133MPa

单根钢管的稳定容许压力：

[P]＝[σ]ω·A＝133×106×136.935×10-4＝1821.2kN

式中：

[σ]ω——钢管的稳定容许应力（由上式求得）；

A——钢管壁的横截面面积（直径0.63m，壁厚0.007m）

故单根钢管稳定允许承载力[P]=1821.2kN，所以后续检算钢管的竖向荷载必须小于[P]＝1821.2kN。

六、结构计算内容

结构计算书中，荷载按成孔桩机（100KN/台），500KN履带吊车，水管及电缆等其他荷载：

2KN/m。

本设计未设人行道，荷载暂不考虑人群荷载。

按最不利情况进行布载和荷载组合。

轮渡扩建平台灌注桩平台上部采用贝雷纵梁上铺设方木，三丘田灌注桩平台将贝雷纵梁和方木换为用［20槽钢满铺，验算时按三丘田的布置验算。

单跨标准跨径6m计算如下内容：

1、［20桥面板计算

2、纵梁工字钢I36计算

3、桩顶横梁（工字钢I36）强度验算。

4、钢管桩竖向承载力计算。

5、平台的稳定性验算。

6、平台抗9级风稳定性验算。

七、使用注意事项

在平台施工过程中，大于9级风时平台停止使用，过后必须对平台作全面检查后方可恢复工作。

平台使用期必须经常检查平台状况，如有异常情况，必须查明原因，经处理后方可继续使用。

严禁外来荷载碰撞平台，严禁在平台上进行船舶系缆。

第二章施工平台结构计算书

一、工程概况

轮渡码头扩建及配套工程涉及鼓浪屿上两个码头的扩建及相关配套工程，分别为：

鼓浪屿轮渡候船平台扩建工程和鼓浪屿三丘田码头扩建工程。

鼓浪屿轮渡候船平台扩建工程是在原鼓浪屿轮渡码头候船平台西北侧海域扩建候船平台1座，平台呈三角形布置，采用高桩平台结构，桩基为φ1000mm灌注桩，共50根。

三丘田码头扩建工程新建65m×28m轮渡码头平台1座（桩基为φ1200mm灌注桩，共32根），通过1座56.5m×16m人行引桥和新建码头平台及已建驳岸相连（人行引桥桩基为φ1000mm灌注桩，共38根，新建码头平台桩基为φ1000mm灌注桩，共36根）。

本工程地质特征为全分化和强分化岩，桩基护筒直接打入岩层有一定的难度，且本工程的工期只有180天，因此平台搭设成功与否成为整个工程最为关键的一步。

为确保工程施工进度满足要求，需加大桩机数量，基本上安排每三根桩一台机。

同时为了搭设灌注桩护筒，需在平台上行走50t履带吊。

平台上的荷载主要考虑施工荷载包括机械设备、打桩应力、材料堆放等。

平台采用全平面设计，整个码头范围均搭设施工平台结合考虑以上因素，需要全面搭设平台才能完成施工任务，三丘田平台搭设面积为3600m2，轮渡平台搭设面积为1700m2，见冲孔桩平台平面布置图。

平台结构从上至下依次为［20槽钢，I36b工字钢纵梁，3I36b工字钢横梁，桩基为Φ630×8mm钢管桩，平台顶面标高为▽+7.5米。

平台设计荷载：

成孔桩机（100KN/台），500KN履带吊车，堆货及电缆等荷载：

2KN/m。

本设计未设人行道荷载暂不考虑人群荷载。

计算按6米跨径简支梁计算。

二、设计参数

1、荷载

⑴.恒载：

[20b槽钢线荷载：

25.8㎏/m=0.0258t/m=0.258KN/m

I36b纵梁线荷载：

65.6kg/m=0.0656t/m=0.656KN/m

⑵.活载：

①500KN履带吊机（QUY50A）

总重500KN，并吊重物为120KN，重物冲击系数为1.3，履带尺寸4.66m×0.76m，见尺寸图。

②成孔桩机

总重1500KN。

三、[20b槽钢检算

平台面板由[20b槽钢满铺，底部纵梁跨径为1.5m，成孔桩机和履带吊不可能同时作用在同一跨上，取500KN履带吊机（QUY50A）作业时验算[20b槽钢的抗弯和抗剪强度。

工况一、履带吊垂直于[20b槽钢且作用槽钢跨中时

单根[20b槽钢自重：

q1=0.258KN/m,

计算500KN履带吊机（QUY50A）时：

履带的着地宽度及长度为0.76×4.66m，吊机工作时吊重120×1.3＝156KN（吊重冲击系数μ取0.3），吊机自重500KN，履带吊单边履带覆盖槽钢根数4.66/0.2=23.3,取23根。

单根[20b槽钢上活载q2=（156+500）/（2×0.76×23）=18.76KN/m

按1.5m跨径简支梁计算

（1）弯距：

Mmax=4.06KN.m。

（2）剪力：

Qmax=7.32KN

（3）截面应力

σ=M/W=4.06*103/（25.9*10-6）=156.8MPa＜1.3*145MPa（临时设施系数提高1.3）

τ=Q/A=7.32*103/（32.8*10-4）=2.23MPa＜85MPa

满足规范要求

工况二、履带吊平行[20b槽钢作用于槽钢正上方时

单根[20b槽钢自重：

q1=0.258KN/m,

履带吊单边履带覆盖槽钢根数0.76/0.2=3.8,取4根。

单根[20b槽钢上活载q2=（156+500）/（2×4.66×4）=17.6KN/m

按4跨连续梁计算，每跨跨径1.5m。

（1）弯距：

Mmax=4.02KN.m。

（2）剪力：

Qmax=16.07KN

（3）截面应力

σ=M/W=4.02*103/（25.9*10-6）=155.2MPa＜1.3*145MPa

τ=Q/A=16.07*103/（32.8*10-4）=4.9MPa＜85MPa

满足规范要求

由于两种工况下[20b槽钢抗弯均刚好满足要求，保守起见，纵向I36纵梁间距按1.2m布置。

四、纵向I36纵梁检算

作用在I36纵梁上的静荷载为[20b槽钢和工字钢I36纵梁自重，动荷载100KN成孔桩机或500KN履带吊机（QUY50A）。

I36分配梁的间距为1.5m。

[20b槽钢自重荷载为q1＝1.5*0.258*1/0.2=1.935KN/m，工字钢I36b自重荷载为q2=0.656KN/m。

作用在I36分配梁上恒载线荷载:

q合＝q1+q2=2.591KN/m。

按500KN履带吊机（QUY50A）作业时进行计算，按三丘田码头纵梁为4m跨度验算。

工况一：

当履带吊履带平行于纵梁作用与纵梁上方，且位于纵梁跨中时

50t履带吊机横向履带中距为3.54m，工作时应位于桥面中间，其履带着地长宽为4.66×0.76m，单根工字钢I36承受的荷载为:

活载：

q1=（（500+120×1.3）/2）/4.66=70.39KN/m

恒载：

q2=2.591KN/m

（1）弯距：

Mmax=ql2/8=（70.39+2.591）×42/8=146KN.m

（2）剪力：

Qmax=1/2ql=（70.39+2.591）*4/2=146KN

（3）截面应力

σ=M/W=146×103/（919×10-6）=158.9Mpa﹤1.3*145Mpa

τ=Q/A=146×103/（83.5×10-4）=17.49MPa＜85MPa

由弯曲应力验算知：

纵梁跨径为4m时受力刚好足够，保守起见，纵梁均按2I36布置。

工况二：

当履带吊履带平行于纵梁作用与纵梁上方，且位于横梁顶时

50t履带吊机横向履带中距为3.54m，工作时应位于桥面中间，其履带着地长宽为4.66×0.76m，单根工字钢I36承受的荷载为:

活载：

q1=（（500+120×1.3）/2）/4.66=70.39KN/m

恒载：

q2=2.591KN/m

（1）弯距：

Mmax=101.16KN.m

剪力：

Qmax=146.71KN

纵梁受下方横梁反力:

R=293.42KN

（2）截面应力

σ=M/W=101.16×103/（919×10-6）=110Mpa﹤145Mpa

τ=Q/A=146.71×103/（83.5×10-4）=17.57MPa＜85MPa

满足规范要求

五、桩顶横垫梁（工字钢I36）强度验算

1、三丘田码头灌注桩平台桩顶横梁按三拼I36工字钢布置，分配梁的荷载有静荷载（桥面[20b槽钢、工字钢纵梁I36、和I36横梁自重，动荷载有：

100KN成孔桩机和500KN履带吊机（QUY50A）。

500KN履带吊机（QUY50A）工作时有堆放物自重120KN）。

当50t履带吊机荷载在横平台向作用在桥面中间且在纵桥向作用在分配梁顶时，I36分配梁跨中有最大弯距。

作用在I36横梁上恒载线荷载:

q合＝q1＋q2＋q3=0.258*4/0.2+0.656*2/1.5+0.656*3=8KN/m。

工况一：

当履带吊履带垂直于纵梁作业时且履带边缘接与横梁对齐时，履带吊作用在横梁上的力最大。

横梁受力通过纵梁传递到横梁

活载：

P1=P3=122.26KNP2=83.48KN

恒载：

q=8KN/m

履带吊平面布置如图：

受力简图如图五

按6m简支梁计算,由结构力学求解器得：

（1）弯距：

Mmax=344.61KN.m。

（2）剪力：

Qmax=188KN

（3）截面应力

σ=M/W=344.61×103/（3*919*10-6）=125MPa＜145Mpa

τ=Q/A=188×103/（3*83.5*10-4）=7.5MPa＜85MPa

工况二：

当履带吊履带平行于纵梁作业时，履带吊平面布置如图：

50t履带吊机横向履带中距为3.54m，工作时应位于横梁中间，其履带着地长宽为4.66×0.76m，I36b横梁承受的荷载为

由前面计算知，活载：

P=R=293.42KN

恒载：

q=8KN/m

按6m简支梁计算：

（1）弯距：

Mmax=q2l2/8+Pl/4=8×62/8+293.42×6/4=476.13KN.m。

（2）剪力：

Qmax=q2l/2+P/2=8×6/2+293.42/2=170.71KN

（3）截面应力

σ=M/W=476.13×103/（3×919×10-6）=172.7Mpa＜1.3×145Mpa（临时结构，取1.3的容许应力增大系数）

τ=Q/A=170.71×103/（3×83.5×10-4）=6.81MPa＜85MPa

满足规范要求

2、由于轮渡候船平台灌注桩平台纵梁跨径大多为5m，故轮渡平台在上面工况一情况下应另行验算。

桩顶横梁按双工字钢分配梁的荷载有静荷载（桥面板、贝雷纵梁、工字钢纵梁I36、和I36b横梁自重，动荷载有：

100KN成孔桩机和500KN履带吊机（QUY50A）。

500KN履带吊机（QUY50A）工作时有堆放物自重120KN）。

当50t履带吊机荷载在横平台向作用在桥面中间且在纵桥向作用在分配梁顶时，I36b横梁跨中有最大弯距。

作用在I36横梁上恒载线荷载:

q合＝q1＋q2＋q3＋q4=1.8+2.1+2.396+0.656*3=8.26KN/m。

按500KN履带吊机（QUY50A）作业时进行计算。

工况一：

当履带吊履带垂直与纵梁作业时且履带边缘接与横梁对齐时，履带吊作用在横梁上的力最大。

横梁受力通过纵梁传递到横梁，由图三计算三根纵梁分别承受的荷载为

R1=R3=122.26KNR2=83.48KN

履带吊平面布置如图：

受力简图如图五,按6m简支梁计算：

横梁受活载作用为

P3=P1=R1+R1*（6-3.54）/6=172.39KN

P2=R2+R2*（6-3.54）/6=117.7KN

恒载q=8.26KN/m

（1）弯距：

Mmax=472.3KN.m。

（2）剪力：

Qmax=256.02KN

（3）截面应力

σ=M/W=472.3×103/（3×919×10-6）=171.3MPa＜1.3×145Mpa（临时结构，取1.3的容许应力增大系数）

τ=Q/A=256.02×103/（3×83.5×10-4）=10.22MPa＜85MPa

满足规范要求

六、钢管桩设计：

（1）钢管桩的竖向荷载计算：

有以上计算可知，履带吊平行于纵梁行走时单边履带中部在单根钢管桩上，单根钢管桩受力最大。

恒载P1=0.258*6*4/0.2+0.656*2*4*6/1.5+0.656*3*6=63.76KN

活载P2=（500+120×1.3）/2+（（500+120×1.3）/2）*（6-3.54）/6=462.48KN

钢管受力P’=P1+P2=526.24KN

钢管桩等自重计算：

钢管桩顶面标高为+6.69m，暂按入土5m计算，由三丘田设计图纸中所附地质勘察资料可知，以典型地质钻孔Y6为准进行计算，原泥面为+1.5m，钢管桩为直径630mm的标准螺旋焊接管，则钢管桩自重为

W=（6.69-1.5+5）×1.23=10.19KN

钢管桩受力P=526.24+10.19=536.43KN

（2）钢管桩的竖向承载力计算

根据路桥施工计算手册摩擦桩单桩走向受压容许承载力计算公式：

［P］=（Ulτp+AσR）/2

本工程桩基直接作用在强风化岩上，上部覆盖少量淤泥，

所以［P］=AσR/2=3.14*（0.63/2）^2*3000=936KN（强风化岩极限承载力按3000Kpa取值）

所以P=536.43KN＜［P］满足要求

七、平台纵向稳定性验算（按简支梁计算）

平台的纵向水平推力来自履带吊荷载的制动力，按规范规定，制动力为荷载长度内履带吊总重量的10%，但不小于一辆重车荷载的30%。

制动力为：

P=500×10%=50kN

根据JTJ021-89第2、3、9条，对排架式墩台所受的制动力应按墩台的刚度分配。

（钢管桩φ630×8mm，实际按壁厚7mm计算，按人行引桥岸侧6根单排桩计算）

桩顶制动力计算

墩每根桩的刚度为：

EI=E×3.14*（0.634－0.074）/64=7.73×10-3Em4

墩每根桩的分配的制动力为：

P1=50/6=8.3KN

用m法计算墩桩身最大弯矩

桩基础变形系数:

α=5√mb1/EI

查JTGD063-2007表P.0.2-1，当地质为强风化岩时，m=10000～20000KN/m4，计算时取m=15000KN/m4

b1=kkf（1.5d+0.5）=1×0.9（1.5×0.63＋0.5）=1.30m

E=2.1×108KN/m2

则α=[（15000×1.30）/（2.1×108×7.73×10-3）]1/5=0.413

桩的入土深度（全风化岩以下）为1.5m

故ah=0.413×1.5=1.158，按弹性桩基础计算，桩顶高程为6.69，以典型地质钻孔Y6为准进行计算,海底强风化高程按-0.9m计算时，作用在强风化处的弯矩：

按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）表P.0.3所给公式进行计算

Mo=8.3×（6.69＋0.9）=71.3kN.m

CQ=αM0/Q0=71.3×0.772/8.3=6.6

查表得无量纲系数Km=1.025

最大弯矩:

Mmax=M0Km=1.025×71.3=73.08kN.m

桩身应力:

σmax=Mmax/W=73.08/[3.14*（0.63^4-0.616^4）/32/0.63]=34.8Mpa

σmax＜[σW]=145MPa

故平台纵向稳定性满足规范要求。

八、平台抗9级风稳定性验算（抗台风）

本平台要承受台风所产生的横向水平推力，取人行引桥平台中单跨6m简支梁独立稳定模式计算。

钢管桩φ630×8mm（旧钢管桩壁厚取7mm）。

台风的计算

按JTJ021-89附录，迎风面积：

A=6×（0.36+0.36+0.075）×0.5+6*1.2=9.59m2

设计风速V=41.5m/s

则W0=V2/1.6=41.52/1.6=1076.4Pa

查规范，风力P=K1K2K3K4W0A=0.85×0.8×1.0×1.3×1076.4×9.59=9125N

M=9.125×（6.69+0.9）=69.26KN.m

由12根φ630mm、壁厚7mm钢管桩共同承受，则单根钢管桩承受的弯矩M=5.77kN.m

桩身应力:

σ=M/W=5.77/[3.14*（0.63^4-0.616^4）/32/0.63]=2.7Mpa

σ＜[σW]=145MPa

故平台横向稳定性满足规范要求。

中交第三航务工程局有限公司

鼓浪屿轮渡候船平台及三丘田码头扩建工程项目经理部

2011年12月