钢便桥专项工程施工设计方案.docx
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钢便桥专项工程施工设计方案
山东省临沂市陶然路沂河大桥新建工程
导流明渠钢栈桥
专项施工方案
中国铁建大桥工程局集团
临沂市陶然路沂河大桥项目部
二〇一四年六月
导流明渠施工钢栈桥专项施工方案
一、工程简介
钢栈桥设置在线路前进方向左侧(北侧便道上),一期围堰时共设计3座钢栈桥:
8#至13#墩之间1座(单个桥长120m)、18#至20#墩位之间2座(单个桥长60m),距离主线中心43.3米;二期围堰时共设计2座钢栈桥:
13#至16#墩及24#至27#墩位之间各1座(单个桥长120m),距离主线中心43.3米;建成后主要用于混凝土罐车通行,钢筋、模板等材料运输,并兼备导流作用。
二、钢栈桥结构设计概述
钢栈桥设计长度60m/120m,采用多跨连续梁方案,单跨跨径为12m;跨径布置:
5×12m/10×12m,栈桥桥面宽7m双车道设计;河水标高64.5m,钢栈桥顶标高设计为67.6m,比施工便道高出160cm,桥头考虑2%顺坡。
钢栈桥结构:
桥面系由定型桥面板和“321”型贝雷梁组成,承重枕梁由双Ⅰ32a或Ⅰ40a工字钢组成,采用双墩钢管桩基础由6根325×8mm厚钢管桩组成,并设[10槽钢焊接水平联及剪刀撑增加双墩稳定性。
便桥全长范围内不设温度缝,仅桥面板安装时考虑16mm温度缝,防止温变时桥面板变形,影响行车质量。
钢栈桥纵断面布置图
钢栈桥横断面布置图
三、贝雷钢栈桥结构设计说明
1、设计参数及各项指标
(1)设计荷载
①、荷载取载重90吨履带吊施工车辆、60吨混凝土罐车。
②、荷载组合
组合一:
履带吊车辆荷载Q1、车辆冲击荷载q1与钢栈桥均布恒载G同时考虑;
组合二:
混凝土罐车荷载Q2、车辆冲击荷载q2与钢栈桥均布恒载G同时考虑;
组合一:
S1=0.5*(1.4*(Q1+q1)+1.2*G)
组合二:
S2=0.5*(1.4*(Q2+q2)+1.2*G)
取其最不利的组合进行验算:
S={S1、S2}max=S1,即组合一最不利。
附注:
人群,机具等临时荷载,由于栈桥属于单车道,汽车通行时桥面无法堆放材料设备,不予考虑。
(2)主要设计指标
钢栈桥主要技术标准
①、计算行车速度:
8km/h
②、设计荷载:
90吨
③、桥跨布置:
4×12+30+7×12=162m贝雷梁桥
钢材强度设计值
考虑钢栈桥属于临时结构,参照上述主要参考资料之规定,计算时,结构的内力计算(除钢管桩外)均控制在钢材的容许应力或1.3倍容许应力以内(1.3为临时结构钢材的提高系数)。
钢管桩因考虑湖水锈蚀作用影响及使用周期将近两年的实际情况,其内力计算控制在容许应力以内,不考虑1.3的临时结构钢材的提高系数。
2、结构设计
钢栈桥结构设计如下:
(1)基础及下部结构设计
本工程位于跨越沂河,河面宽约1600米,水下地质情况自上而下普遍为:
中粗砂。
基础结构为:
双墩6根Φ325×8mm钢管桩基础。
下部结构为:
Ⅰ32a或Ⅰ40a双工字钢横梁
钢栈桥下部结构采用钢管桩,双墩布置6根钢管(桩径Φ325mm,壁厚8mm)。
钢管桩横向间距3m,桩顶布置Ⅰ32a或Ⅰ40a双工字钢横梁,钢管桩与钢管桩之间用10槽钢作为管桩剪刀撑,并焊接牢固。
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、钢管桩入土深度必须大于10m。
④、当个别钢管桩入土小于10m锤击不下,且用DZ60桩锤激振2分钟仍无进尺,必须现场分析地质状况,采取双排桩或其它加强措施,以提高钢管整体稳定性。
(2)、上部结构设计
上部结构为:
标准跨300×150cm贝雷片8组纵梁,间距90cm。
321型贝雷片
根据行车荷载及桥面宽度要求,桥面采用面板厚度为10mm的正交异性桥面板。
栈桥纵梁采用规格为150cm×300cm国产贝雷片,12米跨纵梁每跨布置单层8片贝雷片。
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,贝雷片下采用双排32a或40a工字钢横梁。
(3)、防护结构设计
栏杆:
桥面采用小钢管(直径48mm)做成的栏杆进行防护,栏杆高度1.0米,栏杆纵向1.5米1根立柱(与桥面预留孔连接)、高度方向设置3道横杆。
栏杆纵向布置图
护轮带:
并在栏杆底脚桥面内侧设置护轮带,护轮带用50cm长φ20钢筋每1.5米设置一道,牢固焊接在桥面班上,限制车辆贴边行走,保证行车安全。
护轮带平面布置图
四、钢栈桥各部位受力验算
1、荷载
(1)动荷载:
90t(荷载平面图)
(2)冲击荷载:
10t
(3)每跨12米8组贝雷片自重:
9.6t
(4)两根7.5mI25a工字钢自重:
0.6t
2、钢栈桥各部位内力计算
(1)、桥面板结构检算:
桥面宽7米,分节接长而成,厂家直接加工7×1.26的单元片运到现场,面板厚10mm,板下衬10mm×10mm×10mm的与面板等厚的U型肋梁,中心间距26cm。
对面层进行校核:
沿顺桥向取60cm宽面板跨越顺桥向一块桥面板的长度为研究对象,简化成跨度为26cm的四跨连续梁建模如下:
计算模型:
旋挖钻单侧履带尺寸约5m×0.6m,
q=(900×1.4+100×1.2)/2/5=138KN/m,L=0.26m
依据《路桥施工计算手册》765页附表2-10得,
最大弯矩:
M=0.107×ql2=0.107×138×0.26×0.26=1KN∙M
截面模量W=(1/6)60×1×1=10cm3
σ=M/W=1×1000/10×1000
=0.1MPa<[σw]=215MPa
最大剪力:
Q=0.607×ql=0.607×138×0.26=21.8KN
τ=Q/S=21.8×1000/(10×600)=3.7MPa<[τw]=125MPa
ω=0.632ql4/(100EI)
=0.632×138×260×260×260×260/(100×2×100000×1/12×600×10×10×10)=0.4mm 变形满足要求。 对肋梁进行结构检算: 取旋挖钻施压范围内的肋梁为研究对象,履带宽60cm,肋梁的跨度为贝雷片横向间距,为90cm,取一跨简支建立计算模型: 肋梁上方面板自重: G=0.9×0.26×0.01×7850×10/1000=0.18KN 肋梁自重: G’=0.3×0.9×1×0.01×7.85×10=0.21KN 均布荷载q=(0.18+0.21+230×0.26×0.9)/0.9=60.2KN/m 依据《路桥施工计算手册》740页附表2-3得, 最大弯矩: M=0.125×ql2=0.125×60.2×0.9×0.9=6.1KNm 根据平行移轴公式计算U型肋梁的截面惯性矩: I=2/12×0.01×0.1×0.1×0.1+ 2×0.01×0.1×0.05×0.05+ 1/12×0.1×0.01×0.01×0.01=6675000mm4 截面抵抗矩W=I/(150/3)=6675000/(1/3×150)=133500mm3 σ=M/W=6.1×1000000/133500 =45.7MPa<[σw]=215MPa 最大剪力: Q=0.5ql=0.5×60.2×0.9=27.1KN τ=Q/S=27.1×1000/(2×10×100)=13.6MPa<τw]=125MPa 最大挠度: ω=0.677ql4/(100EI) =5×60.2×900×900×900×900/(384×2×100000×6675000) =0.4mm 挠度满足要求。 所以在最大荷载作用下,面板的承载能力和变形都符合要求。 (2)、主梁贝雷梁结构检算 主梁标准跨: 单跨12m(净跨9m)由8片贝雷片通过花架拼装而成,间距0.9米,以履带压住2片贝雷梁,车辆停放在跨中位置为最不利位置,按单跨简支梁建模,建立模型如下: 图中: q1=1.4×(900+100)/2/(5×0.6)×0.6/2=70kN/m q2=1.2×10/12=1kN/m L1=5m,L2=12m 依据《装配式公路钢栈桥多用途使用手册》59页得, 单排单层贝雷片的参数如下: 截面模量W=3578cm3,截面惯性矩J=250497cm4 单排单层截面承受的最大弯矩M=788kNm 单排单层截面承受的最大剪力Q=245kN 最大弯矩出现在跨中位置,用荷载分解叠加的方式求解。 依据《路桥施工计算手册》740页及742页附表2-3及得, M1=70×5×{3.5×6/12-(6-3.5)2/2/5}=394kNm M2=0.125ql2=0.125×1×12×12=18kN∙m M=M1+M2=412kN∙m<788kN∙m 最大剪力 Q1=70×3.5×5/12=102kN Q2=0.5ql=0.5×1×12=6kN Q=Q1+Q2=108kN<245kN 跨中最大挠度变形: ω1=70×3.5×5×((4×12-4×3.5×3.5/12-5×5/12)×6-4×6×6/12+(6-3.5)4/(5×3.5))/(24×EI)=23mm ω2=5×1×2.4×2.4×2.4×2.4/(384×EI) =0.5mm 单销间隙引起的非弹性挠度: ω3=d∑sin((n-1)/2)α)=16mm ω=23.3+0.5+16=39.8mm 所以8片贝雷片@90cm布置满足承载能力和变形要求。 (3)、主横梁结构检算 主横梁为2I32a或2I40a横贯四根桩基顶部,长8m,支撑贝雷梁, 简化为单跨简支梁,以一根双工字钢建立模型如下: 图中均布荷载 q=((90+10)×10×1.4+(45+10)×10×1.2/2)/6=288.33KN/m L=2.7m,I32a工字钢属性如下: I=11080cm4,w=692cm3,S=400cm3,腰厚t=9.5mm 最大弯矩出现在跨中, 依据《路桥施工计算手册》740页页附表2-3及得, M=0.125×ql2 =0.125×288.33×2.7×2.7=263KNm σ=M/W=263×1000/(1.05×2×692) =181MPa<[σw]=215MPa 抗弯强度满足要求。 支座处剪力Q=0.5ql=0.5×288.33×2 =288.33KN 截面抗剪强度 τ=QS/It =288.33/2×1000×400/1000000/(11080/100000000×0.0095×1000000)=54.8MPa<[τw]=125MPa 抗剪强度满足要求。 跨中挠度最大, ω=5ql4/(384EI) =5×288.33×1000×2.7×2.7×2.7×2.7/(384×2.06×11080×2)=4.4mm 变形量满足使用要求 所以,双I32a主横梁配置满足要求。 (4)、钢管桩承载力检算: 钢管桩入土深度按14米计算,根据《环巢湖旅游大道详细工程地质勘察报告》提供的数据,按最差地质考虑,τ=70KPa 单根钢管桩下部地基反力 N=τ×2πr×h+πr2×fa =60×3.14×0.325×10+100×3.14×0.325*0.325/4 =621kN 单根桩基承受荷载 f=(90×10×1.4+(45+10)/2×1.2×10)/3 =531kN f=531kN<N=621kN,所以桩基承载能力满足要求。 长细比λ=10/0.325=31<150,竖向压杆稳定性可靠。 综上,栈桥各部位结构都能够满足承载力和稳定性要求。 五、临时材料表 沂河大桥钢便桥材料表 序号 构件名称 单位 数量 1 321型贝雷片 片 640 2 贝雷片轴销 个 1248 3 U型卡(带压板) 套 640 4 定型桥面板(7m*1.26m) 块 188 5 90型花架 片 562 6 花架螺栓 套 2248 7 枕梁Ⅰ32a或Ⅰ40a 米 704 8 立柱φ325*8及以上 米 1980 9 水平联及剪刀撑[10或[14 米 1608 10 护栏(成品) 米 480 11 桥面板U型卡 套 1128 护栏(非成品): 1、立柱(φ48*3): 1.1m-384根; 2、水平顶杆(40*60*1): 480m; 3、水平管(30*50*1): 480m。 六、施工工艺 1、管桩运输 调运钢管桩至现场指定位置整齐堆码待用。 杜绝严重锈蚀,变形等管桩进入施工现场。 2、施工准备 (1)、分别从西岸向东岸推进,在围堰内根据栈桥桥址放样施工桩墩。 (2)、由测量人员准确放样,定出栈桥钢管桩施工平面位置。 (3)、钢管桩的加工与制作 每根栈桥钢管桩按需要加工制作接长,接桩在现场平整的场地进行,每个接头先将整个管子断面用气割修正平齐,两根对接的钢管桩放水平,使焊口缝隙均匀一致,施焊时环形焊缝采用满焊接头,环形焊缝施工完毕后,在焊缝外侧采用3块200mm×200mm×8mm钢板帮焊加强,焊缝饱满无沙眼裂纹,接好的钢管桩实际桩长不得少于设计值。 3、管桩施工 钢管桩施工,钢管通过铲车托运至吊车后方,用吊车将钢管吊起,启动DZ60振动锤,锤头下端夹具插入钢管桩顶端,通过锚杆穿过事先割好的孔洞和夹具起吊钢管,将钢管提升离开地面后,水平吊至设计桩位处,缓缓下放,利用锤头和钢管的自重下沉到稳定后,启动振动锤,这期间要保证桩身垂直度不超过1%,振动下沉的过程中要不断地调整吊绳长度和吊车大臂的角度,保证桩的垂直度。 当沉桩的速度渐渐缓慢且在30秒内下沉量不足10cm时,即可停止打桩,拔下锚杆,进行下一根钢管桩的施工。 打桩施工工艺流程框图 管桩施工质量保证措施: (1)管桩入土深度经现场技术员计算确定,控制管桩入土底标高; (2)管桩入土深度达到设计值时,下沉速度仍较快时,分析原因,必要时增加管桩施工长度,下沉速率控制为2min内无明显进尺; (3)当个别钢管桩入土小于10m锤击不下,且用60锤激振2分钟仍无进尺,必须现场分析地质状况,采取双排桩或其它加强措施,以提高钢管整体稳定性。 (4)用直尺测量,管桩平面误差±10cm (5)用测锤量取垂直度,误差<1%L且不大于2cm(L: 管桩高度) 4、钢管桩间剪刀撑、平联、桩顶分配梁施工 栈桥一个墩位处钢管桩施工完成后,立即进行该墩钢管桩间剪刀撑、平联、桩顶2根32a或40a型工字钢横梁施工。 (1)、每个桥墩管桩施工完成后,横桥向在顶口开槽,并在槽底加设带肋分配钢板。 然后整体吊装双排32a或40a型工字钢横梁。 (2)、在钢管桩上进行平联的测量放样。 技术人员实测桩间平联长度后精确下料,同步进行焊接及剪刀撑、桩顶2根32a或40a型工字钢横梁的加工。 (3)、用吊车悬吊平联、剪刀撑,到位后电焊工焊接平联、剪刀撑。 现场技术人员及时检查焊缝质量,合格后进行横梁的架设 5、栈桥上部结构安装 栈桥上部结构的安装: 采用铲车运输配合履带吊吊装进行施工。 (1)、贝雷梁纵梁的拼装 纵梁的位置需放线后确定,以保证栈桥轴线不偏移。 贝雷梁安装顺序: 同一孔内遵循先中间后两侧对称吊装的原则施工。 将拼装好待安装的300cm×150cm贝雷片组运至已装好的完成桥跨后面,便于吊车起吊安装。 纵梁安装过程中,应准确安装在由现场技术员放样的位置上,以保证栈桥均匀负载。 纵梁安放完成后,必须立即与下横梁联接稳定。 在联接完成前吊绳不得与吊车脱钩,以防止纵梁侧倾造成严重事故。 (2)、桥面系的安装 在50t履带吊的配合下,使用U型连接器,将桥面板固定在纵向贝雷梁上。 栈桥栏杆高1m,采用Φ48×3.2mm焊接钢管焊接,立柱间距1.5m,安装在桥面板预留孔内,栏杆统一用红白油漆涂刷,交替布置,达到简洁美观。 在栈桥入口设置车辆限速行驶8km/h警示牌以及车辆限重90t标志牌。 栈桥要安排专门的卫生打扫人员兼安全监察员,保证栈桥的清洁。 并在入口出设置水泵一套,进入车辆如车轮帯泥,必须冲洗干净方许车辆进入栈桥,防止车轮在栈桥上打滑发生安全事故。 栈桥使用完成后,按照先上后下,先纵后横的顺序拆除栈桥上部结构。 因钢管桩入土时间较长,拔除钢管桩使用50t履带吊配60振动锤,务必保证管桩全部拔除。 6、施工工艺 钢栈桥施工工艺框图 7、栈桥各部位联结及加固措施 1、钢管与顶盖钢板焊接联结,并与双32a或40a工字钢焊接,工字钢横梁与贝雷片下弦杆用门字形限位器联结。 2、施工过程中,每排墩管桩之间用剪刀撑焊接牢固,以增强其横向纵向稳定。 以上布置,可以确保钢管桩在汽车的行驶及刹车时,不会产生位移及偏位,因此,钢栈桥是稳定安全的。 七、钢栈桥施工质量保证措施 钢栈桥建成后承担东西两岸材料设备等运输及施工车辆通行任务,是全桥施工的咽喉,为保证钢栈桥保质、保量和安全及时的完成,制定如下保证措施: 1、认真编制分项工程施工技术方案,对班组进行全面的施工技术交底,保证严格按设计及施工技术规范要求施工。 2、钢栈桥由项目总工程师组织工程部门相关人员认真计算、校核,并报上级部门审批、保证各项验算满足通行使用要求。 3、每个墩位钢管桩施工完成后,应利用低水位时及时设置剪刀撑及水平撑,剪刀撑或水平撑采用10#槽钢。 4、钢管如锈蚀严重或严重变形,应清退出场,不得用作钢栈桥基础。 5、钢栈桥的施工应严格按设计计算书指导施工,如现场地质状况无法按设计位置施工或地质变化较大,项目部技术人员应根据现场情况进行认真分析、讨论,拟定变更方案,再将变更方案上报驻地监理办及相关部门报批后方可施工,确保钢栈桥质量与安全。 八、劳动力计划 序号 工种 单位 数量 备注 1 电焊工 人 5 焊接钢管 2 普工 人 6 搬运、对位 3 电工 人 2 检修电路 4 起重工 人 4 吊装 5 司机 人 4 驾驶机械 6 安全员 人 2 安全检查 7 测量员 人 2 定位 九、机械使用计划 序号 机械名称 单位 数量 型号 1 电焊机 台 12 2 汽车吊 台 1 25t 3 履带吊 台 1 50t 4 铲车 台 1 5 气割设备 套 2 6 运输船 艘 1 7 发电机 台 1 100kw 8 振动锤 台 1 DZ60 9 打桩船 艘 1
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