鋼棧橋施工方案

1、新建武漢至孝感城際鐵路HXSG-4標 野豬湖特大橋跨越縣河 棧橋施工方案 中國建筑股份有限公司漢孝城際鐵路四標項目經(jīng)理部二零一零年三月十日野豬湖特大橋跨越縣河棧橋施工方案審批單編制： 年 月 日審核： 年 月 日審批： 年 月 日中國建筑股份有限公司漢孝城際鐵路四標項目經(jīng)理部野豬湖特大橋跨越縣河棧橋施工方案1概述1.1橋址概況及水文情況縣河位于王母湖與府澴河之間，連接王母湖、滾子河和府澴河，是一條人工河流，橋址于DK 48+208.7DK48+279.6處跨越縣河，河流與線路大里程 夾角34度，河向由右至左，受季節(jié)影響，河床寬約3045m。地下水位埋深310m，橋址區(qū)地下水對混凝土無侵蝕性,基

2、礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為碳化環(huán)境，作用等級T2級；化學環(huán)境作用等級為H1級。地質(zhì)情況：本橋址區(qū)位于江漢平原區(qū)，地表以下分別為粉質(zhì)黏土，泥巖，砂巖，冬季為枯水期，汛期在春季和夏季。 1.2 設(shè)計說明根據(jù)當?shù)鼐唧w地質(zhì)情況、水文情況和氣候情況，擬建棧橋長約78m，橋面寬5.2m。棧橋兩側(cè)設(shè)欄桿，下部結(jié)構(gòu)采用鋼管樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用貝雷和型鋼的組合結(jié)構(gòu)。棧橋的結(jié)構(gòu)形式為橫向5排單層貝雷桁架，桁架間距0.9m與1.2m相結(jié)合，標準跨徑為12m；棧橋橋面系采用定型橋面板；面系分配橫梁為I22a，間距為100cm；基礎(chǔ)采用5297mm/6307mm鋼管樁，為加強基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性，每排鋼管樁間均采用20號槽鋼連接成整體。棧橋

3、各墩基礎(chǔ)布置結(jié)構(gòu)形式如下圖1。1.3 設(shè)計依據(jù)1）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 （JTG D60-2004）2）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 （JTJ024-85）3）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （JTJ025-86）4）公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 （JTJ0412000）5）海港水文規(guī)范 （JTJ213-98）6） 野豬湖特大橋跨越縣河處設(shè)計地質(zhì)資料7）裝配式公路鋼橋多用途使用手冊8）鋼結(jié)構(gòu)計算手冊1-1構(gòu)造圖2-2構(gòu)造圖圖1、棧橋墩基礎(chǔ)構(gòu)造圖（單位：cm）棧橋一般構(gòu)造圖1.4 技術(shù)標準1）橋面設(shè)計頂標高+24. m（擬定）。2）設(shè)計荷載：設(shè)計荷載：(1)9m3砼罐車，（2）旋挖鉆80t圖2：9m3砼罐

4、車2.1車輛橫向及縱向布置圖圖3：80t旋挖鉆機，履帶接地長度為4675mm800mm3）驗算荷載：10m3混凝土罐車：自重+砼重按60T計，對于各軸的承載力情況見圖。80T履帶旋挖鉆：考慮偏載影響，驗算履帶荷載按照104T，履帶接地尺寸4.675m0.8m，履帶中心間距4.2m，具體布置情況見圖。4）水位：目前水位高21.0米5）河床高程取（+18.5）（水深2.5米）。6）河床覆蓋層：50cm淤泥。7）設(shè)計行車速度10km/h。2 荷載統(tǒng)計 1）棧橋面層：8mm厚鋼板，單位面積重62.8kg，則3.27kN/m。2）面板加勁肋工12.6,單位重14.21kg/m，則0.14kN/m，間距0

5、.24m 。3）橫向分配梁：I22a，0.33kN/m ，1.98kN/根，間距1.0m。4）縱向主梁：321型貝雷梁，5.55 KN/m。5）樁頂分配主梁：雙肢I40型號工字鋼。3 上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 3.1 橋面系由于本項目橋面系8mm面板與I12.6焊接成框架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，在此不再對面板進行計算，僅對面板主加強肋I12.6進行驗算，其荷載分析如下：1）自重均布荷載：0.266kN/m(面板單根I12.6承受的均布荷載)，電算模型自動附加在計算中，不另外進行添加。2）施工及人群荷載：不考慮與梁車同時作用。3）I12.6斷面內(nèi)間距為24cm，橫向分配梁間距為1.0m，其受力計算按照跨徑

6、為1.0m的連續(xù)梁進行驗算。汽車輪壓：車輪接地尺寸為0.5m0.2m,每組車輪壓在3根I12.6上，則單根I12.6承受的荷載按照集中力計算為250 kN23=41.7kN；單側(cè)履帶壓：履帶寬0.8m，單側(cè)履帶壓在4根I12.6梁上（間距0.243=0.72m0.8m），履帶長4.675m，則單根I12.6受力按線性荷載計算為104kn/2/4.675m/4=27.8kN/m，此線性荷載在1.0m長的范圍內(nèi)換算成集中荷載的大小為27.8kN/m1.0=27.8kN41.7kN的汽車輪壓，為此對于I12.6梁的驗算選擇罐車荷載進行控制驗算。計算模型如下：則單邊車輪布置在跨中時彎距最大計算模型如下

7、3.1.1 受力模型3.1.2 彎矩圖剪力圖(Mmax=7.44kN.m，Qmax20.983kN)選用I12.6a，則 Wx=77cm3 ；=M/W=7.44kN.m /77 cm3=96.6Mpa =188.5 Mpa；滿足強度要求。=QS/Ib=20.983/10.5/0.5=39.97Mpa=851.3=110Mpa（根據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第1.2.10條有：對于臨時結(jié)構(gòu)有1.3 1451.3188.5Mpa）,=851.3=110Mpa計算中忽略了8mm厚面板及鋼框架整體分配作用，為此上述計算中是偏安全的，該橋梁面系結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足臨時鋼結(jié)構(gòu)強度剛度規(guī)范要求。3.1.2剛度驗

8、算該結(jié)構(gòu)的容許撓度為不大于結(jié)構(gòu)總長的1/400。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊撓度：fmax=qcl3（8-42+3）/384EI=c/l=0.2m/1.0m=0.2fmax =41.7KN0.2*13（8-40.22+0.23）/（3842.1105MPa158cm4）=0.5110-3m1m/400=2.510-3m3.2 I22a橫向分配梁內(nèi)力計算 單邊車輪作用在跨中時，橫向分配梁的彎矩最大，輪壓力為簡化計算可作為集中力。 荷載分析：1）均布荷載：1.3*6m橋面板重量為14.7KN/個，分配梁均布荷載：14.7kN/m/6/1.3*11.225kN/m 2）施工及人群荷載：不考慮與汽車同時作

9、用3）汽車輪壓：60T罐車當后車輪布置在跨中時，計算模型如下：3.2.3受力模型3.2.4彎矩、剪力圖(Mmax=17.71kN.m ，Qmax92.295kN)60T罐車當后車輪單個車輪布置在跨中時彎矩最大，計算模型如下：3.2.5彎矩、剪力圖(Mmax=26.187kN.m ，Qmax63.92kN)荷載分析：80t履帶旋挖鉆輪壓：履帶吊接地長度為4.675m，I22a布置間距為1m，則履帶吊同時作用在6根I22a上，單根I22a的履帶輪壓為10406173.3 kN小于60T罐車單軸250kN同時作用在單根I22a上，不予計算。選用I22a 則 A= 42.1cm2 , W=310cm3

10、，I/S=18.9cm(I=3400 cm4，S=174.9 cm3)，b=0.75cm=M/W=26.18/0.31=84.45MPa188.2 MPa=QS/Ib=92.3/18.9/0.75=65.11Mpa=851.3=110Mpa（2）剛度計算 撓度：wmax=0.0003m1m/400=0.0025m結(jié)構(gòu)剛度與強度均滿足要求。3.3 321型貝雷梁內(nèi)力驗算 分析本棧橋結(jié)構(gòu)形式，計算中選取312m進行結(jié)構(gòu)的強度、剛度及桿件穩(wěn)定性的驗算。將312m聯(lián)棧橋簡化成一連續(xù)梁模型進行建模分析，分析施工荷載作用情形，現(xiàn)對結(jié)構(gòu)物的兩種工況進行分析：工況一：當旋挖鉆位于12m跨中是貝類梁承受最大彎矩

11、。工況二：當旋挖轉(zhuǎn)位于鋼管樁頂區(qū)域時，貝類梁承受最大剪力。具體的荷載布置情況見本計算書開篇的“荷載分析布置圖”，下面分別對工況一、工況二下縱梁內(nèi)力情況進行建模分析。貝雷梁及上均布荷載1.98+5.55+6.37=13.9kn/m罐車荷載僅60噸，與旋挖鉆相比，小的多，故不進行驗算。工況一：當旋挖鉆位于12m跨中圖8、5.2m12m型棧橋貝雷縱梁簡化計算受力模型圖10、內(nèi)力電算結(jié)果(Qmax=603.4kN，Mmax=1673.99kN.m)墩頂最大荷載反力777.51KN工況二：旋挖鉆位于樁頂區(qū)域圖11、5.2m12m型棧橋貝雷縱梁簡化計算受力模型圖13、內(nèi)力電算結(jié)果(Qmax=610.091

12、kN，Mmax=688kN.m)圖14、墩頂最大荷載反力1201KN經(jīng)過上述分析知，履帶吊施工過程中貝雷梁最大剪力Qmax2=610.09kN，最大彎矩Mmax2=1674kN.m。本棧橋貝雷梁內(nèi)力情況為：KQ=【245.2 kN5片】/610.09kN=2(安全)；KM=【788.2 kN.m5片】/1674kN.m=2.35(安全)；因此，整體結(jié)構(gòu)強度滿足臨時鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計規(guī)范要求。結(jié)合上述計算，單排貝雷梁內(nèi)力為：Qmax=610.09kN/5=122kN，Mmax=1674kN.m/5=334.8kN.m根據(jù)裝配式公路鋼橋多用途使用手冊第22頁貝類梁結(jié)構(gòu)分析簡圖可知，貝雷梁的內(nèi)力可分為受

13、純彎和純剪疊加而成。一）受純彎時弦桿內(nèi)力Sx=M/h=334.8/1.4=239.1kn，弦桿截面積25.48cm2，因此弦桿應力：Q=Sx/A=239.1/(2*25.48)cm2=46.92Mpa1.3*210=273MPa，滿足強度要求。弦桿的穩(wěn)定性：ng=Qa/Q=273/46.92=5.8nw，穩(wěn)定性足夠；二）受純剪時查裝配式公路鋼橋多用途使用手冊第59頁“桁架容許內(nèi)力表”可知不加強的單排單層貝雷的容許剪力為245.2kN；斜桿內(nèi)力：Sf=Q/2sin5=*122=86.26kn端豎桿內(nèi)力：Sz=122/2=61KN，斜桿、豎桿采用I8，截面積為9.53cm2因此，斜桿、豎桿應力=S

14、x/A=61/9.53=64Mpa1.3*210=273MPa弦桿的穩(wěn)定性：ng=Qa/Q=273/64=4.3nw，穩(wěn)定性足夠；三）撓度驗算1）橋梁總慣性矩I查裝配式公路鋼橋多用途使用手冊第59頁表3-5可知，單排單層桁架J=.2cm4,縱向的橋面層的Ix=77.4cm4,6.5米寬橋沿橋梁方向共有5片桁架和23根I12.6橋面縱向梁。因此，其總慣性矩為I=5J+23Ix= cm4=0.0126 m4。2）非彈性撓度按照裝配式公路鋼橋多用途使用手冊第39頁貝雷桁架撓度計算經(jīng)驗公式，當桁架節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，簡支梁其跨中最大撓度為：fmax=dn2/8其中：n為桁架節(jié)數(shù)，d為常數(shù)；單層桁架d=0.3

15、556cm,雙層桁架d=0.1717cm；對于一聯(lián)橋型跨徑組合為5.212m,為簡化計算，驗算中12m單跨徑進行驗算，跨內(nèi)共有4節(jié)桁架，且為單層桁架。將上述數(shù)據(jù)代入公式得fmax=0.3556cm42/8=0.71cm，而對于連續(xù)梁，其非彈性撓度一般為簡支梁的2/3，所以其fmax=0.711cm2/3=0.474cm。3）彈性撓度查路橋施工計算手冊第764頁附表2-9中的計算系數(shù)可知，均布荷載產(chǎn)生的撓度為：fq=0.677ql4/(100EI),其中EI=2.1105Mpa0.0126 m4=0.2651010N.m2.因此，fq=0.677ql4/(100EI)= 0.677222.461

16、24（1000.2651010）=1.1810-5m=1.210-3cm=0.0012cm。4）總撓度由以上計算可得到桁架在自重及履帶吊SSL工況下產(chǎn)生的最大撓度為：f總=f非+f彈=0.474cm+0.0012cm=0.486 cm。按照公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范JTJ025-86第1.1.5條“對于臨時或特殊結(jié)構(gòu)，其豎向撓度容許值可與有關(guān)部門協(xié)商確定”以及參考裝配式公路鋼橋多用途使用手冊第49頁計算示例，其豎向撓度容許值需滿足f/L=1/250,即本橋12m跨的撓度容許值為f容=1200cm/250=4.8cm。因此，上述計算得到的f總= 0.486cmf容=4.8cm，滿足要求。4、

17、下橫梁內(nèi)力計算對于下橫梁受力最不利工況為：（1）罐車的邊側(cè)行駛到樁頂時；（2）旋挖鉆行駛到樁頂時。綜合對比，工況（2）比工況（1）受力嚴重，為簡化計算，將旋挖鉆荷載以均布力的形式對下橫梁的內(nèi)力進行分析。（1）旋挖鉆沿棧橋的邊側(cè)行駛到樁頂時1）自重均布荷載： q1 =13.912/6+1.35=29.15kN/m 2）施工及人群荷載: 不考慮與履帶吊同時作用。3）履帶輪壓：Q1=1201kN/5=240.25KN/m。第一步：利用SAP2000建模，當行駛到墩頂時，求解鋼管樁支點反力。（兩樁間距按3.8米布置）支點反力(Rmax=604.57N)彎矩、剪力圖(Mmax=350kN.m，Qmax=

18、363kN)根據(jù)上面的計算分析，取Mmax=410.4kNm，Qmax=363kN進行下橫梁的截面設(shè)計。Wx= Mmax/=350kNm /140 Mpa=2500cm3A= Qmax/=363kN/85 Mpa=42.7cm2選用2I40a, W=21090cm3=2180 cm3,A=286.1=172.2cm2,I/S=34.1(I=21720cm4，S=631.2cm3)，b=1.4222.84cm。=M/W=350 kNm /2180 cm3=160.6MPa1.31.3撓度：wmax=0.0104m3.8m/400=9.510-3m滿足強度及剛度要求。5一般墩（529/630*7m

19、m）的驗算5.1 鋼管樁入土深度根據(jù)港口工程樁基規(guī)范（JTJ254-98）第4.2.4條：式中：Qd單樁垂直極限承載力設(shè)計值（kN）；單樁垂直承載力分項系數(shù)，取1.45；U樁身截面周長（m），本處為1.661m；單樁第i層土的極限側(cè)摩阻力標準值（kPa）； 樁身穿過第i層土的長度（m）； 單樁極限樁端阻力標準值（kPa）；A 樁身截面面積，5298mm鋼管樁A=130.88cm2；地質(zhì)資料統(tǒng)計樣表:該區(qū)域土層磨阻力如表4.2：土層摩阻力統(tǒng)計序號土層名稱承載力（kPa）樁周摩阻力（kPa）頂面（m）底面高程（m）層厚（m）2-1粉質(zhì)粘土（1）10030-50（取40）184.9913.012-2

20、粉質(zhì)粘土（2）16050-80（取65）4.99-2.517.55-1-2.51=1/1.451.661(40Lx+1000.013)=604.57kNLx=13m綜上，棧橋施工中，單根樁基最大用材為17.5m，各樁基具體入土深度根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)及施工設(shè)備進行雙控。5.5 打樁設(shè)備的選擇 本工程鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)計中主要為6308mm兩種，鋼管樁直徑均適中，結(jié)合過去工程中打樁經(jīng)驗，對于本類型鋼管樁選擇DZJ-45振動錘施打。DZJ-45振動錘性能參數(shù)見下表。表4.2 DZJ-45振動錘性能表電機功率(kW)偏心力矩Nm振動頻率激振力kN機重kg允許拔樁力KN45020612003384100180根據(jù)裝

21、配式公路鋼橋多用途使用手冊中關(guān)于振動沉樁承載力的計算，按電動機消耗的能量求樁基的極限承載力公式： 式中： 沉樁將達規(guī)定標高前，下沉速度為0-5 cm/min時，所需的有效功率（kW）； 沉樁機無負荷時的功率（kW）； 沉樁最后一陣速度（cm/min），正常要求取1 cm/min； Q 振動體系的重量（t），DZ45R錘重4.5t； 土質(zhì)系數(shù)，取2.0 樁基入土速度系數(shù)，取0.15 根據(jù)現(xiàn)場施工記錄，終打前電動機輸入電流為170A，電壓為390V，無負荷時電動機輸入電流為100A，電壓為380V，則： 通過上述計算，采用45震動錘打樁，當摜入度為1 cm/min，終打電流為390V時，單樁承載力

22、為71.53t。大于單樁最大承載力345.3KN，滿足使用要求。5.1 鋼管樁強度驗算擬定鋼管樁頂至沖刷線間管長為7m。利用SAP2000建立有限元模型： 計算模型、 軸向力（Nmax=618.63kN） 彎矩圖（Mmax=-201.88kN.m）經(jīng)上述建模分析知，鋼管樁在沖刷后泥面處最大彎矩M=201.88kN.m，最大軸力為618.63kN。5298mm鋼管樁Wx=1680.55cm3，A=130.88cm2。根據(jù)上述計算，鋼管樁在壓彎共同作用下，最大應力為：，強度滿足要求；鋼管的穩(wěn)定性：=0.987，穩(wěn)定性足夠；5.3 使用階段鋼管樁間剪刀撐和平撐強度驗算鋼管樁間平撐均設(shè)計為20a，經(jīng)上

23、述建模分析知，20a各桿件中最不利桿件的最大彎矩M=2.42kN.m，最大剪力為1.58kN，最大軸力為39.7kN。20a的截面參數(shù)為：W=178.04cm3,A=28.83cm2,I/S=13.47(I=1753.3cm4，S=130.12cm3)，b=0.7cm。=M/W=2.42kN.m /178.04cm3=13.6MPa1.3；1.3；，滿足強度要求。6 計算結(jié)論經(jīng)分析計算，棧橋各主要受力構(gòu)件強度和剛度均滿足臨時鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計規(guī)范要求。7構(gòu)造物施工7.1鋼管樁施工1鋼管樁的下沉所有鋼管樁鋼管樁制備直接在現(xiàn)場由卷板機卷制而成。下沉采用DZJ-45液壓振動錘振動下沉，在振動鋼管樁前，先

24、由測量放出的樁位預挖一個80cm的直徑圓孔，約50cm深，用以定位鋼管樁。沉樁過程中，利用全站儀在相互垂直的縱橫棧橋方向觀測其垂直度，及時糾正鋼管樁下沉中的偏移，直至鋼管樁沉至設(shè)計標高。同時，在樁周附近地面澆一定數(shù)量砼，封閉樁頭處與鋼管樁壁結(jié)合的縫隙，并在樁周挖掘排水溝，減少由于地表水下滲使得樁壁摩阻力減小造成鋼管樁的承載力降低。沉樁完成后，逐一測出各樁頭標高，并根據(jù)各支架鋼管樁頂標高計算出所需鋼管樁的精確長度，直接在地面焊接接長足夠長度，利用長臂吊車一次吊裝焊接。減少鋼管樁接長的高空作業(yè)，既保證了施工安全與質(zhì)量，加快了施工進度。2.振動沉樁的要點1）沉樁前先準確定出每根鋼管樁的位置，并在沉樁

25、過程中隨時檢查。2）在鋼管樁上做好沉入深度標記，以便控制樁的入土深度。3）沉樁前應處理地面上、下障礙物。4）在沉樁過程中，保持振動錘的中心線與樁中心線一致。5）每根樁的沉樁作業(yè)須一次完成，不可中途停錘太久，以免土的摩阻力恢復，繼續(xù)下沉困難。6）沉樁過程中，出現(xiàn)樁的偏移、傾斜等不正常情況，應暫停錘振，并查明原因，采取措施后方可繼續(xù)沉樁。7.2縱、橫梁施工當鋼管樁沉放完畢，就開始吊裝，鋪設(shè)縱、橫梁工字鋼及貝雷梁，具體操作如下：1.在鋼管樁頂部，垂直棧橋方向，中心位置開槽口，用=12mm鋼板加強鋼管樁壁，安裝雙支I40橫梁工字鋼，并嵌固在槽口中，調(diào)整位置準確后，與鋼管樁開口壁焊接，焊接時先將槽鋼與鋼管樁壁間滿焊，再在槽鋼與鋼管樁間加焊三角形勁板加強。2.按照棧橋結(jié)構(gòu)圖依次安裝縱向貝雷梁、I22橫梁、=8mm面板。3.縱橫梁吊裝要求：1）備專業(yè)吊車操作員和吊車指揮員，保證整個吊裝過程符合安全操作規(guī)程。2）吊裝時必須有專職安全員在現(xiàn)場值班。3）貝雷梁吊裝時采用一跨單片整體吊裝。4.焊接要求：1）施焊前必須清除焊接區(qū)的有害物。2）施焊時母材的非焊接部位嚴禁焊接引弧。3）多層焊接宜連續(xù)施焊，應注意控制層間溫度，每一層焊縫焊完后及時清理檢查，清除藥皮、熔渣、溢流和其他缺陷后，再焊下一層。8安全技術(shù)措施1、水上高空作業(yè)人員必須配戴安全帶和配戴救生衣等救生設(shè)