钢便桥与钻孔平台施工专项施工规范.docx
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钢便桥与钻孔平台施工专项施工规范
钢便桥及钻孔平台施工专项施工规范
1、编制的依据
①、交通部《公路桥涵施工技术规范》JTJ041—2000
②、人民交通出版社《路桥施工计算手册》
③、交通部交通战备办公室《装配式公路钢桥使用手册》
④、公路施工手册
⑤、公路桥涵钢结构木结构设计规范
、两阶段施工设计图
二、便桥及钻孔平台主要技术标准
①、计算行车速度:
②、设计荷载:
③、桥跨布置:
④、桥面布置:
三、主要施工机具
1、500KN的以履带吊一台。
2、350KN的以吊车一台。
3、250KN的以吊车一台。
4、铁锚4只。
5、振动沉桩机(锤)2台。
6、电弧焊机6台。
7、氧气切割机2台。
8、链滑车12只。
9、50KN卷扬机2台。
10、50装载机1台。
11、运输车1辆。
12、打桩船一艘。
四、工程概况
厦漳高速公路(漳州段)扩建工程ZA4合同段为南港特大桥的一部分,位于龙海市紫泥镇、海澄镇。
工程起为K497+757,终点K499+672.5;右幅桥长1915.5米,左幅桥长1939.5米。
根据现场地形地貌并结合荷载使用要求,经过现场勘查、结合桩基平台和钢吊箱施工需要我部架设的钢桥规模为:
桥梁全长约550米,(拟从118#—127#墩,其中120#墩—121#墩受通航影响断开120米。
便桥标准跨径为12米),桥面净宽均为6米;桥位布置形式为:
便桥布置在新建桥梁上游,便桥边缘与平台墩位承台净距离2.7米。
钢桥结构特点如下:
1、基础结构为:
钢管桩基础
2、下部结构为:
工字钢横梁
3、上部结构为:
贝雷片纵梁
4、桥面结构为:
装配式公路钢桥用桥面板
5、防护结构为:
小钢管护栏
五、钢桥设计文字说明
1、基础及下部结构设计
本工程位于海中,河面宽约670米,主跨9(119#墩—120#墩、121#墩—122#墩)水深为7米~16米,边跨(118#墩—119#墩、122#墩—127#墩)水深为2米~7米,最低潮水位-2.6米、最高潮水位4.77米。
建成后的钢桥桥面标高按6.0米控制。
水下地质情况自上而下普遍为:
淤泥、砂层、粘土层、圆砾。
1.1边跨便桥钢管桩基础布置形式:
单墩布置3根钢管(桩径ф60cm,壁厚8mm),横向间距2.5m,桩顶布置2根36cm工字钢横梁,管桩与管桩之间用10cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接。
考虑到主跨便桥位于新建桥梁中间,水位深且受涨退潮影响水流急,因此对基础进行加强。
1.2主跨便桥钢管桩基础布置形式:
单墩布置3根钢管(桩径ф80cm,壁厚8mm),
横向间距2.0m,桩顶布置2根36cm工字钢横梁,管桩与管桩之间用10cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接。
为了增强便桥纵向稳定性,每隔3个墩位设置1处加强排架墩基础(即单墩布置6根钢管:
横向间距2.5米、排距2.5米)。
打钢管桩技术要求:
①严格按设计书要求的位置和标高打桩。
②钢管桩中轴线斜率<1%L。
③钢管桩入土(进入土层)深度必须大于5m,实际施工过程由于各个支墩地质情况复杂,管桩终孔高程应以DZ60桩锤激振5分钟仍无进尺为准。
④当个别钢管桩入土小于5m锤击不下,且用DZ60桩锤激振5分钟仍无进尺,必须现场分析地质状况,采取措施加强受力。
钢管桩的清除:
⑤按照当地河道管理要求,新桥建成后必须拔除钢管桩。
2、上部结构设计
桥梁纵梁各跨跨径均为12m。
根据行车荷载及桥面宽度要求,12米跨纵梁布置单层6片3组国产贝雷片(规格为150cm×300cm),横向横向布置形式为:
90cm+120cm+90cm+120cm+90cm,贝雷片纵向用贝雷销联结,横向用90型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。
3、桥面结构设计
桥面采用装配式钢桥定型桥面板(设计规定最大荷载为挂车—80级,故受力不再做验算),单块规格为6m×1.5m,桥面板结构组成为:
5.5mm厚印花钢板、12cm工字钢底横肋(间距30cm)、12cm槽钢底竖肋(间距65cm)。
制作好的桥面板安放在贝雷片纵梁上并用螺栓联结,为安装桥面栏杆需要每隔一片面板间安装1根12cm槽钢。
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4.5米1根立柱(与桥面槽钢焊接)、高度方向设置两道横杆。
六、桩基钻孔平台布置
1、桩基钻孔平台的受力要求
考虑到施工的安全,施工前必须要全面考虑施工荷载。
1.1(123、124、125)施工平台所受的荷载主要为材料、施工机械荷载:
即钻机200kN,履带吊机500kN,混凝土及导管600KN,钢筋笼300kN。
考虑实际施工作业可能出现的情况,必须按照最大荷载组合布载;最大跨进行计算。
1.2(119、122、126)施工平台所受的荷载主要为材料、施工机械荷载:
钻机200kN,履带吊机500kN,混凝土及导管600KN,钢筋笼400kN。
考虑实际施工作业可能出现的情况,必须按照最大荷载组合布载;最大跨进行计算。
1.3(120、121)施工平台所受的荷载主要为材料、施工机械荷载:
材料、施工机械荷载:
钻机200kN,龙门吊750kN,混凝土及导管600KN,钢筋笼500kN。
考虑实际施工作业可能出现的情况,必须按照最大荷载组合布载;最大跨进行计算。
以上钻孔平台必须要考虑砼运输车能通行。
2、桩基钻孔平台的结构形式
根据以上受力要求,考虑施工中各种不利因素,钻孔平台采用管桩基础、工字钢横梁、工字钢(贝雷梁)分布梁、槽钢面板。
为保证下部桥梁施工能合理利用平台,每个钻孔平台布置如下:
边墩(123、124、125)桩基施工平台采用直径不得小于ф42cm的钢管跨径控制在5米以内(以避开桩基护筒和吊箱施工为原则)、工字钢横梁为2I45a型、工字钢分布梁为双拼I25型(间距50cm)、面板为20cm槽钢(净距5cm)。
边墩(119、122、126)桩基施工平台采用直径不得小于ф60cm的钢管跨径控制在5米以内(以避开桩基护筒和吊箱施工为原则)、工字钢横梁为2I45a型、工字钢分布梁为双拼I25型(间距50cm)、面板为20cm槽钢(净距5cm)。
主跨主墩考虑到施工时至少要上4台钻机,冲击荷载大,因此平台予以加强布置:
采用ф80cm的钢管跨径控制在6米以内(以避开桩基护筒和吊箱施工为原则)、贝雷片为横梁、工字钢为纵梁。
工字钢为2I25型(间距50cm)、面板为20cm槽钢(净距5cm)。
详见“便桥及钻孔平台设计图”。
七、便桥钢管桩承载力及稳定性计算
1、钢管桩竖向荷载计算
每个钢管桩承受的竖向荷载有便桥上部结构自重、人群荷载及车辆荷载,分别计算如下:
单跨结构自重:
P1=mg
=(31130.6kg×10N/kg)=311.3kN
人群荷载:
3.5kN/m2
车辆荷载:
按照一台75吨履带吊机行走计算。
P2=750KN÷3+3.5kN/m2×12×6÷6=292.0KN
每根桩承受的竖向荷载为:
P=1.25×(P1/3+P2)
=1.25×(103.8+292.0)
=494.75kN
上式中考虑安全系数1.25;浮力对结构受力有利,故不予考虑。
2、钢管桩沉入深度计算
桩入土深度L=2[P]∕auτ
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;τ为桩周土的极限摩阻力,根据地质情况取τ=20kPa。
故L=(2×494.75)/(1.0×3.14×0.6×20)
=26.3m
实际沉入深度为不小于26.3m或者座于基岩上。
单桩竖向承载力验算
Ra=(UqsL+αAσr)/2
=(πDqsL+αAσr)/2
=(3.14×0.6×20×26.3+αAσr)/2
=(3.14×0.6×20×26.3+1×3500×0.32×3.14)/2(KN)
=990.0KN﹥494.75KN满足承载力要求。
Ra-单桩竖向承载力特征值
U-周长
qs-桩侧土的侧阻力特征值
L-土层厚度
α-桩底抵抗力影响系数
A-桩端面积
σr-极限承载力
3、钢管桩在水平力作用下弯曲应力检算
管桩外径D=60cm,管壁厚8mm;由于最大水深16m,施工时钢管上斜撑和平撑焊到从桥面以下4.5m,则计算时只对11.5m水深范围内钢管桩的弯曲应力进行检算。
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为:
q=0.8A×γυ2/2g
式中A为钢管桩阻水面积,A=2rh=0.60×11.5=6.9m2。
其中r为桩的半径;h为计算水深,取11.5m。
γ为水的容重,γ=10kN/m3。
q为流水对桩身的荷载,按均布荷载计算。
υ为水流速度,有设计资料得:
υ=3.2m/s则有
q=0.8A×γυ2/2g
q=0.8×6.9m2×10kN/m2×3.22m/s÷(2×9.81m/s2)
=28.81kN
Ф60cm钢管桩的惯性矩I、截面抵抗矩W分别为:
I=π×(D4-d4)/64
=3.14×(604-58.44)/64
=65158.9cm4
W=π×(D4-d4)/32D
=3.14×(604-58.44)/(32×60)
=2171cm3
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=(9×28.81kN/m×11.52m)/128
=267.91KN.m
σ=Mmax/W
=267.9KN.m×103÷2171×10-6m3=123MPa
[σ]=145MPa
∵σ﹤[σ]
∴满足要求
fmax=0.00542×qL4/EI
=(0.00542×28.81kN/m×11504cm)/(2.1×105×65159cm4)
=1.9cm﹤[f]=(1/400)L=3cm满足要求。
上式中E为钢材的弹性模量取E=2.1×105MPa。
4、钢管桩稳定性验算
(1)长细比计算:
λ=μL/i其中L为钢管桩的计算长度;μ根据一端固定,一端简支形式取μ=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为钢管截面面积。
A=π(D2-d2)/4=3.14×(0.602-0.58.42)/4
=148.7cm2
i=√(I/A)=20.9cm
λ=μL/i=1.0×1150/20.9
=55.0
查实用土木手册2022《钢结构计算各有关数值表》知:
钢管稳定系数φ=0.871
(2)计算稳定性
σ=P/φA
=494750N/(0.871×14870mm2)
=38.2MPa﹤[σ]=145MPa满足要求。
注:
上式中P为竖向荷载,A为钢管截面面积。
由于按照直径为60cm计算满足要求,对于主跨钢管直径采用直径为80cm钢管必将满足要求。
5、便桥顶最大位移计算
便桥横向钢管桩完成3根联结后,形成一个一端固定,一端自由的结构体系;则钢管桩截面对于纵轴(便桥中心线)的总惯性矩为:
I总=I1+I2Ii=Ii+a2A式中a为每根桩到截面中心的距离;A为每根桩的面积。
I总=I1+I2
=2(3I/2+a2A)=2(97738cm4+2502cm×148.7cm2)
=1.8×107cm4
水流对桩的水平力P=2qh式中h为水深;q为流水对钢管桩的冲击力,则有:
P=2qh=2×28.81kN/m×11.5m=662.63KN
便桥顶最大位移
△max=PL3/3EI
=662.6×103×11503/(3×2.1×105×1.8×107)
=0.88cm﹤L/400=3cm符合要求。
6、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P1=304.22/72=4.22kN/m
(查路桥施工手册静力计算公式):
M1max=0.250PL
=0.250×937.5×12=2812.5KN.m
M2max=0.125ql2=0.125×4.22×122=75.96KN.m
Q1max=(+0.5+0.5)P=1.0×937.5=937.5KN
Q2max=0.5ql=0.5×4.22×12=25.32KN
Mmax=2812.5+75.96=2888.46KN.m
Qmax=937.5+25.32=962.82KN
允许弯矩Mo=6片×0.8(不均衡系数)×788.2KN.m=3783KN.m
(贝雷片单片允许弯矩见公路施工手册之桥涵下册P1088)
贝雷片截面模量Wo=3579×6片=21474cm3
(见公路施工手册之桥涵下册P923)
强度验算:
σ=Mmax/Wo=(2888.46×106)/(21474×103)
=134.5Mpa<1.3〔σ〕=1.3×210=273Mpa
1.3为计算临时结构时钢材的提高系数
允许剪力Q=6片×0.8(不均衡系数)×245KN=1176KN
通过12米跨6片布置可知:
Mmax ③、挠度验算 贝雷片几何系数E=2.05×105Mpa,Io=250497cm4 Wo=3579cm3 (取值见贝雷片几何特征表) fmax=(Pl3)/(48EI) =(937.5KN×123米)/(48×2.1×105Mpa×250497cm4×6)=10mm (公式见路桥施工计算手册) 综上所述: 钢桥抗弯能力、强度、抗剪能力、挠度均满足使用要求。 Mmax (2)工字钢横梁计算 受力模式分析: 钢管立柱单排3根横向间距为2.5米,因此按二等跨连续梁验算,计算跨径L=2.5米,横梁承担6片传递来的荷载。 6个集中力按路桥施工计算手册P763-5图进行验算。 按750KN车辆位于墩位时验算(考虑25%安全系数)+贝雷片自重146KN。 P1=P/6=1241.72/6=206.9KN Mmax=0.333pl=0.333×206.9×2.5=172.2KN.m Q=(1.333+1.333)P1=551.6KN 横梁采用2根36工字钢 Ix=15760cm4,Wx=875cm3,Sx=513.3cm3,t=15.8mm 横梁强度验算 σ=Mmax/Wo=172.2×106/(1385×103)=98.4Mpa<〔σ〕=188Mpa 剪应力τ=QSx/(Ixt) =551.6×103×513.3×103/(31520×104×31.6) =28.4Mpa<[τ]=110Mpa 经验算符合要求。 挠度f=1.466Pl3/(100EI)=1.43mm f=1.43<2500/400=6mm符合要求(见路桥施工计算手册P765) 八、钻孔平台受力计算 一号平台(123、124、125号墩) 1、为了满足水中墩施工,在桥墩处搭设施工平台。 平台净宽16.15m,长32m。 用4排Ф42.0cm钢管桩排架,最大间距为6m,打入土中。 横梁采用2根I45a工字钢,纵梁采用每50cm一道I25a工钢,桥面板结构采用槽钢20cm槽钢(静距5cm)。 详见“钻孔平台设计图”。 2、平台钢管桩承受竖向荷载及桩长计算 (1)钢管桩竖向荷载计算 每个钢管桩承受的竖向荷载有结构自重、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=93657kg×10N/kg=936.57kN。 人群荷载: 3.5kN/m。 材料、施工机械荷载: 钻机200kN,履带吊机750kN,混凝土及导管600KN,钢筋笼300kN。 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=(750+300)KN÷4+3.5kN/m×8.5÷4=269.93KN 每根桩承受的竖向荷载为: P=1.25×(P1/15+P2) =1.25×(936.57/28+269.93) =379.22(kN)。 上式中考虑安全系数1.25;浮力对结构受力有利,故不予考虑。 (2)钢管桩沉入深度计算 桩入土深度L=2[P]∕auτ 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;τ为桩周土的极限摩阻力,根据地质情况取τ=20kPa。 故L=(2×379.22)/(1.0×3.14×0.42×20) =28.75m 实际沉入深度为不小于28.75m或者座于基岩上。 3、平台钢管桩承载力稳定性检算 管桩外径D=42cm,管壁厚8mm;在该平台处最大水深10m,施工时钢管上斜撑和平撑焊到从桥面以下4.5m,则计算时只对5.5m水深范围内钢管桩的弯曲应力进行检算。 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为: q=0.8A×γυ2/2g 式中A为钢管桩阻水面积,A=2rh=0.42×5.5=2.31m2。 其中r为桩的半径;h为计算水深,取5.5m。 γ为水的容重,γ=10kN/m3。 q为流水对桩身的荷载,按均布荷载计算。 υ为水流速度,有设计资料得: υ=3.2m/s则有 q=0.8A×γυ2/2g q=0.8×2.31m2×10kN/m2×3.22m/s÷(2×9.81m/s2) =22.3kN Ф42cm钢管桩的惯性矩I、截面抵抗矩W分别为: I=π×(D4-d4)/64 =3.14×(424-40.44)/64 =21967cm4 W=π×(D4-d4)/32D =3.14×(424-40.44)/(32×42) =1046cm3 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=(9×22.3kN/m×5.52m)/128 =47.4KN.m σ=Mmax/W =47.4KN.m×103÷1046×10-6m3=45MPa [σ]=145MPa ∵σ﹤[σ] ∴满足要求 fmax=0.00542×qL4/EI =(0.00542×22.3kN/m×5504cm)/(2.1×105×21967cm4) =2.4cm﹤[f]=(1/400)L=3cm满足要求。 上式中E为钢材的弹性模量取E=2.1×105MPa。 4、钢管桩稳定性验算 (1)长细比计算: λ=μL/i其中L为钢管桩的计算长度;μ根据一端固定,一端简支形式取μ=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为钢管截面面积。 A=π(D2-d2)/4=3.14×(422-4042)/4 =103.5cm2 i=√(I/A)=14.6cm λ=μL/i=1.0×550/14.6 =37.7 查实用土木手册2022《钢结构计算各有关数值表》知: 钢管稳定系数φ=0.943 (2)计算稳定性 σ=P/φA =379220N/(0.943×10350mm2) =38.9MPa﹤[σ]=145MPa满足要求。 注: 上式中P为竖向荷载,A为钢管截面面积。 5、纵、横梁承载力验算 (1)纵梁承载力验算 受力模式分析: 钢筋笼、罐车、钻机分别为四点受力,单个支点P=275KN。 前支腿加强为8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6米计算。 Mmax=0.278PL =0.278×275×6=458.7KN.m Q1max=(1.167+0.167)P=1.334×275=366.85KN I25力学特性: Ix=5017cm4,Wx=401.4cm3,Sx=230.7cm3,t=13.0mm 纵梁强度验算 σ=Mmax/Wo=458.7×106/(3211.2×103)=142.8Mpa<〔σ〕=145Mpa 剪应力τ=QSx/(Ixt) =366.85×103×1845.6×103/(40136×104×104) =16.22Mpa<[τ]=110Mpa 钻孔桩位处支腿采用8根I25型钢受力满足要求。 (2)桩顶横梁受力验算 桩顶由2根I45a工字钢支撑最大跨径为5米,承受钻机、砼铁斗及钢筋笼叠加的力,钢筋笼和砼受力叠加为300KN+600KN=900KN,(由左右侧桩顶横梁支撑),简化为相同支座承担的均部荷载。 q=900/8=112.5KN/M Mmax=0.125qL2 =0.125×112.5×25=351.6KN.m Q1max=(0.5+0.5)qL=1×112.5×5=562.5KN I45a力学特性: Ix=32240cm4,Wx=1430cm3,Sx=835.2cm3,t=18.0mm 横梁强度验算 σ=Mmax/Wo=351.6×106/(2860×103)=122.9Mpa<〔σ〕=188Mpa 剪应力τ=QSx/(Ixt) =562.5×103×1670.4×103/(32240×104×38.6) =75.5Mpa<[τ]=110Mpa 故桩顶横梁采用2根I45a工字钢受力满足要求。 二号平台(119、122、126、127号墩) 1、为了满足水中墩施工,在桥墩处搭设施工平台。 平台净宽16.15m,长34.6m。 用4排Ф60.0cm钢管桩排架,最大间距为5m,打入土中。 横梁采用2根I45a工字钢,纵梁采用每50cm一道I25a双拼工钢,桥面板结构采用槽钢20cm槽钢(净距5cm)。 详见“钻孔平台设计图”。 2、平台钢管桩承受竖向荷载及桩长计算 (1)钢管桩竖向荷载计算 每个钢管桩承受的竖向荷载有结构自重、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=115432kg×10N/kg =1154.32kN 人群荷载: 3.5kN/m 材料、施工机械荷载: 钻机200kN,履带吊机750kN,混凝土及导管600KN,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=(750+400)KN÷4+3.5kN/m×5÷4=291.9KN 每根桩承受的竖向荷载为: P=1.25×(P1/18+P2) =1.25×(1154.32/32+291.9) =410.0(kN) 上式中考虑安全系数1.25;浮力对结构受力有利,故不予考虑。 (2)钢管桩沉入深度计算 桩入土深度L=2[P]∕auτ 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;τ为桩周土的极限摩阻力,根据地质情况取τ=20kPa。 故L=(2×410)/(1.0×3.14×0.6×20) =21.8m 实际沉入深度为不小于21.8m或者座于基岩上。 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检算同便桥,钢管桩承载力稳定性只与水深、水流、惯性矩有关,在这里不再计算。 4、纵、横梁承载力验算 (1)纵梁承载力验算 受力模式分析: 钢筋笼、罐车、钻机分别为四点受力,单个支点P=300KN。 前支腿加强为8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6米计算。 Mmax=0.278PL =0.278×300×6=495KN.m Q1max=(1.167+0.167)P=1.334×300=400.2KN I25力学特性: Ix=5017cm4,Wx=401.4cm3,Sx=230.
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