高速公路大桥栈桥施工设计书

'高速公路大桥栈桥施工设计书一编制依据1.《武江大桥两阶段施工设计图》2.进场后调查的相关水文资料和地质资料及现场的地形、地貌；3、国家对河务的有关法律、法规，以及当地河务部门对防洪、防凌的有关要求；3、桥梁施工工期及施工时各种施工机械、人员的施工荷载和作业空间。4、公路施工手册《桥涵》5、《装配式钢桥使用手册》6、《钢结构设计规范》7.《公路桥涵设计通用规范》二、编制原则1、满足防洪的有关要求，以此确定标高、跨度。2、各部位构件严格检算，考虑便桥使用时间较长，且要经过汛期洪峰的考验，设计中安全储备较大。3、以“安全第一”为原则，结合施工最大荷载和最佳作业空间，确保施工人员及施工机械不相互干扰、方便施工，操作安全。26 4、经济实用，美观大方，除满足施工期间使用外，还结合材料的定型尺寸设计，易施工、易拆除，可周转使用，减少浪费，降低工程成本。三水文地质情况本桥桥址区位于武江，属于珠江流域北江支流，桥址区水位及流量受降雨影响大。本区年降雨量1800mm以上，暴雨和台风多集中在5～9月之间。武江河西岸标高63.1m，东岸标高66.917m，原图纸标示江面常年水位为58.651m,实地测量为61.1m。水深在7m～11m。桥址下游为溢洲水电站，平时江水流速平缓。河道内现为砂场，河道中央设计时原为沙洲，现场考察，由于当地人在河床采砂作业，现实际已经同河床，且采砂预弃卵石于河床，形同土堰。卵石层下灰岩，本区属岩溶发育区，施工中应注意暗流，落水洞的影响。四设计方案1、设计标准（1）、便桥荷载按单车—400KN设计，最重汽车荷载10m3砼罐车，满载情况下为40T，单车通行。(2)、行车速度重车10Km/h，轻车30Km/h。(3)、桥型及结构全桥采用钢结构。基础全部采用钢管桩基础。贝雷桁架纵梁，双排单层，下承式结构，横梁桥面为I26 28a工字钢，桥面板为25b槽钢，桥面净宽4m。单车道通行，车道宽度3.6m，每四十米左右设置一行人避车台，宽度1.5m。每150m设计一处会车道，栈桥基本跨度15+9m。当栈桥墩位与桥梁墩位干扰时调整为12m。桥墩采用800*10钢管，四根钢管联结形成井架基础以增强稳定性。(4)、平面布置钢栈桥全长540m,南岸由5#墩开始搭至20#墩，北岸由23#墩至21#墩，保留20#-21#墩之间主航道。西岸便桥共20跨，每跨15+9米。其中1#～8#跨便桥布置在主桥上游，便桥线路中心与主桥中心线平行，相距15m,直线布置。9#～27#跨便桥布置在主桥桥下分隔带中央。第8跨处设会车道。(5)、桥面设计高程应满足防洪要求,纵梁底标高以62.8m设计,其他相应部位以此标高推算。2、设计方案1、基础及下部结构设计桥墩采用两排2根钢管（桩径ф800mm，壁厚10mm），横向间距4.0m，纵向间距9m，管桩与管桩之间用325*6mm钢管牢固焊接。垫梁采用两根I40b工字钢，将同一墩上的两根工字钢的上部和端头用L75×75角钢连接。2、上部结构设计桥梁纵梁各跨跨径为15m+9m。根据行车荷载及桥面宽度要求，纵梁采用单层双排贝雷片（规格为150cm×300cm），横向布置形式为：90cm+163cm+90cm。贝雷片纵向用贝雷销联结，横向用90定型支撑片联结以保证其整体稳定性，贝雷片与工字钢横梁间用U型铁件联结以防滑动。两组贝雷片间每6m用14b槽钢组成剪刀撑连接。26 3、桥面结构设计桥面采用6m长28b工字钢作为分配梁，按间距50cm布置，桥面铺设25b槽钢作为桥面板，间距30cm。4、防护结构设计桥面采用小钢管（直径4.8cm）做成的栏杆进行防护，栏杆高度1.2米，栏杆纵向1.5米1根立柱(与桥面槽钢焊接)、高度方向设置两道横杆。五施工计划安排栈桥计划于2011年2月28日开始施工，2011年3月25日完成。六施工材料配备计划本栈桥为全钢结构，钢材耗用量较大，全桥耗用钢材1225吨。由于工期较短，本桥材料一次采购到位。武江施工栈桥工程数量表名称型号单位数量单位重重量(Kg)备注钢管桩◎800*10m2160195421200　联结管◎325*6m129647.261171　剪刀撑[14am145814.521141　垫梁I40bm64873.847822　贝雷片　片787270212490　贝雷销　个157434722　90花窗　个3934216506　联杆[14am28014.540606m一道上横梁I28bm480048230400　26 桥面板[25am660027.5181500　骑马螺栓φ16个14003.369284718栏杆◎48*3.5m48723.8118562　合计　　　　1224292　七施工机械配备本工程主要施工为水上施工，需配备水上施工设备，主要施工设备见下表：栈桥施工主要设备序号名称型号、规格数量用途1长臂挖机24m臂长1辅助基础处理2浮船50t1水上施工3交通艇1水上施工4振动打桩锤DZ-90A打桩5吊车16T1拼装贝雷片6履带吊50T1安装贝雷梁6交（直）流电焊机B*1-50-227氧割4套加工工字钢,切割钢管8运输车1台八生产班组人员配置序号名称人数备注1技术组3测量监控2贝雷片拼装组6贝雷片拼装26 3型钢加工组5型钢加工4打桩组6打桩5桥梁加固组6桥梁加固九．栈桥施工方案施工场地武江西岸现有村道到达，交通比较便利，材料、机械设备利用现有道路运输进入。型钢加工场利用西岸桥头60m长，30m宽空地。钢管桩施工1钢管桩的定位根据现场施工条件，在岸边设置两个加密控制点，采用一台全站仪、两台J2经纬仪前方交会法（交会角控制在60o-120o之间）放样栈桥钢管桩。钢管桩放样角为方位角。钢管桩控制部位为钢管外切线，经纬仪十字丝切于钢管外切线，可以观测钢管的平面偏位情况和垂直度，通过对讲机指挥打桩机调整钢管桩的垂直度和纠正平面偏位。2钢管桩的打设栈桥钢管桩插打时，在铁驳船上安装导向架，利用50t船吊和DZ90振动锤进行施工。首节钢管桩长度的确定：首节钢管桩长度要保证在桩进入河床后，露出水面的高度不小于2m。根据河床标高第一节钢管桩长定为12m。测量人员在抛锚后的铁驳船边缘距待打入桩最近的地方测出控制点，施工人员根据此控制点量出钢管桩的平面位置。用船吊(或履带吊)起吊DZ-90振动锤及首节钢管桩，徐徐放下钢管桩，此时钢管桩在水流冲击下平面位置会发生变化，施工时根据水流情况可向上游预偏3-4cm26 。当钢管桩在自身和振动锤重力下进入河床后，重新测设桩的平面位置，满足要求后启动振动锤将钢管桩振入河床。振动过程中测量人员通过全站仪、施工人员通过锤球对管桩纵横向的垂直度进行观测，并通过对讲机指挥吊船前后、左右摆动以调整钢管桩的垂直度。当钢管桩进入河床2-3m，其平面位置及垂直度基本不会发生变化后，可松开吊钩，让钢管桩在振动锤的振动下振入河床。当首节钢管桩顶露出水面约1.5m左右时，停止振入，移开振动锤进行钢管桩的接高。钢管桩接高时，吊船(或履带吊)起吊待接钢管桩就位，施工人员乘小船进行焊接施工。小船锚固于铁驳船及已打钢管桩。钢管桩打设深度采用计算深度和贯入度两个方面进行控制，平台钢管桩根据设计承载力的要求，采用DZ-90振动锤打设时贯入度在1-3cm/min时即可停锤。然后测量人员测设桩顶位置，割除多余钢管桩并在设计标高隔出槽口，焊接加劲板，然后进行下道工序施工。钢管桩打设中的质量控制标准如下：平面位置：纵向5cm，横向10cm；垂直度：1%；贯入度：1-3cm/min。钢管桩施工设备振动锤动力站26 注意事项①、严格按设计书要求的位置和标高打桩，注意避开桥墩桩位。②、沉桩开始时，可以靠桩的自重下沉，然后吊装振动锤和夹具与桩顶连接牢固，开动振动锤使桩下沉。施工过程中采用贯入度控制为主，但埋深不得少于2m，如钢管桩入土深度小于2m锤击不下，且用桩锤激振2分钟仍无进尺，必须现场分析地质状况，采取其他施工工艺。如采用长臂挖掘机挖出基础，再用振动锤打入而后回填，或射水配合打入施工。以保证钢管的防冲刷及抗横向力的能力。③、振动锤与桩头必须用液压钳夹紧，无间隙或松动，否则振动力不能充分向下传递，影响钢管桩下沉，接头也易振坏，在振动锤振动过程中，如发现桩顶有局部变形或损坏，要及时修复。④、每根桩的下沉一气呵成，不可中途间歇时间过长。每次振动持续时间过短，则土的结构未被破坏，过长则振动锤部件易遭破坏。振动的持续时间长短应根据不同机械和不同土质通过试验确定，一般不易超过10min～15min。⑤、测量人员现场指挥精确定位，在钢管桩打设过程中要不断的检测桩位和桩的垂直度，并控制好桩顶标高。下沉时如钢管桩倾斜，应及时牵引校正，每振1～2min要暂停一下，并校正钢管桩一次。设备全部准备好后振桩锤方可插打钢管桩。⑥、钢管桩之间的接头必须满焊，各加长加劲板也需满焊并符合设计的焊缝厚度要求，经现场技术员检查钢管桩接头焊接质量合格后方可打设钢管桩。26 ⑦、钢管桩施打完成后，应立即进行钢管桩的横向连接，焊接剪刀撑及钢管平联，夜间时应提前进行照明设施的安装，并设置一定数量的安全警示灯标示，防止船只碰撞。垫梁施工将垫梁处的钢管桩割成槽口，将I40b工字钢按放在槽口内。同时为保证垫梁稳定，将同一墩上的两根工字钢的下部和端头用L75×75角钢连接。由于桩在打设中平面位置会有误差，分配梁位置测设时适当前后移动确保分配梁位置垂直于线路方向。贝雷梁、分配梁及桥面板安装1）、贝雷梁的拼装将安装的贝雷梁抬起，放在已装好的贝雷梁后面，并与其成一直线，两人用木棍穿过节点板将贝类梁前端抬起，下弦销孔对准后，插入销栓，然后再抬起贝雷梁后端，插入上弦销栓并设保险插销。贝类梁拼装按组进行，每次拼装一组贝雷（横向两排），每组贝雷长9m/15m，贝雷片之间用联接片连接好，拼装在后场进行。拼装好的贝雷架节段用平板运输车利用已成形栈桥进入工作面。2)、贝雷梁架设①、在下部结构顶横梁上进行测量放样，定出贝雷架准确位置。②、将拼装好的一组贝雷主桁片装车运至履带吊车后面。③26 、贝雷每两片分为一组，38t履带吊先安装一组贝雷，准确就位后先牢固捆绑在横梁上，然后用骑马螺栓将贝雷梁固定在垫梁上。再安装另一组贝雷，同时与安装好的一组贝雷用贝雷片剪刀撑进行连接，贝雷梁就位后，立即安装贝雷梁之间的横向支撑，贝雷梁安装就位后，按设计要求（间距30cm）架设I28b和桥面槽钢，分配梁用骑马螺栓与贝雷片固定。桥面槽钢铺设时注意不得悬空，且相邻槽钢纵向应错开3m以上。槽钢上焊接限位钢筋限制在分配横梁上的移动。钻孔平台施工工艺与栈桥施工工艺相同，此处从略。十、安全注意事项本钢栈桥需封闭北岸侧副航道，封闭前应在水道中设置明显的警示标示。栈道上应有照明措施。水道中设置引导航标。施工和使用时要密切关注河流的水文情况。尤其是上游的降雨情况，洪水预警信息，洪水预警发布时人员及施工机械应及时撤离。所用上桥作业人员都应佩穿水上救生设备。施工平台荷载较栈桥小，但振动频繁，故设计时采用较大的结构强度，施工中应经常注意检查构件的连接是否可靠。发现有开裂，松动时要及时补强。栈桥上行驶车辆严禁急刹。附件：武江大桥施工便道及平台布置图武江大桥主墩施工平台布置图武江大桥过渡墩施工平台布置图26 栈桥结构计算钢栈桥整体（一跨）钢便桥正面钢栈桥正面26 栈桥结构复核以40T砼车为设计荷载。因缺乏该车荷载数据，上部结构验算采用汽550KN为荷载标准值。车辆重力标准值550KN，前轴重力标准值30KN，中轴重力标准值120KN+120KN，后轴重力标准值140KN+140重力标准值,轴距3+1.4+7+1.4m。轮胎接触面积为30*20cm,单后轮分布荷载为35KN，冲击系数取1.3，汽车制动力取90KN。550KN汽车荷载主要参数见下表（引自桥涵设计通用规范）桥面板计算：每个车轮荷载由两条槽钢承担，每个车轮荷载=140÷4=35KN。分布于槽钢面板线荷载为35*1.3/2/20=1.13KN/cm，做三跨连续梁分析桥面板受力：[25a槽钢参数如下:A=34.9cm2Wy=30.5cm326 最不利荷载为轮胎落于梁中，荷载分布为2.6KN/cm，荷载分布如下图：弯矩为σ=Mmax/w=306/30.5=10.03KN/cm2=103MPa〈[145MPa]，剪力图如下：τmax=36.54KN/34.9cm2=12MPa<【125MPa】位移变形如下图以集中荷载验算变形最大变形发生在跨中，δ=2.08×10-2PL3/EI=2.08×10-2×44×103×26 0.753÷（2.1×1011×196×10-8）=9×10-4m=0.9mm。横梁计算：汽车轮胎荷载经过槽钢分配至上横梁，每轴轴载由2根横梁承担，轮载简化为集中荷载，每根横梁受力为P=140/2/2=35KN。考虑1.4的安全系数，P=35×1.4=49KN荷载分布图弯矩图25b工字钢性能参数28b工字钢性能参数A=53.5cm2A=61cm2I=5280cm4I=7480cm4W=423cm3W=534cm326 质量42Kg/m48Kg/m使用I25b，则σ=Mmax/w=6324/423=14.95KN/cm2=149MPa〈[145MPa]最大变形放生在跨中为3.2mm。满足要求使用I28b，则σ=Mmax/w=6324/534=11.84KN/cm2=118MPa〈[145MPa]贝雷片纵梁，以单片验算槽钢重量：p1=27.5*13*10/4=894N/m上横梁重量：P2=48*6**10/4*18=1480N/m贝雷片自重：P3=275*10/3=916N/m汽车荷载以中后轴居跨中计算中后轴荷载32T，分配给单片贝雷片荷载为8t,，前轴分配单片贝雷片荷载为2T。计算荷载1：1.2*（894+1480+916）=3948N/m2.1.4*8=11.2T2*1.4=2.8T贝雷片纵梁模型如下：结构力学求解器得弯矩图26 最大弯矩为327KN.m。查321钢桥使用手册知贝雷片允许弯矩为788KN.m，满足要求。结构力学求解器得剪力图查321钢桥使用手册知贝雷片允许剪力为245KN.m，满足要求。查〈〈桥涵〉〉贝雷片桥双排单层单-300KN容许跨径为21m，现实际采用15m。亦与计算结构一致。垫梁荷载验算:最不利荷载为车辆荷载全部落垫梁上，p=40T钢便桥自重=（300*4*6+48*36*6+27.5*13*18）=24003Kg由四片贝雷片传递荷载，P=（400*1.4+240*1.2）=212KN垫梁模型结构力学求解器得弯矩图采用双拼40b工字钢26 A=94.1cm2I=22780cm4W=1140cm3σmax=Mmax/w=109.5/1140*2=48MPa〈[85MPa]τmax=∣Rmax∣/A=288.5/83.5*2=17.3Mpa<[τ]=125Mpa钢管受力以最不利荷载42.4T计算钢管相关参数：A=（π×4002）-（π×3922）=19905mm2回转半径为：Ixⅰ===280mm1、按强度计算，立杆受压应力：σ=N/A=424×103/19905=21MPa〈145MPa2、按稳定性计算受压应力：钢管自由长度取10m，长细比：λ=L/Ixⅰ=10000/280=35.71查《钢结构设计规范》附录C，得Φ=0.95σ=N/ΦA=424×103/（0.95×19905）=22.4MPa〈145MPa均满足要求.钢管桩采用90T振动锤施工，实际单桩承载力要求达到40T，桩周摩阻力80Ka。400/（80*3.14*0.8）=2m。现场要求管桩以贯入度控制，同时埋深不少于2m。26 整体稳定性分析造成钢便桥失稳的因素有流水阻力，风荷载，汽车荷载造成的钢管桩偏心受压，汽车制动力。现取一跨钢便桥以最不利荷载分析。汽车制动力取汽车荷载的10%为4tonf。纵向倾覆弯矩M1=10*4=40tonf*m抗倾覆弯矩M2=9*0.39*18*2=12.4tonf*m。（抗倾覆弯矩只计入结构自重，实际中M2/M1=3.18>1.4横向倾覆弯矩：流水阻力计算风荷载计算F=KArv2/2gK：形状系数A：阻水面积r:为水容重v：为水流速g：为重力加速度水流速度取5m/s,水深10m。F=0.8*0.8*10*25/20=1tonfM1=FL=5tonf.m查韶关地区10年一遇基本风压为0.2KN/m2Fwh=0.75*1.3*1.38*0.2*(8*4+1.5*9*0.02)=8.68KNM2=8.68*15=130KN.m=13tonf.m抗倾覆弯矩M3=0.4*4*2+40*2=256tonf.m26 M3/(M1+M2)=256/(13+5)=14>1.43002钻孔平台结构复核钻孔平台上主要荷载为钻机，钻机重量最大不超过20t。宽2m，长7.4m。280cm冲锤14t。其下按间距0.3m布置25b槽钢横梁，由于钻机本身有钢架底座，面板主要承担小机具，行人荷载，强度不予验算。钻机落在15根横梁上。最不利荷载为提锤时荷载，最大加速度为2m/s。冲击荷载为：Fc=ma=14*2=28tonf，最不利荷载为钻机前缘横梁，冲击荷载落入前面三根横梁上。前缘每根横梁承受荷载Q=28*1.4/3+20*1.2/15=15tonf单根横梁最不利荷载受力模型如下图：弯距图[25b槽钢参数如下:A=39.9cm2Wy=32.7cm3σ=Mmax/w=472/32.7=14.4KN/cm2=144MPa〈[145MPa]26 τmax=76/39.9=0.15KN/cm2=1.5MPa计算得最大变形为7mm。纵梁为四根50b工字钢，最不利受力模型如下：钻机自重荷载q1=20t*1.2/7.4*4=8.2onf/m=82KN/m=0.82KN/cm平台自重荷载q2=（31.4*6*4/4+101）*1.2*10=3.5KN/m=0.35KN/cm钻机冲击荷载q1=28t*1.4/4=9.8onf/m=98KN受力模型图：弯矩图50b工字钢参数如下:A=129cm226 Wy=1940cm3σ=Mmax/w=15198/1940=7.83KN/cm2=78.3MPa〈[145MPa]τmax=210.5/129=1.63KN/cm2=16MPa最大变形为1mm。由于钻机位于平台内，且平台本身焊接成钢架，导致平台倾覆的荷载仅为风荷载和流水阻力。该荷载在栈桥中已经计算，不再重复。综上述复核计算，本栈桥及平台设计安全可行。栈桥结构复核以10m3混凝土罐车为设计荷载，车辆荷载40t，前轴荷载8t，中轴荷载16t，后轴荷载16t,轴距3850+1400mm。轮胎接触面积为30*20cm,单后轮分布荷载为40KN,（33.50KN），冲击系数取1.3，汽车制动力取90KN。两个后轮由三条槽钢承受荷载，每条槽钢受力2.6*2/3=1.73KN26 桥面板计算：分布于槽钢面板线荷载为2.6KN/cm，，做三跨连续梁分析桥面板受力：[25a槽钢参数如下:A=34.9cm2Wy=30.5cm3最不利荷载为轮胎落于梁中，荷载分布为2.6KN/cm，荷载分布如下图：弯矩为σ=Mmax/w=381/30.5=12.5KN/cm2=125MPa〈[145MPa]，剪力图如下：26 τmax=36.54KN/34.9cm2=12MPa<【125MPa】位移变形如下图最大变形发生在跨中，为0.2mm。横梁计算：汽车轮胎荷载经过槽钢分配至上横梁，整个中后轴轴载由3根横梁承担，单根横梁受力简化为53KN每边，荷载分布如下，考虑1.4的安全系数,计算荷载采用P=53*1.4=74.2KN：荷载分布图26 弯矩图28b工字钢性能参数A=61cm2I=7480cm4W=534cm3σ=Mmax/w=4587.94/534=85.9KN/cm2=86MPa〈[145MPa]最大变形放生在跨中为3.2mm。满足要求贝雷片纵梁，以单片验算槽钢重量：p1=27.5*13*10/4=894N/m上横梁重量：P2=48*6**10/4*18=1480N/m贝雷片自重：P3=275*10/3=916N/m汽车荷载以中后轴居跨中计算中后轴荷载32T，分配给单片贝雷片荷载为8t,，前轴分配单片贝雷片荷载为2T。计算荷载1：1.2*（894+1480+916）=3948N/m2.1.4*8=11.2T2*1.4=2.8T钢平台复核汽车荷载标准值550KN，最大荷载后轴重力标准值140KN，单侧荷载值=70*1.4=98KN26 面板工字钢36b，跨度750cm，荷载分布图工字钢受力弯矩图36b工字钢性能参数A=65.6cm2I=16530cm4W=919cm3σ=Mmax/w=28438.7/919=30.9KN/cm2=309MPa〈[145MPa]26 26'