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便桥施工方案
安徽省蚌明高速公路02合同段
临时便桥施工方案
一、工程概述
根据设计图纸及实地测量,池河特大桥桥址处河宽210m,其中14#~20#墩位于水中,施工所用材料(钢筋、砼及其他材料等)均需采用便桥或货物运输船运至各墩位处,根据我部实际情况及总工期要求,我部决定采用搭设临时施工便桥来满足施工中材料运输需要。
东岸便桥起始位置为13#~14#墩之间(里程为K95+058.000)至16#墩(里程为K95+130.000),长度为72m,便桥位于桥梁前进方向的右侧;西岸便桥从20#~21#墩之间(里程为K95+268.000)至17#墩(里程K95+160.000),长度为108m,便桥位于桥梁前进方向的左侧。
二、编制依据
1、明光至蚌埠高速公路《两阶段施工图设计》
2、施工调查及测量
3、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
4、《水力学》
5、《静力学》
6、《材料力学》
7、《钢结构》
8、《土力学》
三、便桥结构型式
便桥桥面宽度为6m,基础形式为打入式钢管桩(壁厚为6mm),桩径为350mm,沿便桥长度方向每12m布置一排,每排两根,间距为5.1m。
桩顶采用I56a工字钢作横梁,横梁上采用贝雷片组合成通长纵梁,共计四片,间距为1.7m,边纵梁位于钢管桩正顶部。
为均匀分布桥面荷载,在桁架梁上横向密排I25a工字钢分配梁,桥面系采用150㎜×150㎜方木及6mm厚压花钢板。
便桥结构布置见图BQ-1,BQ-2;主要工程数量见表1。
四、经我部现场测量,目前水面标高为13.56m,水深从1.84~5.0m不等。
从设计图纸及地方水利部门调查可知,池河五年一遇最大洪水位为16.661m,便桥处地层土质以亚粘土为主。
五、基桩型式及长度确定
(一)按水文及地质剖面图,根据我部施工经验,为保证基桩土层以外部分的强度及耐久性,在基桩外露部分采用沥青涂刷桩身,外包油毛毡作防腐层。
(二)钢管桩长度确定
1、荷载取值(按一根桩最不利的情况考虑)
⑴恒载
①工字钢横梁自重(I56a)
106.2kg/m×6m/2=318.6kg(合3.19KN)
②贝雷片桁架纵梁自重
2×(4片×270㎏/片)=2160㎏(合21.60KN)
③桥面分配梁(I25a)
1/2×(24根×6m/根)×38.1㎏/m=2743.2㎏(合27.43kN)
④桥面系
钢板:
1/2×6m×12m×39.25㎏/㎡=1413(合14.13KN)
方木:
1/2×6m×12m×0.15m×600㎏/m3=3240㎏(合32.40KN)
以上恒载合计:
G=3.19+21.60+27.43+14.13+32.40=98.75KN
⑵施工活载
考虑25T吊机在起吊工作时(起吊重量按8T考虑,自重按22T考虑),砼运输车(容量6m3)满载时(砼重按15T考虑,自重按8T考虑)与吊机错车,且错车位置为单排钢管桩正顶部,此两车重量由两根桩承受,受力示意图如下:
砼运输车:
P1+G1=8+15=23T
(合230KN)
25T吊机:
P2+G2=22+8=30T
(合300KN)
则每根桩承受活载重量为:
N=1/2×(230+300)KN=265KN
故一根桩所承受的恒活载合计为:
G+N=98.75+265=363.75KN,为安全起见,取安全系数为1.5,则单桩承载力为1.5×363.75=545.63KN.
2、钢管桩入土深度确定
根据单桩竖向极限承载力标准值计算公式:
Quk=Qsk+Qpk=UΣqsikLi
+qpkAp,其中Qsk为桩侧摩阻力,Qpk为桩端摩阻力,考虑钢管桩受力机理主要为桩侧摩阻力,故不考虑桩端阻力作用,则单桩承载力为Quk=UΣqsikLi,其中U为桩身周长,qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力,Li为第i层土的厚度。
由地质剖面图可查得钢管桩嵌入的土层如下:
第一层:
亚粘土qs1k=30kpa
第二层:
砾砂qs2k=70kpa
第三层:
圆砾土qs3k=130kpa
第四层:
全风化含砾粉砂岩qs4k=400kpa
根据以上公式及地质剖面图中标出的各土层的厚度,分别计算出各设计桩位处钢管桩的合计入土深度。
其各排钢管桩设计桩位处的河床标高、桩顶标高、入土深度及桩长计算见表2。
六、钢管桩施工工艺及施工要点
1、打桩机具的选择
根据便桥所处位置及基桩的类型,水中桩选择25T浮吊配合电动振动锤进行施工;靠近岸边处,浮吊无法停靠的桩位处采用16T吊机配合振动锤进行打入。
2、打桩前的准备工作
打桩前先在岸边修筑陆上吊机进场便道及浮吊定位桩,定位桩应牢固,不易拔起。
另外,还需在岸边设置打桩定位观测平台,以控制打桩过程中的垂直度及纵横向定位。
3、打桩施工顺序
钢管桩施工顺序为:
吊机就位→安装导向架→吊桩→插桩→锤击下沉→接桩→锤击至设计深度→内切钢管桩→精割→戴桩帽。
4、钢管桩的运输及吊装
陆地桩或岸边桩采用平板拖车运至岸边,用吊机按先后打入顺序卸于桩位一旁;水中桩采用铁驳船拖运至桩位旁,并抛锚定位。
钢管桩在驳船上的堆放应事先排序,以保证先打桩放置于上面。
5、打桩方法
打桩时,先用两台经伟仪架设在桩的正面和侧面,校正导向架及桩的垂直度,当桩位距离岸边较远,另一台经伟仪无法架设时,采用运桩铁驳船暂作观测平台,以配合钢管桩的定位。
桩校正时保证振动锤、桩帽与桩身在同一轴线上,起动振动锤锤击1~2m后,再次校正垂直度后正式打桩。
当锤击至桩顶高出水面60~80㎝时,停止锤击,进行接桩(如果需要),再用同样步骤直至达到设计深度为止。
若开始阶段发现桩位不正或倾斜,应调正或将桩拔出重新插打。
6、贯入深度控制
当桩打入深度为1/3~1/2桩身长度时,涌入桩管内的土体即将桩管闭塞封死,相当于闭口桩的作用,此时可采用贯入度与入土深度双控,即当桩的打入深度已满足,而贯入度(以最后1min的贯入度≤10㎜为控制标准)仍不能满足要求时,需继续锤击,直至满足要求为止;当贯入度满足要求,而打入深度与设计入土深度相差较大时,需继续锤击,直至与设计入土深度相差不大(一般为≤2m)时为止。
按设计桩顶标高精割桩头,并加盖桩帽。
在水面以上外露长度范围内采用[10槽钢交叉焊接作为桩间连接。
七、工字钢横梁及贝雷片桁架纵梁施工
桩顶采用I56a工字钢作为横梁,横梁长度为6m,并点焊于桩帽之上,安放工字钢时应注意位置摆放要精确,以保证顺桥向间距为12m,不至于产生过大误差(间距误差应控制在10㎝以内),若工字钢横梁间距误差较大,需在桩端焊加牛腿结构预以校正。
桁架纵梁采用单片贝雷片组装而成,将每单节贝雷片(长度为3m)通过销钉连接在一起,形成通长单梁。
纵梁共计四片,间距为1.7m,边梁位于钢管桩正顶部。
安装时,先在工字钢横梁上放出桁架纵梁位置线,采用吊机分段起吊并组装成形,另外,在桁架纵梁下弦杆每隔6m设置一道横向连结采用I25a工字钢栓接于桁架纵梁之上,以保证桁架纵梁的整体稳定性。
八、分配梁及桥面系施工
桁架纵梁施工完成之后,在桁架梁上弦杆上放置I25a工字钢分配梁,分配梁间距为0.5m,采用[10槽钢在两端将所有分配梁连成一体。
为保证桁架纵梁与分配梁形成整体,每隔3m将一根分配梁与桁纵梁采用螺栓连结在一起.
桥面系结构采用在分配梁上密排150㎜×150㎜方木,上铺6㎜厚压花钢板。
木板放置于分配梁连接槽钢之间,在压花钢板上用电钻打孔,采用钢钉与木板固结在一起。
为保证行车安全,在分配梁两端焊制防撞栏杆,立柱间距为2m,高度为1m,栏杆采用Ф外=50㎜的钢管。
九、便桥与岸边便道路基的连接施工
便桥与岸边便道路基的连接处仍采用钢管桩基础,但需修建挡墙,以防路基填土被河水冲刷。
砌筑挡墙的材料采用石块,砌筑宽度为8m,按1:
1.25进行放坡。
连接处的路基填土认真进行夯实,并作成2%的单向横坡。
十、各结构构件受力检算
(一)钢管桩强度及稳定性检算
1、钢管桩强度检算
钢管桩属垂直受压构件,其最大应力为压应力。
σmax=σ压=N/A=545.63×103/π(3502-3382)/4=84.15Mpa<[σ]=140Mpa
故钢管桩强度满足设计要求。
2、钢管桩稳定性检算
由力学原理可知,在同样荷载的作用下,杆件的长细比越大就越不稳定。
因此取河床面以上最长的钢管桩作为研究对象。
L=14.20-8.942=5.258m按6m计算。
回转半径i=1/4√(D2+d2)=1/4√(3502+3382)=121.46㎜
杆件长细比λ=l0/i=ul/i=2×6/0.12164=98.7<[λ]=350
其中u为长度计算系数,一端固定,一端自由时取u=2。
故钢管桩稳定性满足设计要求。
(二)桩顶横梁强度及刚度检算
1、强度检算
取一根横梁(I56a工字钢)作为研究对象,取最不利荷载作为计算荷载,即桥跨方向12m范围内全部恒载及最不利活载(即砼运输车满载状态与25T吊机工作时发生错车),其值为:
P=P恒+P活=2×98.75+(80
+220+150+80)=727.50KN
力学简化模式如下图:
由力学简化模式图可知,P1=P2=P3=P4=P/4=181.88KN
弯矩图及剪力图如下:
从图中可以看出:
Mmax=309.20kN.m,Qmax=181.88kN;又查得I56a工字钢A=135.25cm2,Iz=65585.6cm4,E=2.1×1011N/㎡,ymax=28cm,则有
σmax=(Mmax/Iz).ymax=(309.20×103/65585.6×10-8)×28×10-2=132004586Pa≈132Mpa<[σ]=215Mpa
τmax=Qmax/A=181.88×103/135.25×10-4=13447689Pa
≈13.45Mpa<[τ]=125Mpa
故横梁强度满足设计要求。
2、横梁刚度检算
采用叠加法计算横梁挠度。
由P2产生的最大挠度为:
ymax=P2b(L2-b2)3/2/(9×31/2L.EI)
=181.88×103×1.7×(5.12-1.72)3/2/(9×31/2×5.1×2.1×1011×65585.6×10-8)
=0.0032m=3.2㎜
X=(L2-b2)1/2/3=(5.12-1.72)1/2/3=1.60m
即由P2产生的最大挠度发生在距支点A1.6m处,同理可求得,P3产生的最大挠度发生在距支点B1.6m处,最大挠度亦为3.2㎜,叠加后最大挠度ymax=2×3.2=6.4㎜<[L/400]=12.75㎜
故横梁刚度满足设计要求.
(三)贝雷片桁架纵梁强度检算
取顺桥向两排基桩间(跨度为12m)单片桁架纵梁作为研究对象,由于分配梁的荷载均分作用,故将便桥活载视为均布荷载,其值为:
q=(P恒+P活)/4/12m=[2×(27.43+14.14+32.40)+530]/4/12m=14.12kN/m,则单排桁架纵梁力学简化模式如下图:
取节点A、B
则有:
YA=YB=qL/2=14.12×12/2=84.72KN
1、弦杆强度检算
立杆截面积:
A=100×5×2+90×
10=1900㎜2
σAC=NA/A=YA/A=84.72×103/1900
=44.59Mpa<[σ]=215Mpa
2、钢销钉抗剪强度检算
因O3结点为钢销结点,故取O3B段作为研究对象,其剪力为Q=YB=84.72KN,又知钢销钉截面积:
A=πD2/4=π252/4=497.87mm2。
每个销钉所承受的剪力为:
Q′=Q/2=84.72/2=42.36KN,其剪应为力:
τmax=Q′/A=42.36×103/490.87
=86.30<[τ]=125Mpa
故贝雷片桁架纵梁强度满足设计要求.
(四)分配梁强度及刚度检算
1、强度检算
取一根分配梁(I25a)作为研究对象,考虑25T吊机工作时及砼运输车(6m3)满载时,考虑桥面系方木的荷载均布作用,假设两车后轮作用于四根分配梁上,此时荷载为最不利荷载,其力学简化模式如下图所示:
即将分配梁看作多跨连续超静定梁,其中:
P1为砼运输车满载时1/8后轴重,P2为砼运输车1/8后轴重与25T吊机工作时1/8后轴重之和,P3为25T吊机工作时1/8后轴重。
且P1、P2、P3分别作用于AB、BC、CD的跨中位置,其值分别为:
P1=(80+150)/8=28.75KN,P2=(80+150)/8+
(150+150)/8=66.25KN,P3=(150+150)/8=37.5KN。
将B、C支点作为多余约束,采用变形比较法求解RA、RB、RC、RD。
由变形条件可知:
YB=0,YC=0
对于B点:
YB=YP1+YP2+YP3+YRB+YRC=0
又YP1=28.75×103×[4.25×(5.12-4.252-1.72)×1.7/(6×5.1)
+(1.7-0.85)3/6]10549.43×103=0.004m
YP2=66.75×103×1.7×(3×5.12-4×1.72)/(48×10549.43×
103)=0.015m
YP3=37.5×103×0.85×1.7×(5.12-0.852-1.72)×1.7/(6×5.1×
10549.43×103)=0.007m
YRB=RB×3.4×1.7×(5.12-3.42-1.72)×1.7/(6×5.1×10549.43×103)
=3.52×10-7RB
YRC=RC×1.7×1.7×(5.12-1.72-1.72)×1.7/(6×5.1×10549.43×103)
=3.08×10-7RC
则有:
0.026+3.52×10-7RB+3.08×10-7RC=0①
同理对于C点有:
0.034+7.04×10-7RC+1.81×10-7RB=0②
由①、②联立求得:
RB=37KN,RC=38KN,由∑Y=0,∑M=0求得RA=31.5KN,RD=26KN,从而得分配梁弯矩图及剪力图如左图所示:
由剪力图及弯矩图可知:
Mmax=67.15KN.m,Qmax=39.75KN
又查得I25a工字钢E=2.1×1011N/m2,
Iz=5023.54cm4,
ymax=25cm/2=12.5cmA=48.5cm2,则有:
σmax=(Mmax/Iz)ymax=(67.15×103/5023.54×10-8)×12.5×10-2=
167.1Mpa<[σ]=215Mpa。
τmax=Qmax/A=39.75×103/48.5×10-4=8.2Mpa<[τ]=125Mpa。
故分配梁强度满足设计要求。
2、分配梁刚度检算
由弯矩图可知:
最大挠度发生在BC跨中,即P2作用点上,将BC段看成简支梁,其最大挠度为:
ymax=pl3/48EIz=(66.25×103×1.73)/(48×2.1×1011×5023.54×10-8)
=0.64㎜<[L/400]=1700/400=4.25㎜。
又因P1、P3的作用对BC段弯矩具有抵抗作用,故有BC段最大挠度ymax«L/400=4.25㎜,故满足设计要求。
(五)桥面系方木强度及刚度检算
1、强度检算
分配梁每50㎝设置一道,考虑方木最不利受力情况为:
25T吊机工作时,支腿对桥面系的作用。
因方木上铺有6㎜厚压花钢板,故综合考虑受力机理及受力单元,取长度为50㎝、宽度为50㎝的方木受力单元作为研究对象,并将支腿的压力作用看成是均布荷载,其荷载集度为:
q=(300KN/4)/0.5m=150KN/m,力学简化模式及弯矩、剪力图如上所示:
由弯矩图、剪力图可知:
Mmax=4.69KN.m,Qmax=37.5KN
又知木板单元截面
A=0.5m×0.15m=0.075m2
Iz=bh3/12=0.5×0.153/12=1.41×10-4m4,则有:
σmax=(Mmax/Iz)ymax=4.69×103×0.075/1.41×10-4=2.49Mpa<[σ]
=10Mpa。
τmax=Qmax/A=37.5×103/0.075=0.5Mpa<[τ]=4Mpa。
故桥面系强度满足设计要求。
2、刚度检算
ymax=5ql4/384EIz=5×150×103×0.54/384×1.8×1011×1.41×10-4
=0.48㎜<[L/400]=500/400=1.25㎜。
故桥面系刚度满足设计要求。
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