猫道设计与施工方案修改.docx
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猫道设计与施工方案修改.docx
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猫道设计与施工方案修改
猫道设计与施工方案
一、概述
旮旯河大桥为纳雍县电煤运输东南环线县城段发展大道四标段,起点接夏蓉高速及纳水路,终点接王家镇寨公路。
桥梁位于直线上,分左右两幅,单幅桥宽16m,左右幅净距4.5m,全桥面宽36.5m。
主桥为69+120+69m预应力钢筋混凝土连续刚构,引桥均为4×33m预应力钢筋混凝土连续梁。
桥面纵坡3.5%,支座水平放置,桥面纵坡的影响在梁底设置楔块处理;桥上车行道横坡1.5%,人行道横坡1%;箱梁顶板做成1.5%的横坡,与车行道横坡一致。
桥面铺装采用8cm聚丙烯纤维混凝土调平,顶层采用7cm中粒式沥青混凝土,总厚度15cm。
猫道为本桥的临时结构,做为人员通行、小型机具设备运输、电缆架设、以及用于塔吊安装时的调点使用,由于本桥位于较深峡谷,根据本桥的地理特征情况,架设锚道有必要的意义。
二、猫道设计
1.猫道布置
根据本桥的特点,猫道锚碇位置选在两幅桥中间的空位处,猫道全宽2m,通行宽度1m,猫道净跨340m。
雍熙镇端锚碇前沿对应0号台前墙里程,法拉端锚碇设在5号至6号墩之间,其里程以雍熙镇端对应0号台里程及猫道净跨推算。
2.猫道构造
猫道面层包括横梁及面层辅料,钢丝网、横梁布置在承重索上。
采用双层钢丝网,承重索上方铺设50mm×70mm的高强钢丝网承重,再于其上铺设防坠物及供人行走的10mm×10mm的软钢丝网。
横梁采用槽钢和角钢相结合的方式,每6m采用一根140mm×58mm槽钢,每2m采用一根80mm×80mm×5mm的角钢,横梁通过U型螺栓连接于承重索上,横梁端部与栏杆立柱相连。
猫道两侧间隔2m设置一根栏杆立柱,栏杆立柱采用80mm×80mm×5mm的角钢,栏杆扶手绳采用4根Φ20mm的钢丝绳,两侧栏杆采用50mm×70mm的钢丝网封闭,封闭高度不小于1.2m。
(详见设计图)
3、猫道承重索锚固系统
本工程采用单跨分离式猫道,在两岸直接设置锚碇,锚碇内预埋钢框架将承重索的两端锚定在锚碇内,锚碇的另一端设置后地锚,地锚的一端锚入基岩内,另一端锚入锚碇内。
(详见锚固设计图)
4、猫道抗风系统
由于猫道属于高空作业,风力对猫道的影响尤为突出,为提高施工期间猫道的抗风稳定性,足够的刚度以及调整线性的需要。
由于本工程沟壑较深,风力较大,在猫道的两侧距离两岸50m、100m、150m、的位置设置抗风绳,一共设置12根抗风绳,抗风绳采用Φ16mm的钢丝绳,一端与猫道横梁连接,另一端锚入基岩内。
5、猫道承重索调节装置
在猫道的承重索和风缆的计算、下料及架设过程中,造成猫道线形误差的原因很多,因此,在承重索及抗风缆两端设置相应的长度调节装置。
本工程采用丝杆调节器(见设计图),调节器的一端与承重索用绳卡相连,另一端与锚碇预埋件销接。
调节器最初完全放松,避免收紧困难。
6、猫道照明
本工程无通航及其他运输限制,因此,猫道内仅需按照常规设置施工作业人员通行的照明设施。
三、猫道检算
1、承重索的强度与垂度
承重索所承受的荷载计算见猫道面层强度计算
⑴.承重索的强度
根据下节计算,承重索的设计总荷载=65.73t(不含承重索自重)
承重索自重(按照一根承重索每米重12.5Kg计算,共6根承重索,承重索实际长度340.8承重索总重量=6×340.8×12.5=25560Kg=25.56t
见上图,承重索的一端承受的最大设计荷载Ty=(65.73+25.56)/2=45.645t
一根承重索受到的力T=Ty/cosa=45.645/(6×cos74°36′)
=27.63t
本设计选用Φ60mm,公称抗拉强度为1770N/mm2的钢丝绳,每根钢丝绳最小破断力187t,一共采用6根钢丝绳承重,安全系数取6。
一根承重索所能够承受的容许拉力=187/6=31.17t>27.63t
承重索强度满足要求。
⑵.承重索的垂度
根据计算,承重索线型为椭圆形,跨中最大下挠度为21.5m。
2、猫道面层强度与刚度
⑴.猫道面层强度
猫道每6米为一个循环单元,计算时先计算每个单元材料重量,以此推算猫道自重。
恒载
高强钢丝网重量
每延米高强钢丝网面积(包括底层,侧面)
A=(1.9+1.2+1.2)×1=4.3m2
采用18号钢丝网,每平方米高强钢丝重量:
5.7Kg
一个单元钢丝网重量:
4.3×5.7×6=147.06Kg
走行软钢丝
软钢丝面积(仅布置在走道上)
A=1.8×1=1.8m2
采用4号软钢丝网,每平方米高强钢丝重量:
1Kg
一个单元软钢丝网重量:
1.8×1×6=10.8Kg
一个单元钢丝网重量:
157.86Kg
横梁
每个单元一根140mm×58mm槽钢,长2.1m,每延米槽钢重量14.535Kg,则一根槽钢重量
14.535×2.1=30.53Kg
每个单元两根80mm×80mm×5mm的角钢,长2.1m,每延米角钢重量6.211Kg,则两根角钢重量
6.211×2.1×2=26.09Kg
每个单元横梁总重:
56.62Kg
木踏板
每个单元设置12块木踏板,木踏板长1.8m,宽0.15m,板厚0.05m,木踏板容重0.6t/m3。
一个单元木踏板总体积
V=12×1.8×0.15×0.05=0.162m3
一个单元木踏板总重=0.162×600=97.2Kg
立柱角钢
每个单元共6根立柱角钢,每根角钢长1.46m,80mm×80mm×5mm的角钢,每延米角钢6.211Kg。
一个单元立柱角钢重量=6×1.46×6.211=54.41Kg
扶手钢丝绳
一个单元共4根钢丝绳,一根钢丝绳长6m,考虑钢丝绳线型影响,其增长值按照1.005考虑,则一根钢丝绳实际长度6.03m,扶手钢丝绳直径20mm,每延米钢丝绳重量1.38Kg/m。
一个单元扶手钢丝绳重量=4×6.03×1.38=33.29Kg
连接件
立柱与横梁的连接板,板厚0.005m,板长0.16m,板宽0.08m,
一个单元内共6块连接板
连接板重量=0.16×0.08×0.005×7850=3.01kg
一个单元连接板总重=6×3.01=18.06Kg
连接螺栓
连接螺栓采用M16×60mm的高强螺栓,每套螺栓重0.156Kg,每个单元共12套螺栓
连接螺栓重量=12×0.156=1.87Kg
U型钢丝绳卡,每套重量1.2Kg,每个单元共12套
U型钢丝绳重=12×1.2=14.4kg
卡板
卡板主要起固定扶手钢丝绳的作用,卡板将扶手钢丝绳与立柱角钢连接在一起,卡板可以自己加工,卡板采用0.16×0.08×0.005的钢板加工形成,一根立柱角钢上设两个卡板,每个单元共12个卡板,卡板与立柱角钢间采用高强螺栓连接,一块卡板上有2个螺栓
一套卡板重=0.16×0.08×0.005×7850+2×0.156=0.814Kg
一个单元卡板共计重=12×0.814=9.77Kg
一个单元连接件全部重量=18.06+1.87+14.4+9.77=44.1kg
一个单元结构恒载ΣW=157.86(钢丝网)+56.62(横梁)+97.2(木踏板)+54.41(立柱角钢)+33.29(扶手钢丝)+44.1(连接件)=443.48kg
活载
人行活载,由于本通道仅供施工作业人员通过,猫道上同时通过的施工人员不超过300人,即按照每延米猫道上有1人布置,人均60Kg计算,每个单元猫道长6m(注,实际施工时,要严格控制猫道上同时通行的人员数量,一次通过数量不超过50人)
一个单元人行活载=6×60=360Kg
机具活载
猫道上通过的主要是小型机具,且不存在同时通过的可能,因此,设计计算时考虑施工人员的运输能力,按照全桥上总运输不超过2000Kg机具考虑机具活载,换算到每个单元
一个单元上的机具活载=2000×6/340=35.3Kg
风活载
风活载沿桥横向着力,由于工程所处位置无历史风力调查资料,因此,本设计中按照风力50Kg/m的横向风力进行计算,则每个单元的横向风力为300Kg,猫道全长340m,所受到的风力为17000Kg,抗风绳产生向下的拉力总值与风力总和相同(抗风绳沿45°布置),换算到每个单元
每个单元因风力产生的竖向力=300Kg
其他活载
由于该猫道不仅需要人员和小型机具通过,同时还要能够穿过吊装材料的钢丝绳,钢丝绳采用现场编束,其实际重量应根据现场情况确定,在猫道计算中,钢丝绳每延米重量9.40Kg/m
每个单元上钢绞线的重量=6×9.40=56.40Kg
最不利活载组合:
在风力较大时,人工通过猫道将吊装用钢丝绳进行穿索
此时一个单元的活载=360+300+56.40=716.4Kg
最不利时:
恒载+荷载=716.4+443.48=1159.88Kg
全桥340m,约340/6=56.7个计算单元,
猫道设计总荷载=56.7×1159.88=65730Kg=65.73t
由于每个单元上的荷载较小,横梁下部设有多根承重索,本设计省去了横梁的强度计算。
⑵.猫道面层刚度
猫道面层采用双重钢丝网,底部高强钢丝网主要承重,猫道纵向每2m设置了横梁,起到了增加面层刚度的作用,在面层钢筋网上,每50cm铺设了一块踏木板,采用镀锌铁丝将踏木板与钢丝网绑在一起,防止踏木板移动,同时,踏木板也起到了增加横向刚度的作用。
3、承重索锚固系统
⑴.预埋件与调节装置的连接件强度
一根承重索的容许拉力为31.17t,锚固系统必须能够承受相应的拉力。
见上图,高强螺栓承受到的力为31.17t,每个工字钢连接件承受的力为15.59t,高强螺栓一端承受的剪力为15.59t,选用10.9级高强螺栓,其抗剪强度310MPa,高强螺栓按纯剪状态进行设计
高强螺栓的抗剪面积=15.59t/(310×100t/m2)
=0.000503m2=503mm2
本设计采用M30高强螺栓。
工字钢
高强螺栓受到的力全部传递给工字钢,螺栓穿过处,工字钢受压,工字钢采用普通A3钢,容许压应力[σ]=135MPa,拟采用20b型工字钢,工字钢面积3950mm2,腹板厚9mm,两侧工字钢相同,对称布置
一侧抗压面积=工字钢腹板厚度×螺栓孔直径
=0.009m×0.045m=0.000405m2
一侧工字钢能够承受的压力=0.000405×135×100t=5.47t,远小于其实际受到的力,工字钢局部承压不能满足要求,必须进行特殊处理。
本设计考虑先在接头段工字钢的腹板的两侧焊接2cm厚的钢板,增加腹板厚度及局部抗压面积。
现场施工时,要注意先在工字钢腹板上焊接钢板,加工好后,再进行螺栓孔加工;同时,钢板沿工字钢腹板的焊接长度要满足要求,且焊接钢板段伸入锚碇内的长度不小于50cm。
加工处理后螺栓孔处局部承压力
=0.049m×0.045m×135×100t/m2
=29.76t>15.59t(满足要求)
工字钢在穿孔后,其承载力也有所降低
穿孔后工字钢实际能够承受的力=(0.395-0.000405)×135×100
=53.27t>15.59t(满足要求)
⑵.连接板的强度
连接板采用Q420钢板,每根承重索的端部采用1块连接板,板宽120mm,厚度35mm,设计强度[σ]=360MPa
一块连接板承压面积=0.035m×0.045m=0.001575m2
一块连接板的承压力=0.001575m2×360×100t/m2
=56.7t>31.17t(满足要求)
连接板的一端与锚固高强螺栓连接,另外一端与长度调节装置连接。
⑶.连接板与长度调节器的连接
见设计图,连接板与长度调节器相连的一端,长度调节器采用工厂定做的方式加工,要求其调节器的承载力不小于31.17t,调节器与连接板间通过高强螺栓进行连接,高强螺栓的计算与前面相同,此处不再重复计算。
4、锚碇的稳定性检算
作用在锚碇上的力见下图(忽略扶手钢丝绳的作用)
⑴.锚碇的倾覆稳定性
锚碇的自重(靠雍熙镇端)
锚碇宽3m,猫道承重索的力作用在距锚碇顶部1.66m处,后锚作用点距离锚碇顶部0.2m,后锚数量与承重索数量一致。
上部锚碇重=上部锚碇面积×钢筋混凝土容重
=23.15m2×3m×2.5t/m3
=173.62t
下部锚碇重=下部锚碇面积×钢筋混凝土容重
=7.39m2×3m×2.5t/m3
=55.35t
上部重力作用点距离前趾O点2.71m,下部重力作用点距离前趾O点2.47m,后锚张力F距离前趾O点8.43m,承重索张力距离前趾O点6.2m,承重索及后锚采用同种材质的钢丝绳,设计破断力31.17t
抗倾覆力矩=173.62×2.71+55.35×2.47+6×31.17×8.43
=2183.8t.m
倾覆力矩=4×31.17×5.82+2×31.17×7.12=1169.5t.m
抗倾覆稳定系数K=2183.8/1169.5=1.86>1.5(满足要求)
⑵.锚碇的抗滑稳定性
地基摩擦系数按0.4取值,自重产生的摩擦力沿水平方向
自重:
W=W1+W2=173.62+55.35=228.97t
自重产生的抗滑力=228.97×0.40=91.59t
后锚沿45度方向布置,分解在水平方向及竖直方向的力相同
后锚的水平力=0.707×6×31.17=132.21(抗滑力)
后锚的竖向力=0.707×6×31.17=132.21t(正压力)
后锚正压力产生的抗滑力=132.21×0.40=52.88t
承重索沿15°24″方向布置,分解到水平方向的力为滑动推力,竖直方向的力为正压力,将产生抗滑作用
承重索产生的抗滑力=45.645×0.40=18.26t
抗滑力总和=91.59+132.21+52.88+18.26=294.94t
承重索产生的水平力(滑动力)=165.75t
抗滑稳定系数K=294.94/165.75=1.77>1.2(满足要求)
⑶.锚碇地基强度
根据上述计算,作用在地基上的竖向荷载=228.97+132.21+45.65=406.83t,锚碇宽3m,长4.98m,锚碇底面积14.94m2
锚碇地基应力(平均值)=406.83/14.94=27.23t/m2
因此,锚碇基础应放置在地基容许应力不小于300KPa的岩质地基上。
锚碇的自重(靠法拉端)
锚碇宽3m,猫道承重索的力作用在距锚碇顶部1.66m处,后锚作用点距离锚碇顶部0.2m,后锚数量与承重索数量一致。
上部锚碇重=上部锚碇面积×钢筋混凝土容重
=31.09m2×3m×2.5t/m3
=233.18t
下部锚碇重=下部锚碇面积×钢筋混凝土容重
=8.31m2×3m×2.5t/m3
=62.33t
上部重力作用点距离前趾O点3.07m,下部重力作用点距离前趾O点2.74m,后锚张力F距离前趾O点9.88m,承重索张力T1距离前趾O点7.31m,承重索张力T2距离前趾O点8.58m,承重索及后锚采用同种材质的钢丝绳,设计容许拉力31.17t
抗倾覆力矩=233.18×3.07+62.33×2.74+6×31.17×9.88
=2734.4t.m
倾覆力矩=4×31.17×7.31+2×31.17×8.58=1446.235t.m
抗倾覆稳定系数K=2734.4/1446.23=1.89>1.5(满足要求)
⑵.锚碇的抗滑稳定性
地基摩擦系数按0.4取值,自重产生的摩擦力沿水平方向
自重:
W=W1+W2=233.18+62.33=295.51t
自重产生的抗滑力=295.51×0.40=118.2t
后锚沿45度方向布置,分解在水平方向及竖直方向的力相同
后锚的水平力=0.707×6×31.17=132.21(抗滑力)
后锚的竖向力=0.707×6×31.17=132.21t(正压力)
后锚正压力产生的抗滑力=132.21×0.40=52.88t
承重索沿15°24″方向布置,分解到水平方向的力为滑动推力,竖直方向的力为正压力,将产生抗滑作用
承重索产生的抗滑力=45.645×0.40=18.26t
抗滑力总和=118.2+132.21+52.88+18.26=321.55t
承重索产生的水平力(滑动力)=165.75t
抗滑稳定系数K=321.55/165.75=1.94>1.2(满足要求)
⑶.锚碇地基强度
根据上述计算,作用在地基上的竖向荷载=295.51+132.21+45.65=473.37t,锚碇宽3m,长5.48m,锚碇底面积16.44m2
锚碇地基应力(平均值)=473.37/16.44=28.79t/m2
因此,锚碇基础应放置在地基容许应力不小于300KPa的岩质地基上。
5、锚碇后锚的检算
⑴.后锚的抗拉强度
锚碇后锚采用与承重索相同的材料,因此,其强度不再计算。
⑵.钢丝绳与锚固砂浆的最小握裹长度
采用M30的水泥砂浆
L握≥(K×N)/(π×d×n×qg)
=(2.0×31.17t)/(3.14×0.06m×1×295t/m2)
=1.12m
式中:
K=2.0~2.3(永久锚固安全系数,n=1时取2.0)
N=31.17t(钢丝绳拉力设计值)
d=0.06m(钢丝绳直径)
n=1(每孔钢丝绳根数)
qg=295t/m2(锚杆与锚固砂浆的极限粘结强度设计值)
实际锚固深度L=4.0m>1.12m(满足要求)
⑶.锚固体与基岩的粘结计算
钢丝绳要达到锚固力设计值Ng所需的最小锚固体长度
L锚≥Ng/(K×π×d×qs)
=31.17/(1.33×3.14×0.12×55)
=1.13m
式中:
L锚为锚固体长度
K=1.33(钢丝绳工作条件系数,临时锚索取1.33,永久性锚索取1.0)
Ng=31.17t(锚索锚固力设计值)
qs=0.55MPa(锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值)
d=0.12m(锚固体直径)
实际锚固深度L=4m>1.135m(满足要求)
6、抗风钢丝绳计算
由于无风力检测资料,抗风钢丝绳的设计仅做为参考,前述猫道风力计算中,按照每延米猫道承受的水平风力50Kg计算,猫道上的总风力为17t,猫道单侧6根钢丝绳
每根钢丝绳承受的风力=17t/6根=2.83t/根
即抗风钢丝绳的设计荷载为2.83t
设计选用直径为16的钢丝绳,其最小破断力12.6t,远超过设计荷载,满足要求。
抗风绳的锚固长度计算
⑴.钢丝绳与锚固砂浆的最小握裹长度
采用M30的水泥砂浆
L握≥(K×N)/(π×d×n×qg)
=(2.0×2.83t)/(3.14×0.016m×1×295t/m2)
=0.45m
式中:
K=2.0~2.3(永久锚固安全系数,n=1时取2.0)
N=2.83t(钢丝绳拉力设计值)
d=0.016m(钢丝绳直径)
n=1(每孔钢丝绳根数)
qg=295t/m2(钢丝绳与锚固砂浆的极限粘结强度设计值)
实际锚固深度L=2.0m>0.45m(满足要求)
⑵.锚固体与基岩的粘结计算
钢丝绳要达到锚固力设计值Ng所需的最小锚固体长度
L锚≥Ng/(K×π×d×qs)
=2.83/(1.33×3.14×0.1×55)
=0.15m
式中:
L锚为锚固体长度
K=1.33(钢丝绳工作条件系数,临时锚索取1.33,永久性锚索取1.0)
Ng=2.83t(锚索锚固力设计值)
qs=0.55MPa(锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值)
d=0.1m(锚固体直径)
实际锚固深度L=2m>0.15m(满足要求)
四、猫道的总体架设方案
1、.猫道架设前的准备
猫道架设前,需要先建好锚碇,安装好后锚,同时安装好承重索预埋件及承重索长度调节器,注意承重索长度调节器要先放松。
投入猫道施工的各种机具预先就位,为下一步猫道架设做好准备
2、猫道施工工艺流程
导索跨过旮旯河架设承重索猫道面层铺设
调整猫道标高抗风缆架设
导索是安装猫道的第一根钢丝绳,架设导索的方法是先在两岸设置锚固点,然后采用人工牵引的方法将导索安装到位,安装到位后,采用卷扬机调整导索标高,以便牵引其余猫道索,引导其余猫道索就位。
导索就位后,利用导索分别将猫道承重索,猫道扶手钢丝绳牵引到位,采用卷扬机将牵引到位的承重索进行预拉,当承重索拉升到长度调节器可以调控的范围后,利用长度调节器再将承重索拉升到设计位置,在拉升过程中,要随时掌握拉升时跨中位置,当承重索拉升到设计位置后,按照设计要求进行锁定,依次对称将承重索拉升到位。
将承重索、扶手钢丝绳安装到位后,从雍熙镇端开始,顺序铺设猫道面板。
作业前对安全绳及挂钩进行检查,无误后才能使用;在铺设过程中,作业人员必须严格遵守施工规程,高空作业必须正确佩戴安全绳,安全绳的挂钩必须悬挂在牢固的部位。
每铺设一段猫道底层,立即安装横梁、立柱角钢及侧面钢筋网。
在安装好三面防护后,再铺设人行软钢丝网及踏木板。
利用两端长度调节器再次调整猫道位置。
由于铺设面层后,承重索不可避免产生变形,因此需要再次对猫道线型进行调整,直到将猫道调整到设计位置。
将猫道调整到位后,按照设计要求按照抗风绳,抗风绳安装到位后,利用抗风绳长度调节器适当收紧抗风绳,收紧过程中注意对称施力。
3、猫道承重索高度调整
⑴.承重索架设时,要注意架设一根调整一根承重索的垂度,同时观测锚碇的位移情况。
全部架设完毕,利用长度调节器再次进行调整,使每根猫道承重索达到设计值,4根承重索的横向相对高差不超过5mm。
⑵.猫道面层架设完成后,再次测量猫道垂度,比照设计值,再次对猫道进行调整。
4、猫道使用安全措施
⑴.猫道使用前,应对猫道承重索,连接构件,后锚,抗风绳,立柱角钢的连接,扶手绳的卡板等部位进行全面检查,安装不合格的卡板,连接件必须更换,检查验收合格后才能投入使用。
在使用过程中,还需要对重要的部位进行定期检查。
⑵.对重要的承重索等每天工作前须仔细检查并需做好检查记录,确认安全后,才能投入工作。
⑶.猫道两端均设置安全检查人员,未经许可,任何人不得随意通过猫道。
⑷.所有施工人员必须按照施工规程进行操作,正确佩戴安全绳,安全帽,施工作业人员还须配备工具带。
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