钢便桥和水上平台施工方案设计.docx

1、钢便桥和水上平台施工方案设计三江至柳州高速公路融安融江大桥钢便桥及钻孔平台施工方案一、编制依据1、交通部公路桥涵施工技术规范2、建筑地基基础设计手册 3、人民出版社路桥施工计算手册 4、公路施工手册 5、公路桥涵钢结构木结构设计规范 6、两阶段施工设计图二、钢便桥主要技术标准 1、设计荷载：载重750kN施工车辆 2、计算行车速度5Km/h 3、n6m连续贝雷梁桥 4、桥面布置：净宽6m三、主要施工机具 1、25吨吊车2台 2、DZ60振动沉桩机（锤）2台 3、 铁锚4 个 4、40电焊机8台 5、等离子切割机2台 6、手拉葫芦12个（5T）7、5T卷扬机2台 8、大货车2辆 9、50装载机1

2、台 10、打桩船1艘四、工程概况融安融江大桥主桥跨越融江河床，水面宽约520m。工程起点桩号为LK1+276，终点桩号为LK1+950，桥梁全长674m，位于缓和曲线及直线上。主墩采用双柱多边形墩，过渡墩及引桥桥墩均采用圆柱式墩，桥台采用肋板式桥台，墩台均采用钻孔灌注桩基础。根据施工图纸及现场地形地貌并结合荷载使用要求，现场勘查、结合桩基平台施工需要，我部拟定在大桥两岸各架设钢便桥一座，钢便桥桥面标高为119.00m。钢便桥规模为：三柳高速岸架设钢便桥252m，融江岸架设钢便桥168m，钢便桥全长约420m，跨中125m为融江通航通道。钢便桥标准跨径为6m，桥面净宽为6米，桥位布置形式为：钢便

3、桥布置在新建桥梁下游，便桥中心与主墩平台中心墩净距离15米。钢桥结构特点如下：1、基础结构：钢管桩基础2、下部结构：工字钢横梁3、上部结构：贝雷架纵梁4、桥面结构：装配式公路钢桥用桥面板5、防护结构：小钢管护栏及铁丝网防护五、钢便桥设计文字说明1、基础及下部结构设计本桥位于融江中，水面宽约520米，主跨3#墩和4#墩水深约12米，边跨水深约8米。建成后的钢桥桥面标高按水面以上6米控制。水下地质情况普遍为卵石、粘土。钢便桥钢管桩基础布置形式：单墩布置3根钢管（桩径53cm，壁厚8mm），横向间距2.5米，桩顶布置2根28cm工字钢横梁，钢管桩与钢管桩横向之间用20槽钢水平向和剪刀向焊接连接。为了

4、增强便桥纵向稳定性，每间隔2个墩位设置1处加强排架墩基础（即单墩布置6根钢管桩，纵横向间距2.5米）。两岸桥台采用U型桥台。钢便桥施工钢管桩技术要求：（1）严格按设计位置和标高打桩；（2）钢管桩中轴线斜率430.5KN根据地质情况，a取值按3500KN/m2考虑，(a取值见建设筑地基基础设计手册）满足承载力要求。式中：Ra-单桩竖向承载力特征值 U-桩周长qs-桩侧土的侧阻力特征值 L-土层厚度a-桩底抵抗力影响系数 A-桩顶面积r-极限承载力3、钢管桩在水平力作用下弯曲应力验算钢管外径D=53.0，管壁厚8；最大水深12m，施工时钢管上水平撑和斜撑焊接到水面以下4.0m，则计算时只对8.0m

5、水深范围内钢管桩的弯曲应力进行验算。考虑到风对钢管桩的冲击力远远小于水流的冲击力，所以只按水流冲击力对钢管桩进行验算。冲击力q=0.8A2/2g式中A为钢管桩阻水面积，A=2rh=0.538.0=4.2其中r为桩的半径，h为计算水深，取8.0米。为水的容重，=10KN/m3，q为流水对桩身的荷载，按均布荷载计算。为水流速度，水流平缓，试验推测=2.0m/s，有q=0.8A2/2g=0.84.210KN/m32.02m/s（29.81m/s2)=6.85KN53钢管桩的惯性矩I、截面抵抗矩W分别为：I= （D4-d4）/64=3.14(534-51.44)/64=44672.8cm4W=（D4-

6、d4）/32D=3.14(534-51.44)/(3253)=1685.8cm3钢管桩入土后相当于一端固定,一端自由的简支梁,其承受的最大弯矩和挠度变形为:Mmax=9qL2/128=（96.85KN/m8.02m)/128=30.83KN.m=Mmax/W= 30.83KN.m1031685.810-6m3=18.3MPa=145MPa 满足要求。fmax=0.00542qL4/EI=(0.005426.85KN/m8004cm)/(2.110544672.8cm4)=1.6cm f=(L/400)=L=2cm 满足要求。式中E为钢材的弹性模量取E=2.1105MPa。4、钢管桩稳定性验算(

7、1)长细比计算：=L/i 其中L为钢管桩的计算长度；根据一端固定，一端简支取=1；i为钢管桩的回转半径。I为钢管桩截面惯性矩，A为钢管桩截面面积。A=（D2d2）/4=3.14(0.532-0.5142)/4= 131.1cm2i=(I/A)=18.5cm=L/i=1.0800/18.5=43.0查建筑力学 钢管稳定系数=0.914(2)计算稳定性=P/A=430500N/(0.91413110mm2)=35.93MPa=145MPa 满足要求。注：上式中P为竖向荷载，A为钢管截面面积。便桥从桥台起中间每隔两墩设一个加强墩（即2排3根，纵向间距2.5m)，由于单排钢管桩布置已满足受力要求，双排

8、加强墩钢管桩布置一定满足受力要求，这里不再验算。5、纵、横梁承载力验算(1)纵梁承载力验算恒载：每米纵梁上承载q1=124.6/36=3.46KN/m荷载:960KN查施工手册静力计算公式M1max=1/4PL=0.2509606=1440KN.mM2max=1/8qL2=0.1253.4662=15.57KN.mQ1max=(0.50.5)P=1960=960KN.mQ2max=0.5qL=0.53.466=10.38KNMmax=144015.57=1455.57KN.mQmax=960+10.38=970.38KN.m允许弯矩MO=6片0.8(不均衡系数)788.2KN.m=3783KN

9、.m贝雷片单片允许弯矩:788.2KN.m贝雷片截面模量WO=3578.56片=21471cm3强度验算=Mmax/WO=(1455.57106)/(21471103)=67.79MPa=210MPa贝雷片单片容许最大剪力 R=245.2KN允许剪力Q=6片0.8(不均衡系数)245KN =1176KN即有Qmax=970.83KNQ=1176KN由此可知：MmaxMO、QQ， 6米跨钢便桥纵梁用单层6片贝雷架架设安全。挠度验算贝雷片几何系数E=2.05105MPa , IO=250497cm4 WO=3578.5cm3(按贝雷片几何特征表)fmax=PL3/（48EI）=(960KN63)/

10、(482.05105MPa250497cm46)=14mm f=(12000/400)=30mm 满足使用要求。由上可知：钢桥抗弯能力、强度、抗剪能力、挠度均满足使用要求。MmaxMO、QQ，6米跨钢便桥纵梁用单层6片贝雷架架设安全。（2）工字钢横梁计算模式分析：钢管立柱单排3根横向间距为2.5m，因此按二等跨连续梁验算,计算跨径L=2.5m,横梁承担6片贝雷片传递来的荷载。6个集中力按路桥施工计算手册进行验算，按照750KN车辆位于墩位时验算（考虑25%安全系数）+贝雷片自重34KN+桥面横、纵梁自重98.5KNP1=P/6=1103/6=183.83KNMmax=0.333P1L=0.33

11、3183.832.5=153.04KN.mQ=(1.333+1.333)P1=490.09KN横梁采用2根28a工字钢Ix=7114.14cm4，Wx=503.15cm3，Ix:Sx=24.62cm3, Sx=288.96cm3, t=8.5mm横梁强度验算=Mmax/WO=153.04106/(1006.3103)=152.08MPa1.3=188MPa剪应力=QSx/(Ixt)=490.09103288.96103/(14228.2810417.0)=58.55MPa=110MPa 符合要求。挠度f=1.466P13/（100EI）=1.466183.832.53/(1002.010527

12、114.14)=1.4f=1.4mm2500/400=6 符合要求。八、钻孔平台受力计算（一）3#、4#主墩平台1、为了满足水中墩台施工，在桥墩处搭设施工平台，平台高于水面2m，净宽10.0米，长18米，用4排30钢管桩排架，最大间距为3.8米，打入土中。横梁采用4根I25a工字钢，纵梁采用6根I25a工字钢，桥面板结构采用槽钢20槽钢（净距5）。2、平台钢管桩承受竖向荷载及桩长计算(1) 钢管桩承受竖向荷载计算每个钢管桩承受竖向荷载有自重、人群、材料荷载及施工机械荷载，分别计算如下：结构自重P1=mg=3000010N/=300KN人群荷载：3.5KN/m材料、施工机械荷载：钻机200KN、

13、混凝土及导管300KN，钢筋笼400KN。考虑实际施工作业，按照最大荷载组合布载，对最大跨进行计算。P2=(200+300+400)KN4+3.5 KN/m23.84=228.3KN每根桩承受的竖向荷载为：P=1.25（P1/28+P2）=1.25（300/28+228.3）=298.76KN上式中安全系数1.25，浮力对结构受力影响不大,不予考虑。(2) 钢管桩沉入深度计算桩入土深度L=2P/au式中P桩容许承载力，钢管桩采用振动沉桩，a为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，取a=1，u为桩周长，为桩周围土的极限摩阻力，根据地质情况取=50kPa.故L=（2298.76）/（1.03.140.3

14、050）=12.7m实际沉入深度为不小于12.7米或座于基岩上。3、平台钢管桩承载力稳定性检算钢管外径D=30，管壁厚8；在该平台处最大水深12米，施工时钢管上斜撑和平撑焊到从台面以下8.0米，则计算时只对6.0米水深范围内钢管桩的弯曲应力进行计算。风对钢管桩的冲击力远远小于水流的冲击力，不做验算,只按水流冲击力对钢管桩进行验算。冲击力q=0.8A2/2g式中A为钢管桩阻水面积，A=2rh=0.306.0=1.8其中r为桩的半径，h为计算水深，取6.0米。为水的容重，=10KN/m3，q为流水对桩身的荷载，均按布荷载计算。为水流速度，试验推测得，=2.0m/s，则有q=0.8A2/2g=0.8

15、1.810KN/m32.02m/s（29.81m/s2)=5.28KN30钢管桩的惯性矩I、截面抵抗矩W分别为：I= （D4-d4）/64=3.14(304-28.44)/64= 7823.6cm4W=（D4-d4）/32D=3.14(304-28.44)/(3230)=521.6cm3钢管桩入土后相当于一端固定,一端自由的简支梁,其承受的最大弯矩和挠度变形为:Mmax=9qL2/128=（95.28KN/m6.02m)/128=13.37KN.m=Mmax/W=13.37KN.m103521.610-6m3=25.6MPa=145MPa ， 满足要求fmax=0.00542qL4/EI=(0

16、.005425.28KN/m6004cm)/(2.11057823.6cm4)=2.0cm f=(L/400)=3.0cm 满足要求。上式中E为钢材的弹性模量取E=2.1105MPa。4、钢管桩稳定性验算(1)长细比计算：=L/i 其中L为钢管桩的计算长度；根据一端固定，一端简支取=1；i为钢管桩的回转半径。i=式中I为钢管桩截面惯性矩，A为钢管桩截面面积。A=（D2d2）/4=3.14(30228.42)/4= 73.4cm2i=(I/A)=10.3cm=L/i=1.0600/10.3=58.3查建筑力学钢管稳定系数=0.849(2)计算稳定性=P/A=298760N/(0.8497340m

17、m2)=47.94MPa=145MPa 满足要求。式中 P:竖向荷载 A: 钢管截面面积。5、纵横梁承载力验算 (1)纵梁承载力验算模式分析：钢筋笼、灌车、钻机分别为四点受力，单个支点P=250KN。前支腿加强为6根I25型钢，取钻机前支腿进行受力验算。由于自重相对于荷载较小，忽略不计，跨径取最大跨径3.8米计算。在集中荷载作用下:Mmax=0.278PL=0.2782503.8=264.1KN.mQlmax=（1.167+0.167）P=（1.167+0.167）250=333.5KNI25力学特征：Ix=5023.544,Wx=401.883,Sx=232.793,t=13.0纵梁强度验算

18、：=Mmax/Wo=264.1106/(2411.28103)=109.5Mpa1.3=188Mpa剪应力r=QSx/(Ixt)=333.51031396.74103/(3014110478)=19.81Mpar=110Mpa钻孔平台前支腿采用6根I25型钢受力满足要求。(2)桩顶横梁受力验算桩顶由4根I25a工字钢支撑最大跨径为3.8米，承受钻机、混凝土铁斗及钢筋笼叠加的力，钻机、钢筋笼和混凝土受力为： 200KN+300KN+400KN=900KN（由左右侧桩顶横梁支撑），简化为相同支座承担的均布荷载，q=900/8=112.5KN/m，Mmax=0.125qL2=0.125112.514

19、.4=202.5KN.mQlmax=(0.5+0.5)qL=1112.53.8=427.5KN I25a力学特征：Ix=5023.544,Wx=401.883,Sx=232.793,t=13.0横梁强度验算：=Mmax/Wo=202.5106/(1607.5103)=125.9Mpa1.3=188.5Mpa剪应力r=QSx/(Ixt)=427.5103931.16103/(2009410452)=38.1Mpar=110Mpa桩顶横梁采用4根I25a工字钢受力满足要求。（二）5#过渡墩平台1、为便于水中墩施工，在桥墩处搭设施工平台，平台净宽8.0米，长18.0米，用3排30钢管桩排架，最大间距

20、为4米，打入土中。横梁采用3根双拼I25a工字钢，纵梁采用每6根I25a工字钢，桥面板结构采用槽钢20槽钢（净距5）。2、平台钢管桩承受竖向荷载及桩长计算(1) 钢管桩承受竖向荷载计算每个钢管桩承受竖向荷载有自重、人群、材料荷载及施工机械荷载，分别计算如下：结构自重P1=mg=2500010N/=250KN人群荷载：3.5KN/m2材料、施工机械荷载：钻机200KN、混凝土及导管300KN，钢筋笼400KN。考虑实际施工作业，按照最大荷载组合布载，对最大跨进行计算。P2=(200+300+400)KN4+3.5 KN/m244=228.5KN每根桩承受的竖向荷载为：P=1.25（P1/21+P

21、2）=1.25（250/21+228.5）=300.5KN安全系数1.25，浮力不影响结构受力，不予考虑。(2) 钢管桩沉入深度计算桩入土深度L=2P/au式中P桩容许承载力，钢管桩采用振动沉桩，a为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，取a=1，u为桩周长，为桩周围土的极限摩阻力，根据地质情况取=50kPa.故L=（2300.5）/（1.03.140.350）=12.8m实际沉入深度为不小于12.8米或座于基岩上。3、平台钢管桩承载力稳定性检算平台钢管桩承载力稳定性验算同3、4#平台，只以水深、水流、惯性矩有关，不再赘述。4、纵横梁承载力验算 (1)纵梁承载力验算模式分析：钢筋笼、灌车、钻机分别为

22、四点受力，单个支点P=275KN。前支腿加强为6根I25型钢，取钻机前支腿进行受力验算。由于自重相对于荷载较小，忽略不计，跨径取最大跨径4.0米计算。Mmax=0.278PL=0.2782754=305.8KN.mQlmax=（1.167+0.167）P=（1.167+0.167）275=366.85KNI25力学特征：Ix=5023.544,Wx=401.883,Sx=232.793,t=13.0纵梁强度验算：=Mmax/Wo=305.8106/(2411.3103)=126.8Mpa1.3=188.5Mpa剪应力r=QSx/(Ixt)=366.851031396.7103/(3014110

23、478)=21.79Mpar=110Mpa钻孔桩位处支腿采用6根I25工字钢满足受力要求。(2)桩顶横梁受力验算桩顶由3根双拼I25a工字钢支撑最大跨径为4.0米，承受钻机、混凝土铁斗及钢筋笼叠加的力，钢筋笼和混凝土受力叠加为 200KN+300KN+400KN=900KN（由左右侧桩顶横梁支撑），简化为相同支座承担的均布荷载，q=900/8=112.5KN/m，Mmax=0.125qL2=0.125112.516=225.0KN.mQlmax=(0.5+0.5)qL=1112.54=450KNI25a力学特征：Ix=5023.544,Wx=401.883,Sx=232.793,t=13.0横

24、梁强度验算：=Mmax/Wo=225.0106/(2411.28103)=93.31Mpa1.3=188Mpa剪应力r=QSx/(Ixt)=4501031396.74103/(3014110478)=26.73Mpar=110Mpa故桩顶横梁采用3根双拼I25a工字钢受力较为安全。（三）边墩平台（6、7、8、9、10）1、为了满足水中墩施工，在桥墩处搭设施工平台，平台净宽4米，长18米，用2排30钢管桩排架，最大间距为4米，打入土中。横梁采用2跟双拼I25a工字钢，纵梁采用6根I25a工钢，桥面板结构采用20槽钢（净距5）。为保证钢筋笼下放的安全，采用在平台上设置龙门吊进行钢筋笼安装。2、平台钢管桩承受竖向荷载及桩长计算(1) 钢管桩承受竖向荷载计算每个钢管桩承受竖向荷载有自重、人群、材料荷载及施工机械荷载，分别计算如下：结构自重P1=mg=1800010N/=180KN人群荷载：3.5KN/m2材料、施工机械荷载：钻机100KN、混凝土及导管300KN，钢筋笼400KN。考虑实际施工作业，按照